universidad tecnológica de querétaro

Universidad
Tecnológica de
Querétaro
Firmado digitalmente por Universidad
Tecnológica de Querétaro
Nombre de reconocimiento (DN):
cn=Universidad Tecnológica de Querétaro,
o=Universidad Tecnológica de Querétaro, ou,
[email protected], c=MX
Fecha: 2010.08.23 10:15:58 -05'00'
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE QUERÉTARO
Voluntad ● Conocimiento ● Servicio
DISEÑO Y CONSTRUCCION DE PCB PARA
PICDEM.NET
SISTEMA DE MONITOREO WEB
Reporte de Estadía para obtener el
Título de Técnico Superior Universitario
en Electrónica y Automatización
HÉCTOR ALMARAZ SÁNCHEZ
Santiago de Querétaro, Qro.
Agosto de 2010
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE QUERÉTARO
Voluntad ● Conocimiento ● Servicio
DISEÑO Y CONSTRUCCION DE PCB PARA
PICDEM.NET
SISTEMA DE MONITOREO WEB
Reporte de Estadía para obtener el
Título de Técnico Superior Universitario
en Electrónica y Automatización
ASESOR DE LA EMPRESA
M. en C. GERMÁN DIONISIO VÁZQUEZ VALDÉS
ASESOR DE LA ESCUELA
M. en C. SALVADOR HERNANDEZ GONZALES
ALUMNO
HÉCTOR ALMARAZ SÁNCHEZ
Santiago de Querétaro, Qro.
Agosto de 2010
AGRADECIMIENTOS
A Dios:
A ti te agradezco que me hayas dado la fuerza y el entusiasmo para seguir cada día de
mi vida, a pesar de momentos muy difíciles donde sentía que ya no podía más sin tu
ayuda creo que hubiera sido muy difícil llegar hasta donde me encuentro en estos
momentos.
A mi mamá:
Gracias por todo el apoyo que me brindaste durante todo este periodo de esfuerzos; por
ofrecerme tu cariño y paciencia, por confiar en mí. No sé si algún día podré pagarte
todo lo que has hecho, es algo que no tiene precio. Gracias por tus consejos, porque sin
ellos no sería quien ahora soy, un profesional que siempre quisiste que fuera. Ahora
lo soy, pero esto no basta, la vida sigue y existen nuevas metas, objetivos que tengo que
cumplir. Estoy seguro que nunca me van a faltar tus palabras de ánimo: “si se puede”
“lo vas a lograr”. Te quiere mucho tu hijo: Héctor
Almaraz Sánchez, TSU
en
Electrónica y Automatización.
A mi papá:
Te agradezco el apoyo constante que me bridaste siempre. Sin tus consejos las cosas
serian otras. Te agradezco que siempre te hayas preocupado por mí y que me hallas
por el buen camino de la vida. Te agradezco los momentos difíciles que pasaste a mi
lado, porque siempre encontré
en ti
el ánimo para superarme y no darme por
vencido. Te quiero mucho, tu hijo: Héctor Almaraz Sánchez, TSU en Electrónica y
Automatización.
4
A mis Hermanos:
Les agradezco que me hayan apoyado durante todo este proceso de mi formación
profesional. Sin duda alguna ha sido para mí el mayor estímulo para seguir adelante.
Sin su apoyo
no estuviera en estas alturas donde me encuentro. Gracias por todo
hermanos, los quiero mucho.
A mis maestros:
Gracias maestros de la Universidad Tecnológica de Querétaro, que formaron parte de mi
vida durante mi formación profesional. Les agradezco su ayuda y enseñanza académica
que compartieron conmigo. También quiero agradecer a mis maestras de francés,
quienes me ayudaron en el aprendizaje del idioma y se preocuparon
por aclarar las
dudas que se presentaban cada día. Gracias por apoyarme y comprenderme en los
momentos difíciles.
A mis amigos:
Gracias amigas y amigas por estar conmigo en los momentos difíciles. Ha sido para mí
una experiencia inolvidable compartir tantas aventuras maravillosas, alegrías, tristezas
y sobre desveladas por estar trabajando juntos. Gracias por todo.
5
ÍNDICE
AGRADECIMIENTOS
ÍNDICE
INTRODUCCIÓN
CAPÍTULO I. ANTECEDENTES GENERALES DE LA EMPRESA
Pág.
1.1 Antecedentes de la empresa………………………………………………..…11
1.2 Misión………………………………………………………………………...12
1.3 Visión………………………………………………………………………...12
1.4 Política de calidad……………………………………………………............13
1.5 Organización………………………………………………………….............14
1.6 Campo de desarrollo nacional o internacional……………………………......15
1.7 Proceso general de producción……………………………………….…...16-17
CAPÍTULO II. EL PROYECTO
2.1 Antecedentes…………………………………………………………...…….20
2.2 Definición del proyecto………………………………………………..……..20
2.3 Objetivo…………………………………………………………………..… 20
2.4 Alcance……………………………………………………………………….21
2.5 Plan de trabajo……………………………………………………..……...21-22
CAPÍTULO III. MARCO TEÓRICO
3.1 Protocolos de comunicación…………………………..…………….…….24-26
3.2 Microcontrolador…………………………………………………….…....27-28
3.3.1 Diseño de circuitos…………………………………………………..….29-30
3.4.2 Conector Jack RJ45………………………………………………….….30-31
6
3.5.1 Jack tipo RJ-11.....………………………………………………………32-33
3.6.1 RS-232……………………………………………………………….…….34
3.6.2 RS-232 Hembra……………………………………………………..……...34
3.6.3 Construcción física…………...…………………………………………….35
3.7.1 Capacitor……………………………………………………………..…..…36
3.7.2 Generalidades………………………………………………………...…36-37
3.8.1 Cristal de cuarzo……………………………………………………...…37-38
3.8.2 Circuito eléctrico equivalente……………………………………..……39-40
3.8.3 Circuitos osciladores………………………………………………….….…40
3.8.4 Circuitos osciladores serie………………………………………..…..…40-41
3.8.5 Circuitos osciladores paralelo……………………………………..….…41-42
3.9.1 Circuito impreso…………………………………………………..….…42-44
3.9.2 Atacado ……………………………………………………………...……..44
3.9.3 Perforado……………………………………………………………..….....45
3.9.4 Estaño y mascara antisoldante……………………………………….....….45
3.9.5 Serigrafía………………………………………………………….…..…….46
3.9.6 Montaje………………………………………………………….…..……...46
3.9.7 Pruebas de verificación……………………………………………...….…..47
3.9.8 Protección y paquetes………………………………………………...…….47
CAPÍTULO IV. DESARROLLO DEL PROYECTO
4.1 Desarrollo de PCB……………………………………………………….…..49
4.2 Realización de circuitos en el software multisim………………….…...…50-58
4.3 Correcciones……………………………………………………….….......58-59
4.4 Distribución de componentes……………………………………….…..........59
4.5 Propuesta…………………………………………………………….……60-61
CAPÍTULO V. ACTIVIDADES DIVERSAS
7
5.1 Impresión de PCB…………………………………………………..…….…..63
5.2 Proyecto de movilidad……………………………………………………..…64
CAPÍTULO VI. EVALUCACION ECONOMICA Y RESULTADOS DEL
PROYECTO
6.1 Material……………………………………………………………….………66
6.2 cuestiones económicas del proyecto…………………………………..…...…67
6.3 Horas-Hombre trabajada……………………………………………….…......68
6.4 Resultados obtenidos………...…………………………………….……...68-69
Conclusiones…………………………………………………………………...…70
Bibliografía……………………………………………………………….…...….72
8
INTRODUCCIÓN
El proyecto que se expone en este documento, es parte de un proyecto mayor iniciado
en años anteriores, llamado “Sistema de monitoreo web”.
A medida que avanza el desarrollo tecnológico se requieren recursos que satisfagan las
necesidades que hoy en día se presentan, por lo cual no basta con adquirir aparatos o
herramientas de otros países y decir que funcionan
correctamente, sino que también
es de suma importancia aplicar los conocimientos que se han estado aprendiendo en
nuestro país y generar una tecnología .
En este documento se describe el proyecto desarrollado en
las instalaciones de la
UTEQ; en cumplimiento de los requisitos establecidos por la universidad para culminar
la estadía y obtener el título como TSU en Electrónica y Automatización.
Este proyecto fue denominado “diseño de PCB para PIC18F97J60”, el cual consistió
en
desarrollar una PCB que tiene como objetivo implantar la comunicación vía
Ethernet, haciendo uso de los recursos que están al alcance de la universidad.
Para la realizar este proyecto fue necesario tener conocimientos básicos sobre diseños de
circuitos se hizo uso de los
software multisim 10 y ultiboard 10. Así mismo, se
emplearon diferentes protocolos dentro de este proyecto.
9
CAPÍTULO I
ANTECEDENTES
GENERALES DE LA
EMPRESA
10
1.1 Antecedentes de la empresa.
La historia de la Universidad Tecnológica de Querétaro (UTEQ) es breve pero
enriquecedora, ya que a lo largo de 16 años de trayectoria en nuestra entidad, se ha
consolidado como una Institución Educativa de calidad que ofrece una formación
profesional, cuyo distintivo es la estrecha relación con el sector productivo.
