Capítulo II: Fundamentos Teóricos Antecedentes En el marco regional se reseñan los siguientes antecedentes: a) Hernández, R (2010) realizo un trabajo denominado “Implantación de Sistema de Monitoreo de los ADS de CANTV adscritos a la central Centro de San Cristóbal Estado Táchira”, en el cual propone un sistema que consta de cuatro etapas la primera es una etapa de multiplexación de todas las señales provenientes de los ADS, en la segunda etapa se realiza el procesamiento de las señales provenientes de la etapa anterior, es aquí donde se encuentra el microcontrolador que realiza las tareas para satisfacer los requerimientos del sistema, en la tercera etapa se encuentra un demultiplexor que decodifica la información de la segunda etapa para mostrar en la cuarta etapa la información en un panel de visualización el ADS abierto. Cabe destacar que la información recopilada en esta investigación fue gran ayuda ya que el propósito es la culminación y posterior implementación de la misma, para eso se tomaron en cuenta las recomendaciones y se
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Capítulo II: Fundamentos Teóricos
Antecedentes
En el marco regional se reseñan los siguientes antecedentes:
a) Hernández, R (2010) realizo un trabajo denominado “Implantación de
Sistema de Monitoreo de los ADS de CANTV adscritos a la central Centro de San
Cristóbal Estado Táchira”, en el cual propone un sistema que consta de cuatro etapas
la primera es una etapa de multiplexación de todas las señales provenientes de los
ADS, en la segunda etapa se realiza el procesamiento de las señales provenientes de
la etapa anterior, es aquí donde se encuentra el microcontrolador que realiza las tareas
para satisfacer los requerimientos del sistema, en la tercera etapa se encuentra un
demultiplexor que decodifica la información de la segunda etapa para mostrar en la
cuarta etapa la información en un panel de visualización el ADS abierto. Cabe
destacar que la información recopilada en esta investigación fue gran ayuda ya que el
propósito es la culminación y posterior implementación de la misma, para eso se
tomaron en cuenta las recomendaciones y se comenzó el rediseño para satisfacer
nuevos requerimientos del sistema.
b) Oliveros, M (2005) desarrollo un proyecto titulado “Sistema de monitoreo
para el control de apertura y cierra de los ADS de la zona San Cristóbal – Centro de
CANTV”. Este sistema estaba formado por dos componentes, uno de software y uno
de hardware, este ultimo estaba compuesto a su vez por un circuito transmisor y un
circuito receptor, el circuito transmisor estaba ubicado en cada uno de los armarios y
era el encargado de transmitir vía línea telefónica la información recopilada acerca de
la persona que abre determinado armario, esta persona se identificada mediante un
código de usuario a través de un teclado. Por otro lado el componente receptor recibía
e la información para enviarla a un servidor , es en esta parte donde se encuentra el
elemento software, que mediante una aplicación desarrollada en C en conjunto con
una aplicación en PHP, recibe los datos provenientes de el circuito de recepción, los
almacena y muestra la información de cuando un armario es abierto, la persona que lo
abrió , y cuando el mismo es cerrado, al mismo tiempo que envía un mensaje de texto
al técnico responsable del armario con la misma información. Toda estaría disponible
en una página web.
En el ámbito internacional se reseña el siguiente trabajo.
En el trabajo de investigación titulado “Sistema telefónico multifuncional
aplicado a la comunicación de personas hipoacusicas”, realizado por Lescas D
(2002), se presenta un sistema que tiene como principal función permitir a personas
con dificultades de audición comunicarse a través de la línea telefónica, usando los
códigos DTMF como base para codificar los mensajes. El sistema incluye además la
posibilidad de hacer un registro de las llamadas hechas y de almacenar números
importantes, así como también un protector nocturno que no permite llamadas
entrantes a altas horas de la noche, en este trabajo se encontraron las especificaciones
acerca del manejo de los códigos DTMF para el envío de información a través de la
línea telefónica, de la misma manera información acerca de la señalización utilizada
por una central telefónica durante la ejecución de una llamada.
Teorías que fundamentan el plan de trabajo
Central Telefónica
Una central telefónica es el lugar donde se encuentran el equipo de
conmutación y los demás equipos que de forma automática proporcionan la
selectividad necesaria para establecer el circuito de enlace entre dos usuarios, además
de esto también se encargan del control y señalización de la red.
