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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE FILOSOFÍA, LETRAS Y
CIENCIAS DE LA EDUCACIÓN
PROGRAMA DE EDUCACIÓN A DISTANCIA
MODALIDAD SEMIPRESENCIAL
CARRERA DE INFORMÁTICA
DISEÑO Y CREACIÓN DE UNA CALCULADORA DIGITAL PROGRAMADA A
TRAVÉS DE UN MICROCONTROLADOR PIC 16F877A PARA EL PROCESO DE
APRENDIZAJE DE LA LEY DE OHM CON LOS Y LAS ESTUDIANTES
DEL 2DO AÑO DE BACHILLERATO DE LA ESPECIALIDAD DE
ELECTRÓNICA DE CONSUMO DE LA INSTITUCIÓN
EDUCATIVA FISCAL MIGUEL DE SANTIAGO,
PERIODO 2015-2016.
Informe de Proyecto Tecnológico Educativo presentado como
requisito para obtener el grado de Licenciado en Ciencias de la
Educación, mención Informática.
Hurtado Herrera Luis Rolando
Tutor: MSc.William Ramiro Mejía Ortiz.
Quito, Junio 2016
ii
DEDICATORIA
Con mucho cariño a mí querida familia por
quienes mi esfuerzo, trabajo y sacrificio
para buscar un futuro mejor en cada uno
de ellos en la vida.
Dedico este trabajo a mi esposa y a mí hija
por su incondicional apoyo, gracias a ellos
he podido alcanzar mis metas y llegar a
culminar con éxito mis estudios.
iii
AGRADECIMIENTO
Al concluir con el trabajo de investigación
mi más grande agradecimiento y
reconocimiento a la Facultad de Filosofía
Letras y Ciencias de la Educación, de la
Universidad Central del Ecuador a sus
docentes que compartieron sus
conocimientos y experiencia para mi
formación profesional.
Un reconocimiento especial a la Institución
Educativa Fiscal “Miguel de Santiago” a
su rector, y docentes del segundo año de
bachillerato de la figura profesional de
Electrónica de consumo que me bridaron la
oportunidad de trabajar con sus
estudiantes.
A los estudiantes que participaron en la
investigación mi más profundo
agradecimiento, sin ellos no habría sido
posible el desarrollo del proyecto de
investigación.
iv
AUTORIZACIÓN DE LA AUTORÍA INTELECTUAL
Yo, Luis Rolando Hurtado Herrera, en calidad de autor del Trabajo de investigación o Tesis
realizada sobre: “Diseño y creación de una calculadora digital programada a través de un
microcontrolador pic 16f877a para el proceso de aprendizaje de la ley de ohm con los y las
estudiantes del segundo año de bachillerato de la especialidad de electrónica de consumo de la
Institución Educativa Fiscal Miguel de Santiago, periodo 2015-2016”, por la presente autorizo a la
UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR, hacer uso de todos los contenidos que me
pertenecen o parte de los que contiene esta obra, con fines estrictamente académicos o de
investigación.
Los derechos que como autor me corresponden, con excepción de la presente autorización,
seguirán vigentes a mi favor, de conformidad con lo establecido en los artículos 5, 6, 8; 19 y demás
pertinentes de la Ley de Propiedad Intelectual y su Reglamento.
Quito, 04 de Junio del 2016.
Luis Rolando Hurtado Herrera
CI: 171133406-8
Telf. 0998027403
E-mail: [email protected]
v
APROBACIÓN DEL TUTOR DEL TRABAJO DE GRADO
En mi calidad de Tutor del Programa de pre-grado y, nombrado TUTOR por el Honorable Consejo
Directivo de la Facultad de Filosofía, Letras y Ciencias de la Educación.
CERTIFICO:
Trabajo de Grado presentado por el señor: Luis Rolando Hurtado Herrera, para optar por el Grado
de Licenciado en Ciencias de la Educación Mención Informática aplicada a la Educación, el
problema de investigación se refiere a “De qué manera una calculadora digital programada a
través del micro controlador Pic 16f877a aporta al desarrollo del aprendizaje de la ley de
ohm en los y las estudiantes del segundo año de bachillerato de la especialidad de electrónica
de consumo de la Institución Educativa fiscal Miguel de Santiago, periodo 2015-
2016”considero que dicho trabajo reúne los requisitos y méritos suficientes para ser sometido a la
presentación pública y evaluación por parte del jurado examinador que se designe.
En la ciudad de Quito en el mes de Junio del 2016.
vi
CERTIFICADO DE APROBACIÓN DEL JURADO O TRIBUNAL
Quito, 4 de Junio de 2016
CERTIFICACIÓN
Yo, MSc. Rocío Burbano Presidenta del Tribunal certificó que el Proyecto Tecnológico cuyo tema
es: “DISEÑO Y CREACIÓN DE UNA CALCULADORA DIGITAL PROGRAMADA A
TRAVÉS DE UN MICROCONTROLADOR PIC 16F877A PARA EL PROCESO DE
APRENDIZAJE DE LA LEY DE OHM CON LOS Y LAS ESTUDIANTES DEL SEGUNDO
AÑO DE BACHILLERATO DE LA ESPECIALIDAD DE ELECTRÓNICA DE CONSUMO DE
LA INSTITUCIÓN EDUCATIVA FISCAL MIGUEL DE SANTIAGO, PERIODO 2015-2016.”
Perteneciente al señor LUIS ROLANDO HURTADO HERRERA cumple con las correcciones
realizadas por el tribunal examinador, por lo que el interesado puede realizar los trámites
pertinentes para aprobar el empastado del documento.
vii
CERTIFICACIÓN DE LA INSTITUCIÓN DONDE SE REALIZÓ LA INVESTIGACIÓN
En mi calidad de Vicerrector Académico de la Institución Educativa Fiscal MIGUEL DE
SANTIAGO, Certifico:
Que el Tecnólogo HURTADO HERRERA LUIS ROLANDO, portador de la cédula de ciudadanía
1711334068, docente del Plantel de mi regencia; realizó en esta Institución Educativa su trabajo de
investigación sobre el DISEÑO Y CREACIÓN DE UNA CALCULADORA DIGITAL
PROGRAMADA A TRAVÉS DE UN MICROCONTROLADOR PIC 16F877A PARA EL
PROCESO DE APRENDIZAJE DE LA LEY DE OHM CON LOS Y LAS ESTUDIANTES
DEL SEGUNDO AÑO DE BACHILLERATO DEL LA ESPECIALIDAD DE
ELECTRÓNICA DE CONSUMO DE LA INSTITUCIÓN EDUCATIVA FISCAL MIGUEL
DE SANTIAGO, PERIODO 2015 - 2016, aplicando instrumentos de validación a estudiantes y
docentes del Plantel, mismo que será implementado posteriormente en este Establecimiento
Educativo.
Lo certifico.