La UTEQ -tras una serie de estudios de factibilidad- comienza sus labores docentes en
septiembre de 1994, iniciando la formación de 146 alumnos en las áreas de
Administración, Comercialización, Mantenimiento Industrial y Procesos de Producción,
trabajando en aulas prestadas por diversas instituciones de educación superior del
estado. El 4 de septiembre de 1994 se inició la construcción de sus propias instalaciones
en una extensión de 25 hectáreas ubicadas en la Colonia San Pedrito Peñuelas.
Actualmente se imparten ocho carreras -a las cuatro primeras se sumaron las de
Electrónica y Automatización, Telemática -actualmente Tecnologías de la Información y
Comunicación-, Tecnología Ambiental y más recientemente Servicio Posventa: Área
Automotriz, todas avaladas por la preparación profesional y curricular del cuerpo
docente, en su mayoría con estudios de maestría y doctorado en áreas afines a las
materias que imparten y en los atributos del modelo educativo, mismo que incluye
actividades culturales y deportivas para la formación integral del estudiantado.
Ejes rectores
El primer eje rector comprende una distribución del tiempo total de estudios asignando
un 70% a la práctica y un 30% a la teoría, es decir, el plan de estudios privilegia la
realización de actividades prácticas que promuevan el desarrollo de las capacidades, las
habilidades y las funciones que el alumno desempeñará como profesionista.
11
El segundo eje comprende un 80% de formación general y un 20% de formación
especializada.
El tercer eje rector, Escuela Empresa, establece claramente que el alumno, una vez que
ha cubierto todas las asignaturas del plan de estudios y habiendo realizado actividades en
aulas, laboratorios y empresa, deberá realizar una estancia final por un periodo de 15
semanas para desarrollar un proyecto específico dentro de la empresa. Dicho proyecto
tendrá que ser seleccionado en forma conjunta y anticipada con la Universidad.
1.1 Misión
Ofrecer programas de educación superior, pertinentes y de calidad, en los niveles de
Técnico Superior Universitario y Licenciaturas afines, vinculados con el sector
productivo y social, para promover la competitividad de los egresados y el desarrollo
regional y nacional.
1.3 Visión
Ser líder, por la pertinencia y la calidad de los programas educativos que se ofrecen y
por el reconocimiento nacional e internacional de nuestra comunidad académica.
Así como los siguientes Objetivos Estratégicos Institucionales:
1. Impartir programas de educación superior, pertinentes y de calidad, en los niveles de
Técnico Superior Universitario y Licenciaturas afines, que cumplan con los atributos
del modelo educativo y los ejes académicos establecidos en la planeación estratégica
institucional.
12
2. Vincular al personal académico, alumnos y a la comunidad universitaria, con el
entorno económico, público y social, buscando que la tarea educativa, los servicios y
actividades de vinculación, incidan en la pertinencia y en una formación de calidad de
nuestros egresados.
3. Gestionar los recursos necesarios para la operación institucional, asegurando la
optimización de los mismos y con ello, desempeñar las funciones académicas, de
vinculación y de administración de la universidad.
1.4 Política de calidad
El alcance del Sistema de Gestión de la Calidad está declarado como sigue: “Desarrollo
y provisión de servicios educativos para la formación de Técnicos Superiores
Universitarios, así como Servicios Tecnológicos y Educación Continua” y para cumplir
con dicho alcance la Universidad Tecnológica de Querétaro declara un sistema de
gestión de calidad compuesto por los siguientes procesos: Dirección Estratégica,
Administración y Gestión, Educativo y el de Vinculación.
El Sistema de Gestión de la Calidad (SGC) se basa en la norma NMX-CC-9001-IMNC2000 “Sistemas de Gestión de la Calidad -Requisitos” (ISO 9001:2000).
“En la Universidad Tecnológica de Querétaro nos comprometemos a formar Técnicos
Superiores Universitarios que cumplan con los planes y programas de estudio, así como
ofrecer servicios tecnológicos y de educación continua, con el fin de atender y satisfacer
los requerimientos de alumnos, egresados y de los sectores productivo y social, mediante
el Sistema de Gestión de la Calidad y la mejora de los procesos que lo integran”
13
1.5 Organización
La organización jerárquica establecida en la UTEQ, está representada en el organigrama
de la Fig. 1.1 el cual especifica la función que recae en cada uno de sus miembros, es
decir, el puesto indica la línea de autoridad y responsabilidad que tienen.
14
RECTOR
Contraloría Interna
Área Jurídica
Centro de Formación
PMPEPV Peugeot
Coordinación de Calidad
Dirección de difusión y
Extensión Universitaria
Planeación y Evaluación
Dirección de
Administración y
Finanzas
Secretaría de
Vinculación
Secretaría
Académica
Ingresos
Cuerpo
Académico
Estadía
Electrónica y
Automatización
Mantenimiento
Industrial
Administración
Comercialización
Procesos de
Producción
Proyectos
de
Vinculación
Relaciones
Industriales
Tecnología
Ambiental
Academia de
Idiomas
TIC
Servicios
Escolares
Fig.1.1 Organigrama general de la UTEQ
15
1.6 Campo de desarrollo nacional e internacional
Nacional
La Universidad Tecnológica de Querétaro atiende la demanda de Educación Superior en
la modalidad de Técnico Superior Universitario; así mismo, fortalece la
relación de
vinculación con los sectores productivo y social, que satisfagan las necesidades de las
partes y la pertinencia de los servicios que ofrecen. Cabe mencionar que la UTEQ tiene
íntima relación con las diferentes Universidades Tecnológicas que hay en el país, por lo
que tiene un campo de desarrollo nacional y su campo de acción laboral se extiende al
mismo país.
Internacional
La UTEQ se desarrolla internacionalmente debido al convenio suscrito con Francia, el
cual es el Programa de Movilidad a Francia. Dicho convenio otorga becas para estudiar
una Licence Professional en Francia, dichos estudios tienen una duración de un año,
incluyendo la estadía que se requiere para obtener el título.
La beca tiene como objetivo, lograr el desarrollo del alumno en las aéreas académica,
industrial y personal. Todos los conocimientos adquiridos en el extranjero tienen la
finalidad de ser aplicados en la industria mexicana.
1.7 Proceso general de la producción
En la UTEQ tenemos el compromiso de formar profesionistas competitivos mediante el
cumplimiento de programas de educación superior, pertinentes y de calidad, en los
niveles de Técnico Superior Universitario y Licenciaturas afines, vinculados con el
sector productivo y social, está basado en cuatro macroprocesos³ principales, declarados
16
en su Sistema de Gestión de Calidad (SGC): dirección estratégica, administración y
gestión, el macroproceso educativo, y el de vinculación.
El modelo toma en cuenta la intervención de los clientes para participar en la definición
de sus requisitos y medir su satisfacción. Se aclara que cada uno de los macroprocesos,
cubren las cláusulas de la norma de la manera: como se muestra en el diagrama de la
Fig. 1.2.
Fig.1.2 Diagrama de Secuencia e Interacción de Procesos
El macroproceso de Dirección Estratégica cubre la cláusula número cinco denominada:
Responsabilidad de la Dirección; el macroproceso de Administración y Gestión cubre la
cláusula número seis denominada: Gestión de Recursos; los macroprocesos Educativo y
de Vinculación cubren la cláusula número siete denominada: Realización del producto y
MAM cubre la cláusula número ocho denominada: Medición, Análisis y Mejora.
17
Este modelo muestra la interacción entre los macroprocesos. A continuación se hace
referencia a cada uno de ellos en términos generales.
El macroproceso de Dirección Estratégica establece la planeación institucional y la toma
de decisiones para orientar el rumbo de la Universidad Tecnológica de Querétaro, que
conlleve al cumplimiento de los objetivos de cada uno de los otros macroprocesos
institucionales.
Así mismo, el macroproceso de Administración y Gestión realiza actividades de apoyo
para los macroprocesos de realización del producto, en cuanto a la gestión de recursos
humanos, la administración y asignación de presupuesto y la prestación de servicios
administrativos.
Los macroprocesos de realización del producto, establecidos como el macroproceso
Educativo y el macroproceso de Vinculación, tomando en cuenta los lineamientos del
macroproceso de dirección estratégica, así como los recursos e insumos, se encargan de
entregar los productos finales a nuestros clientes. Dichos productos quedan
determinados como la formación del TSU hasta su titulación y los servicios de
vinculación ofrecidos.
Es importante mencionar, que cada uno de los macroprocesos y procesos declarados está
sujeto a la medición, al análisis y a la mejora continua, mediante los seguimientos
realizados por los líderes de macroprocesos, las reuniones de revisión del SGC, las
auditorías internas y la medición de la eficacia del SGC.
