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Raspberry Pi 2, nueva plaqueta mini-computadora

La nueva plaqueta Raspberry Pi 2 incluye un CPU ARM de 900 MHz Cortex-A7 de cuatro núcleos (~ 6x rendimiento), 1 GB de SDRAM LPDDR2 (2x memoria), total compatibilidad con Raspberry Pi 1. Debido a que tiene un procesador ARMv7, puede correr la gama de distribuciones ARM GNU/Linux, incluyendo Snappy Ubuntu Core, así como Microsoft Windows 10

BCM2836 y Raspberry Pi 2

Nos comenta Eben Upton, fundador de raspberrypi.org, que desde que lanzaron la original Raspberry Pi Modelo B, allá por el 2012, realizaron una enorme cantidad de trabajo de software para sacar lo mejor del procesador BCM2835 de Broadcom y el CPU ARM11 de 700 MHz. «Hemos gastado mucho dinero en la optimización de una amplia variedad de bibliotecas y aplicaciones de código abierto, incluyendo WebKit, LibreOffice, Scratch, Pixman, XBMC/Kodi, libav y PyPy. Al mismo tiempo, el proyecto Raspbian, dirigido por Peter Green y Mike Thompson, nos ha proporcionado una reconstrucción de Debian compatible con ARMv6 con soporte de hardware de punto flotante, y Gordon, Dom y Jonathan [miembros del equipo de desarrollo de Raspberry Pi] han gastado miles de horas de trabajo en el firmware y soporte de la tarjeta para hacer Raspberry Pi la computadora en una plaqueta más estable del mundo. Vale la pena ir y ver una imagen de la vieja tarjeta SD de 2012 para tener una idea de lo lejos que hemos llegado».

Sin embargo, llega un momento en que ya no hay nada más por hacer para seguir adelante que tener más memoria y un mayor rendimiento de la CPU. «Nuestro desafío era encontrar la manera de conseguirlo sin lanzar a la nada nuestra inversión en la plataforma ni echar a perder todos esos proyectos y tutoriales que se basan en los detalles precisos del hardware de Raspberry Pi. Afortunadamente para nosotros, Broadcom estuvo dispuesto a dar un paso adelante con un nuevo SoC (Sistema en un chip, o System on a Chip en inglés), el BCM2836. Conserva todas las características del BCM2835, pero cambia el ARM11 de 700MHz único con un complejo ARM de cuatro núcleos Cortex-A7 de 900 MHz: todo lo demás se mantiene igual, por lo que no se da una transición dolorosa o una disminución de la estabilidad».

Una vez que estuvieron seguros de que BCM2836 funcionaba como se esperaba, diseñaron una serie de prototipos hasta llegar a la Raspberry Pi 2 Modelo B, que se acaba de lanzar el lunes (2 de febrero de 2015). Tiene una forma idéntica a la existente Raspberry Pi 1 Modelo B+, pero se las arregla para contener tanto el nuevo BCM2836 y un 1 GB de SDRAM de Micron. Todos los conectores están en el mismo lugar y tienen la misma funcionalidad, y la tarjeta todavía se puede ejecutar conectada a un adaptador de corriente micro-USB de 5V.

Raspberry Pi 2 está disponible para su compra desde los socios del fabricante element14 y RS Components. Su precio de venta es de u$s 35 (el mismo precio que el modelo B+ existente). Se requiere un NOOBS (New Out Of the Box Software) actualizado, la imagen Raspbian, incluyendo el kernel ARMv7 y módulos, que se pueden descargar gratuitamente. Al lanzamiento, se está utilizando el mismo espacio de usuario ARMv6 Raspbian tanto en la Raspberry Pi 1 como en la 2; pero en los próximos meses ellos investigarán si pueden obtener un mayor rendimiento con el Debian ARMv7, o si pueden reemplazar selectivamente una pequeña cantidad de bibliotecas para obtener lo mejor de ambos mundos. Ahora que están usando un núcleo ARMv7, también se puede ejecutar Ubuntu: ya está disponible un Snappy Ubuntu Core y estará disponible un paquete NOOBS en el próximo par de semanas.

Windows 10

Durante los últimos seis meses han estado trabajando estrechamente con Microsoft para producir el próximo Windows 10 para Raspberry Pi 2. Microsoft tendrá mucho más para compartir en los próximos meses. La versión de Windows 10 compatible con Raspberry Pi 2 estará disponible en forma gratuita para los creadores.

Indican que se debe visitar WindowsOnDevices.com para participar en el Programa de Desarrollo de Windows para IoT (Internet of Things, Internet de las Cosas) y recibir actualizaciones a medida que estén disponibles.

Preguntas frecuentes

¿Se descontinuará los Raspberry Pi 1 Modelo B y B+?

No. Tenemos una gran cantidad de clientes industriales que querrán seguir con el Raspberry Pi 1 por el momento. Vamos a seguir construyendo Raspberry Pi 1 Modelo B y el Modelo B+, siempre y cuando haya demanda de ellos. Ambas placas se seguirán vendiendo por u$s 35.

¿Qué pasa con el Modelo A+?

El modelo A+ sigue siendo el Raspberry Pi para iniciarse con un valor de u$s 20. Aunque la nueva plaqueta se llama Raspberry Pi 2 Modelo B, no tenemos planes para introducir una Raspberry Pi 2 Modelo A antes del final de 2015.

¿Qué pasa con el Módulo de Cálculo?

Esperamos introducir un módulo de cálculo basado en el BCM2836 en el mediano plazo, pero por ahora estamos enfocados en el lanzamiento de Raspberry Pi 2 Modelo B.

¿Todavía usa VideoCore?

Sí. VideoCore IV 3d es el único núcleo de gráficos 3d públicamente documentado para SoCs basados en ARM, y queremos mantener Raspberry Pi abierto.

¿De dónde viene la cifra «rendimiento 6x»?

El aumento de velocidad varía entre aplicaciones. Hemos visto pruebas de referencia de la CPU con un único subproceso que acelera por lo menos 1,5 veces, mientras que Sunspider resulta alrededor de 4 veces más rápido, y los códecs de vídeo NEON habilitados para multinúcleo pueden ser más de 20 veces más rápidos. 6x es un número típico para una prueba de comparación de CPU multi-hilo como SysBench.

¿Es esta una versión completa de Windows 10?

Por favor, consulte WindowsOnDevices.com.