Quito D.M., 23 de mayo del 2016
VICERRECTOR ACADÉMICO
viii
ÍNDICE DE CONTENIDOS
Pág.
CARÁTULA ....................................................................................................................................... i
DEDICATORIA ................................................................................................................................. ii
AGRADECIMIENTO ....................................................................................................................... iii
AUTORIZACIÓN DE AUTORÍA INTELECTUAL ....................................................................... iv
APROBACIÓN DEL TUTOR DEL TRABAJO DE GRADO ........................................................... v
CERTIFICADO DE APROBACIÓN DEL JURADO O TRIBUNAL …………………………….vi
CONSTANCIA DE LA EJECUCIÓN DEL PROYECTO ............................................................... vii
ÍNDICE DE CONTENIDOS ......................................................................................................... viii
ÍNDICE DE ANEXOS ..................................................................................................................... xi
ÍNDICE DE TABLAS ...................................................................................................................... xii
ÍNDICE DE GRÁFICOS ................................................................................................................ xiii
RESUMEN ....................................................................................................................................... xv
ABSTRACT .................................................................................................................................... xvi
INTRODUCCIÓN. ………………………………………………………………………………….1
CAPÍTULO I
PROBLEMA DE LA INVESTIGACIÓN
1.1 Planteamiento del Problema ......................................................................................................... 5
1.2. Objetivos ..................................................................................................................................... 8
1.2.1 Objetivo General ....................................................................................................................... 8
1.2.2 Objetivos Específicos ................................................................................................................ 8
1.3. Justificación ................................................................................................................................. 9
CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO
2.1. Antecedentes ............................................................................................................................. 12
2.2. Fundamentación Teórica ........................................................................................................... 13
2.2.2 Microcontroladores ................................................................................................................. 14
2.2.3 Clasificación ............................................................................................................................ 15
2.2.3.1 La familia de los pic ............................................................................................................. 15
2.2.4 Estructura ................................................................................................................................ 17
2.2.4.1 Arquitectura interna .............................................................................................................. 17
2.2.4.2 Micro controlador pic 16f877a ............................................................................................. 22
ix
2.2.5 Funciones básicas del pic16f887 ............................................................................................. 23
2.2.6 Características básicas del pic16f887 ...................................................................................... 23
2.2.7 Programación .......................................................................................................................... 24
2.2.7.1 Programación de microcontroladores ................................................................................... 24
2.2.8 Microcontroladores «pic». diseño práctico de aplicaciones ................................................... 26
2.2.9 Ventajas-desventajas ............................................................................................................... 27
2.2.9.1 Desventajas de un microcontrolador PIC: ............................................................................ 28
2.2.10 Software electrónico para diseño y simulación de circuitos ................................................. 28
2.2.10.1 MultiSim (Electronics Workbench) .................................................................................... 28
2.2.10.2 Livewire ............................................................................................................................ 28
2.2.10.3 PCBWizard ........................................................................................................................ 29
2.2.10.4 Kicad ................................................................................................................................. 29
2.2.10.5 Micro-Cap ......................................................................................................................... 29
2.2.10.6 Simulador de Circuitos Digitales ....................................................................................... 29
2.2.10.7 Designworks ...................................................................................................................... 30
2.2.10.9 Eagle .................................................................................................................................. 30
2.2.10.10 Proteus ............................................................................................................................. 30
2.2.11 Enseñanza .............................................................................................................................. 34
2.2.11.1 La enseñanza como parte del proceso educativo ................................................................ 34
2.2.11.2 Rasgos que caracterizan al proceso de enseñanza .............................................................. 35
2.2.12. Aprendizaje .......................................................................................................................... 37
2.2.12.1. Definición del Aprendizaje ................................................................................................ 38
2.2.12.2. Proceso de enseñanza-aprendizaje .................................................................................... 38
2.2.13. Didáctica .............................................................................................................................. 40
2.2.14. El constructivismo ................................................................................................................ 41
2.2.14.1. Concepción Social del Constructivismo ............................................................................ 42
2.2.14.2. Concepción Psicológica del Constructivismo ................................................................... 44
2.2.14.3. Concepción Filosófica del Constructivismo ...................................................................... 44
2.2.14.4. Características de un Profesor Constructivista .................................................................. 45
2.2.15 Teoría del aprendizaje significativo ...................................................................................... 45
2.2.15.1. Aprendizaje Significativo y Aprendizaje Mecánico .......................................................... 46
2.2.15.2. Aprendizaje por Descubrimiento y Aprendizaje por Recepción. ...................................... 47
2.2.15.3. Requisitos para el Aprendizaje Significativo .................................................................... 48
2.2.15.4. Tipos de Aprendizaje Significativo ................................................................................... 49
2.2.16. Aprendizaje basado en problemas ........................................................................................ 54
2.2.17. Aprendizaje basado en proyectos ......................................................................................... 57
x
2.2.18. Aprendizaje cooperativo ...................................................................................................... 58
2.2.18.1. Concepto de Aprendizaje Cooperativo .............................................................................. 59
2.2.18.2. Características ................................................................................................................... 60
2.2.18.3. Estrategias, actividades de aprendizaje – cooperativo ...................................................... 61
2.2.19. Ley de ohm .......................................................................................................................... 62
2.3. Fundamentación Legal .............................................................................................................. 64
CAPÍTULO III
METODOLOGÍA
3.1. Diseño de la Investigación ........................................................................................................ 66
3.1.1. Procedimiento a Seguir ............................................................................................................. 67
3.1.2. Descripción de la Propuesta ...................................................................................................... 68
3.2 Población y Muestra ................................................................................................................... 68
3.3. Técnicas e Instrumentos ............................................................................................................ 69
CAPÍTULO IV
RESULTADOS
4.1 Análisis e interpretación de resultados ....................................................................................... 72
4.2 Diagnostico de la problemática .................................................................................................. 92
4.3 Conclusiones y recomendaciones ............................................................................................... 93
4.3.1 Conclusiones ............................................................................................................................. 93
4.3.2 Recomendaciones ..................................................................................................................... 94
5.1 Presentación de la Propuesta ...................................................................................................... 95
CAPÍTULO V
PROPUESTA TECNOLÓGICA
5.2 Objetivo General ........................................................................................................................ 96
5.3 Desarrollo Detallado de la Propuesta ......................................................................................... 96
5.4 Evaluación de la Propuesta .............................................................................................. 127
REFERENCIAS………………………………………………………………………………….132
ANEXOS………………………………………………………………………………………….134
xi
ÍNDICE DE ANEXOS
ANEXOS
Anexo 1: Alfa de Crombach………………………………………………………………………134
Anexo 2: Validaciones……………………………………………………………………………135