Básicamente la central, identifica el número destino, la central a la cual está
conectado y reserva una ruta para conectarse a esa central que a su vez indicara al
usuario destino, por medio de un timbre que tiene una llamada. La selección de esta
ruta se basara en la disponibilidad de canales entre las distintas centrales, porque lo
que la ruta con frecuencia cambiara, pero siempre se escogerá la ruta más corta
disponible.
Planta Externa de Telefonía
A los medios que enlazan la central telefónica con los abonados se les
denominan planta externa, en su infraestructura podemos ver los tendidos, postes,
armarios, cámaras y canalizaciones subterráneas, equipos y productos que permiten
conectar y enlazar la red hasta el punto donde se requiera.
Armarios de Distribución Secundarios (ADS)
Los armarios de distribución secundarios forman parte de la planta externa y
son los encargados de interconectar la red primaria, situada en la central telefónica,
con los elementos de la red secundaria para a través de esta establecer comunicación
efectiva con comercios y hogares. En cada ADS pueden converger de dos a tres
cables centrales, cada uno de ellos con hasta 300 pares centrales, estos pares son
distribuidos en cables locales y dirigidos hacia los terminales aéreos, terminales de
columna o FXB (armarios ubicados dentro de edificios o locales comerciales).
Señalización en la Red Telefónica
Para ejecutar sus funciones una central telefónica hace uso de intercambio
de señales eléctricas con las cuales se realiza el intercambio de información ya sea
48V
t
Voltaje
entre un abonado y la central telefónica o comunicación entre dos centrales
telefónicas, existe señales acústicas que son las que permiten al usuario conocer la
información acerca del estado de la red, un ejemplo de estas señales es el tono de
invitación a marcar. Las señales asociadas al teclado del teléfono que permite al
abonado identificar con quien desea comunicarse, así como los tonos DTMF que usa
el teléfono para indicar a la central dicho usuario se les llama señales numéricas, y
por último las señales de línea son las encargadas de ocupar, supervisar y liberar las
utilidades de la red telefónica, por lo general estas señales se establecen entre
centrales telefónicas por lo que se hacen transparentes al usuario.
Señal de colgado
Cuando un teléfono se encuentra descolgado la señal proveniente de la central
telefónica es como el mostrado en la figura numero 1 un voltaje diferencial de 48Vdc
por medio de este voltaje de alimentación se produce la corriente del circuito usada
para la transmisión de voz, a este voltaje se le conoce como voltaje de batería.
Figura 1. Señal de colgado
48V
t
Voltaje
5 ms
90Vrms
4s1s
Señal de timbrado
Para que un teléfono descolgado detecte la presencia de una llamada entrante
la central telefónica envía una señal con 90Vrms con una frecuencia de 20Hz, pero no
la envía de forma continua, la envía en intervalos de un segundo cada 5 segundos
como se muestra en la Figura 2.
Figura 2. Señal de timbrado
Señal de descolgado y el tono de 420Hz
Una vez se descuelga el teléfono el nivel del voltaje de batería cae a un voltaje
de 6.5 V y sobre este se observa el tono de invitación a marcar que corresponde a una
señal senoidal de 420Hz con una amplitud que va desde 700 hasta 800 mV, como se
muestra en la figura 2, este tono de invitación dura 20 segundos, con estas mismas
características pero a diferencias cadencias el tono es utilizado para otras señales.
6.5 V
20s
t
Voltaje
700 mV-800 mV
2.38 ms
t(s)
1 4
Figura 3. Señal de descolgado y tono de invitación a marcar
En la figura 4 se observa la cadencia que presenta el tono de 420Hz cuando se
conecta con el numero de destino, indicando que la señal de timbrado está presente en
el. A este tono se le llama tono de Ring Back y tiene un periodo de 5 segundos con
presencia de tono de un segundo.
Figura 4. Ciclo de presencia del tono de Ring Back
El tono de Ocupado presenta un ciclo de 0,5 segundos y con 0.25 segundos de
ausencia, este tono ocurre cuando el numero destino está efectuando una llamada o
simplemente esta descolgado.