Especificaciones Raspberry Pi 2

  • Procesador de cuatro núcleos Broadcom BCM2836 ARM Cortex-A7
  • GPU VideoCore IV doble núcleo con soporte OpenGL ES 2.0, aceleración por hardware OpenVG, 1080p 30 frames, H.264
  • 1 GB LPDDR2 SDRAM
  • Salida de vídeo 1080p
  • Salida vídeo compuesto (PAL / NTSC)
  • Salida de audio estéreo
  • Ethernet 10/100 Base
  • HDMI 1.3 y 1.4
  • Audio compuesto jack 3,5 mm
  • 4 puertos USB 2.0
  • MPI CSI-2
  • Socket MicroSD
  • Conector Serie
  • GPIO 40 pines




Precio y disponibilidad Raspberry Pi 2

RS, uno de los dos distribuidores principales, ya tiene a la venta el nuevo modelo. El precio es idéntico al anterior: 35 dólares, ofreciendo entonces más potencia al mismo precio en esta mini-computadora con base ARM y sistema operativo Linux en formato de placa única.

Fuente: RaspberriPi.com


Algunas notas sobre programación del robot didáctico programable

En esta publicación: Robot Programable: Diagrama Básico en Bloques prometo, al final, que voy a continuar con los detalles de circuito y de programación. En la entrada: El microcontrolador «cerebro» del robot programable (básico) hay mucho de circuito (hardware), ya que el artículo contiene una descripción bastante detallada de las secciones del chip microcontrolador que utilizamos por ahora, y también detalles de configuración y uso del chip que tienen una enorme relación con la programación.

Concretamente, que algo he cumplido de la promesa.

Los artículos hasta ahora venían más o menos sincronizados con el avance de las clases, pero para esta fecha obviamente estamos en receso de verano y no hay actividad, ni la habría aunque me lo propusiera, ya que por suerte los chicos asisten a una colonia de verano. A mí tampoco el calor me favorece mucho para mover las neuronas, por eso estuve dedicando algunos artículos a la mecánica, a la búsqueda de soluciones para abaratar la construcción de la base mecánica del robot.

De eso aún falta, me quedan algunas cosas por solucionar, y me dedico casi diariamente al tema. Ya les contaré.

El robot programableRobot programable

Pero hay un programa básico ya escrito con el que hemos trabajado en clase, haciendo mover al robot. Este programa (escrito en assembler, o ASM) permite ordenar una secuencia de movimientos al robot. El programa tiene tres niveles: 1) las instrucciones básicas para mover los motores en el lenguaje del microcontrolador (son las mismas para toda la familia PIC16F, y se podrían utilizar en todos los modelos disponibles, si bien nuestro chip elegido es el PIC16F876A), 2) la inclusión posterior de las instrucciones básicas dentro de subrutinas a las que se puede llamar programando con palabras en castellano en lugar de con los mnemónicos de la programación ASM, lo cual facilita la comprensión, y finalmente 3) la conversión de estas subrutinas en macros.




Utilizando macros se programa directamente con la palabra que hemos definido para el comando; ni siquiera hace falta utilizar la instrucción CALL de ASM que se necesita para hacer correr una subrutina.

Voy a explicar poco a poco la programación, en todos los pasos.

Primero que nada: la configuración inicial del chip

Recordemos primero el diagrama en bloques, ya que hay que definir las funciones de las patas del chip teniendo en cuenta este circuito.

Diagrama básico en bloquesDiagrama en bloques
Veamos las instrucciones ASM en la parte de configuración:

 

Es conveniente que vayamos explicando las líneas de instrucciones por partes:

La indicación list P es muy directa, con ella se le dice al programa de compilación que vamos a trabajar en un programa para el PIC16F876A.

La indicación include incluye en el programa, en el momento de compilarlo, todo el texto que se encuentra dentro del archivo que se indica a continuación P16f876a.inc. En estos archivos (provistos por el fabricante) se definen nombres en letras para todas las partes del microcontrolador, que de otro modo deberían estar indicadas en el programa con números hexadecimales. Esta práctica evita el trabajo de estar memorizando o buscando en una tabla estos números, y facilita la comprensión al leer el programa, y permite un fácil intercambio de programas (migración) entre diferentes microprocesadores.

Por ejemplo, dentro de P16f876a.inc define así al puerto A: PORTA EQU H’0005′. Podríamos cambiar la declaración dentro de este archivo y llamar al puerto con un nombre en español, por ejemplo: PuertoA EQU H’0005′. Luego podríamos programar utilizando este nombre y funcionaría correctamente.


Esta línea no es imprescindible y se utiliza para evitar molestas indicaciones de aviso cuando se cambia de banco de RAM en el programa. Las indicaciones no son necesarias si en el programa hemos realizado correctamente los cambios de banco.


Los microcontroladores poseen una serie de configuraciones que se fijan por única vez al principio de la operación y definen ciertas partes esenciales de su funcionamiento. En el ejemplo:

_CP_OFF (Code Protection) define que no protegeremos el código de ser leído desde la memoria de programa del chip. Es posible definir _CP_ON cuando ya tenemos un programa totalmente probado en un equipo que vamos a entregar y no deseamos que alguien se lo copie leyéndolo desde la memoria de programa del microcontrolador.

_XT_OSC define el modo de oscilador de reloj del chip. En este caso, la opción _XT_OSC indica que se utilizará un cristal o resonador conectado al chip para definir la frecuencia de trabajo.

_WDT_OFF está relacionado con la función de «Despertador» («Watchdog timer» en inglés) que se utiliza en aquellos casos en que se desea que el microcontrolador sea «despertado» de posibles estados en que haya quedado detenido, sea porque quedó esperando una señal de activación externa o porque falló su programa o porque se lo puso intencionalmente en ese estado por programa. El watchdog timer (WDT) puede producir un reinicio del microcontrolador PIC cada cierto período de tiempo, y recomenzar la ejecución del programa. Esto es para evitar que el dispositivo entre en un lazo infinito (se «cuelgue»), o se quede en una espera muy prolongada por un determinado evento que no ocurre. Durante la operación normal, el watchdog timer (en español «perro guardián» o «despertador») genera un reinicio del microcontrolador PIC después del final de su período WDT. También cumple la función de sacar al dispositivo del modo Sleep («Dormir»). En este caso el watchdog timer ocasiona que se despierte el microcontrolador PIC y continúe con la operación normal (sin producir reinicio), lo que se conoce como despertar WDT. No lo utilizamos en este programa en particular, de modo que fijamos _WDT_OFF, o sea, Watchdog Timer apagado.

_PWRTE_ON (Power-up Timer) Habilita un temporizador que se dispara en el encendido y permite que, durante su espera, se estabilicen todos los circuitos antes de comenzar a correr el programa.

_LVP_OFF define el modo en que se puede programar el chip. Esta definición en OFF determina que no se puede programar el chip utilizando un sistema de programación de bajo voltaje. Los programadores de PICs utilizan un voltaje de 12 volts en la pata MCLR del chip para poder escribir en su memoria de programa. Al definir el estado OFF de esta configuración se previene una programación accidental (que modificaría el programa y dejaría no operativo al microcontrolador) con los voltajes estándar de funcionamiento en sus patas.