Anexo 3: Instrumentos…………..………………………………………………………………..138
Anexo 4: Gráficos………………………………………………………………………..……….140
xii
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla N° 1 ABP ............................................................................................................................... 56
Tabla N° 2 Población ....................................................................................................................... 69
Tabla N° 3 Operacionalización de variables .................................................................................... 70
Tabla N° 4 Microcontrolador pic ..................................................................................................... 72
Tabla N° 5 Ensamblaje de circuitos ................................................................................................. 73
Tabla N° 6 Estructura y programación de los microcontroladores .................................................. 74
Tabla N° 7 Ventajas de los microcotroladores ................................................................................. 75
Tabla N° 8 Didáctica de la enseñanza de la ley de ohm ................................................................... 76
Tabla N° 9 Metodología de enseñanza ............................................................................................. 77
Tabla N° 10 Metodo tradicional ....................................................................................................... 78
Tabla N° 11 Aprendizaje significativo ............................................................................................. 79
Tabla N° 12 Aprendizaje basado en problemas ............................................................................... 80
Tabla N° 13 Diseño de productos tecnológicos ............................................................................... 81
Tabla N° 14 Conocimiento de la ley de ohm ................................................................................... 82
Tabla N° 15 Fórmulas de la ley de ohm……………...……………………………………..……...83
Tabla N° 16 Resolución de circuitos ................................................................................................ 84
Tabla N° 17 Enseñanza de la ley de ohm ......................................................................................... 85
Tabla N° 18 Utilización del microcontrolador ................................................................................. 86
Tabla N° 19 Los microcontroladores y su aplicación ...................................................................... 87
Tabla N° 20 Calculadora digital ....................................................................................................... 88
Tabla N° 21 Nivel de conocimientos ............................................................................................... 89
Tabla N° 22 Mejoramiento de enseñanza ........................................................................................ 90
Tabla N° 23 Diseño y elaboración de la calculadora ....................................................................... 91
Tabla N° 24 Evaluación por expertos……………………………………………………………..127
Tabla N° 25Evaluación por criterio de expertos……….…………………………………………128
Tabla N° 26 Resultado de la evaluación…………………………………………………………..130
xiii
ÍNDICE DE GRÁFICOS
Gráfico N° 1. Microcontrolador .................................................................................................. 140
Gráfico N° 2. Arquitectura de un microcontrolador ...................................................................... 140
Gráfico N° 3. Arquitectura harvard……………………………………………………………….141
Gráfico N° 4 Configuración de pines ............................................................................................. 141
Gráfico N° 5 Elementos del proceso de enseñanza aprendizaje .................................................... 141
Gráfico N° 6 Ley de ohm ............................................................................................................... 142
Gráfico N° 7 fórmula general de la ley de ohm ............................................................................. 142
Gráfico N° 8 Triángulo de la ley de ohm ..................................................................................... 142
Gráfico N° 9 Microcontrolador pic f877a ........................................................................................ 72
Gráfico N° 10 Ensamblaje decircuitos con microcontrolador pic .................................................... 73
Gráfico N° 11 Estructura y programación de los microcontroladores ............................................. 74
Gráfico N° 12 Ventajas de los microcotroladores ............................................................................ 75
Gráfico N° 13 Didáctica de la enseñanza de la ley de ohm ............................................................ 76
Gráfico N° 14 Metodología de enseñanza ........................................................................................ 77
Gráfico N° 15 Método tradicional .................................................................................................... 78
Gráfico N° 16 Aprendizaje significativo .......................................................................................... 79
Gráfico N° 17 Aprendizaje basado en problemas ............................................................................ 80
Gráfico N° 18 Diseño de productos tecnológicos ............................................................................ 81
Gráfico N° 19 Conocimiento de la ley de ohm ............................................................................... 82
Gráfico N° 20 Fórmulas de la ley de ohm ........................................................................................ 83
Gráfico N° 21 Resolución de circuitos ............................................................................................. 84
Gráfico N° 22 Enseñanza de la ley de ohm ...................................................................................... 85
Gráfico N° 23 Utilización del microcontrolador ............................................................................. 86
Gráfico N° 24 Los microcontroladores y su aplicación ................................................................... 87
Gráfico N° 25 Calculadora digital .................................................................................................... 88
Gráfico N° 26 Nivel de conocimientos ............................................................................................ 89
Gráfico N° 27 Mejoramiento de enseñanza ..................................................................................... 90
Gráfico N° 28 Diseño y elaboración de la calculadora .................................................................... 91
Gráfico N° 29 Microcontrolador Pic ............................................................................................... 96
Gráfico N° 30 Simulador electrónico proteus ............................................................................... 102
Gráfico N° 31 Simulador electrónico proteus ............................................................................... 103
Gráfico N° 32 Simulador electrónico proteus ............................................................................... 104
Gráfico N° 33 Simulador electrónico proteus ............................................................................... 105
Gráfico N° 34 Simulador electrónico proteus ................................................................................ 106
Gráfico N° 35 Simulador electrónico proteus ................................................................................ 107
xiv
Gráfico N° 36 Simulador electrónico proteus ................................................................................ 108
Gráfico N° 37 Simulador electrónico proteus ................................................................................ 109
Gráfico N° 38 Terminales del pic .................................................................................................. 110
Gráfico N° 39 Teclado matricial .................................................................................................... 111
Gráfico N° 40 Display LCD ........................................................................................................... 112
Gráfico N° 41 Regulador 7805 ...................................................................................................... 113
Gráfico N° 42 Condensadores cerámicos ....................................................................................... 113
Gráfico N° 43 Cristal de cuarzo ..................................................................................................... 114
Gráfico N° 44 Capacitores electrolíticos ........................................................................................ 114
Gráfico N° 45 Resistencias ............................................................................................................ 115
Gráfico N° 46 Código de colores ................................................................................................... 115
Gráfico N° 47 Placas de circuito impreso ...................................................................................... 116
Gráfico N° 48 Baquelita ................................................................................................................. 116
Gráfico N° 49 Suelda de elementos ............................................................................................... 117
Gráfico N° 50 Circuito terminado .................................................................................................. 117
Gráfico N° 51 Caja de presentación ............................................................................................... 118
Gráfico N° 52 Calculadora digital .................................................................................................. 119
Gráfico N° 53 Calculadora digital .................................................................................................. 120
Gráfico N° 54 Placa con elementos electrónicos ........................................................................... 121
Gráfico N° 55 Valor del voltaje ..................................................................................................... 122
Gráfico N° 56 Cálculo de voltaje ................................................................................................... 123
Gráfico N° 57 Valor de intensidad ................................................................................................. 123
Gráfico N° 58 Cálculo de intensidad .............................................................................................. 124
Gráfico N° 59 Cálculo de intensidad .............................................................................................. 124
Gráfico N° 60 Valor de resistencia ................................................................................................ 125
Gráfico N° 61 Cálculo de resistencia ............................................................................................. 125
Gràfico N 62 Cálculo de resistencia…………………………………………………………….. 126
xv
TEMA: "Diseño y creación de una calculadora digital programada a través de un
microcontrolador pic 16f877a para el proceso de aprendizaje de la ley de ohm con los y las
estudiantes del 2do año de bachillerato de la especialidad de electrónica de consumo de la
Institución Educativa Fiscal Miguel de Santiago, periodo 2015-2016."