0,25 0,25
t(s)
Figura 5. Ciclo de presencia del tono de Ocupado
La señalización DTMF
El método de señalización fue creado como alternativa al antiguo método de
marcado mediante pulsos donde se enviaba a la central una cantidad de pulsos
determinados de acuerdo al número que se pretendía marcar, este método hacia el
marcado lento debido a que mientras el numero era más alto mayor cantidad de
pulsos se tenían que enviar, en 1960 la compañía americana AT&T`s introdujo el
término Touch-Tone para describir esta nueva manera de marcar mediante un teclado,
pero fue hasta 1963 que el primer teléfono con teclado estuvo disponible al público,
este teléfono usaba frecuencias dentro del espectro telefónico, de 300 a 3400 Hz, de
esta manera no había necesidad de interrumpir la comunicación para el marcado del
numero.
En este método la idea es generar dos tonos únicos por cada tecla que se
presiona, es decir se genera un Doble Tono Multi-frecuencia o DTMF (Dual Tone
Multi Frequency). Para esto se tomo un conjunto de frecuencias bajas y otro de altas,
que para cada uno de los dígitos se sumaran algebraicamente dos señales senoidales
con dichas frecuencias, en la tabla 1 se observan las frecuencias correspondientes a
cada digito.
Dígito ó pausa
Reconocimiento
Puede o no ser reconocido
Rechazo
T > 40 ms
20 ms ≤ T ≤ 40 ms
T < 20 ms
Tabla 1. Frecuencias asociadas a cada digito DTMF
1209 Hz
1336 Hz 1477 Hz 1633 Hz
697 Hz 1 2 3 A770 Hz 4 5 6 B852 Hz 7 8 9 C941 Hz * 0 # D
Como se observa en la tabla 1 la señalización DTMF posee 6 dígitos que la
marcación por pulsos con un total de 16, y el tiempo para que sea detectado un par de
tonos es menor, necesitando un poco mas de 40ms de presencia de tonos y una pausa
entre dígitos de solo 40ms como se muestra en la figura 6.
Figura 6. Parámetros de duración de los tonos.
El transceptor DTMF MT8880
El MT8880 es un circuito integrado capaz de generar, a partir de un código de
cuatro bits de entrada, el par de tonos DTMF correspondiente al digito que se desee, a
sus ves puede detectar la presencia de un par de tonos y decodificarlo.
El receptor DTMF está basado en el receptor DTMF MT8870, en la figura 7
podemos observar el diagrama de bloques funcional de este último, en primera
instancia podemos observar la etapa de entrada que consta de un amplificador
operacional con la posibilidad de conectar una resistencia de realimentación para el
ajuste de ganancia, seguido de esto la separación de los tonos se efectúa gracias a dos
filtros pasa banda de orden 6, con anchos de banda correspondientes para los grupos
de altas y bajas frecuencias, en esta etapa también se encuentra un filtro para rechazar
el tono de invitación a marcar
Figura 7. Diagrama de Bloques Funcional del MT8870
Seguido de la etapa de filtrado se encuentra la etapa donde el MT8870 verifica
que las frecuencias detectadas pertenecen a las frecuencias DTMF, esto lo logra con
un algoritmo de detección digital, que emplea técnicas de conteo digital. A pesar de
que el complejo algoritmo protege contra simulaciones de tono por señales extrañas
como la voz, provee tolerancia para pequeñas desviaciones en las frecuencias.
Cuando se detecta un par de tonos validos el MT8870 coloca en salida ESt un “1”
lógico, y este volverá a “0” con cualquier pérdida de señal.
Antes de validar por completo los tonos se debe chequear el tiempo de
duración, esto se hace a través de un circuito RC externo, por lo que este tiempo es
configurable. Si el tono se mantiene durante ese periodo el circuito de dirección
habilita la salida del digito codificado de acuerdo a la tabla 2, y una vez esté
disponible en las salidas Q1-Q4, se pondrá en alto la salida StD.
Tabla 2. Codificación en 4 bits del digito DTMF
Digito Q4 Q3 Q2 Q11 0 0 0 12 0 0 1 03 0 0 1 14 0 1 0 05 0 1 0 16 0 1 1 07 0 1 1 18 1 0 0 09 1 0 0 10 1 0 1 0* 1 0 1 1# 1 1 0 0A 1 1 0 1B 1 1 1 0C 1 1 1 1D 0 0 0 0
Ambos integrados funcionan con un cristal de 3.579545MHz conectado entre
los pines OSC1 y OSC2, para completar su reloj interno y se presenta la posibilidad
de hacer funcionar varios integrados con un mismo cristal.
