Prototipos PCB

Circuito impreso

El circuito impreso (PCB) es una parte muy importante para cualquier dispositivo electrónico. Antes de lanzar un nuevo producto al mercado, siempre es necesario comprobar el correcto funcionamiento de su circuito electrónico. En algunos casos sería suficiente comprobar el circuito en un simulador con software; sin embargo, siempre es conveniente realizar el montaje con todos sus componentes y lo más parecido posible al diseño final.

CPU: Baliza RGB

Existen muchos métodos para comprobar de forma rápida el correcto funcionamiento de un circuito electrónico:

Placas ProtoBoard, uniendo los componentes con cables
Circuitos impresos de tipo universal, realizando sus conexiones con puentes y cables soldados en el PCB.
Fabricación del circuito impreso, utilizando cualquier método de trasferencia y atacando el PCB con ácido.
Fabricación del circuito impreso con una fresadora digital (CNC)

El problema de utilizar cualquiera de estos métodos, es que nunca podremos montar los circuitos con componentes de montaje superficial (SMD). Por suerte, ahora hay muchas empresas que se dedican a fabricar circuitos impresos para prototipos y a precios muy asequibles. Como sucede en la mayoría de los casos con la electrónica, las empresas chinas son las más competitivas. El problema de realizar un pedido a China, es el largo tiempo que tenemos que esperar para recibir el prototipo, sumado al alto precio de sus envíos. Sin embargo, buscando por Internet siempre puedes encontrar alguna oferta. Ahora, como la empresa JLCPCB tiene una oferta muy interesante, la voy a aprovechar para encargar algunos circuitos impresos.

PCB: Display 7 segmentos serie

¿Quién es JLCPCB?

JLCPCB es una de las empresas de prototipos de circuitos impresos (PCB) más grandes de China, especializada en la fabricación de prototipos y producción de circuitos impresos en pequeños lotes. JLCPB cuenta con una experiencia de más de 10 años, trabajando para grandes empresas y aficionados a la electrónica.

¿Qué nos ofrece JLCPCB?

Una especial oferta en el primer pedido. Por tan sólo 2$ podemos obtener un lote de 10 PCB para fabricar nuestro primer prototipo a doble cara, y con acabado profesional.
Respuesta muy rápida en la fabricación, hasta 24 horas.
Envíos rápidos, entre 3 y 6 días si se utiliza el envío con la empresa DHL
Encargos Online, los pedidos se pueden hacer desde el mismo PC que utilizamos para el diseño del PCB, subiendo los archivos Gerber por Internet a su Web: https://jlcpcb.com/
Respuesta rápida ante cualquier problema o asesoramiento técnico.
JLCPCB forma parte del grupo de empresas: Integrated Electronic Engeneering Service

Integrated Electronic Engeneering Service

JLCPCB: Fabricación de prototipos PCB

EasyEDA: Software Online y libre para el diseño de circuitos impresos (PCB)

LCSC: Suministro de componentes electrónicos

Realizar un pedido a JLCPCB

Si estás interesado en realizar el pedido de tus circuitos impresos a la empresa JLCPCB, echa un vistazo al siguiente video:

50 céntimos

¿Qué se puede hacer con 50 céntimos de Euro?

Con 50 céntimos de Euro hay muy pocas cosas que se puedan comprar, incluso puede causar desprecio -por su bajo valor- cuando se utiliza como donativo. Sin embargo, el tipo de metal empleado para su fabricación permite hacer un uso algo diferente… convertir la moneda en un anillo.

¿Es legal hacer esto?

El dinero se considera un bien público, ya que el papel o metal con el que se fabrica ha sido costeado a cargo del erario público. Sin embargo, el código penal sólo estipula como delito la falsificación, sin contemplar como causa punible la destrucción de billetes o monedas. Por otra parte, lo único que haces es cambiar la forma de una moneda por la de un anillo, incluso el valor de cambio posterior podría ser mayor que antes.

Sin embargo, por sentido común, nunca se debería utilizar el metal de las monedas para fabricar objetos.

PROCESO DE TRANSFORMACIÓN

Hay muchas maneras de transformar una moneda en anillo, pero este es el proceso que yo he seguido:

Aumentar el grosor de la moneda

Utilizando la base de hierro plana de un tornillo de banco, se va golpeando ligeramente con un martillo en el borde de la moneda. El golpeo debe ser uniforme y girando la moneda con frecuencia. Si se golpea durante mucho rato, la moneda acabará por doblarse. Llegado a este punto, se puede elegir el tipo de anillo que quieres hacer. Puedes hacer un anillo totalmente plano, o hacer un diseño algo diferente… un anillo ondulado. Si quieres hacer un anillo convencional, tendrás que aplanar la moneda con el martillo antes de seguir.