Autor: Luis Rolando Hurtado Herrera
Tutor: Msc. William Ramiro Mejía Ortiz
RESUMEN
El presente trabajo se desarrolló con el objetivo de identificar la correlación existente entre las
variables Microcontroladores y Enseñanza Aprendizaje, la población evaluada fue de 84
estudiantes, de los cuales 42 presentaron problemas en la comprensión de la ley de ohm, se sustenta
en el enfoque cuanti-cualitatitivo de la investigación bibliográfica, de campo, descriptiva y
exploratoria. Los valores encontrados manifiestan dificultades, en varios contextos como la forma
de enseñanza, materiales empleados, tecnologías utilizadas y ninguna forma de crear productos
tecnológicos para mejorar el proceso de enseñanza-aprendizaje. Se concluye la investigación con la
elaboración de una propuesta que consiste en el diseño y construcción de una calculadora digital
con funciones para calcular tensión, intensidad y resistencia además de su respectivo manual del
usuario dirigido a facilitar la comprensión del aprendizaje de la ley de ohm.
PALABRAS CLAVES: MICROCONTROLADORES / ENSEÑANZA / APRENDIZAJE / LEY
DE OHM.
xvi
TITLE: "Design and creation of a digital calculator programmed through a microcontroller pic
16f877a for learning process of the ohm´s law with the students of the second year of high school
with specialization of consumer electronics of the public Educational Institution Miguel de
Santiago, academic period 2015-2016."
Author: Luis Rolando Hurtado Herrera
Tutor: Msc. William Ramiro Mejia Ortiz
ABSTRACT
The present research was developed with the purpose of identifying the correlation between
variables Microcontrollers and Teaching Learning, the evaluated population was of 84 students,
of whom 42 presented difficulties to understand the Ohm´s Law, and this study is supported in the
quantitative - qualitative approach of the bibliographic, field, descriptive and exploratory research.
The identified values present difficulties in some contexts as the teaching method, materials,
technology and there is no way to create technological products to improve the teaching - learning
process. The present research concludes with the development of a proposal consisting on the
design and construction of a digital calculator including functions to calculate tension, intensity and
resistance including the corresponding user manual with the purpose of facilitating the
understanding of the Ohm´s Law.
KEYWORDS: MICROCONTROLLER / TEACHING / LEARNING / OHM’S LAW
I CERTIFY that the above and foregoing is a true and correct translation of the original document in Spanish.
1
INTRODUCCIÓN
Dentro de este mundo globalizado, las instituciones educativas están en la obligación de
modernizarse y buscar los mecanismos más idóneos para proveer a su recurso humano de las
herramientas tecnológicas que les permita desarrollar habilidades destrezas, actitudes y valores en
el manejo de la tecnología, se dice que el analfabeto de este siglo es aquel que no sabe
computación.
Las Tecnologías de la Información y la Comunicación (Tics) son incuestionables, forman parte de
la cultura tecnológica que nos rodea y con la que debemos convivir ya que estas amplían las
capacidades físicas, mentales y las posibilidades de desarrollo social en el Ecuador, actualmente el
sistema educativo ecuatoriano se enfrenta al desafío de utilizar las tecnologías de la información y
la comunicación (Tics) para proveer a sus estudiantes de las herramientas y conocimientos
necesarios que se requieren en el siglo XXI.
Los avances científicos y la globalización, son un factor preponderante en desarrollo de los
conocimientos y el surgimiento de nuevos valores, provocando continuas transformaciones en las
estructuras económicas, sociales y culturales, e incidiendo en casi todos los aspectos de la vida del
ser humano, el acceso al campo laboral, la comunicación, la información, las empresas se
organizan de diferente, las instituciones, especialmente las educativas capacitan a su personal, la
manera en que se comunican los seres humanos. Todo hace más difícil que se pueda vislumbrar
una vida sin tecnología.
Según Jacks de Delors manifiesta que: “La educación a lo largo de la vida se basa en cuatro
pilares: aprender a conocer, aprender a hacer, aprender a vivir juntos, aprender a ser”.(s/n).
El aprender a hacer, es de vital importancia dentro del campo de las Tics, para que los estudiantes
puedan desarrollar sus capacidades, trabajo en equipo y enfrentarse a diferentes situaciones y
desenvolverse en cada una de ellas, puesto que se dispone de un sin número de herramientas que
le permiten mejorar la actividad académica, el aprender a conocer, que crea una cultura general
profundizando los conocimientos. Lo que supone además, aprender a aprender para poder
aprovechar las posibilidades que ofrece la Educación a lo largo de la vida, el aprender a vivir juntos
desarrollando la comprensión del otro y la percepción de las formas de interdependencia, realizar
proyectos comunes y prepararse para tratar los conflictos, respetando los valores de pluralismo,
comprensión mutua y paz.
Aprender a ser para que florezca mejor la propia personalidad y se esté en condiciones de obrar
con creciente capacidad de autonomía, de juicio y de responsabilidad personal. Con tal fin, no
2
menospreciar en la educación ninguna de las posibilidades de cada individuo, mientras los
sistemas educativos formales propenden a dar prioridad a la adquisición de conocimientos, en
detrimento de otras formas de aprendizaje, importa concebir la educación como un todo. “En esa
concepción deben buscar inspiración y orientación las reformas educativas, tanto en la elaboración
de los programas como en la definición de las nuevas políticas pedagógicas”. (Delors, 1996)
En la Provincia de Pichincha así como a la mayoría de provincias se ha dotado a un gran
porcentaje de docentes de las instituciones educativas de computadoras y las correspondientes
instalaciones para las telecomunicaciones, lo cual ha permitido que se mejore en estos aspectos, lo
que ha hecho que puedan contar con las herramientas de última generación, facilitando que los
estudiantes puedan acceder a estas herramientas y por ende puedan tener una capacitación acorde
con la tecnología actual.
La sociedad en la que vivimos, conocida como la sociedad de la información, exige a los seres
humanos a estar preparados en el manejo y utilización de las herramientas tecnológicas, los
aprendizajes significativos son aquellos que le sirve al ser humano en la vida y para toda la vida, y
es aquí cuando las Tics permitirán que aquellas destrezas y conocimiento aprendidos puedan ser
reflejados en su campo de acción.
De acuerdo con la visión determinada en el plan estratégico, la Institución Educativa Fiscal Miguel
de Santiago, ubicado en el sector de Turubamba, para el año 2018 consolidará un modelo de
educación técnica y humanista, formando líderes positivos, solidarios, abiertos capaces de generar
cambios a través de la investigación constante y la creación de aplicaciones útiles mediante la
utilización de la tecnología para alcanzar la autorrealización y el mejoramiento de la sociedad.