Para generar tonos DTMF el MT8880 separa las frecuencias altas y bajas en
filas y columnas y las sintetiza digitalmente mediante un convertidor digital análogo
(D/A), obteniendo dos ondas senoidales, que luego serán mezcladas para obtener una
señal DTMF de alta precisión y con baja distorsión de armónicos.
El MT8880 posee varios registros para manejarlo, y se pueden dividir en tres
grupos, uno asociado a la transferencia de datos, otro al control del transceptor y el
último al estado del transceptor. En el grupo de la transferencia de datos encontramos
el Registro de Recepción de Datos, este registro es de solo lectura y guarda el código
asociado al último tono DTMF valido, mientras que los datos dentro del Registro de
Transmisión de Datos, determinara el par de tonos para generar el digito de acuerdo a
la Tabla 2.
En el grupo de control de transceptor encontramos dos registros de control,
Registro de Control A (CRA) y Registro de Control B (CRB), los cuales ocupan la
misma dirección y espacio, de manera que si queremos acceder al registro CRB, lo
haremos colocando el bit correspondiente en el registro CRA. En las tablas 3 y 4
podemos encontrar las posiciones de los bits para cada registro.
Tabla 3. Registro de Control A
B3 B2 B1 B0
RSEL IRQ
CP/DTMFTOUT
Como se menciono anteriormente el bit RSEL selecciona entre el registro de
control A o B, si colocamos un 1 en RSEL, el registro b será llamado la próxima vez
que escribamos en este registro. Un bajo en el bit CP/DTMF el dispositivo es capaz
de tanto generar como recibir tonos DTMF, si se coloca un alto en IRQ el dispositivo
colocara un alto en el pin IRQ/CP cuando un tono ha estado presente durante el
tiempo de guardia indicando que el transceptor está listo para más datos. Finalmente
un alto en TOUT habilita la salida de tonos.
Tabla 4. Registro de Control B
B3 B2 B1 B0
C/R
S/DTEST
BURST
Un bajo en el bit BURST habilita el modo donde la transmisión de tonos
tendrá periodo determinado seguido por una pausa. Después de esto se actualizara el
registro de transmisión para un nuevo dato. Si habilitamos el modo TEST colocando
un alto en el mismo bit, se invertirá la salida del pin IRQ/CD. El MT8880 presenta la
posibilidad de generar tonos únicos, esto se hace colocando un alto en el bit S/D, si
colocamos un bajo generara tonos DTMF, y por último el bit C/R, seleccionara si
generamos frecuencias de fila o de columna en caso de que seleccionemos el modo de
tono simple.
Como todos los registros poseen el mismo puerto de entrada y salida, es
necesario controlar la selección de registros, para eso existe el Registro de Funciones
Internas, mostrado en la tabla 5, cuyos valores se modifican con las entradas RS0,
R/W.
Tabla 5. Registro de Funciones Internas
RS0
R/W Función
0 0 Escribir al Registro de Transmisión de Datos
0 1 Lee del Registro de Recepción de Datos
1 0 Escribe al Registro de Control
1 1 Lee del Registro de estado
Es necesario inicializar los registros de control cada vez que se enciende el
dispositivo, esto se debe a hacer 100ms después de encenderlo siguiendo los pasos
dispuestos en la tabla 6.