Marcar el centro de la moneda

Es importante marcar el centro de la moneda y golpear el punto central con la ayuda de un granete, antes de utilizar el taladro.

Hacer un orificio en el centro de la moneda

El orificio central se inicia con una broca o fresa de 3 mm aproximadamente.

Agrandar el agujero

El agujero central de la moneda se tiene que agrandar hasta llegar casi al borde, pero dejando un pequeño margen. El agujero se puede hacer con brocas de diferentes tamaños, con un broca cónica o con una fresa.

Darle forma al anillo con una piedra esmeril

Con la ayuda de una piedra esmeril se va dando forma al anillo, eliminando cualquier rebaba o arañazo profundo.

Ajustar el tamaño del anillo

Antes de pulir el anillo, se debería ajustar su tamaño. En este caso, sólo se podría agrandar ligeramente el orificio central. Con la ayuda de un cilindro cónico de metal y un martillo, se puede agrandar un poco el tamaño del anillo… pero reducirlo sería muy complicado.

Pulir el anillo

A mano y con lija de grano fino se eliminan todos los arañazos, antes de pasar al proceso de pulido. El pulido podría ser el proceso más largo de todos, pero es el más sencillo. Con la ayuda de cualquier pulimento y un pequeño taladro de mano, se puede conseguir un buen acabado.

En este punto no existe riesgo de dañar el anillo. Cuanto más tiempo se dedique a pulir el anillo, mejor será su acabado.

En el siguiente video puedes ver todo el proceso de transformación Moneda -> Anillo:

¿Programar con interrupciones?

Elegir el modo de programar un microprocesador: consultando de forma cíclica el estado de cada periférico (Polling), o creando una interrupción por cada periférico a controlar. Métodos a seguir para programar el microprocesador AT89S52 con 2 interrupciones y una consulta cíclica. Posibles efectos indeseados cuando se programa con interrupciones.

Cuando se programa un microprocesador con la finalidad de tomar decisiones, dependiendo del estado de alguno o varios dispositivos periféricos, como podrían ser: pulsadores, un reloj en tiempo real (RTC), termómetros, alarmas, etc… existen dos formas posibles de hacerlo:

-> La forma más sencilla y clásica sería consultar de forma cíclica el estado de cada periférico.

-> Lo ideal sería habilitar una interrupción en el procesador por cada periférico a controlar.

Consulta secuencial y periódica

En este proceso de consulta, también conocido como polling en inglés, es el propio procesador el que determina el momento en el que realiza la consulta.

Este método tiene el inconveniente de ser poco eficiente, porque el procesador consume muchos recursos realizando las instrucciones de sondeo… y además en algunas aplicaciones, una pequeña demora de tiempo afecta a la precisión de la medida o produce efectos indeseados. Por ejemplo, un error en la precisión cuando se utiliza un temporizador del procesador como patrón de tiempo de un reloj o cronómetro. Efectos indeseados, como podrían ser parpadeos, cuando se genera una señal PWM para el control de brillo de un display… o inestabilidad si se utiliza esta misma señal PWM para regular la velocidad de un motor.

Programar con interrupciones

Una interrupción sirve para detectar en tiempo real el momento en el que se debe realizar la consulta a cada periférico. Con la interrupción, es el periférico quien se encarga de avisar al procesador, y mientras tanto el procesador puede realizar otras tareas.

El orden de prioridad de todas las interrupciones se pueden programar en el procesador. Así el procesador decidirá si un proceso se debe interrumpir o no, en caso de que se produzca una interrupción mientras se está atendiendo a otra, o cuando se produzcan dos o más interrupciones de forma simultánea. Un mal uso de la prioridad en las interrupciones, también podría provocar efectos indeseados.

En la imagen anterior, al no tener la prioridad de interrupción el Timer que genera la señal PWM, se producen fluctuaciones en el ancho de impulso generado.

Display de 7 segmentos, control serie

Diseño de un display de 7 segmentos SMD, con control serie. Con este circuito se pueden apilar tantos dígitos en serie como sea necesario, porque el número de pines de control no cambian. En este circuito se utiliza el TPIC6B595 como registro de desplazamiento, y un 74HC04 (6 inversores) como ‘driver/separador’ de las señales de control: Clock, Strobe y Enable. Al utilizar un registro de desplazamiento (Shift Register), las señales de control (Clock, Strobe y Enable) son las mismas para todos los dígitos, y la línea de datos (Data) se conecta al primer dígito… encadenando la salida de datos de un dígito con el siguiente.