La Institución Educativa Fiscal Miguel de Santiago de la ciudad de Quito, entidad de carácter
público y que no cuenta con presupuesto para acceder a recursos tecnológicos para el área
Informática y Electrónica, las autoridades y en especial los ministerios de Educación y Finanzas
son quienes asignan estos recursos, pero que lamentablemente no están contemplados desde
décadas anteriores hasta la actualidad perjudicando directamente la formación de los estudiantes.
Según Joan Majó (2003):
La escuela y el sistema educativo no solamente tienen que enseñar las nuevas
tecnologías, no sólo tienen que seguir enseñando materias a través de las nuevas
tecnologías, sino que estas nuevas tecnologías aparte de producir unos cambios en la
escuela producen un cambio en el entorno y, como la escuela lo que pretende es
preparar a la gente para este entorno, si éste cambia, la actividad de la escuela tiene
que cambiar. (Evalinares, 2007)
3
La Institución, las autoridades del plantel y sus docentes del área técnica hacen esfuerzos y
gestionan proyectos para obtener y en otro casos construir equipos de tecnología actual, esa
necesario conocer también que en los últimos años tampoco se lo puede realizar debido a políticas
absurdas del gobierno actual pues está prohibido por la ley, lo que imposibilita para este tipo de
planteles poder ofrecer a sus estudiantes una educación acorde con las nuevas tendencias
tecnológicas, creando incertidumbre tanto en autoridades, profesores y demás entes que componen
la institución.
Esta investigación pretende resolver el problema planteado y busca cumplir con el siguiente
objetivo, “Determinar de qué manera una calculadora digital programada a través del micro
controlador Pic 16f877 aporta al desarrollo del aprendizaje de la ley de ohm en los y las
estudiantes del segundo año de bachillerato de la especialidad de electrónica de consumo de la
Institución Educativa “Miguel de Santiago”, periodo 2015-2016.
Este proyecto cumple con uno de los grandes desafíos que tiene la institución que es la de proveer
de habilidades, destrezas, actitudes y valores mediante el manejo de las herramientas tecnológicas
Tics aplicadas a la electrónica de consumo.
El proyecto será estructurado por capítulos:
Capítulo I, EL PROBLEMA, consta la problemática a investigar, incluye la contextualización
macro, meso y micro; el árbol de problemas, justificación y objetivos.
Capítulo II, MARCO TEÓRICO, contiene antecedentes de la investigación, fundamentación
científica, definición de términos técnicos, fundamentación legal y caracterización de las variables.
Capítulo III, METODOLOGÍA, desarrollo de la investigación, constituido por: enfoque de la
investigación, modalidad de la investigación (bibliográfica, documental, de campo, de interrelación
social, exploratorio). Asociación de Variables, población y muestra, operacionalización de
variables.
Capítulo IV, ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS, las matrices de resultados
que se obtendrán de las encuestas realizadas a los docentes y estudiantes, de la Institución
Educativa fiscal “Miguel de Santiago” de la ciudad de Quito y el análisis e interpretación de los
datos de cada una de las preguntas en forma gráfica.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES, análisis exhaustivo de las encuestas realizadas, para
determinar si se cumple o no con la hipótesis planteada y que permita direccionar la propuesta.
4
Capítulo V, LA PROPUESTA, en base a los resultados de las encuestas se deduce que lo más
idóneo es diseñar y crear una calculadora digital programada a través de un micro controlador pic
16f877a, la cual se pondrá a consideración de los docentes y que permitirán que se incluyan en el
proceso de aprendizaje de la ley de ohm y como resultado se obtendrá el desarrollo integral de los
estudiantes.
5
CAPITULO I
PROBLEMA DE LA INVESTIGACIÓN
1.1 Planteamiento del Problema
¿De qué manera una calculadora digital programada a través del micro controlador Pic 16f877a
aporta al desarrollo del aprendizaje de la ley de ohm en los y las estudiantes del segundo año de
bachillerato de la especialidad de electrónica de consumo de la Institución Educativa fiscal Miguel
de Santiago, periodo 2015-2016?
Los programas informáticos son incuestionables, forman parte de la cultura tecnológica que
nos rodea y con la que debemos convivir ya que estas amplían las capacidades físicas, mentales y
las posibilidades de desarrollo social en el Ecuador, actualmente el sistema educativo ecuatoriano
se enfrenta al desafío de utilizar las tecnologías de la información y la comunicación (Tics) para
proveer a sus estudiantes de las herramientas y conocimientos necesarios que se requieren en el
siglo XXI en las diferentes ramas y figuras profesionales.
Los avances científicos y la globalización, son un factor preponderante en el desarrollo de los
conocimientos y el surgimiento de nuevos valores, provocando continuas transformaciones en las
estructuras económicas, sociales y culturales, e incidiendo en casi todos los aspectos de la vida del
ser humano, el acceso al campo laboral, la comunicación, la información, las empresas se
organizan diferente, las instituciones, especialmente las educativas capacitan a su personal para
fomentar el aprendizaje significativo de sus estudiantes y prepararlos para que sean capaces de
resolver problemas.
La Institución Educativa Fiscal "Miguel de Santiago", en coherencia con sus lineamientos
educativos plasmados en su visión y misión donde la responsabilidad social y una dinámica
permanente en los procesos tecnológicos necesarios para cumplir con las demandas de nuestra
comunidad educativa pone énfasis en la necesidad de preparar bachilleres técnicos en Electrónica
responsables ,capaces y honestos.
Lo anotado en líneas anteriores más el rigor académico, la conducta ética y la innovación que son
los valores que propugna nuestra institución conducirán a una formación integral de los y las
estudiantes, lo que dice MORALES, G (1995) sobre el desarrollo de valores es “...una persona
6
gestora y consciente de su propia construcción y por tanto conocedora de sus capacidades mentales,
afectivas, volitivas y psicomotoras, del avance de su desarrollo personal y de la adquisición de
conocimientos.” (p. 46).
La institución miguelina a pesar de contar con recursos insuficientes por diversos factores entre
ellos gubernamentales, políticos y económicos a podido consolidarse como referente en la
provincia de Pichincha y a nivel nacional al alcanzar sitios importantes en concursos a nivel medio
y superior en el área de electrónica ,de esta verdadera fortaleza queremos aprovechar para formar
técnicos que vayan aún más allá en base a la preparación y motivación dirigida por todos los
actores educativos.