18
CAPITULO II
EL PROYECTO
19
2.1 Antecedentes
El proyecto “Diseño y construcción de PCB para el PICDEM.NET” surge ante
la necesidad
de realizar un circuito a partir de una PCB comercial
tarjeta comercial,
ya que
una
(como otros dispositivos), no garantiza el 100% de buen
funcionamiento. En nuestro país no se tiene la tecnología suficiente que
permita
remplazar totalmente una tarjeta electrónica. Sólo existe la posibilidad de sustituir los
componentes que se tienen a nuestro alcance.
Así
mismo
el proyecto responde a la necesidad
nacionales, adquirir
de aprovechar los recursos
aparatos electrónicos, con la finalidad de reducir gastos
innecesarios en la adquisición de aparatos electrónicos.
2.2 Definición del proyecto
El proyecto definido “Diseño
consiste en el
y Construcción de PCB para el
diseño de una tarjeta
en
el
que sea
PICDEM.NET”
posible desmontar el
microcontrolador PIC18F97J60, integrado en una tarjeta adicional una vez que ocurra
algún daño, con la finalidad de evitar tener que adquirir una nueva tarjeta .
Dicha tarjeta tiene la finalidad de realizar
controla un sistema de monitoreo
la
comunicación vía Ethernet, la cual
web, que se encuentra posicionado en un lugar
determinado, diferente de donde se realiza el control.
2.3Objetivo
Desarrollar una PCB para colocar el PIC18F97J60 junto con sus respectivas etapas
de funcionamiento dentro de una tarjeta que realiza el sistema de monitoreo web.
20
El circuito desarrollado será capaz de ajustarse fácilmente a una tarjeta adicional de
“sistema de monitoreo web”.
Evitar hacer la compra de toda una tarjeta, cuando en realidad sólo se haya dañado el
microcontrolador “PIC18F97J60”.
Diseñar un circuito que se adapte sin alterar las funciones que ya existen dentro de la
tarjeta.
Aplicar los conocimientos sobre diseño de circuitos adquiridos dentro de la universidad
para lograr realizar nuestras propias tarjetas, sin recurrir a las tarjetas comerciales.
2.4 Alcance
El proyecto definido pretende realizar una PCB mediante los conocimientos que se
adquirieron en la universidad sobre diseño de circuitos, y de esta manera lograr
sustituir cierta parte
de una tarjeta comercial llamada “sistema de monitoreo web”,
donde va colocado el circuito
que integra un microcontrolador superficial de una
extensión de 100 pines “PIC18F97J60”, el cual debe ser adaptado sin problemas de
funcionamiento, lo mismo que las diferentes etapas que lo componen.
La tarjeta será capaz de establecer la comunicación web sin tener problemas respecto a
su función.
De acuerdo a este trabajo o función será posible independizar
cierta parte
de las
tarjetas comerciales que integran tecnología avanzada en el diseño y realización de
PCB.
2.5 Plan de trabajo
En la tabla 2.1 se muestra el plan de trabajo que se estableció para la realización del
proyecto. En ella se describe las actividades y se determina su tiempo aproximado de
ejecución.
21
Actividades
GRÁFICA DE GANT
Diseño de un circuito para microcontrolador PIC18F97J60 .
Mayo
Junio
Julio
3
4
1
2
3
4
1
Definición de capítulo I Y II
Estandarizar medidas en el
circuito
Hacer correcciones de medidas
Investigación de componentes a
utilizar
Diseño de circuitos en software
multisim
Construcción de circuito en
software ultiboard
Etiquetar componentes en el
diseño
Revisión y correcciones
Capítulo III y IV
Pruebas y construcción de PCB
Selección de PCB a implementar
Capitulo V Y VI
Compra de componentes
Implementación de componentes
en PCB
Pruebas con tarjeta terminada
entrega del proyecto al 100%
Realización de presentación y
entrega del reporte
Tabla 2.1 Gráfica de Gantt
22
2
CAPÍTULO III
MARCO TEÓRICO
23
3.1 Protocolos de comunicación.
Los protocolos que se utilizan en las comunicaciones son una serie de normas que deben
aportar las siguientes funcionalidades:
-Permitir localizar un ordenador de forma inequívoca.
-Permitir realizar una conexión con otro ordenador.
-Permitir intercambiar información entre ordenadores de forma segura,
independiente del tipo de maquinas que estén conectadas (PC, Mac,AS-400...).
-Abstraer a los usuarios de los enlaces utilizados (red telefónica, radioenlaces,
satélite...) para el intercambio de información.
-Permitir liberar la conexión de forma ordenada.
Debido a la gran complejidad que conlleva la interconexión de ordenadores, se ha tenido
que dividir todos los procesos necesarios para realizar las conexiones en diferentes
niveles. Cada nivel se ha creado para dar una solución a un tipo de problema particular
dentro de la conexión. Cada nivel tendrá asociado un protocolo, el cual entenderán todas
las partes que formen parte de la conexión.
Diferentes empresas han dado diferentes soluciones a la conexión entre ordenadores,
implementando diferentes familias de protocolos, y dándole diferentes nombres
(DECnet, TCP/IP, IPX/SPX, NETBEUI, etc.).
Los protocolos de comunicaciones definen las normas que posibilitan que se establezca
una comunicación entre varios equipos o dispositivos, ya que estos equipos pueden ser
diferentes entre sí. Un interfaz, sin embargo, es el encargado de la conexión física entre
los equipos, definiendo las normas para las características eléctricas y mecánicas de la
conexión.
Todos los protocolos y estándares que se consolidan como propios de Internet han de ser
organizados y dirigidos de alguna manera. Esta es la misión principal del IETF (Internet
24
Engineering Task Force), que es una gran comunidad de carácter abierto formada por
diseñadores de redes, operadores, usuarios, etc. Todos los protocolos agrupados
normalmente bajo el nombre TCP/IP son estándares de Internet cuyo desarrollo depende
del IETF. Las actividades que realiza el IETF se dividen en distintos grupos, llamados
Working Groups (WG) con finalidades específicas, los cuales se clasifican en distintas
áreas comunes (Aplicaciones, seguridad, estandarización, servicios de transporte, etc.).
El IESG (Internet Engineering Steering Group) se encarga de coordinar y dirigir al IETF
por medio de los directores de área, que controlan las actividades número de los
Working Groups que se encuentren dentro de cada área.
Las tareas de coordinación de los números asignados a los distintos protocolos de
Internet están a cargo de IANA (Internet Assigned Numbers Authority). Los protocolos
definidos por el IETF y su grupo de dirección correspondiente IESG contienen ciertos
valores tales como: direcciones de Internet, números de protocolos y de puertos,
nombres por dominio, etc. La funcionalidad de IANA está en que todos estos parámetros
deben ser únicos, y por tanto, debe existir un registro que controle los valores que se
encuentran asignados.
Otra de las organizaciones de gran importancia para la comunidad de Internet es la
Internet Society (ISOC). Esta es una organización no gubernamental y sin intereses
económicos formada por miles de profesionales centrados en las soluciones y el
progreso de Internet.
Para que un protocolo de Internet se convierta en un estándar debe pasar por una serie de
estados o niveles. El nivel de proposición de protocolo es asignado cuando un protocolo
tiene posibilidades de convertirse en un estándar en el futuro, siendo recomendables
algunas pruebas y revisiones hasta que el IESG considere su avance. Después del nivel
de proposición el protocolo puede pasar a considerarse como un "borrador" (draft
standard).
Esto sólo ocurrirá cuando hayan transcurrido al menos 6 meses desde el nivel anterior,
permitiendo de esta manera que la comunidad de Internet evalúe y considere el proceso
25
de estandarización. Durante otros 4 meses el protocolo permanecerá en este nivel
mientras se hacen pruebas y se analizan los comentarios recibidos con la posibilidad de
efectuar algún cambio. Finalmente, el protocolo puede llegar a convertirse en un
estándar oficial de Internet a través del IESG cuando su funcionalidad ha quedado
suficientemente demostrada.
26
3.2 Microcontrolador
Un microcontrolador es un circuito integrado o chip que incluye en su interior las tres
unidades funcionales de una computadora: CPU, Memoria y Unidades de E/S, es decir,
se trata de un computador completo en un solo circuito integrado.
Figura 3.1 Microcontrolador Motorola 68HC11 y chips de soporte
 Características
Son diseñados para disminuir el coste económico y el consumo de energía de un sistema
en particular. Por eso el tamaño de la CPU, la cantidad de memoria y los periféricos
incluidos dependerán de la aplicación. El control de un electrodoméstico sencillo como
una batidora, utilizará un procesador muy pequeño (4 u 8 bit) por que sustituirá a un
autómata finito. En cambio un reproductor de música y/o vídeo digital (mp3 o mp4)
requerirá de un procesador de 32 bit o de 64 bit y de uno o más Códec de señal digital
(audio y/o vídeo). El control de un sistema de frenos ABS (Antilock Brake System) se
basa normalmente en un microcontrolador de 16 bit, al igual que el sistema de control
electrónico del motor en un automóvil.
