Descripción
La presente publicacion tiene el proposito de brindar al usuario conocimientos relacionados con la ingenieria del hardware, la electronica digital, el desarrollo de proyectos y la robotica. Contiene las bases y tecnicas necesarias para garantizar un aprendizaje practico a traves de ejercicios.
Desarrolla los diferentes sistemas digitales, la programacion de microcontroladores, el analisis de la plataforma Arduino, su manejo, asi como su programacion. Para el desarrollo de las actividades planteadas, emplea diversas herramientas de software de diseno y simulacion, tales como PCB Wizard, 123 circuits, Fritzing y plataformas fisicas modernas.
Este manual esta dirigido a estudiantes, profesionales y docentes de Ingenieria Electronica, Ingenieria Electrica, Informatica, Sistemas Digitales y Sistemas Computacionales, que buscan un contenido con ejemplos y ejercicios claves para la realizacion de practicas de laboratorio.
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Índice
Introducción 13
Capítulo 1: Introducción a la ingeniería de hardware
1.1 Conceptos básicos de la electrónica . 17
1.1.1 Electrónica y señales 22
1.1.2 Componentes y dispositivos electrónicos . 27
1.1.3 Microprocesadores y microcontroladores 31
1.1.4 La importancia de las matemáticas y la física 32
1.2 Plataformas de hardware libre 40
1.2.1 La plataforma Arduino . 40
1.2.2 La plataforma Raspberry Pi . 42
1.3 Programación de hardware . 45
1.3.1 La importancia del lenguaje C en la ingeniería de hardware . 46
1.3.2 Aplicaciones del lengua C en la electrónica digital . 47
1.4 Uso de puertos e interfaces del PC 51
14.1 Interfaces de comunicación serial . 51
1.5 Sistemas de control y robótica . 54
1.5.1 Aplicaciones de la robótica 55
1.5.2 Electrónica y domótica . 56
1.6 Placas de circuito impreso 58
1.6.1 Ingeniería de hardware 59
1.6.2 Desarrollo de hardware para PC 59
Capítulo 2: Sistemas numéricos
2.1 Unidades de medida de almacenamiento y transferencia de datos . 63
2.2 Multiplicadores binarios . 64
2.3 Fórmulas y métodos para la construcción de números y conversiones . 65
2.3.1 Sistema binario y decimal 68
2.3.2 Sistema octal . 68
2.3.3 Sistema hexadecimal . 69
2.3.4 Aplicación de la fórmula general para la construcción de números 70
2.4 Operaciones aritméticas de base dos 72
2.4.1 La suma binaria . 73
2.4.2 La resta binaria 75
Práctica de laboratorio n.º 1 78
2.5 El código ASCII . 81
2.6 Cálculos de capacidad de transferencia . 83
Capítulo 3: Circuitos lógicos
3.1 Señales analógicos y digitales . 89
3.2 Compuertas lógicas básicas 89
3.2.1 Tablas de la verdad 90
3.2.2 Construcción de circuitos lógicos 92
3.3 Combinación de compuertas . 94
3.4 Simulación con logisim . 95
3.5 El circuito integrado . 96
3.5.1 Simulación 98
3.6 Tecnología TTL . 99
Práctica de laboratorio n.º 2 103
Capítulo 4: Reducción de circuitos electrónicos
4.1 Métodos de reducción 111
4.1.1 El álgebra de Boole 111
Práctica de laboratorio n.º 3 122
4.1.2 Los mapas de Karnaugh 128
Práctica de laboratorio n.º 4. 137
Práctica de laboratorio n.º 5. 140
Capítulo 5: Componentes electrónicos y herramientas de montaje
5.1 Breadboard 144
5.2 Simuladores . 145
5.2.1 Protoboard virtual .145
5.3 Componentes electrónicos 147
5.4 Montajes sobre protoboard 154
5.5 Shields de conexión . 158
Capítulo 6: Sistemas digitales
6.1 El sistema BCD 165
6.2 Uso de displays . 170
6.3 Circuitos combinacionales y secuenciales 171
6.3.1 Circuitos combinacionales 171
Prácticas de laboratorio n.º 6 175
Prácticas de laboratorio n.º 7 181
6.3.2 Circuitos secuenciales 189
Capítulo 7: Prácticas con Arduino
7.1 Introducción a Arduino . 201
7.2 Conexión y configuración 203
7.3 De la electrónica a la programación . 206
7.3.1 Programación en C con Arduino 206
7.3.2 Electrónica con Arduino 213
7.4 Ejercicios con Arduino 217
7.4.1 Uso de una LDR en Arduino . 217
7.4.2 Uso de una pantalla LCD 16 x 2 en Arduino . 218
7.4.3 Uso del sensor de temperatura en Arduinno a través del monitor serial . 219
7.4.4 Control inalámbrico . 221
7.5 Scratch (S4A) 223
7.6 Desarrollo de app para móviles 225
7.7 Robótica con Arduino . 226
7.7.1 La importancia del motor en la robótica 227
7.7.2 Control de motores . 228
7.7.3 Proyecto de robótica con Arduino 234
Práctica de laboratorio n.º 8 . 239
Práctica de laboratorio n.º 9 242
Capítulo 8: Microcontroladores
8.1 Campos de aplicación de un microcontrolador . 250
8.2 Entorno , lenguaje y herramientas para la programación de PIC 251
8.3 FlowCode 252
8.4 Programación de un microcontrolador 255
Práctica de laboratorio n.º 10 . 261
Apéndice
Apéndice A : Herramientas de software 265
>> Herramientas de simulación 265
· Simuladores para diseño lógico . 265
· Herramientas para simular circuitos electrónicos . 266
·Simuladores para la documentación de prácticas 267
>> Herramientas para la documentación de prácticas 269
· Fritzing 270
>> El entorno de Processing . 270
Apéndice B: Placas de circuito impreso (PCB) 273
· Técnicas para la elaboración de PCB 273
· Herramientas de software para el diseño de PCB . 278
>> Material para la creación de PCB 279
>> Consideraciones y recomendaciones generales para el diseño de PCB . 281
>> Procedimiento general para el diseño de PCB 282
>> Tecnología de montaje superficial (SMT) 284
· Reballing . 285
>> Prueba final de un prototipo 286
Bibliografía . 287