El docente y las instituciones deben entender que nuestra sociedad está en creciente cambio en el
área técnica e industrial, esto permitirá al estudiante cambiar su realidad mediante la preparación
integral como manifiesta:
"El estudiante no es un vaso que se llena sino es un fuego que se enciende." UNESCO
documento de apoyo (2005) Quito, (pág. 14)
Es importante señalar que las políticas educativas han sufrido importantes cambios en su estructura
lo que ha resultado que el docente de las instituciones educativas especialmente en la nuestra se
estanque y se mantenga indiferente frente a la creatividad, el emprendimiento y la innovación de
recursos tecnológicos que permitan fomentar un aprendizaje más dinámico e interesante para el
estudiante y así garantizar el cumplimiento del perfil profesional de salida de nuestros bachilleres.
La comunidad educativa especialmente de las figuras técnicas deben tomar en cuenta que el mundo
laboral exige que los bachilleres de esta era, sean capaces de programar micro controladores pic
para aplicarlos en la construcción de dispositivos tecnológicos que propendan a alcanzar un
aprendizaje significativo en el estudio de la ley de ohm y sus aplicaciones en los diferentes ámbitos
de la electrónica.
Algunas de la dificultades con las que se enfrenta el docente y el estudiante de la especialidad es
en referencia a los recursos para equipamiento de los laboratorios que inciden directamente en el
aprendizaje ya que al no contar con lo necesario se motiva más la enseñanza teórica corriendo el
riesgo de formar estudiantes incompetentes donde el “saber hacer” no tiene cabida.
La enseñanza teórica sin ningún fin práctico es la característica de la enseñanza tradicional que en
esta época del auge tecnológico no tiene lugar ni espacio pero que frente a la desatención de las
7
políticas educativas de turno pueden ser utilizadas en desmedro de una formación integral y
competente de los bachilleres técnicos.
La falta de inversión en capacitación e infraestructura técnica está incidiendo directamente en la
labor del docente y el aprendizaje del estudiante ya que los costos para la adquisición de estos
materiales en el mercado tecnológico son muy altos y tienden cada vez más a reducir su vida útil
por las nuevas versiones que más prontamente aparecen.
Consecuentemente las líneas anteriores pueden con gran seguridad producir una “zona de confort”
para el docente donde no quepa el interés por actualizarse ni emprender proyectos innovadores
que motiven su trabajo y el de los estudiantes.
Las causas y efectos antes mencionados son parte del problema analizado que pueden alterar
significativamente la enseñanza del docente y el aprendizaje del estudiante, sin embargo frente a las
dificultades que se presentan ya sea por el recurso económico o por la negativa e inconciencia del
docente para actualizarse y emprender en nuevos desafíos con la tecnología para generar en los
estudiantes del área aprendizajes significativos y dinámicos es necesario tener en cuenta que el
diseño y construcción de una calculadora digital mediante la programación del micro controlador
Pic 16f877a puede contribuir a crear nuevos entornos de aprendizaje.
8
1.2. Objetivos
1.2.1 Objetivo General
Diseñar una calculadora digital programada a través del micro controlador Pic 16f877a para
contribuir al desarrollo del aprendizaje de la ley de ohm en los estudiantes del segundo año de
bachillerato de la especialidad de electrónica de consumo de la Institución Educativa fiscal
“Miguel de Santiago”, periodo 2015-2016.
1.2.2 Objetivos Específicos
Analizar si el proceso de enseñanza-aprendizaje que realizan los docentes de la
especialidad de electrónica de consumo se desarrolla bajo recursos tecnológicos
innovadores para generar aprendizajes significativos.
Fundamentar los aspectos teóricos acerca de la calculadora digital programada a través del
microcontrolador pic 16f877a.
Presentar una propuesta factible que contribuya a mejorar el proceso de aprendizaje de la
ley de ohm a través del diseño y construcción de una calculadora digital con los y las
estudiantes del segundo año de bachillerato de la especialidad de electrónica de consumo.
9
1.3. Justificación
La tecnología ha tenido avances vertiginosos y constantes, los seres humanos deben estar a la par
con ella, más aún los profesores que educan a los habitantes de hoy y del mañana, ellos no deben
estar rezagados, la tecnología debe ser un referente en sus vidas, para este fin el investigador
propone indagar de qué manera una calculadora digital programada a través del micro
controlador Pic 16f877 puede aportar al desarrollo del aprendizaje de la ley de ohm en los y las
estudiantes del segundo año de bachillerato de la especialidad de electrónica de consumo de la
Institución Educativa “Miguel de Santiago”, periodo 2015-2016.
Debido a que en la institución existe un alto índice de maestros de avanzada edad y al temor por
parte de ellos hacia las nuevas tecnologías de la información y en especial del uso y aplicación
tanto dentro como fuera del aula, despierta el interés de los docentes para adentrarse en este nuevo
mundo tecnológico que se les presenta y que les permita buscar mecanismos adecuados que
solucionen la mencionada problemática, en beneficio de los estudiantes para conseguir una
educación de calidad, así como de calidez. Los maestros docentes necesitarán de una preparación
adicional para estar actualizados sobre el diseño y creación de una calculadora digital programada
a través de un micro controlador pic 16f877a, procurando la participación de todos los actores
educativos involucrados.
La investigación de las Tics, por ser un tema que está en boga a todo nivel, en especial en el
campo educativo tiene gran importancia porque de esta manera se aportará a los docentes y
estudiantes de las herramientas y conocimientos que les permitirán mejorar tanto en la parte
académica, como en la parte actitudinal, además porque el diseño y creación de una calculadora
digital a través de la programación del micro controlador pic 16f877a, ofrece la posibilidad de
adentrase en el mundo del hardware y software, así como de generar información relevante en la
preparación de los dicentes, a estar en una constante búsqueda y replanteamiento de contenidos y
procedimientos pues se ven en la necesidad de codificar, escoger, seleccionar y cambiar la
información, de esta manera la institución optará entre asumir un papel de liderazgo en la
transformación de la educación, o bien quedar atrás en el continuo cambio tecnológico.
El trabajo de investigación es factible de realizar porque se dispone de la autorización del Rector
de la institución, se cuenta con la bibliografía suficiente y necesaria sobre el tema a investigarse,
con los recursos tecnológicos necesarios, el conocimiento del investigador y el financiamiento
respectivo para realizar la investigación.
La investigación tendrá utilidad teórica porque se acudirá a fuentes de información bibliográfica
10
actualizada y especializada sobre el uso y la aplicación de las Tics y en especial en base al
desarrollo de actividades que proveerá el diseño del hardware y software así como del micro
controlador pic 16f877a. La utilidad práctica se demostrará como una propuesta de solución al
problema investigado.
La investigación contribuirá al cumplimiento de la Misión y Visión de la institución; motivo del
trabajo.
Los estudiantes y docentes de la Institución Educativa fiscal Miguel de Santiago se beneficiarán de
esta investigación y la aplicación de la calculadora digital porque motivarán algunas aplicaciones
de utilidad práctica.
Las aplicaciones prácticas que permitirá este trabajo son:
Diseño y construcción de circuitos eléctricos y electrónicos.