27
Figura 3.2 Esquema de un microcontrolador
Los microcontroladores representan la inmensa mayoría de los chips de computadoras
vendidos, sobre un 50% son controladores "simples" y el restante corresponde a DSPs
más especializados. Mientras se pueden tener uno o dos microprocesadores de propósito
general en casa , usted tiene distribuidos seguramente entre los electrodomésticos de su
hogar una o dos docenas de microcontroladores. Pueden encontrarse en casi cualquier
dispositivo electrónico como automóviles, lavadoras, hornos microondas, teléfonos, etc.
Un microcontrolador difiere de una CPU normal, debido a que es más fácil convertirla
en una computadora en funcionamiento, con un mínimo de chips externos de apoyo. La
idea es que el chip se coloque en el dispositivo, enganchado a la fuente de energía y de
información que necesite, y eso es todo. Un microprocesador tradicional no le permitirá
hacer esto, ya que espera que todas estas tareas sean manejadas por otros chips. Hay que
agregarle los módulos de entrada/salida (puertos) y la memoria para almacenamiento de
información.
28
3.3 Diseño de circuitos
El diseño de circuitos es la parte de la electrónica que estudia distintas metodologías con
el fin de desarrollar un circuito electrónico, que puede ser tanto analógico como digital,
en la figura 3.3 se muestra el diseño de una PCB con componentes superficiales.
Figura 3.3 Detalle de un circuito integrado
En función del número de componentes que forman el circuito integrado se habla de
diferentes escalas de integración. Las fronteras entre las distintas escalas son difusas,
pero se denominan SSI (Small Scale of Integration) los circuitos de baja complejidad
(algunas docenas de componentes en un mismo chip), MSI (Medium Scale of
Integration) y LSI (Large Scale Integration) los circuitos de media y alta complejidad, y
finalmente VLSI (Very Large Scale Integration) para circuitos extraordinariamente
complejos, hasta cientos de millones de transistores. En esta última categoría entrarían
los microprocesadores modernos.
El diseño se realiza a distintos niveles. Por una parte tenemos la parte física, donde se
diseña la estructura real de los componentes electrónicos que constituyen el circuito, sus
dimensiones, materiales. Por encima podemos encontrar métodos de diseño de cada vez
más alto nivel, hasta llegar a los llamados lenguajes de descripción de hardware. Éstos
permiten introducir descripciones de los distintos bloques funcionales de un sistema para
su simulación, verificación e incluso para la generación automática del circuito físico
con la herramienta de síntesis apropiada. Algunos de los lenguajes de descripción de
hardware más conocidos y empleados son VHDL y Verilog. En general los circuitos
analógicos no permiten este grado de automatización y se requiere un diseño más
29
artesano, donde la distribución física de los componentes desempeña un papel
fundamental en el resultado final.
Una de las tecnologías más ampliamente utilizadas en aplicaciones analógicas de baja
frecuencia y digitales es la CMOS o lógica MOS complementaria, que emplea
transistores de efecto de campo MOS de tipo P y N, y que son célebres por su bajo
consumo y razonablemente alta velocidad.
3.4 Conector Jack tipo RJ-45
El conector RJ45 (RJ significa Registered Jack) es uno de los conectores principales
utilizados con tarjetas de red Ethernet, que transmite información a través de cables de
par trenzado. Por este motivo, a veces se le denomina puerto Ethernet: en la siguiente
figura se muestra 2 vistas frontales del conector rj-45.
Figura 3.4 Imagen de conector
Los conectores del NIC RJ45 de un sistema están diseñados para conectar un cable UTP
(Unshielded Twisted Pair [par Trenzado sin Blindaje]) para red Ethernet equipado con
enchufes convencionales compatibles con el estándar RJ45. Se coloca, presionando un
extremo del cable UTP dentro del conector NIC hasta que el enchufe se asiente en su
lugar. Luego se conecta el otro extremo del cable a una placa de pared con enchufe RJ45
o a un puerto RJ45 en un concentrador o central UTP, dependiendo de la configuración
de su red.
Restricciones para la conexión de cables para redes 10BASE - T y 100BASE - TX
 Para redes
10BASE-T, utilice cables y conectores de Categoría 3 o mayor.
Para redes
100BASE-T, utilice cables y conectores de Categoría 5 ó mayor.
30
La
longitud máxima del cable (de una estación de trabajo a un
concentrador) es de 328 pies (100 metros [m]).
Para
redes 10BASE-T, el número máximo de concentradores conectados
consecutivamente en un segmento de la red es cuatro.
 Características:

Es muy sencillo conectarlo a las tarjetas y a los hubs.

Los datos se transmiten en banda base estos significa que se usa o se envía
la información tal y como se produce es decir no es modula en un ancho de
banda específico sino que se transmite en el ancho de banda en que llega
originalmente esto es porque si se llega a modular posiblemente llegue a
ocupar todo el ancho de banda.

Es seguro gracias a un mecanismo de enganche que posee mismo que lo
firmemente ajustado a otros dispositivos, no como en el cable coaxial donde
permanentemente se presenta fallas en la conexión.

Todos los elementos deben corresponder a la categoría 5, ya que esto
asegura que todos los elementos del cableado pueden soportar las mismas
velocidades de transmisión resistencia eléctrica.

Un conector más pequeño llamado mini-vga es usado en laptops.
Hembra
Macho
Visto de frente
Conector visto de frente y
desde arriba
Figura 3.5 Conectores
31
3.5 Conector RJ-11
Es el conector modular común del teléfono. Es universal en los teléfonos, los módems,
los faxes, y artículos similares y utilizado en receptores de la TV vía satélite
 Forma:
Tiene una forma rectangular muy parecida a la del conector RJ-45; el cable está
compuesto, por un conductor interno que es de alambre eléctrico reconocido, de tipo
circular, aislado por una capa de polietileno coloreado.
 Características:
Tiene 4
pines
El conector
Ubicación
RJ-11 es más estrecho que el conector RJ-45
en el sistema informático:
El conector del módem RJ-11 se encuentra en la parte posterior del ordenador. La ficha
RJ-11 es un enchufe modular con 4 pines.
Figura 3.6 Ubicación de conector rj-11
 Recomendaciones

Tener cuidado a la hora de enchufar los conectores porque son muy delicados y
pueden dañarse los pines.
32

Revisar que el CPU no esté energizado a la hora de acoplar los conectores al
puerto.

Antes de adquirir o comprar un puerto para tu computador solicita una previa
orientación.

Realizar actualizaciones como instalar puertos USB en el case de su computador ya
que estos trabajan a una mayor velocidad.
Figura 3.7 Conector rj-11
33
3.6 RS-232 (Recommended Standard 232, también conocido como Electrnic Industries
Alliance RS-232C) es una interfaz que designa una norma para el intercambio serie de
datos binarios entre un DTE (Equipo terminal de datos) y un DCE (Data
Communication Equipment, Equipo de Comunicación de datos), aunque existen otras en
las que también se utiliza la interfaz RS-232.
3.6.1 Conector RS-232 (DE-9 hembra)
.
En particular, existen ocasiones en que interesa conectar otro tipo de equipamientos,
como pueden ser computadores. Evidentemente, en el caso de interconexión entre los
mismos, se requerirá la conexión de un DTE (Data Terminal Equipment) con otro DTE.
Para ello se utiliza una conexión entre los dos DTE sin usar modem, por ello se llama:
null modem ó modem nulo.
El RS-232 consiste en un conector tipo DB-25 (de 25 pines), aunque es normal encontrar
la versión de 9 pines (DE-9), más barato e incluso más extendido para cierto tipo de
periféricos (como el ratón serie del PC).
Figura 3.8 Conector RS-232
34
3.6.3 Construcción física
La interfaz RS-232 está diseñada para distancias cortas, de hasta 15 metros según la
norma, y para velocidades de comunicación bajas, de no más de 20 Kilobits/segundo. A
pesar de ello, muchas veces se utiliza a mayores velocidades con un resultado aceptable.
La interfaz puede trabajar en comunicación asíncrona o síncrona y tipos de canal
simplex, half-duplex o full duplex. En un canal simplex los datos siempre viajarán en
una dirección, por ejemplo desde DCE a DTE. En un canal half-duplex, los datos pueden
viajar en una u otra dirección, pero sólo durante un determinado periodo de tiempo;
luego la línea debe ser conmutada antes que los datos puedan viajar en la otra dirección.
En un canal full duplex, los datos pueden viajar en ambos sentidos simultáneamente. Las
líneas de handshaking de la RS-232 se usan para resolver los problemas asociados con
este modo de operación, tal como en qué dirección los datos deben viajar en un instante
determinado.
Si un dispositivo de los que están conectados a una interfaz RS-232 procesa los datos a
una velocidad menor de la que los recibe deben de conectarse las líneas handshaki
que permiten realizar un control de flujo tal que al dispositivo más lento le dé tiempo de
procesar la información. Las líneas de "hand-shaking" que permiten hacer este control
de flujo son las líneas RTS y CTS. Los diseñadores del estándar no concibieron estas
líneas para que funcionen de este modo, pero dada su utilidad en cada interfaz posterior
se incluye este modo de uso.
35
3.7 Capacitor
Un condensador (antes conocido como condensador) es un pasivo componente
electrónico que consiste en un par de conductores separados por un dieléctrico (aislante).