_BODEN_OFF El bit BODEN (Brown Out Reset) en la configuración define la activación o no de una detención del microcontrolador por un descenso de voltaje de alimentación. Puede ser útil, pero no lo utilizamos en este diseño, por eso lo definimos en OFF.


En este bloque se declaran las variables que necesitaremos utilizar (y se reservan sus espacios en la memoria RAM). Por defecto, las variables son bytes (8 bits).


Las líneas de inicialización en este bloque están ampliamente explicadas con comentarios. En la última parte, debo aclarar que los registros TRIS son los que definen si una pata de entrada/salida es una entrada o una salida. Hay un registro TRIS para cada puerto: TRISA, TRISB y TRISC. Un 0 las define como salidas, un 1 las define como entradas. Por último, los microcontroladores con puertos cuyas patas se pueden definir como entradas al módulo Convertidor Analógico Digital (Analog/Digital Converter, o ADC, en inglés) tienen un registro de configuración en el que se debe definir si se utilizarán o no esas patas como entradas analógicas. Esto lo define el registro ADCON1 y el valor a definir para utilizar todas las patas como entrada/salida digital (tal como las utilizaremos por el momento) es 0x06 (hexadecimal 06).

Esencial: La parte del programa en sí

Observando el diagrama en bloques del robot programable, y con una lectura al artículo de apoyo sobre el chip de manejo de motores, podemos determinar que uno de los motores, el derecho, se maneja a través de dos patas del puerto A, RA0 y RA1, y el otro (izquierdo) a través de las patas RA2 y RA3 del puerto A.

La tabla de señales de control para los motores es como sigue:

     MOTOR DERECHO     
|
       MOTOR IZQUIERDO       
    RA0     RA1     ACCIÓN | RA2 RA3 ACCIÓN
    1     0     AVANCE | 0 1 AVANCE
    0     1     RETROCESO | 1 0 RETROCESO
    0     0     DETENIDO | 0 0 DETENIDO
    1     1     DETENIDO | 1 1 DETENIDO


Por lo tanto, las instrucciones de manejo de los motores se pueden definir del siguiente modo:

Para realizar un movimiento necesitamos definir tiempos, y para eso, para empezar, podemos utilizar un simple rutina de «pérdida de tiempo» (el microcontrolador se queda «perdiendo tiempo» dentro de esta subrutina, y no hace ninguna otra cosa). La rutina la calculé utilizando los servicios del sitio Delay Code Generator donde se puede crear un código de retardo para PICs definiendo algunos parámetros (en el futuro usaremos un módulo TIMER del microcontrolador, pero cada cosa a su tiempo).

La rutina de pérdida de tiempo es:


Veamos entonces cómo es un programa que utilice estas subrutinas para ordenar al robot un movimiento en L.


El programa completo en ASM con el método de llamado a subrutinas es el que sigue. Más abajo encontrarán un enlace para bajarse el archivo en formato TXT con el programa completo en ASM listo para compilar. En el próximo artículo presentaré la conversión del programa al método de programación con MACROS y una serie de ejemplos de programas con distintas rutinas de movimiento.


El archivo ASM se puede bajar de AQUÍ.

El Propeller, un microcontrolador nada habitual

por Eduardo J. Carletti

¿Qué es el Propeller?

El Propeller es un microcontrolador producido por Parallax Inc. Como muchos chips de este tipo, posee una sección de proceso, generación de reloj, contador de sistema, puertos de entrada/salida, memoria RAM y ROM… pero aquí termina toda similitud con los microcontroladores conocidos.



El Propeller posee una novísima arquitectura, que contiene ocho procesadores que trabajan cooperativamente y comparten los pines de salida y otros recursos.
Cada uno de estos 8 procesadores —a los que Parallax ha bautizado «cog»— es de 32 bits, con una velocidad de proceso de 20 MIPS (millones de instrucciones por segundo) usando un pulso de reloj de 80 MHz. Es decir, en un momento en que están trabajando todos los cogs, tenemos una capacidad de proceso de 160 MIPS.
Cada procesador tiene su propia RAM local de 2 Kb (512 registros de 32 bits). También existe una memoria común, compartida, que se divide en dos secciones: una RAM de 32 Kb y una ROM de 32 Kb.
La ROM contiene rutinas preprogramadas, como la de arranque o «bootstrap», un interpretador y recursos tales como generadores de caracteres, tablas matemáticas, etc.
Pero no es regrabable y no está pensada para contener el programa de usuario.

¿Entonces… cómo funciona esto?

Uno se pregunta enseguida… ¿cómo se programa este chip? Sin memoria de programa reprogramable, como las flash que son habituales en los microcontroladores de hoy, ¿dónde se alojan las instrucciones del microcontrolador, es decir, lo que hemos programado?
Veamos el concepto de Parallax para la programación de este microcontrolador.

Bootstrap o rutina de arranque

Por cierto, no es una novedad para los diseñadores con microcontroladores: una pequeña rutina preprogramada se ocupa de cargar el programa principal en el chip.
¿Pero dónde se guarda este programa principal?
Muchos microcontroladores que conocemos cargan su programa en la memoria flash, pero en el Propeller, como en las computadoras convencionales del tipo de nuestra PC, el programa se instala en la RAM. El programa de arranque que reside en la ROM se comunica a través de una interfaz serie (puede ser una interfaz serie convencional o transformada a USB por un chip convertidor) y descarga el programa en la RAM.
«Ah, pero entonces este chip sólo funciona conectado a una computadora, para que ésta le envíe el programa…»
No necesariamente: una vez probado y en funcionamiento, el programa se aloja en una memoria externa EEPROM de tipo serie desde donde el Propeller, en el arranque, copia el programa a la RAM. Por esta razón, casi siempre veremos asociado al Propeller con una memoria EEPROM serie de capacidad suficiente, como la 24LC256 (32K x 8).
Interesante.

Secuencia de arranque



Placa de prueba del Propeller

Después del inicio (reset), el Propeller arranca funcionando con un reloj en modo lento (de unos 20 KHz), espera 50 milisegundos, pasa el reloj a modo rápido (de unos 12 MHz), y entonces comienza a ejecutar su rutina interna de arranque, o Boot Loader, en el procesador número 0 (cero).
A través de los pines P30 y P31, esta rutina observa si existe comunicación con un procesador principal o «host», tal como una PC. Si esta comunicación se establece, se genera un intercambio con el programa en la PC, que resulta en la descarga de un programa hacia la RAM principal o, alternativamente, hacia la EEPROM externa auxiliar, de 32 Kb.
Si no se detecta la presencia de una computadora principal que aporte el programa, la rutina de arranque busca una EEPROM serie exterior en los pines P28 y P29. Si esta memoria existe, copia su contenido completo en la memoria RAM del Propeller.
Si no se pudo comunicar con una computadora principal, y tampoco detecta esta memoria EEPROM, el Propeller pasa a un modo de apagado con todos los pines definidos como entradas.
Si en cambio se logró descargar el programa a la RAM, ahora el procesador 0 (o cog 0) carga el interpretador y comienza a correr el código del usuario.