Simulación de circuitos eléctricos y electrónicos.
Programación de funciones.
Programación de pics.
Calculo de magnitudes eléctricas básicas.
Integración de fórmulas, cálculo y resultado de magnitudes eléctricas básicas.
Este proyecto puede contribuir a profundizar el análisis de una problemática teórica existente en
los establecimiento educativos especialmente de carácter técnico ya que su concepción está
orientada a la formación por competencias donde necesariamente la práctica que realicen los
estudiantes pongan de manifiesto el “saber hacer”.
La problemática teórica toma fuerza cuando el sistema educativo no cumple lo que garantiza la
constitución ya sea por factores políticos o económicos obligando a los actores educativos a
utilizar enfoques o modelos pedagógicos no adecuados al tiempo que vivimos, tiempo que
demanda de una gran preparación de las personas para que sean capaces de resolver problemas
reales en cualquier campo que se desarrollen.
En relación a las políticas que orientan el sistema educativo es pertinente señalar que todos los
actores educativos desde el estado debemos cumplir con lo que señala:
11
Constitución Política del Estado. Título vii. Régimen del Buen Vivir
Sección primera: Educación
Art. 343.
El sistema nacional de educación tendrá como finalidad el desarrollo de
capacidades y potencialidades individuales y colectivas de la población, que
posibiliten el aprendizaje y la generación y utilización de conocimientos, técnicas,
saberes, arte y cultura .El sistema tendrá como centro al sujeto que aprende y
funcionará de manera flexible y dinámica, incluyente, eficaz y eficiente.
En coherencia con el régimen del Buen Vivir, este proyecto tecnológico puede fomentar y cumplir
todos los lineamientos expuestos en el artículo 343 contribuyendo a la formación integral y competente
del bachiller técnico de la especialidad de electrónica de nuestra Institución.
12
CAPITULO II
MARCO TEÓRICO
2.1. Antecedentes
En búsqueda del objetivo planteado, se realizó varias visitas a universidades de la ciudad de Quito,
con el fin de buscar si había temas de tesis relacionadas con la planteada aquí y se pudo
determinar que no existen programas realizados para la enseñanza de cálculo de circuitos.
Únicamente se encontró tesis e información orientada a las Tics cuya relación es muy distante con
lo que plantea el proyecto.
En la Universidad Católica PUCE se encontró el siguiente tema de tesis, “Implementación de la
nueva tecnología de la información y comunicación en el quinto nivel de francés, Escuela de
Lenguas, Facultad de Comunicación, Lingüística y Literatura de la PUCE, realizada por Bermeo,
Patricia (2007). Su conclusión principal es “Las tecnologías de la información y de las
comunicaciones (Tics) son incuestionables y están ahí, forman parte de la cultura tecnológica.
Amplían las capacidades físicas y mentales y las posibilidades del desarrollo social”.
El trabajo expuesto no tiene aplicaciones prácticas que podrían fortalecer la especialidad de
electrónica y la formación de bachilleres técnicos más bien está enfocada al área de la Lengua y
Literatura.
En la Universidad Salesiana el proyecto de tesis “Elaboración de contenido educativo digital para
la asignatura de Nuevas Tecnologías de la Información y Comunicación elaborado por De la Torre
García, Fausto y Loyola Constante. La conclusión a la que llegaron es “La expansión de las Tics
de todos los hábitos y estratos de nuestra sociedad se ha producido a gran velocidad y es un
proceso que debe continuar ya que día a día van apareciendo sin cesar nuevos elementos
tecnológicos con los cuales toda la sociedad debe estar en constante preparación para utilizarlos”.
El trabajo enunciado anteriormente establece un proyecto de contenido educativo en términos
generales que coinciden únicamente en la necesidad de saber utilizarlos. No contribuye al contexto
de la formación técnica en electrónica.
Tomando en cuenta las conclusiones anteriores y por la gran importancia que generan las Tics en
la sociedad actual y el gran desafío que a las instituciones educativas se les presenta, el grupo
investigador una vez revisada y analizada las conclusiones, tendrá en consideración las mimas
para fortalecer si es el caso la presente investigación
13
2.2. Fundamentación Teórica
La verdadera función de la escuela es la de transmitir una habilidad que sintetice todas las demás
funciones que le son propias: pensar. Después, y dependiendo del estilo y formación del
interlocutor, se añaden otros complementos al verbo pensar: "creativamente", "críticamente" o
"autónomamente".
Según Ortega Carrillo (2004) dice:
El auge de las nuevas tecnologías en el último tercio del siglo XX ha despertado
grandes esperanzas a la humanidad al ponerle en sus manos poderosos instrumentos
de comunicación que pueden favorecer el desarrollo, la extensión de la cultura, la
educación, la democracia y el pluralismo. (Dominguez, 2004)
De acuerdo con el autor podemos reflexionar que el sistema educativo ecuatoriano debe insertar
profundamente en todos sus instrumentos de enseñanza el soporte tecnológico más aún en los
centros de formación técnica donde es necesario comprender que el desarrollo de la tecnología
informática y electrónica crece a pasos gigantescos.
El diseño cada vez más avanzado de los dispositivos eléctricos y electrónicos y sus notables
funciones cada vez más innovadoras en la integración y derivación del funcionamiento de los
equipos electrónicos e informáticos y sus diversas aplicaciones, crean la necesidad inmediata de
adentrarnos en el conocimiento de estos elementos como el microcontrolador cuyas características
de funcionamiento pueden contribuir en la aplicación de diversas soluciones que aplicadas a la
educación pueden generar aprendizaje significativos y valederos para el estudiante en su vida
profesional.
A continuación se expone una recopilación de información en base a referencias bibliográficas de
carácter netamente técnico para ilustrar y describir todos los componentes establecidos en la
variable independiente.
14
2.2.2 Microcontroladores
(ver gráfico N.-1 en Anexo 4)
Es un circuito integrado programable que contiene todos los componentes de un computador.
Un circuito integrado es un componente electrónico que en su interior está formado por muchos
componentes semiconductores miniaturizados que cumplen una función específica, también se lo
conoce con el nombre de chip.
El micro controlador se emplea para controlar el funcionamiento de una tarea determinada y,
debido a su reducido tamaño, suele ir incorporado en el propio dispositivo al que gobierna. Esta
última característica la que le confiere la denominación de «controlador incrustado». (embedded
controller).
El microcontrolador es un computador dedicado. En su memoria sólo reside un programa
destinado a gobernar una aplicación determinada; sus líneas de entrada/salida soportan el
conexionado de los sensores y actuadores del dispositivo a controlar, y todos los recursos
complementarios disponibles tienen como única finalidad atender sus requerimientos. Una vez
programado y configurado el microcontrolador solamente sirve para gobernar la tarea asignada.