Cuando hay una diferencia de potencial (voltaje) a través de los conductores de una
estática del campo eléctrico se desarrolla en el dieléctrico que almacena la energía y
produce una fuerza mecánica entre los conductores. Un condensador ideal se caracteriza
por una constante de valor único, la capacitancia , medida en faradios . Esta es la razón
de la carga eléctrica de cada conductor a la diferencia de potencial entre ellos.
Los condensadores son ampliamente utilizadas en circuitos electrónicos de bloqueo de
corriente al mismo tiempo a la corriente alterna para pasar, en las redes de filtro, para
suavizar la salida de las fuentes de alimentación , en los circuitos resonantes que
sintonizar radios particular, las frecuencias y para muchos otros fines.
3.7.1 Generalidades
Estos componentes deben operar a frecuencias altas, por lo que deben presentar bajas
inductancias y pérdidas. En términos generales, se pueden utilizar capacitores con
dieléctrico plástico o cerámico, dependiendo de la aplicación. Sin embargo, en muchos
casos se prefiere el uso de capacitores hechos especialmente para aplicaciones de
conmutación.
La frecuencia de resonancia de un capacitor se puede determinar por medio de los
elementos parásitos, los cuales implican una resistencia y una inductancia propias del
capacitor. En general, el capacitor se modela con el siguiente circuito equivalente:
36
Imagen modelo de un capacitor.
Conectando varios capacitores en paralelo se logra una reducción de la impedancia. Por
lo tanto, conectando n capacitores en paralelo se obtiene un capacitor con:
Imagen formulas en los capacitores
3.8 Cristal de Cuarzo
El cristal de cuarzo es utilizado como componente de control de la frecuencia de
circuitos osciladores convirtiendo las vibraciones mecánicas en voltajes eléctricos a una
frecuencia específica. Esto ocurre debido al efecto "piezoeléctrico". La pize-electricidad
es electricidad creada por una presión mecánica. En un material piezoeléctrico, al aplicar
una presión mecánica sobre un eje, dará como consecuencia la creación de una carga
eléctrica a lo largo de un eje ubicado en un ángulo recto respecto al de la aplicación
de la presión mecánica. En algunos materiales, se encuentra que aplicando un campo
eléctrico según un eje, produce una deformación mecánica según otro eje ubicado a un
ángulo recto respecto al primero.
37
Por las propiedades mecánicas, eléctricas, y químicas, el cuarzo es el material más
apropiado
para
fabricar
dispositivos
con
frecuencia
bien controlada. La
siguiente gráfica muestra la variación en partes por millón (PPM) con respecto a la
temperatura.
Figura 3.9 Frecuencia fundamental vs. Frecuencia de sobretono
Esto es de importancia cuando se especifica un cristal. Cuando se incrementa la
frecuencia solicitada, el espesor del cuerpo del cristal disminuye y por supuesto existe
un límite en el proceso de fabricación. Alrededor de 30MHz, el espesor de la placa del
cristal comienza a ser muy delgada. Debido a que el corte "AT" resonará a
números enteros impares múltiplos de la frecuencia fundamental, es
necesario
especificar el orden del sobretono deseado para cristales de altas frecuencias.
38
3.8.1 Circuito eléctrico equivalente
El circuito eléctrico equivalente que se muestra a continuación es un esquema del cristal
de cuarzo trabajando a una determinada frecuencia de resonancia. El capacitor Co o
capacidad en paralelo, representa en total la capacidad entre los electrodos del cristal
más la capacidad de la carcasa y sus terminales. R1, C1 y L1 conforman la rama
principal del cristal y se conocen como componentes o parámetros donde:
L1
representa la masa vibrante del cristal,
C1 representa la elasticidad
R1 representa las
del cuarzo
pérdidas que ocurren dentro del cristal.
Imagen Circuito equivalente
 Curva de Impedancia
Un cristal tiene dos frecuencias de fase cero, como se ven en la siguiente figura. La más
baja es la Frecuencia de Resonancia Serie indicada como fs. En éste punto el cristal se
comporta como una resistencia en el circuito, la impedancia está en un mínimo y la
corriente que circula es la máxima. A medida que se incrementa la frecuencia, el cristal
pasa por la Frecuencia de Resonancia Paralelo y llega a la frecuencia de Anti resonancia
fa en la cual la impedancia es máxima, y las reactancias de la L1 y la Co se cancelan. En
éste punto, la corriente que circula por el cristal es la mínima.-
39
Imagen. Factor de Calidad (Q)
El factor de calidad (Q) es una medida de la eficiencia de la oscilación. La máxima
estabilidad obtenible de un cristal depende del valor de "Q". En la figura de la
impedancia del cristal, la separación entre las frecuencias serie y paralelo se llama ancho
de banda. Cuanto más pequeño el ancho de banda mayor es el "Q". Cambios en la
reactancia del circuito externo tienen menos efecto (menos "pullability") en un cristal de
alto
"Q"
por
lo
tanto
la
frecuencia
es
en
definitiva
más
estable.
3.8.2 Circuitos Osciladores
3.8.2.1 Circuitos Osciladores Serie
Un circuito básico oscilador resonante serie, utiliza un cristal que está diseñado para
oscilar en su frecuencia resonante serie natural. En éste circuito no hay capacitores en la
realimentación Los circuitos resonantes serie son usados por la baja cantidad de
componentes que se utilizan, pero estos circuitos pueden tener componentes parásitos
que intervienen en la realimentación. y en el caso que el cristal deje de funcionar
oscilarán a una frecuencia impredecible. El esquema del circuito oscilador serie es:
40
Figura 3.10 Oscilador resonante
De la figura del circuito básico del oscilador resonante serie se ve que no existen
componentes para ajustar la frecuencia de oscilación. R1 es utilizado para polarizar el
inversor en su región lineal de operación y además provee realimentación negativa al
inversor. C1 es un capacitor de acople para bloquear la componente de continua. R2 está
para controlar la potencia que se entrega al cristal, limitando la corriente a través de él.
3.8.2.2 Circuitos Osciladores Paralelo
Un circuito oscilador paralelo utiliza un cristal que está diseñado para operar con un
valor específico de capacidad de carga. Esto resultará en un cristal que tendrá una
frecuencia mayor que la frecuencia resonante serie, pero menor que la verdadera
frecuencia resonante paralelo.
Un circuito básico se muestra a continuación.
Figura 3.11 Ejemplo de un oscilador
41
Este circuito utiliza un inversor simple para hacer el oscilador, donde R1 y R2 cumplen
las mismas funciones que en el circuito del oscilador resonante serie, con dos
capacitores en la realimentación, que componen la capacidad de carga y en conjunto con
el cristal darán lugar a la frecuencia a la cual oscilará el circuito. O sea que ajustes en los
capacitores de carga, darán lugar a una variación pequeña en la frecuencia de oscilación,
permitiendo un ajuste fino de la misma. El cristal es resonante paralelo, especificado
para trabajar con una determinada capacidad de carga a la frecuencia deseada y con la
tolerancia y estabilidad deseadas. La capacidad de carga para el cristal en este circuito
puede ser calculada con la siguiente fórmula:
Donde para inversores de las familias lógicas CMOS de alta velocidad:

Cs es la capacidad parásita del circuito y normalmente se estima entre 3pf a 10pf.

R1 es del orden de 8.2 MOhm a 10 MOhm

R2 es del orden de 470 Ohm a 2200 Ohm
3.9 Circuito impreso
En electrónica, un circuito impreso o PCB (del inglés printed circuit board), es un
medio para sostener mecánicamente
y
conectar eléctricamente
componentes
electrónicos, a través de rutas o pistas de material conductor, grabados en hojas de cobre
laminadas sobre un sustrato no conductor, comúnmente baquelita o fibra de vidrio.
Los circuitos impresos son robustos, baratos, y habitualmente de una fiabilidad elevada
aunque de vez en cuando pueda tener fallos técnicos. Requieren de un esfuerzo mayor
para el posicionamiento de los componentes, y tienen un coste inicial más alto que otras
alternativas de montaje, como el montaje punto a punto (o wire-wrap), pero son mucho
más baratos, rápidos y consistentes en producción en volúmenes.
42
3.9.2 Patrones
La gran mayoría de las tarjetas para circuitos impresos se hacen adhiriendo una capa de
cobre sobre todo el sustrato, a veces en ambos lados (creando un circuito impreso
virgen), y luego retirando el cobre no deseado después de aplicar una máscara temporal
(por ejemplo, grabándola con percloruro férrico), dejando sólo las pistas de cobre
deseado. Algunos pocos circuitos impresos son fabricados al agregar las pistas al
sustrato, a través de un proceso complejo de electro recubrimiento múltiple. Algunos
circuitos impresos tienen capas con pistas en el interior de éste, y son llamados circuitos
impresos multicapas. Éstos son formados al aglomerar tarjetas delgadas que son
procesadas en forma separada. Después de que la tarjeta ha sido fabricada, los
componentes electrónicos se sueldan a la tarjeta.