¿Interpretador? Oh, oh…

¿Cómo que corre un interpretador, se pregunta uno de inmediato? ¿No hay un código de programa en idioma binario? ¿Qué clase de microcontrolador es éste?
Tranquilos. El programa se puede componer de instrucciones en Spin, que es un lenguaje de alto nivel específico del Propeller que corre por medio de un interpretador, y también de componentes de bajo nivel, escritos en el lenguaje ASM del Propeller.
Todo lo que está en lenguaje Spin es interpretado por un cog en el que corre el interpretador, mientras que lo que aparezca en idioma binario (compilado a partir del ASM de Propeller) se ejecuta en otro cog.




Veamos el hardware

Ya vimos cómo se maneja el concepto de programa de este chip, veamos entonces cómo es a nivel físico.
El diagrama en bloques del Propeller tiene tantos elementos que deja ver muy poco de sus detalles. De todos modos, lo muestro aquí:



Será mejor que lo veamos por partes.

Paso a paso, la arquitectura del Propeller

Dijimos ya que el Propeller contiene ocho procesadores, o cogs, que se identifican con los números 0 a 7. Todos contienen los mismos componentes: un procesador, una RAM local de 2 K bytes —que se estructura en 512 registros de 32 bits—, dos asistentes de E/S (Entrada/Salida) y PLLs (lazos de enganche de fase), un generador de video, un registro de salida de E/S, un registro de dirección de E/S, y otros registros que no se representan en el diagrama que sigue. El procesador se conecta con las barras de direcciones, de datos, del contador de sistema y de entradas (en inglés, lo que llamamos «barra» es «bus»). Los asistentes de E/S están conectados a las entradas y las salidas.



Diagrama de un cog

Los ocho cogs pueden realizar tareas independientes y también pueden trabajar en tareas cooperativas.



Detalle de cuatro de los cogs y su interconexión

Estas explicaciones suenan muy bien en términos generales, pero la verdad es que no dicen mucho, así que uno se pregunta: ¿cómo funciona esto?
¿Cómo acceden sin conflicto los procesadores que trabajan simultáneamente a los recursos compartidos, como la RAM principal y la ROM? ¿Cómo escriben en los puertos de salida? ¿Para qué son los generadores de video que tiene cada procesador? ¿Cómo atienden
los procesadores a los sucesos que ocurren en el mundo exterior?
Aportemos algunas respuestas.

Sucesos del mundo real: interrupciones… no hay

Debido a que posee varios procesadores, el sistema no tiene necesidad de usar un mecanismo de interrupciones: asigna tareas importantes a algunos cogs, mientras que mantiene libres a otros cogs para atender los sucesos que se presentan. Sólo es necesario asignar algunas patas de E/S a esas tareas de alta velocidad. Los cogs tienen instrucciones especiales para esperar por un suceso externo, como WAITPEQ, que espera hasta que un pin esté en un determinado estado, o WAITPNE, que espera lo contrario, que el pin no esté en ese estado. También, obviamente, se puede recurrir a una técnica de sondeo continuo de las líneas, lo que en inglés se llama «polling».

Compartir las entradas y salidas

El propeller tiene 32 patas dedicadas a entrada/salida. De éstas, sólo cuatro tienen una función predefinida, y esto sólo durante el inicio o Boot Up, y luego quedan libres para su uso a gusto del programador. Las 28 restantes son de propósito general.
Los pines utilizados durante el boot son:

  • P28 – conexión SCL del bus I2C a una EEPROM externa opcional.
  • P29 – conexión SDA del bus I2C a una EEPROM externa opcional.
  • P30 – Señal Tx (Transmisión) de la interfaz serie con el computador principal.
  • P31 – Señal Rx (Recepción) de la interfaz serie con el computador principal.

Cada cog tiene su registro propio de dirección de las E/S, de 32 bits (que define si es entrada o salida), y un registro de salida, también de 32 bits. No hay una protección de hardware que impida que distintos cogs usen el mismo pin para usos diferentes; esto lo debe controlar el programador.



Las salidas de los cogs se unen entre sí en forma de «o» inclusiva (compuerta o), y lo mismo pasa con las definiciones de dirección de las E/S.
Debido a esto, la definición de la dirección de cada pin y de sus niveles de salida (si son salidas) cumple las siguientes reglas:

  • A. Un pin del Propeller es una entrada si todos los cogs activos lo tienen definido como entrada. Si un único cog activo lo define como salida, el pin será salida.
  • B. Una línea de un pin de salida irá a bajo sólo si todos los cogs que lo tienen definido como salida la ponen en bajo.
  • C. Una línea de un pin será alta si cualquier cog activo que la tiene definido como salida la pone en alto.

En base a esta lógica, un cog puede dejar libres para el uso de los otros cogs los pines de E/S —quedando sin ninguna influencia sobre ellos— sólo con poner a cero su registro de dirección de E/S y a cero su registro de salida.

Generadores de video

No he encontrado precisiones sobre por qué cada procesador tiene un generador de video y tampoco cómo es que puede generar video sin una RAM para mantener la imagen. Es de suponer que si se genera video en cada procesador, se pueden crear distintas imágenes que se sumen o que se alternen.

Simultaneidad y reloj del sistema

Los ocho cog están en funcionamiento con el mismo reloj del sistema, de modo que mantienen la misma referencia en el tiempo.
El reloj del sistema alimenta casi todos los componentes del chip Propeller. La señal del reloj del sistema se produce en tres fuentes posibles: el oscilador RC interno, el lazo de enganche de fase del reloj (PLL), o el oscilador a cristal, que puede ser interno o un dispositivo externo que genere los pulsos de reloj. La fuente del reloj se determina por los valores definidos en el registro CLK, que se pueden seleccionar al compilar y también durante la ejecución del programa.
Los únicos componentes que no usan directamente el reloj del sistema son el Hub y las barras (o Buses), donde la frecuencia del reloj del sistema está dividida por dos.
La funcionalidad de los cog para trabajar en forma simultánea está bajo control del usuario. El programa escrito por el usuario tiene control total sobre cómo y cuándo se utiliza cada cog. Pueden ser programados, entonces, para realizar tareas simultáneamente, independientes o con la coordinación de otros cogs, así como también hacer que cualquiera de los cogs arranque y se detenga durante el funcionamiento del programa.