Tabla 6. Inicialización del MT8880
Descripción
Control Datos
CS
RS0 R/W b3 b2 b1 b0
1. Leer el registro de estado 0 1 1 X X X X
2. Escribir en el registro de Control 0 1 0 0 0 0 0
3. Escribir en el registro de Control 0 1 0 0 0 0 0
4. Escribir en el registro de Control 0 1 0 1 0 0 0
5. Escribir en el registro de Control 0 1 0 0 0 0 0
I0I1
I2I3
I4
I5
I6
I7
Z
I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7
Z
E
Z
S0
S1S2
a) b)
6. Leer el registro de estado 0 1 1 X X X X
Multiplexor
Es un dispositivo capaz de seleccionar la información proporcionada por
varias fuentes, es decir guiara a una única salida la información de la fuente que se
desee. En esta investigación se usara el multiplexor 74LS151 perteneciente a la
familia TTL Shottky de baja potencia, cuyo número de entradas es ocho. Para
entender mejor su funcionamiento podemos imaginarnos un selector de un solo polo
y ocho posiciones como el mostrado en la figura 8a, la selección de la posición
deseada se hará por medio de tres entradas de selección S0, S1 y S2, donde se colocara
el numero en código binario correspondiente a la entrada deseada
Figura 8. a) Selector de un polo ocho posiciones, b) Símbolo lógico del 74ls151
Demultiplexor
Este dispositivo funciona de manera inversa al multiplexor, es decir en una de
varias líneas de salida pone un valor determinado, para entender mejor esto
estudiemos el caso del demultiplexor 74ls154, a partir de cuatro entradas de selección
5 V
R
RR R R
R RR
O0O1
O2O3O4
O5O6
O7
5 V
este dispositivo pondrá un cero lógico en una de sus 16 salidas. Siguiendo el ejemplo
de la figura 8a si agregamos resistencias pullup cambiamos las entradas por salidas
tendríamos l funcionamiento del demultiplexor equivalente al 74ls154 pero de ocho
salidas como se muestra en la figura 9. De la misma manera para seleccionar a que
salida a la cual se le quiere asignar un bajo, el 74ls154 posee cuatro entradas de
selección S0, S1, S2, S3, donde se asigna el número de la salida que se desee en binario.
Figura 9. Funcionamiento del Multiplexor
Opto-acoplador
Es un dispositivo que permite aislar eléctricamente dos circuitos, funciona como un interruptor y está formado por un foto-emisor y un foto-receptor, de manera que la conexión entre la entrada y la salida de un opto-acoplador es óptica aislando eléctricamente las mismas.
En la figura 10 se puede observar un opto-acoplador típico formado por un diodo LED y un foto-transistor, aunque también pueden ser encontrados con foto-triacs. En esta figura también se muestra una posible configuración como interruptor. De esta manera si energizamos el LED el foto-transistor se satura y en salida tendríamos un
SW1
R1
V1
V2
O
+-
R2
voltaje cero. Caso contrario si no energizamos el LED en la salida obtendríamos el valor de V2
Figura 10. Configuración como interruptor de un opto-acoplador
En múltiples aplicaciones el opto-acoplador se presenta como alternativa a los relés,
ya que poseen mejores velocidades de conmutación, no presentan rebotes, no tienen
desgaste mecánico y su precio es menor.
Microcontrolador
Es un circuito integrado que posee las mismas unidades funcionales que una
computadora de escritorio, es decir posee unidad central de procesamiento (CPU),
memoria y unidades de entrada y salida. A diferencia de las computadoras un
microcontrolador no posee medios para la comunicación directa con humanos, están
diseñados para aplicaciones de control de maquinas más que para la interacción con
humanos.
Memoria de Programa
Memoria de Datos
CPU
Instrucciones Direcciones
Direcciones Datos
El tamaño de la unidad central de procesamiento, la memoria o la cantidad de
puertos, en un microcontrolador, varían de acuerdo a la aplicación que se quiera,
incluso se encuentran microcontroladores con funciones como conversión análoga
digital, temporizadores, transmisión serial, entre otras.
Existen muchas familias de microprocesadores, para el caso de esta
investigación se compararan dos chips de la casa Microchip que son los PIC 16F876
y 16F887 con los cuales a continuación se estudiara de forma más detallada la
estructura de un microcontrolador.
PIC 16F887
Es un microcontrolador de la gama media de la casa microchip, como todos
los microcontroladores de esta gama posee un bus de datos de 8bits, arquitectura
Harvard y un set de instrucciones reducido. En la figura 11 se puede observar el
diagrama básico de un microcontrolador de este tipo, donde lo más notable es que la
memoria de programa está separada de la memoria de datos, de este modo la unidad
central de procesamiento puede acceder a ellas simultáneamente, estas características
son típicas de la arquitectura Harvard.
Figura 11. Arquitectura Harvard Cuando se refiere a un set de instrucciones reducido se refiere a lo que puede
hacer el microcontrolador. En este caso se les conoce como RISC (Reduced
Instruction Set Computer), donde los dispositivos tienen un número finito de
instrucciones, es decir no son capaces de aprender nuevas instrucciones. El PIC
16F887 implementa solo 35 instrucciones lo que facilita su manejo.
Características del PIC 16F887
Encapsulado. Consta de 40 pines, distribuidos como se muestra en la figura
12.