Figura 3.12
A la izquierda la imagen de la PCB diseñada por ordenador y a la derecha la PCB
manufacturada y montada.
Hay varios métodos típicos para la producción de circuitos impresos:
1. La impresión serigrafía utiliza tintas resistentes al grabado para proteger la capa
de cobre. Los grabados posteriores retiran el cobre no deseado. Alternativamente,
la tinta puede ser conductiva, y se imprime en una tarjeta virgen no conductiva.
Esta última técnica también se utiliza en la fabricación de circuitos híbridos.
2. El fotograbado utiliza una fotomecánica y grabado químico para eliminar la capa
de cobre del sustrato. La fotomecánica usualmente se prepara con una foto
plotter, a partir de los datos producidos por un programa para el diseño de
circuitos impresos. Algunas veces se utilizan transparencias impresas en una
impresora Láser como foto herramientas de baja resolución.
43
3. El fresado de circuitos impresos utiliza una fresa mecánica de 2 o 3 ejes para
quitar el cobre del sustrato. Una fresa para circuitos impresos funciona en forma
similar a un plotter, recibiendo comandos desde un programa que controla el
cabezal de la fresa los ejes x, y y z. Los datos para controlar la máquina son
generados por el programa de diseño, y son almacenados en un archivo en
formato HPGL o Gerber.
4. La impresión en material termo sensible para transferir a través de calor a la
placa de cobre. En algunos sitios comentan de uso de papel glossy (fotográfico),
y en otros de uso de papel con cera como los papeles en los que vienen los
autoadhesivos.
Tanto el recubrimiento con tinta, como el fotograbado requieren de un proceso de
atacado químico, en el cual el cobre excedente es eliminado, quedando únicamente el
patrón deseado.
3.9.3 Atacado
El atacado de la placa virgen se puede realizar de diferentes maneras. La mayoría de los
procesos utilizan ácidos o corrosivos para eliminar el cobre excedente. Existen métodos
de galvanoplastia que funcionan de manera rápida, pero con el inconveniente de que es
necesario atacar al ácido la placa después del galvanizado, ya que no se elimina todo el
cobre.
Los químicos más utilizados son el cloruro Férrico, el sulfuro de amonio, el ácido
clorhídrico mezclado con agua y peróxido de hidrógeno. Existen formulaciones de
ataque de tipo alcalino y de tipo ácido. Según el tipo de circuito a fabricar, se considera
más conveniente un tipo de formulación u otro.
Para la fabricación industrial de circuitos impresos es conveniente utilizar máquinas con
transporte de rodillos y cámaras de aspersión de los líquidos de ataque, que cuentan con
control de temperatura, de presión y de velocidad de transporte. También es necesario
que cuenten con extracción y lavado de gases.
44
3.9.4 Perforado
Las perforaciones, o vías, del circuito impreso se taladran con pequeñas brocas hechas
de carburo tungsteno. El perforado es realizado por maquinaria automatizada, controlada
por una cinta de perforaciones o archivo de perforaciones. Estos archivos generados por
computador son también llamados taladros controlados por computador (NCD por sus
siglas en inglés) o archivos Excellon. El archivo de perforaciones describe la posición y
tamaño de cada perforación taladrada.
Cuando se requieren vías muy pequeñas, taladrar con brocas es costoso, debido a la alta
tasa de uso y fragilidad de éstas. En estos casos, las vías pueden ser evaporadas por un
láser. Las vías perforadas de esta forma usualmente tienen una terminación de menor
calidad al interior del orificio. Estas perforaciones se llaman micro vías.
También es posible, a través de taladrado con control de profundidad, perforado láser, o
pre-taladrando las láminas individuales antes de la laminación, producir perforaciones
que conectan sólo algunas de las capas de cobre, en vez de atravesar la tarjeta completa.
Estas perforaciones se llaman vías ciegas cuando conectan una capa interna con una de
las capas exteriores, o vías enterradas cuando conectan dos capas internas.
Las paredes de los orificios, para tarjetas con dos o más capas, son metalizadas con
cobre para formar, orificios metalizados, que conectan eléctricamente las capas
conductoras del circuito impreso.
3.9.6 Estañado y máscara antisoldante
Los pads y superficies en las cuales se montarán los componentes, usualmente se
metalizan, ya que el cobre al desnudo no es soldable fácilmente. Tradicionalmente, todo
el cobre expuesto era metalizado con soldadura. Esta soldadura solía ser una aleación de
plomo-estaño, sin embargo, se están utilizando nuevos compuestos para cumplir con la
directiva RoHS de la UE, la cual restringe el uso de plomo. Los conectores de borde, que
se hacen en los lados de las tarjetas, a menudo se metalizan con oro. El metalizado con
oro a veces se hace en la tarjeta completa.
45
Las áreas que no deben ser soldadas pueden ser recubiertas con un polímero resistente a
la soldadura, el cual evita cortocircuitos entre las patas cercanas de un componente.
3.9.7 Serigrafía
Los dibujos y texto se pueden imprimir en las superficies exteriores de un circuito
impreso a través de la serigrafía. Cuando el espacio lo permite, el texto de la serigrafía
puede indicar los nombres de los componentes, la configuración de los interruptores,
puntos de prueba, y otras características útiles en el ensamblaje, prueba y servicio de la
tarjeta. También puede imprimirse a través de tecnología de impresión digital por chorro
de tinta (inkjet/Printar) y volcar información variable sobre el circuito (serialización,
códigos de barra, información de trazabilidad).
3.9.8 Montaje
En las tarjetas through hole (a través del orificio), las patas de los componentes se
insertan en los orificios, y son fijadas eléctrica y mecánicamente a la tarjeta con
soldadura.
Con la tecnología de montaje superficial, los componentes se sueldan a los pads en las
capas exteriores de las tarjetas. A menudo esta tecnología se combina con componentes
through hole, debido a que algunos componentes están disponibles sólo en un formato.
3.9.9 Pruebas y verificación
Las tarjetas sin componentes pueden ser sometidas a pruebas al desnudo, donde se
verifica cada conexión definida en el netlist en la tarjeta finalizada. Para facilitar las
pruebas en producciones de volúmenes grandes, se usa una cama de clavos para hacer
contacto con las áreas de cobre u orificios en uno o ambos lados de la tarjeta. Un
computador le indica a la unidad de pruebas eléctricas, que envíe una pequeña corriente
eléctrica a través de cada contacto de la cama de clavos, y que verifique que esta
corriente se reciba en el otro extremo del contacto. Para volúmenes medianos o
46
pequeños, se utilizan unidades de prueba con un cabezal volante que hace contacto con
las pistas de cobre y los orificios para verificar la conectividad de la placa verificada.
3.9.10 Protección y paquete
Los circuitos impresos que se utilizan en ambientes extremos, usualmente tienen un
recubrimiento, el cual se aplica sumergiendo la tarjeta o a través de un aerosol, después
de que los componentes han sido soldados. El recubrimiento previene la corrosión y las
corrientes de fuga o cortocircuitos producto de la condensación. Los primeros
recubrimientos utilizados eran ceras. Los recubrimientos modernos están constituidos
por soluciones de goma silicosa, poliuretano, acrílico o resina epóxica. Algunos son
plásticos aplicados en una cámara al vacío.
47
CAPÍTULO IV
DESARROLLO DEL
PROYECTO
48
En este capítulo se describe detalladamente cada una de las actividades implicadas en el
desarrollo del proyecto.
Este proyecto consiste en el desarrollo de una PCB a partir de una tarjeta comercial que
se tiene dentro de la Universidad Tecnológica de Querétaro, la cual establece la
comunicación vía Ethernet que controla alarmas de puertas, ventanas, temperatura etc.,
instaladas dentro de una casa habitación.
4.1 Desarrollo del PCB
Para el desarrollo y construcción de PCB para el PIC18F97J60 se necesitará de un
software que permita realizar un layout de componentes electrónicos y arreglo de pistas
para la placa donde se desea realizar la impresión del circuito. La Universidad
Tecnológica de Querétaro ofrece un software llamado ultiboard (versión 10), el cual
cumple con las características que se necesitan (ver figura 4.1)
Figura 4.1 Imagen de presentación del software ULTIBOARD 10
Antes de comenzar el PCB en el software ultiboard fue necesario capturar el diagrama
electrónico requerido para complementar el PCB con un software llamado MultiSIM
(versión 10), que es proporcionado por la Universidad Tecnológica de Querétaro.
49
F
i
g
u
r
a
4
.
2
I
m
agen de presentación del software MultiSIM.
Multisim 10 es un software que
permite simular y capturar circuitos electrónicos y
eléctricos, por lo que es útil para comprobar de una manera virtual la funcionalidad de
cualquier dispositivo electrónico que se desee probar antes de colocarlo de una manera
determinada.
La realización del PCB como se menciona anteriormente se deduce a partir de una
tarjeta comercial, a consecuencia se ha pensado en utilizar solamente los circuitos
necesarios para el buen funcionamiento de está.