Compartir los recursos

Existen dos tipos de recursos a compartir en el Propeller: recursos de uso común, y recursos de uso momentáneamente exclusivo. Los recursos comunes, como los pines de E/S y el contador del sistema, permiten el acceso conjunto de varios cogs en todo momento, mientras que los recursos de uso momentáneamente exclusivo, como la RAM y ROM principales, los registros de configuración, etc., pueden accederse desde todos los cogs, pero solamente puede ser utilizado por uno de ellos a la vez.
¿Cómo gobierna el Propeller este acceso a los recursos de uso exclusivo, de a uno por vez? Existe un dispositivo llamado Hub, que es el que controla qué cog puede acceder, por turno, a los recursos exclusivos.
La palabra «hub», en inglés, se refiere al cubo en el extremo del eje de un automóvil, donde se fija la rueda (entre otros ejemplos), y en electrónica a un distribuidor o múltiple: en este caso sería como el distribuidor de bujías de un automóvil.
El dispositivo se representa en el esquema en bloques, justamente, como un objeto circular rodeado por los cogs.



El Hub va dando acceso exclusivo a cada «cog» de manera secuencial, comenzando por el cog 0, y así en sucesión hasta el cog 7, sin importar cuántos cogs estén activos. Cuando se desea un acceso exclusivo a los recursos para alguno de los cogs, se utilizan semáforos, controlados por programa.



Hub, Registros de configuración, generación de reloj, RAM, ROM, semáforos

La memoria principal

El mapa de memoria principal cubre 64 Kbytes sin ninguna división en bloques, y se la puede direccionar de manera continua. Esto evita los esquemas de paginado en secciones de código, datos o variables que se observan en otros microcontroladores.
La memoria principal tiene dos partes funcionales: la primera mitad de las direcciones está ocupada por 32 Kbytes de RAM y la segunda mitad por 32 Kbytes de ROM.
La RAM es de propósito general, y en ella se juntan programa, datos y variables. Cuando se descarga el programa desde una PC a través de la interfaz serie, o se lo copia desde los 32 Kbytes de la EEPROM auxiliar externa, se puede utilizar por completo esta memoria.
Las primeras ubicaciones se ocupan con los datos de inicialización que utiliza el intérprete, el espacio que sigue es utilizado por el código ejecutable y datos del programa, y el resto del espacio se puede utilizar para localizar variables.
En los 32 Kbytes de ROM están pregrabados recursos de programa y datos vitales para el funcionamiento del Propeller, entre ellos el programa de arranque y el intérprete, tablas de definición de caracteres y funciones matemáticas.
La primera mitad de la ROM contiene las plantillas píxel a píxel de un juego de 256 caracteres de 16 píxeles de ancho por 32 píxeles de alto. Estos caracteres se pueden utilizar para exhibir en pantallas de video, LCD gráficos, para imprimir, etc. Además de letras comunes, se han definido cantidad de caracteres auxiliares para uso en diagramas esquemáticos, símbolos griegos y varias flechas y formas predefinidas.




Entradas y Salidas

El chip Propeller tiene 32 pins de E/S para utilizar en señales de entrada, salida y control. Como ya indicamos, de los 32 pines, 28 —de P0 a P27— son para propósito general y 4 —P28 a P31— tienen un uso especial durante el arranque, utilizándose para la comunicación con la PC y el acceso a la EEPROM externa. Pero luego se los puede utilizar para propósito general.

Contador del sistema

El contador del sistema es un contador de 32 bits de acceso global, lectura solamente, cuyo conteo se incrementa cada ciclo del reloj de sistema. Los cogs pueden leer este contador del sistema para hacer cálculos referidos al tiempo y también disponen del comando WAITCNT para producir retardos en sus programas. El contador del sistema es un recurso común: todos los cog lo pueden leer al mismo tiempo. El contador del sistema no se inicializa durante el arranque debido a que la forma de usarlo es calculando el tiempo de manera diferencial. Si un cog necesita medir el tiempo de un suceso específico lo único que debe hacer es leer el valor inicial del contador en ese momento y comparar los valores posteriores leídos del contador contra el tiempo inicial.

Disposición habitual básica

La disposición típica de circuito nos muestra al microcontrolador conectado a una memoria EEPROM de 32 Kbytes y a una interfaz serie.
La conexión de la memoria EEPROM con el microcontrolador es de tipo serie de dos líneas, como en todas estas memorias, mediante un bus I2C.



El esquema muestra un ejemplo del conexionado de los elementos, y en este caso la comunicación serie se realiza a través de un convertidor de niveles MAX232, que se ocupa de adaptar los niveles lógicos que utiliza la PC en su interfaz serie RS232 a los niveles TTL del microcontrolador.

Bajo consumo de energía

El consumo de potencia de un dispositivo se debe tener en cuenta, sobre todo en sistemas alimentados por baterías, porque cuanto más rápido trabaja el microcontrolador más consumo se produce. Dado que la mayor parte del consumo de los circuitos actuales integrados en los chips se produce en los cambios de estado de las señales (o flancos), al aumentar la frecuencia de reloj para reducir el tiempo en que se ejecutan las instrucciones se produce un ingente incremento del consumo. El chip del Propeller se ha diseñado para ofrecer una muy alta velocidad de proceso en sistemas embebidos pero con bajo consumo de energía.
El Propeller trabaja con una velocidad de reloj de 80 MHz pero se alimenta con sólo 3,3 voltios, lo que facilita su uso en dispositivos portátiles a baterías. Su consumo se calcula así: 500 uA por MIPS, donde MIPS = (frecuencia en MHz / 4) * cantidad de cogs activos. Digamos que si tenemos los 8 cogs corriendo a 80 MHZ, tendremos 20 * 8 * 500 = 80.000 uA (80 mA). A 3,3 V esto significa 264 mW.

¿Ideal para un robot?

Es evidente que un microcontrolador de estas características podría ser el controlador central ideal para un robot móvil. En lugar de repartir tareas entre varios microcontroladores, como se hace necesario muchas veces, con el consiguiente gasto de espacio de plaqueta, consumo y trabajo de armado, se pueden concentrar las tareas críticas en un único chip, especialmente aquellas relacionadas con el manejo de tiempos muy estrictos. Un caso concreto sería la medición de eco en un emisor/receptor de ultrasonido, atención de una cantidad de servos afectados en los movimientos, procesamiento de imagen, y lectura de múltiples sensores.
Estamos ansiosos por instalar este microcontrolador en un robot y empezar a exigirlo con pruebas más y más comprometidas.

Nota:
La placa de desarrollo con el micro Propeller que nos permitió realizar esta nota nos la donó Micros Parallax Argentina, por gentileza de Aristides Álvarez



El microcontrolador "cerebro" del robot programable (básico)

Como se puede observar en el artículo sobre el diagrama básico del robot programable, utilizamos como unidad central de control un microcontrolador PIC16F876A de Microchip, en encapsulado DIP de 28 patas.