El diseño de este display de 7 segmentos es modular, y se pueden conectar tantos dígitos en serie como sean necesarios.

Cada dígito dispone de su propio regulador de tensión de 5V, pero sólo es necesario instalar uno para alimentar toda la serie. Las conexiones de la salida de un módulo se conectan con las de entrada del módulo siguiente, permitiendo así alimentar todos los módulos con un sólo regulador de tensión. Con el fin de evitar una carga excesiva de las señales de control (Clock, Strobe y Enable) y evitar posibles interferencias en el cableado, cada módulo dispone de un circuito que hace las funciones de ‘regenerador’ de la señal.

El circuito integrado 74HC04 dispone de 6 inversores, y se utilizan de dos en dos, con el fin de obtener el mismo nivel lógico de la entrada en la salida. El único detalle a considerar, es que la conexión de las 3 señales de control con el registro de desplazamiento (TPIC6B595) se realizan en las salidas del primer inversor. De esta forma, la CPU debería entregar las 3 señales de control: Clock, Strobe y Enable en modo invertido.

Control de brillo PWM (Pulse-Width Modulation)

El control de brillo del conjunto de módulos que conformen el display, se realiza mediante la gestión de la señal ENABLE. Modificando el ancho del impulso de una señal de frecuencia >20 Hz, con el fin de evitar el parpadeo, se puede ajustar el nivel de luminosidad del display.

En la imagen anterior se puede observar que la frecuencia de la señal PWM es de 104 Hz, y al aumentar el ancho del semiciclo positivo el brillo decrece (ver el video). Como es lógico, el brillo máximo se obtendrá si permanece habilitado el 100% del tiempo la señal ENABLE (sin impulsos). En el circuito integrado TPIC6B595 el estado ON se corresponde con un nivel bajo (cero lógico). El control de brillo PWM lo podría gestionar la propia CPU, partiendo de la información que recibiera de un sensor de luminosidad.

Shift Register (Registro de desplazamiento)

Funcionamiento de un Shift Register o Registro de desplazamiento, muy útil cuando se necesita controlar una gran cantidad de dispositivos de forma simultánea, utilizando un microprocesador con un número limitado de terminales. Este componente electrónico –Shift Register– es muy usado en centrales de control destinados a la domótica, paneles electrónicos de tipo LED, etc.

8-Bit Shift Register

En los circuitos digitales, un registro de desplazamiento es una cascada de Flip-Flops que comparten el mismo reloj, en el que la salida de cada Flip-Flop está conectada a la entrada de datos del siguiente Flip-Flop de la cadena, dando lugar a un circuito que desplaza por una posición la matriz de bits almacenada en ella, desplazando los datos presentes en su entrada y desplazando el último bit en la matriz, en cada transición de la entrada de reloj.

Los registros de desplazamiento –Shift Register– pueden tener entradas y salidas tanto en paralelo como en serie. Normalmente se configuran a menudo como Serial-In, Parallel-Out (SIPO) o como Parallel-In, Serial-Out (PISO). También hay modelos que tienen entrada en serie y paralelo y otros con salida en serie y en paralelo. También hay registros de desplazamiento bidireccionales que permiten el desplazamiento en ambas direcciones (L → R o R → L). La entrada en serie y la última salida de un registro de desplazamiento, también se pueden conectar para crear un registro de desplazamiento circular.

Funcionamiento (Shift Register)

Para comprender mejor el funcionamiento de un registro de desplazamiento, se puede montar en una placa de pruebas (Protoboard) el siguiente circuito:

El hilo de entrada de datos (SER/DATA) se puede conectar a la línea de +5 o GND, dependiendo del estado lógico (1/0) que queramos introducir al registro. A continuación se pulsa el botón SRCLK/CLOCK, para que el primer dato entre en el registro, desplazando todos sus estados una posición en orden creciente. Si queremos visualizar el estado de los registros en el display, a continuación pulsaremos el botón RCLK/STROBE.

Para que funcione el registro de desplazamiento, el hilo SRCLR/RESET tiene que estar conectado a nivel alto (+5V), si lo conectamos a GND se inicializarán todos los registros poniéndose a cero (Reset).

L	M	X	J	V	S	D
						1
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