4.2 Realización de circuitos en el software multisim
Para la realización de circuitos se utilizó el software llamado multisim.
consiste en realizar una tarjeta
El proyecto
con los conocimientos que se adquirieron en la
universidad tecnológica de Querétaro. La tarjeta a realizar tiene diferentes puertos, cada
uno realiza la función correspondiente de trabajo, por lo tanto la realización de circuitos
se hizo en partes considerando que al final se debe unir cada etapa con sus respectivas
pines.
La primera etapa que se realizó en el software multisim fue la base para posicionar una
tarjeta adicional a esta tarjeta. Las medidas que debe
llevar fueron tomadas de tal
50
manera que la tarjeta adicional se pueda adaptar sin problemas. De igual manera, las
pistas que llegan a la base son tomadas de la hoja de datos del microcontrolador. La
tarjeta adicional que se mencionó anteriormente trabaja en conjunto con la tarjeta que se
describe en este capítulo. Sin una tarjeta no es posible el funcionamiento de la otra
tarjeta, debido a que la tarjeta adicional cuenta con el microcontrolador PIC18F97J60,
que realiza las diferentes funciones correspondientes.
En la figura 4.3 se muestra la imagen de la base para la tarjeta adicional, realizada en
multisim.
Figura 4.3 base para tarjeta adicional.
Después de haber realizado el diseño electrónico en multisim, se debe
realizar la
transferencia al software ultiboard, para realizar las pistas correspondientes.
En la figura se muestra cómo se hace la transferencia hacia ultiboard.
51
Figura 4.4 transferencia de multisim a ultiboard.
Todo circuito electrónico realizado en multisim que se desea realizar en PCB debe ser
transferido a ultiboarb. De otro modo es posible simular solamente en multisim.
En la figura se muestra la base mencionada anteriormente transferida en ultiboard.
Figura 4.5 circuito de multisim en ultiboarb
A continuación se realizaron los demás circuitos que integran la tarjeta en el programa
de multisim. En la parte izquierda de la imagen se muestra varias resistencias con un
52
conector de 6 terminales. Uno de ellos es la alimentación y su respectiva tierra, los
demás pines son para recibir un enchufe el cual proviene del exterior, para recibir o
enviar señales según el caso, pueden ser alarmas o etapas de potencia etc. También al
lado derecho se encuentra el circuito de un cristal oscilador de 25MHZ. En la parte
derecha se encuentra el circuito electrónico que representa una memoria 25lc256 de tipo
superficial, la cual es necesaria para el funcionamiento de la PCB, en la parte inferior
derecha se muestra un circuito simple donde se conectará una pantalla LCD que contiene
un arreglo de resistencias muy simple, esto respecto a la configuración que tiene la
pantalla LCD.
Figura 4.6 Conector para recibir señales, cristal oscilador, memoria 25lc256, conector
para LCD
D e igual manera se realizó un arreglo de resistencias,
que se muestra en el lado
izquierdo, con un conector para enviar o recibir señales del exterior. Una fuente se
53
encuentra en la parte derecha, con capacidad de 3,3 v y 5 v
etc. que requiere el PCB a
realizar.
Figura 4.7 Arreglo de resistencias y fuente 3,3 y 5 v
Cabe mencionar que cada una de las etapas, terminales, de cada circuito electrónico
realizado en este software llamado multisim
tiene definido el pin donde debe
ir
colocado, ya que como es una PCB muy grande se decidió hacerla por partes y
transferirla por etapas a ultiboard, (como se explica anteriormente) donde se realizan las
uniones respectivas. Las imágenes que se muestran solo es una parte de diseño.
Para la realización de PCB fue necesario establecer el grosor de pistas ya que el tamaño
de la tarjeta final no debía exceder de 15cm x 15cm de esta manera para aprovechar el
espacio hubo intersección entre pads lo cual la distancia entre centros de cada pads es
muy reducida a consecuencia se recurrió a la necesidad de establecer cierto grosor de
54
pistas, en la siguiente figura se muestra el ejemplo de cómo establecer los diferentes
tamaños que puede haber en las pistas, cabe mencionar que en la parte de la fuente de
alimentación se decidió establecer las pistas de un grosor mayor por lo mismo de que
en esta parte es donde se suministra la corriente.
Figura 4.8 configuración de pista
El software ultiboard tiene una gran ventaja para trabajar es por eso que la mayoría de
los estudiantes prefieren trabajar de esta manera, sin duda la variedad de funciones que
permite hacer modificaciones lo hace eficiente en
eficiencia
el desarrollo de PCB, para la
de todo circuito es necesario tomar consideraciones para
el
buen
funcionamiento. Durante el desarrollo del proyecto se decidió establecer el tamaño de
los pads de manera que al momento de soldar o manipular la
PCB no hubiera
desprendimiento de cobre.
A continuación se muestra el menú donde se determina el tamaño de pad en ultiboard se
puede observar que existen la función para aumentar el diámetro, altura grosor etc.
55
Figura 4.9 Configuración de pad
Las principales barras de herramientas que se utilizaron son: barra main (barra principal)
que se muestra a continuación.
Figura 4.10 Barra principal.
A continuación se explicara cada comando que fue utilizado
Line: tiene la opción de dibujar las pistas según se requiera de longitud y del mismo
modo permite girar en ángulos
establecidos para diseño de PCB ya sea de 45°,
90°,180°,270°, según se desea,
Polygon: permite partir de un punto de tal manera que al regresar en el mismo punto
cubre una capa de pista de tamaño que uno lo desea.
Place a vía: permite hacer pads de forma manual esto se utiliza normalmente para
realizar puentes en zonas donde no es posible establecer continuidad de líneas.
Show 3D: muestra el diseño vista 3d de manera que se puede observar los componentes
físicamente.
La barra de select (selección) es una de las principales herramientas que se debe de
utilizar al realizar PCB ya que con los diferentes comandos que tiene permite manipular
56
por parte la mayoría del diseño que se está construyendo
y sus funciones son las
siguientes:
Figura 4.11 Barra select.
Enable seleccting parts: permite seleccionar los componentes en el área de trabajo de tal
manera que se pueden desplazar de un lugar hacia otro.
Enable seleccting traces: permite seleccionar las líneas para mover de un lado hacia otro
según se requiera del mismo modo para dar formato de tamaño.
Enable seleccting pads: permite seleccionar los pads independientemente del objeto que
lo rodea.
Enable selecting attributes: permite seleccionar el atributo que contiene cada objeto para
nombrarlo o enumerarlo, agrega texto.
Enable selecting other objets: permite seleccionar otros objetos.
El uso de todas las herramientas necesarias facilita
el trabajo de desarrollo en el
software ultiboard.
4.3 Correcciones
Una vez que se obtuvo la unión de las diferentes etapas de circuitos se realizo una
revisión total para cada línea con su respectiva unión con la finalidad de corregir los
posibles errores así evitar el mal funcionamiento de la PCB, de la misma manera se
hicieron observaciones sobre el tamaño total de la PCB sin duda el tamaño se obtuvo
demasiado grande considerando las medidas que se establecieron por lo cual se recurrió
a modificar el diseño colocando en diferente posición con el objetivo de reducir espacio,
en esta parte se complico un poco el área de trabajo ya que el espacio para colocar
todos los componentes se redujo aproximadamente 3cm parece poco pero en realidad en
el área de trabajo es bastante agradable, cabe
mencionar que las hojas de datos se
utilizaron para servir de apoyo en cada conexión ya que se encontraron detalles en las
57
configuraciones de los componentes porque
estos no se encontraban en el software
multisim para ser utilizados y se vio la necesidad de ser sustituidos por la estructura que
se acoplara.
Como se puede observar las diferentes vistas que se han mostrado anteriormente
también es posible observar la vista en el software ultiboard de los diferentes circuitos
que se mencionaron al principio pero ahora totalmente unidos entre sí esto se refiere a
que el diseño está terminado.
Figura 4.12 Vista en ultiboard.
A continuación se muestra una vista en 3D del diseño realizado en ultiboard esto es
posible gracias a la función que tiene el software
bastante útil para visualizar la
posición de cada componente y hacer al respecto posibles modificaciones.
58
Figura 4.13 Vista superior 3D
4.4 Distribución de componentes
La distribución de componentes es sumamente importante ya que permite ahorrar
espacio principalmente en este proyecto se opto por colocar los componentes de
manera que la conexión de pistas sea lo más cercano a su respectivo pads como lo
marca la hoja de datos ya que cuando se tienen bastantes elementos la cuestión de
unir líneas se complica demasiado.de igual manera considerando que exista simetría
entre cada uno de ellos.
Para los 2 cristales osciladores
se busco la manera de que se posicionaran lo más
cercano al microcontrolador para que no afectara en su funcionamiento, como la
mayoría de componentes en este proyecto son conectores se opto por colocarlos de
manera que su posición no obstruya
las conexiones de otras etc. Las cuales son
complementos que provienen del exterior para el funcionamiento de la PCB.
Una vez que está terminada la PCB es posible visualizar la hoja de impresión la cual
muestra los orificios donde van a ensamblar los componentes y las líneas que
representan las pistas, esta parte muestra una gran ventaja ya que antes de realizar la
impresión es posible observar si existen pistas que estén en donde no deben de esta
manera es posible hacer las correcciones necesarias y reducir hacer costos innecesarios.