PIC16F876Apic16f876

Características de los microcontroladores PIC16F87xA

PIC16F87xA es una familia de 4 microcontroladores de Microchip: PIC16F873A, PIC16F874A, PIC16F876A y PIC16F877A. Se diferencian entre ellos por la cantidad de memoria disponible y la cantidad de conexiones al exterior, que dependen del modelo de su encapsulado, básicamente dos modelos en formato DIP (Dual In Line Package) los de 28 patas y los de 40 patas. También hay formatos de montaje de superficie: los de 28 en SOIC y SSOP, y los de 40 QFP (Quad Flat Package), de 44 patas, y PLCC (Plastic Leaded Chip Carrier), de 40 patas, con las mismas prestaciones que en el caso de cápsula DIP de 40.

EncapsuladosCápsulas

En la tabla que sigue, donde está remarcado el microcontrolador que controla en este momento el robot programable, podemos observar los siguientes datos:

FAMILIAFamilia

La primera columna (Micro controlador) lista los microcontroladores que componen esta familia.

Las columnas segunda (Progr bytes) y tercera (Progr words) indican los bytes de memoria de programa y la cantidad de words equivalentes (palabras de 14 bits en la arquitectura de estos microcontroladores, tamaño que ocupa cada instrucción de programa) que posee el microcontrolador para alojar el programa de usuario.

La columna (RAM bytes) indica el espacio de memoria RAM (memoria de acceso aleatorio) disponible.

La columna (EEPROM) indica el espacio de memoria EEPROM (memoria de sólo lectura modificable eléctricamente) disponible.

La columna (E/S) indica la cantidad de Entradas y Salidas de ese microcontrolador.

La columna (ADC 10bit) indica la cantidad de entradas al convertidor analógico digital de 10 bits de resolución.

La columna (CCP) indica la cantidad de módulos para comparar y capturar pulsos.

La columna (SPI) indica si existe un módulo de interfaz serie para periféricos.

La columna (I2C) indica si existe un módulo de interfaz serie inter-integrados.

La columna (USART) indica si existe un módulo universal de recepción/transmisión serie asincrónica.

La columna (TIMER 8/16) indica la cantidad de temporizadores de 8 y de 16 bits.

La columna (Comp) indica la cantidad de comparadores.

Los microcontroladores PIC16F87x de Microchip pertenecen a una gran familia de microcontroladores con un bus de datos de 8 bits, que tienen las siguientes características generales que los distinguen de otras familias:

Arquitectura Harvard
Tecnología RISC
Tecnología CMOS
– Sólo posee 35 instrucciones que aprender
– Todas las instrucciones se ejecutan en un ciclo de reloj, excepto los saltos, que requieren dos ciclos
– Frecuencia de operación de 0 a 20 MHz (desde CC a 200 ns de ciclo de instrucción)
– Hasta 8K x 14 bits de memoria FLASH para el programa
– Hasta 368 bytes de memoria de datos de acceso aleatorio (RAM)
– Hasta 256 bytes de memoria de datos EEPROM
– Hasta 14 fuentes de interrupción en los de 28 patas y 15 en los de 40 patas
Pila (Stack) de hardware de 8 niveles
– Reset de encendido (POR)
– Temporizador de encendido (PWRT)
– Temporizador de arranque del oscilador (OST)
– Sistema de vigilancia Watchdog Timer (temporizador «despertador»).
– Se puede programar una protección de código
– Modo SLEEP (dormido) de bajo consumo de energía
– Diversas opciones para el oscilador
– Programación y depuración serie (ICSP, In Circuit Serial Programming = Programación Serie En Circuito) a través de dos patas
– El CPU puede realizar lectura/escritura de la memoria FLASH de programa
– Rango de voltaje de operación de 2,0 a 5,5 volts
– Puede entregar alta corriente en una pata de salida: 25 mA
– Rangos de temperatura: Comercial, Industrial y Extendido
– Bajo consumo de potencia:
    . Menos de 0,6 mA a 3 V, 4 MHz
    . 20 µA a 3 V, 32 KHz
    . Menos de 1µA de corriente en estado latente (stand by).

Estas características se conjugan para lograr un dispositivo altamente eficiente en el uso de la memoria de datos y programa, y por lo tanto en la velocidad de ejecución.

El PIC16F876, utilizado en el robot programable, maneja hasta 14 posibles fuentes de interrupción.

Los módulos CCP pueden comparar y capturar la duración de pulsos. La captura se efectúa con una precisión de 12,5 ns y una resolución de 16 bits, mientras que la comparación con igual resolución alcanza una precisión de 200 ns. Además, la sección PWM varía el ancho de los pulsos con una resolución máxima de 10 bits, técnica muy empleada en la regulación de los motores de CC (corriente continua).

La USART está orientada a la comunicación entre sí de subsistemas o máquinas (RS-232), y el MSSP (Master Synchronous Serial Port = Puerto Sincrónico Serie Maestro; el módulo que implementa la comunicación I2C y SPI) está destinado a la comunicación entre diversos circuitos integrados, admitiendo los protocolos I2C y SPI.

En los PIC de esta familia con 40 patas (16F874 y 16F877) está disponible el protocolo PSP (Parallel Slave Port, o Puerto Paralelo Esclavo), que es más veloz que la comunicación serie pero consume muchas líneas de E/S: 8 del puerto D y 3 de control del puerto E. Sin embargo, es muy importante su existencia porque estos puertos permiten comunicarse con memorias y periféricos de acceso paralelo utilizados ampliamente en el mundo de los microprocesadores.

En todos los PIC 16F87X existe un conversor A/D de 10 bits, con 5 canales de entrada en los de 28 patas y 8 canales en los de 40.




Conexiones al exterior del microcontrolador PIC16F876A

Diagrama en bloques del microcontrolador PIC16F876A utilizado en el robot programable de los Robots Didácticos

SocialesDiagrama en bloques

Parámetros generales a tener en cuenta

Los microcontroladores que produce Microchip cubren un amplio rango de dispositivos cuyas características pueden variar como sigue:

– Encapsulado desde 8 patitas hasta 68 patitas
– Tecnología de la memoria incluida EEPROM, EPROM, ROM, FLASH
– Voltajes de operación desde 2,0 V hasta 6,0 V
– Frecuencia de operación hasta 20 MHz

En el caso de nuestro microcontrolador, el que controla el robot programable, los parámetros indicados son:

– Cápsula de 28 patas
– Memoria RAM, EEPROM y FLASH
– Voltaje de operación de 2 V a 5,5 V
– Frecuencia máxima de operación de 20 MHz

Encapsulado

El microcontrolador de nuestro robot está disponible en cápsulas DIP, SOIC y SSOP de 28 patas, que se pueden observar en las figuras de encapsulados que mostramos a continuación y en los diagramas de patas ubicados al comienzo.

Encapsulado DIP, SOIC y SSOPCápsulas

Por el momento utilizamos la cápsula DIP de 28 patas.