Figura 12. Diagrama de pines del PIC16f887
Oscilador. Este dispositivo posee entradas para un oscilador externo con una
frecuencia máxima de 20 Mhz. Además de esto tiene un oscilador interno activado
por software que va desde 31 kHz a 8 MHz, el cual puede ser usado como oscilador
alternativo si el cristal externo falla. Las entradas para el oscilador externo están
ubicadas en los pines 6 y 7.
Memoria. Como se dijo anteriormente existen dos tipos de memoria. La
primera, la memoria de programa es una memoria flash de 8 kb, en esta memoria se
almacenaran las instrucciones para la ejecución de la actividad requerida.
Por su parte la memoria de datos se divide en dos, una parte es una memoria
SRAM de 368 bytes, en esta memoria se encuentra un registro de almacenamiento
temporal llamado memoria de trabajo o acumulador, que usado para todas las
operaciones aritméticas pero no puede ser accedido directamente, pero su contenido
puede copiarse en algún otro registro. La otra parte de la memoria de datos es una
memoria EEPROM que se usa cuando se requiere guardar información incluso
después de apagar el dispositivo, cosa que con la memoria SRAM no es posible. El
tamaño de la memoria EEPROM en este dispositivo es de 256 bytes.
Puertos de entrada y salida. Posee 35 pines para este propósito distribuidos en
cinco puertos: A, B, C, D, E. estos puertos pueden proveer fuentes o sumideros
suficientes para manejar directamente un LED, además de la posibilidad de activar
mediante software resistencias pull-up en todo el puerto B.
Los puertos están distribuidos a través del encapsulado como se muestran en
la tabla 7.
Tabla 7. Distribucion de Puertos del PIC16F887
Pin Nombre Pin Nombre
PUERTO A PUERTO B
2 RA0/AN0/ULPWU/C12IN0- 33 RB0/AN12/INT
3 RA1/AN1/ C12IN1- 34 RB1/AN10/C12IN3-
4 RA2/AN2/VREF-/CVREF/ C2IN+ 35 RB2/AN8
5 RA3/AN3/VREF+/C1IN+ 36 RB3/AN9/PGM/C12IN2-
6 RA4/T0CKI/C1OUT 37 RB4/AN11
7 RA5/AN4/SS/C2OUT 38 RB5/AN13/T1G
14 RA6/OSC2/CLKOUT 39 RB6/ICSPCLK
13 RA7/OSC1/CLKIN 40 RB7/ICSPDAT
PUERTO C PUERTO D
15 RC0/T1OSO/T1CKI 19 RD0
16 RC1/T1OSI/CCP2 20 RD1
17 RC2/P1A/CCP1 21 RD2
18 RC3/SCK/SCL 22 RD3
23 RC4/SDI/SDA 27 RD4
24 RC5/SDO 28 RD5/P1B
25 RC6/TX/CK 29 RD6/P1C
26 RC7/RX/DT 30 RD7/P1D
PUERTO E
8 RE0/AN5
9 RE1/AN6
10 RE2/AN7
1 RE3/MCLR/VPP
Módulo analógico de comparación. Permite comparar una señal fija de
referencia con una variable. Esto es posible ya que internamente se encuentra un
amplificador operacional como se muestra en la figura 13.
Figura 13. Entrada al modulo de comparación C1
Este microcontrolador tiene dos comparadores analógicos, con voltaje de
referencia programable y de tanto entradas como salidas externamente accesibles.
Posee 4 entradas analógicas multiplexadas que mediante software pueden ser
asignadas a cualquiera de los dos comparadores, estas entradas están ubicadas en los
puertos A y B, y están identificadas como C12INi- como se muestra en la tabla 7.
Conversor Análogo Digital (CAD). Permite procesar señales analógicas, el
CAD en este dispositivo hace la conversión en representaciones binarias de hasta
10bits. También tiene la posibilidad de manejar hasta 14 canales, gracias a que se
incluye un multiplexor en la entrada del conversor. Las entradas analógicas están
distribuidas en los puertos A, B y E, y están identificadas desde AN0 hasta AN13 (ver
tabla 7).
Puertos de Comunicación. Comúnmente los microprocesadores no suelen
usarse de manera aislada, es por esto que en ellos se incluyen puertos que permiten la
comunicación con dispositivos externos como computadores u otros
microcontroladores. El PIC 16F887 posee un adaptador USART mejorado que le
permite seleccionar automáticamente la tasa de baudios para así conectarse
directamente con otros microcontroladores, además soporta los estándares RS-232,
RS485 y LIN 2.0. Los pines destinados para este fin son el pin 25 para TX, y el pin
26 para RX.