59
4.5 Propuesta
Al concluir con el diseño de la PCB se observo las dimensiones que logro alcanzar el
diseño, dado esto se propuso realizar una nueva
PCB con
la finalidad de reducir
espacio.
Esto se logro haciendo modificaciones respecto al primer diseño los cuales fueron reducir
la base a la mitad del tamaño original para el PIC18F97J60 el cual proviene de una
PCB exterior, así mismo se consideró el grosor de las pistas ya que la estructura
cambio totalmente. En la siguiente figura se muestra la propuesta de diseño que se logro
realizar.
Figura 4.14 Propuesta de diseño.
Este nuevo diseño logro reducir 2.5 cm de largo y 2 cm de ancho aproximadamente sobre la
base de la tarjeta para el PIC18F97J60 y en la tarjeta exterior se alcanzo reducir 2.5 cm por
cada lado debido a la distribución de componentes fue posible lograr esta reducción.
La distribución de componentes ayudo mucho ya que no es tan fácil debido a que la mayoría
de estos componentes son conectores y su distribución puede afectar mecánicamente al
momento de conectar.
60
En la siguiente figura se muestra la imagen en 3 dimensiones donde es posible observar la
distribución de cada componente.
Figura 4.15 vista superior 3d
Como se puede observar a diferencia de la primera tarjeta la distribución de componentes es la
misma solo cambia la base para colocar la tarjeta exterior en la cual se hicieron las
modificaciones, las cuales fueron la colocación 2 líneas de pines en paralelo.
61
CAPÍTULO V
ACTIVIDADES
DIVERSAS
62
Estas actividades no están directamente relacionadas con el proyecto pero si destacan
mucho ya que de alguna manera forman parte del mismo.
5.1 Impresión del PCB
Dado las circunstancias en la Universidad Tecnológica de Querétaro en este momento
no se cuenta con recursos para realizar la impresión de la PCB. Por lo que se deberá
realizar en otra ocasión. De la misma manera el equipo que debe ser utilizado para este
tipo de aplicación no se encuentra en la Universidad Tecnológica de Querétaro ya que
debe ser tecnología muy sofisticada.
Haciendo énfasis que el PCB requiere de una impresión de alta calidad para su perfecto
funcionamiento se tiende a hacer este tipo de actividades que están fuera de nuestra
disposición, no ocasionando ningún inconveniente ya que se reconoce que el trabajo el
cual va a realizar el PCB es una comunicación vía Ethernet sumamente importante para
el control de variables, dispositivos etc.
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5.2 Proyecto de movilidad a Francia
El proceso de movilidad a Francia es una responsabilidad muy grande que se debe
llevar a la par con el proyecto final que se requiere para lograr la titulación, ya que es
estos dos proyectos se deben de llevar al mismo tiempo. Por tal motivo no se debe de
dejar a un lado ninguno, considerando el tiempo que toma en reunir la documentación se
le da prioridad a quien lo requiera pero es algo que en un momento dado
se debe
realizar.
Durante el proceso de estadía se presentaron varias actividades que realizaron para el
proceso de movilidad, como el trámite para sacar el pasaporte en las oficinas de la
secretaria de relaciones exteriores. Este trámite implicó tiempo de tal manera que se
perdió un avance en el proceso de estadía.
Por otro lado, también se asistió a llenar documentos para campus france, vinculación,
traducción de acta de nacimiento por la embajada entre otros, él tiempo aproximado
entre las actividades fue de una semana.
Es necesario mencionar que estas actividades son adicionales al proceso de titulación
que se deben realizar para poder obtener el título.
Así mismo, se asistió a presentar la entrevista en Cuernavaca, lo cual tomó dos días sin
realizar actividades para el proyecto de estadía.
Después de las deferentes actividades que se realizaron para el proyecto de movilidad
se prosiguió a continuar con el proyecto de estadía al 100% para terminar y ser titulado.
64
CAPÍTULO VI
EVALUACION
ECONÓMICA
Y RESÚLTADOS
OBTENIDO
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6.1 Material
La siguiente tabla representa una relación del material que incorpora la PCB ya que se
redujo partes innecesarias de la PCB original.
Material utilizado
Cantidad
Placa fenolica 16x16cm
Cristal oscilador 25mghz
Cristal oscilador 32 khz
Conector base rj-45
Conector base rj-11
Conector DB9
Integrado max-232
Reguladores de tensión lm2940s-5.0
Potenciómetro
Memoria superficial 25lc256
Capacitores
Resistencias
Conector de heders 1x8
Conector de heders 2x6
Conector de heders 1x14
1
1
1
1
1
1
1
2
1
1
20
39
1
1
1
Conector de heders 2x14
Led indicador
Diodo
Conectores de heders 1x25
Tabla 6.1 Relación de material
1
1
1
4
6.2 Cuestiones económicas del proyecto
La realización de este proyecto fue durante el periodo de estadía en las instalaciones de
la Universidad Tecnológica de Querétaro
para obtener el título de técnico superior
universitario por lo cual los gastos que cubren
este proyecto
solo es el apoyo
económico para el alumno de la universidad.
Para considerar el precio total del trabajo realizado es necesario considerar la mano de
obra, la realización de la impresión por la empresa, el material que es utilizado.
Una vez terminado la PCB
es necesario considerar el costo de una tarjeta comercial
contra el trabajo que implica tener nuestra propia tarjeta para así establecer un costo en
el mercado y hacer posible la venta de PCB.
66
El diseño fue realizado a partir de una tarjeta comercial de la empresa microchip esta
tarjeta comercial que tiene un costo aproximado de 2,200 pesos mexicanos.
6.2.1 Hora–hombre trabajada.
Para la realización de este proyecto se trabajo de una hora determinada bajo las
cuestiones de la Universidad Tecnológica de Querétaro la cual fue de 7:00am a 3:00pm.
Siendo este el horario que se establece en el turno matutino.
6.3 Resultados
En la primera etapa del proyecto se realizaron los circuitos en el software multisim
para después trasladarlos a ultiboard, dentro de esta etapa se complico un poco ya que
algunos componentes no se encontraban, en algunos fue necesario colocar una máscara
de modo que tenga los mismos pads que se necesitan, esto fue posible gracias a las
funciones que integra el software multisim.
Para la segunda etapa se realizo las uniones de cada componente
en el software
ultiboard en esta etapa fue donde se llevo la mayor parte de tiempo el proyecto, ya que
es la etapa donde se acomoda cada componente a su respectivo pads que marca la hoja
de datos la cual no debe de tener errores al momento de unir las líneas que representan
las pistas del diseño.
Dentro de esta etapa se considero la separación entre cada línea, grosor de líneas, la
separación entre cada componente que es sumamente importante para reducir el tamaño
y se busco la manera de que los componentes quedaran colocados de manera simétrica
considerando que la mayor parte de componentes son conectores.
Como tercera etapa se considero el tamaño total de la PCB lo cual se propuso hacer una
reducción lo más posible, de esta manera se alcanzo una medida de 16x16cm. Aun así
bastante grande a comparación de la PCB comercial que ya se tiene.
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Para la cuarta etapa se hizo una propuesta con un diseño de una PCB exterior la cual el
tamaño estaba reducido aproximadamente la mitad de lo que ya era la PCB exterior,
dadas estas medidas se hicieron modificaciones totales las cuales consistieron en reducir
el tamaño de la base donde se monta la PCB exterior, esto complico el espacio para
cruzar líneas por lo que se recurrió a reducir el grosor de líneas 5 milésimas mas para
aprovechar el espacio entre pads.
68
CONCLUSIONES
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La estadía realizada en las instalaciones de la Universidad Tecnológica de Querétaro me
ha dejado experiencias muy valiosas en el ámbito personal y profesional.
Quiero mencionar que durante este periodo reafirme conocimientos que adquirí en el
transcurso de la carrera.
Así mismo quiero destacar
que los maestros hicieron un importante esfuerzo por
apoyarme para lograr el objetivo.
He comprobado que con el estudio y la práctica se puede ser mejor persona en el ámbito
profesional.
Me siento orgulloso de haber estado en la Universidad Tecnológica de Querétaro,
porque he logrado el final de mi preparación cómo TSU. Me considero una persona
preparada gracias a la ayuda de los profesores y amigos que han estado de alguna
manera contribuyendo con mi desarrollo académico, porque no es algo fácil
pero
tampoco imposible alcanzar el objetivo.
Con el transcurso del tiempo adquirí una visión muy amplia sobre la importancia que
tiene la electrónica y automatización en el sector industrial en el cual quiero participar y
contribuir al desarrollo de nuevas tecnologías, que con la práctica y conocimiento será
posible.
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BIBLIOGRAFÍA
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REFERENCIAS PAGINAS WEB
www.pcb.ub.es
www.micropik.com
www.lcardaba.com
www.huarpe.com
www.google.com
www.fourtunecity.com
http://es.wikipedia.org/wiki/circuito_impreso
http://es.wikipedia.org/wiki/oscilador
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