Parte del montaje del robot didáctico programableMicrocontrolador en el robot

Diagrama de entradas y salidas del PIC16F876A en formato DIP 28PIC16F876A

Oscilador

Los PIC de rango medio permiten hasta 8 diferentes modos de funcionamiento para el oscilador. El usuario puede seleccionar alguno de estos modos programando 3 bits de configuración en el dispositivo denominados: FOSC2, FOSC1 y FOSC0. En algunos de estos modos el usuario puede indicar que se genere o no una salida del oscilador (CLKOUT) a través de una pata de Entrada/Salida.

Los modos de operación se muestran en la siguiente lista:

LP Baja frecuencia (y bajo consumo de potencia)
XT Cristal / Resonador cerámico externos (frecuencia media)
HS Alta velocidad (y alto consumo de energía) cristal/resonador
RC Resistor/Capacitor externos (lo mismo que EXTRC con salida CLKOUT)
EXTRC Resistor/ capacitor externos
EXTRC Resistor/Capacitor externos con CLCKOUT
INTRC Resistor/Capacitor internos para una frecuencia de operación de 4 MHz
INTRC Resistor/Capacitor internos para operación a 4 MHz con CLKOUT

Los modos LP, XT y HS requieren un cristal o resonador externo.

Cristal externo: En los tres modos se puede utilizar un cristal o un resonador cerámico externo.

Circuito RC externo: En los modos RC y EXTRC, el PIC puede generar su señal de oscilación basada en un conjunto RC (Resistor/Capacitor) externo conectados al microcontrolador.

Este modo sólo se recomienda cuando la aplicación no requiera una gran precisión en la medición de tiempos.

Rangos

La frecuencia de oscilación depende no sólo de los valores del resistor Rext y el capacitor Cext, sino también del voltaje de la fuente, Vdd. Los rangos admisibles para el resistor y capacitor son:

Rext: de 3 a 100 Kohms
Cext: mayor de 20 pf

Oscilador externo

También es posible conectarle al microcontrolador una señal de reloj generada en un oscilador externo a través de la pata OSC1 del PIC. Para ello el PIC deberá estar en uno de los tres modos que admiten cristal (LP, XT o HS).

Oscilador interno de 4 MHz

En el modo INTRC, el PIC utiliza un conjunto RC interno que genera una frecuencia de 4 MHz con un rango de error calibrable de ± 1,5%. Para calibrar el error de oscilación se usan los bits CAL3, CAL2, CAL1 Y CAL0 del registro OSCCAL.

Calibración del oscilador interno

El fabricante ha colocado un valor de calibración para estos bits en la última dirección de la memoria de programa. Este dato se ha guardado en la forma de una instrucción RETLW XX. Si no se quiere perder este valor al borrar el PIC (por ejemplo en versiones EPROM con ventana) primero se deberá leer esta memoria y copiar el valor en un resguardo. Es una buena idea escribir el valor en la cápsula empaquetado antes de borrar la memoria.

En la siguiente figura se muestran las conexiones en cada uno de los modos:

Modos de oscilador de relojOsciladores

En nuestro robot programable utilizamos un cristal de 4 MHz en modo XT.

Periféricos

Timer0 : Contador/Temporizador de 8 bits con pre-escalador de 8bits
Timer1 : Contador/Temporizador de 16 bits con pre-escalador
Timer2 : Contador/Temporizador de 8 bits con pre-escalador y post-escalador de 8 bits y registro de periodo.
– Dos módulos de Captura, Comparación y PWM
Convertidor Analógico/Digital: de 10 bits, hasta 8 canales (en nuestro robot, hasta 5 canales)
Puerto Serie Síncrono (SSP)
Puerto Serie Universal (USART/SCI).

Descripción de la CPU (Central Processing Unit = Unidad Central de Proceso)

La CPU es la responsable de la interpretación y ejecución de la información (instrucciones) guardada en la memoria de programa. Muchas de estas instrucciones operan sobre la memoria de datos. Para operar sobre la memoria de datos, además, si se van a realizar operaciones lógicas o aritméticas, se debe usar la Unidad Lógica y Aritmética (Arithmetic Logic Unit = ALU). La ALU controla los bits de estado (Registro STATUS). Los bits de este registro se alteran dependiendo del resultado de algunas instrucciones.

Ciclo de instrucción

El registro Contador de Programa (Program Counter = PC) es gobernado por el ciclo de instrucción. En cada ciclo de instrucción la CPU lee la instrucción guardada en la memoria de programa que está apuntada por el PC (ciclo Traer = Fetch) y al mismo tiempo ejecuta la instrucción anterior, esto debido a una cola de instrucciones que le permite ejecutar una instrucción mientras lee la próxima:

Cada ciclo de instrucción (Tcy) se compone a su vez de cuatro ciclos del oscilador (Tosc). Cada ciclo Q provee la sincronización para los siguientes eventos:

– Q1: Decodificación de la instrucción
– Q2: Lectura del dato (si lo hay)
– Q3: Procesa el dato
– Q4: Escribe el dato

Debido a esto cada ciclo de instrucción consume 4 ciclos de reloj, de manera que si la frecuencia de oscilación es Fosc, Tcy será 4/Fosc.

Registros de la CPU

Registro PC (Program Counter o Contador de Programa)

Es un registro de 13 bits que siempre apunta a la siguiente instrucción a ejecutarse.

Registro de Instrucción

Es un registro de 14 bits. Todas las instrucciones se colocan en él para ser decodificadas por la CPU antes de ejecutarlas.

Registro W

Registro de 8 bits que guarda los resultados temporales de las operaciones realizadas por la ALU

Registro STATUS (Estado)

Es un registro de 8 bits. Cada uno de ellos (denominados Banderas) es un indicador de estado de la CPU o del resultado de la última operación.

Banderas en el registro de Estado

Z – Este bit se pone (= 1) para indicar que el resultado de la última operación fue cero, de lo contrario se limpia (= 0)

C – Bit de Acarreo/Préstamo de la última operación aritmética (en el caso de resta, se guarda el préstamo invertido.

CD – Acarreo/Préstamo proveniente del cuarto bit menos significativo. Funciona igual que el bit C, pero para operaciones de 4 bits.

Posibilidad de direccionamiento indirecto

Este modo de direccionamiento permite acceder una localidad de memoria de datos usando una dirección de memoria variable, a diferencia del direccionamiento directo, en que la dirección es fija. Esto puede ser útil para el manejo de tablas de datos.