Comunicación Serial.
La comunicación serial es un protocolo muy común para la comunicación
entre dispositivos que se incluye de manera estándar en la mayoría de las
computadoras, aunque también es utilizado en varios dispositivos para
instrumentación. Su funcionamiento es simple, el puerto serial envía y recibe bytes de
información, un bit a la vez. Este protocolo puede ser utilizado en distancias de hasta
1200 m.
Para realizar la comunicación se utilizan 3 líneas de transmisión, una de tierra
ó referencia, una para transmitir y otra para recibir. También se encuentran otras
líneas disponibles para cuando se necesite transmisión sincrónica a través de las
cuales se realiza el handshaking. Cuando la transmisión es asincrónica estas líneas no
son necesarias y es posible enviar datos por una línea mientras se reciben por otra.
Para que exista comunicación entre puertos es necesario tomar en cuenta la
velocidad de transmisión, los bits de datos, los bits de parada y la paridad, ya que
estas características deberán ser iguales en el transmisor y el receptor.
Velocidad de Transmisión. Indica la cantidad de bits por segundo que se
transfieren y se mide en baudios. En las líneas telefónicas las velocidades de
transmisión más comunes son de 14400, 28800 y 33600 y aunque es posible obtener
velocidades más altas, estas afectarían la distancia máxima posible entre dispositivos.
Ya que a mayor velocidad se disminuye la distancia máxima para evitar errores en la
transmisión.
Bits de datos. Se refiere a la cantidad de bits en la transmisión cuando se envía
un paquete de información. Esta cantidad dependerá del tipo de información que se
transfiere y los valores más comunes son de 5, 7 y 8 bits por paquete.
Bits de parada. Son usados para indicar el fin de la comunicación por paquete,
esto se hace ya que es posible que los dispositivos no estén sincronizados debido a la
manera en la que se transfiere la información y a que cada dispositivo tiene su propio
reloj. Los bits de parada dan un margen de tolerancia para la diferencia entre los
relojes, de manera de que a mayor cantidad de bits de parada, mayor será la tolerancia
a la sincronía de los relojes, pero la transmisión será más lenta.
Paridad. Se usa para verificar errores en la transmisión serial. El bit de
paridad es el último bit después de los bits de datos, y dependiendo del tipo de
paridad el puerto serial lo fijara a un valor específico. Si la paridad es par, el puerto
escogerá este valor para que el total de bits en estado alto lógico sea par, a diferencia
de la impar que lo hará para tener un número impar de bits en estado alto lógico.
En adición a la paridad par e impar existen, la paridad espaciada y la marcada,
pero estas no verifican el estado de los bits de datos, simplemente fijan el bit de
paridad en un estado lógico. Un alto para la marcada y un bajo para la espaciada.
La norma RS-232
Surge en la necesidad permitir la comunicación serial entre varios dispositivos
de diferentes fabricantes. Fue creado por EIA (Electronics Industry Association)
definiendo la interfaz mecánica, pines las señales y protocolos que debe seguir la
comunicación serial.
Todas las normas RS-232 cumplen con las siguientes normas:
Un “1” lógico es un voltaje correspondido entre -5V y 15V en el transmisor y
entre -3V y -25V en el receptor.
Un “0” lógico es un voltaje correspondido entre 5V y 15V en el transmisor y
entre 3V y 25V en el receptor.
Como se puede observar los valores de voltajes para la comunicación seria en un
ordenador son muy diferentes a los de un microcontrolador o cualquier otro circuito
integrado. Por lo que se hace necesaria una interface que permita la conversión de los
niveles de voltaje estándares manejados por los circuitos integrados TTL.
Circuito Integrado MAX-232
Este circuito integrado soluciona los problemas de niveles de voltajes al
enviar señales digitales a través de una señal RS-232. Solo necesita de una fuente de
alimentación de 5 V ya que internamente tiene un elevador de voltaje que convierte el
voltaje de 5V al de doble polaridad de 12V y -12V. el MAX-232 posee 2 canales de
para la comunicación bidireccional y debe ser conectado como se muestra en la figura
14 para su funcionamiento.
Figura 14. Conexión MAX-232
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