Funcionamiento básico de los puertos de Entrada/Salida

Ejemplo: el Puerto A (PORTA)

El puerto A posee 6 líneas bidireccionales. Los puertos tienen asociados registros que regulan su funcionamiento. En el caso del Puerto A hay 3 registros asociados a él, que son:

Registro PORTA (05H)

Registro de estado del Puerto A. Cada uno de los 6 bits menos significativos (RA5 a RA0) de este registro están asociados a la línea física correspondiente del puerto. Al hacer una lectura este registro se lee el estado de todas las patas del puerto. Todas las escrituras al registro son operaciones del tipo “lee-modifica-escribe”, es decir, toda escritura al puerto implica que el estado de las patas es leído, luego es modificado y posteriormente se escribe al registro de datos del puerto.

Registro TRISA (85H)

Cada bit de este registro configura la dirección en que fluye la información de la pata correspondiente del puerto A: entrada o salida.

Bit n de TRISA = 1 configura la patita RAn del puerto A como Entrada
Bit n de TRISA = 0 configura la patita RAn del puerto A como Salida

Los puertos de un microcontrolador son muy variados entre sí. Tienen características muy similares –si no idénticas– cuando se utilizan como entradas o salidas, pero además la mayoría de las patas de un microcontrolador, a veces todas, poseen otras funciones. Estas funciones adicionales, que se seleccionan por medio de un registro de configuración, a veces condicionan algunas características de entrada/salida de la pata.

Las patas del puerto A poseen diodos de protección conectados a Vdd (para proteger de altos voltajes de entrada) y a Vss (para proteger contra voltajes negativos). Manejan niveles de entrada tipo TTL y como salida poseen transistores tipo CMOS. La pata RA4, tiene tres excepciones a la regla de las entradas/salidas este puerto: como entrada posee un disparador Schmitt (Schmitt Trigger) y como salida la configuración de transistores es de drenaje abierto. Además RA4 sólo posee diodo de protección conectado a Vss.

El Registro ADCON1 (9FH)

Las patas RA0, RA1, RA2, RA3 y RA5 se pueden conectar a las entradas analógicas AN0 a AN4. Debemos configurar en este registro si serán usadas como entradas analógicas o como entradas/salidas digitales. Para seleccionar la segunda opción (entradas/salidas digitales) se debe colocar en la mitad menos significativa de este registro un 0110 (es decir, un 06h).

Registros del Puerto APuerto A

Todos los detalles sobre este y los otros puertos de entrada/salida, y del microcontrolador en general, se pueden buscar en la hoja de datos original de Microchip, o en esta traducción al castellano.





Robot Programable: Diagrama Básico en Bloques

El robot programable de nuestras clases posee un microcontrolador PIC16F876A como centro de control, un integrado L293D de manejo de potencia para los motores y circuitos auxiliares.

En el momento de introducir la programación al robot se inserta un módulo de comunicación USB/USART que convierte las señales de nivel USB que salen de la PC al nivel TTL utilizado en el microcontrolador.

Diagrama básico en bloquesDiagrama en bloques

La comunicación se establece entre un programa de carga de datos en la PC y el módulo de comunicaciones serie del microcontrolador (USART o Universal Serial Asynchronous Receiver / Transmiter = Receptor / Transmisor Asincrónico Serie Universal), que es controlado en el microcontrolador por un pequeño programa de carga de datos llamado «bootloader«, o cargador inicial.

Este programa se ocupa de tomar los datos que componen nuestro programa a través del puerto serie del microcontrolador (USART), y grabarlos en la memoria de programa. Describiré con más detalles este proceso en el próximo artículo.

En este caso, el microcontrolador PIC16F876A trabaja a una velocidad de reloj de 4 MHz (puede hacerlo hasta 20 MHz). Esto lo determina un cristal conectado a sus patas de oscilador. El cristal, como es habitual, tiene dos capacitores auxiliares en su circuito. Para los observadores, en la imagen que sigue verán otro chip (el que maneja la corriente de los motores), un regulador de voltaje, capacitores y resistores auxiliares, una llave de encendido (de color negro), una llave de reinicio (de color rojo), y hacia la parte baja de la imagen un conjunto de pequeñas llaves deslizantes (llamado DIP switch, también de color rojo y con las llavecitas en blanco) que utilizo para ingresar indicaciones al microcontrolador. Estos indicadores se pueden comprobar en el programa a través de unas entradas y seguir, según su posición, diferentes acciones. En un principio, con las primeras 6 llavecitas se eligen partes del programa que realizan diferentes secuencias de movimiento.

En las imágenes que siguen se puede observar el montaje del robot a nivel de prueba (con plaqueta base de prototipo, o protoboard), primero con la conexión USB-USART inserta, luego el robot libre (tal como funciona al ponerlo en marcha), y el mismo montaje visto de abajo.Robot con cable
Robot sin cable
Robot de abajo


Esta imagen muestra de cerca la parte de circuito de control.

Detalle del área del controlÁrea de control

En la imagen de abajo se observa un detalle del área del microcontrolador, el cristal con sus capacitores, y la llave que se utiliza para reiniciar (reset) al momento de programar o de reponer el funcionamiento del robot a sus condiciones iniciales.

Detalle del área del microcontroladorÁrea del microcontrolador

El microcontrolador maneja los motores derecho e izquierdo utilizando un amplificador de potencia L293D. Las señales de control son 4, dos para cada uno de los motores, y permiten seleccionar tres estados: marcha adelante, marcha atrás y detención.

Detalle del L293D y su conexión con el microcontrolador.Área del control de motores

El arranque de los motores puede generar bajones de tensión en los 6V que aportan 4 pilas recargables tamaño AA de 1,5V. Por eso entre las pilas y la alimentación del microcontrolador se insertó un regulador de voltaje LM2940CT-5.0 que lleva los 6V a 5V, y que tiene a su salida un capacitor electrolítico de alto valor que ayuda, con su carga, a mantener estable el voltaje de la parte de control en los momentos en que los motores producen bajones de tensión al arrancar. La parte de los motores se alimenta directamente con 6V, en la etapa previa a la regulación.

En la imagen, un detalle de la parte de regulación de voltaje.Área de regulación de voltaje

El microcontrolador recibe su programación a través de dos señales, RX, o recepción, y TX, o transmisión. Esto configura la comunicación serie entre el microcontrolador del robot y el programa en la PC que envía los datos a programar.

Detalle de la conexión entre el módulo adaptador entre el puerto USB de la PC y el puerto USART del microcontrolador.Área de interconexión con la PC

El módulo tiene 4 contactos enchufables, y se desenchufa para operar el robot dejándolo moverse libremente.

Se observan en el circuito unos pequeños capacitores azules de 0,1 uF, llamados capacitores de desacople, que sirven para filtrar los ruidos de alta frecuencia producidos por las chispas de las escobillas de los motores, que podrían interferir con el funcionamiento del microcontrolador.

La imagen señala la posición de estos capacitores.Capacitores de filtro

Aquí se observan una cantidad de módulos comerciales de adaptación
del puerto USB de la PC al puerto USART de un microcontrolador.
Módulos

Continuaré con más detalles de circuito y de programación en los próximos artículos.