Un microcontrolador es un computador completo, aunque de limitadas prestaciones, que está
contenido en el chip de un circuito integrado y se destina a gobernar una sola tarea.
El número de productos que funcionan en base a uno o varios microcontroladores aumenta de
forma exponencial. No es aventurado pronosticar que en el siglo xxi habrá pocos elementos que
carezcan de microcontrolador. En esta línea de prospección del futuro, la empresa Dataquest
calcula que en cada hogar americano existirán varios centenares de microcontroladores en los
comienzos del tercer milenio.
La industria Informática acapara gran parte de los microcontroladores que se fabrican.
Casi todos los periféricos del computador, desde el ratón o el teclado hasta la impresora, son
regulados por el programa de un microcontrolador .
Los electrodomésticos de línea blanca (lavadoras, hornos, lavavajillas, etc.) y de línea marrón
(televisores, vídeos, aparatos musicales, etc.) incorporan numerosos microcontroladores.
Igualmente, los sistemas de supervisión, vigilancia y alarma en los edificios utilizan estos chips.
También se emplean para optimizar el rendimiento de ascensores, calefacción, aire acondicionado,
alarmas de incendio, robo, etc.
15
Las comunicaciones y sus sistemas de transferencia de información utilizan profusamente estos
pequeños computadores incorporándolos en los grandes automatismos y en los modernos
teléfonos.
La instrumentación y la electro medicina son dos campos idóneos para la implantación de estos
circuitos integrados. Una importante industria consumidora de microcontroladores es la de
automoción, que los aplica en el control de aspectos tan populares como la climatización, la
seguridad y los frenos ABS.
Las comunicaciones y los productos de consumo general absorben más de la mitad de la
producción de microcontroladores. El resto se distribuye entre el sector de la automoción, los
computadores y la industria.
2.2.3 Clasificación
2.2.3.1 La familia de los pic
Una de las labores más importantes del ingeniero de diseño es la elección del modelo de
microcontrolador que mejor satisfaga las necesidades del proyecto con el mínimo presupuesto.
En el 2003 el fabricante de los PIC dispone de más de un centenar de versiones diferentes y cada
año aumenta considerablemente su lista. (Ver en el Anexo D la familia completa de
microcontroladores PIC).
Microchip dispone de cuatro gamas de microcontroladores de 8 bits para adaptarse a las
necesidades de la mayoría de los clientes potenciales.
2.2.3.1.1 Gama baja o básica: PIC16C5X con instrucciones de 12 bits
Se trata de una serie de PIC de recursos limitados, pero con una de las mejores relaciones
coste/prestaciones. Sus versiones están encapsuladas con I8 y 28 patitas y pueden alimentarse a
partir de una tensión de 2,5 V lo que les hace ideales en las aplicaciones que funcionan con pilas.
Tienen un repertorio de 33 instrucciones cuyo formato consta de I2 bits. No admiten ningún tipo
de interrupción y la pila sólo dispone de dos niveles.
En el 2003 el fabricante de los PIC dispone de más de un centenar de versiones diferentes y cada
año aumenta considerablemente su lista.
Microchip dispone de cuatro gamas de microcontroladores de 8 bits para adaptarse a las
necesidades de la mayoría de los clientes potenciales.
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Se trata de una serie de PIC de recursos limitados, pero con una de las mejores relaciones
coste/prestaciones. Sus versiones están encapsuladas con I8 y 28 patitas y pueden alimentarse a
partir de una tensión de 2,5 V lo que les hace ideales en las aplicaciones que funcionan con pilas.
Tienen un repertorio de 33 instrucciones cuyo formato consta de I2 bits. No admiten ningún tipo
de interrupción y la pila sólo dispone de dos niveles.
El repertorio de instrucciones es de 35 a 14 bits cada una y compatible con el de la gama baja. Sus
distintos modelos contienen todos los recursos que se precisan en las aplicaciones de los
microcontroladores de 8 bits. También dispone de interrupciones y una Pila de 8 niveles que
permite el anidamiento de subrutinas.
La gama media puede clasificarse en las siguientes subfamilias:
a) Gama media estándar (PIC16C55X);
b) Gama media con comparador analógico (PIC16C62X/64X/66X);
c) Gama media con módulo de captura (CCP), modulación de anchura de impulsos (PWM) y
puerta serie (PIC16C6X);
d) Gama media con CAD de 8 bits (PIC16C7X);
e) Gama media con CAD de precisión (PIC14000);
f) Gama media con memoria Flash y EEPROM (PIC16F87X y PIC16X8X);
g) Gama media con driver LCD (PIC16C92X).
2.2.3.1.2 Gama alta: PIC17CXXX con instrucciones de 16 bits
Se alcanzan las 58 instrucciones de 16 bits en el repertorio y sus modelos disponen de un sistema
de gestión de interrupciones vectorizadas muy potente. También incluyen variados controladores
de periféricos, puertas de comunicación serie y paralelo con elementos externos y un multiplicador
hardware de gran velocidad.
Quizás la característica más destacable de los componentes de esta gama es su arquitectura abierta,
que consiste en la posibilidad de ampliación del microcontrolador con elementos externos.
Para este fin, las patitas sacan al exterior las líneas de los buses de datos, direcciones y control, a
las que se conectan memorias o controladores de periféricos. Esta filosofía de construcción del
sistema es la que se empleaba en los microprocesadores y no suele ser una práctica habitual
cuando se emplean microcontroladores.
17
2.2.3.1.3 Gama mejorada: PIC18C(F)XXX con instrucciones de 16 bits
En los inicios del tercer milenio de nuestra era Microchip presentó la gama mejorada de los
microcontroladores PIC con la finalidad de soportar las aplicaciones avanzadas en las áreas de
automoción, comunicaciones, ofimática y control industrial. Sus modelos destacaron por su alta
velocidad (40 Mhz) y su gran rendimiento (10 MIPS a 10 Mhz).
Entre las aportaciones más representativas de esta serie de modelos que crece cada año, destacan.
a) Un espacio de direccionamiento para la memoria de programa que permite alcanzar los 2 MB,
y 4 KB para la memoria de datos.
b) Inclusión de la tecnología FLASH para la memoria de código.
c) Potente juego de 77 instrucciones de 16 bits cada una. Permiten realizar una multiplicación 8 x
8 en un ciclo de instrucción, mover información entre las memorias y modificar el valor de un bit
en un registro o en una línea de E/S.
d) Orientación a la programación en lenguaje C con la incorporación de compiladores muy
eficientes para este lenguaje.
e) Nuevas herramientas para la emulación.
Inicialmente aparecieron cuatro modelos (PIC18C242/252/442/452) que tenían hasta 16 KB de
memoria de programa y hasta 1.536 bytes de RAM, ambas ampliables.
Podían funcionar a 40 MHz, con 16 causas de interrupción, 4 temporizadores, 2 módulos CCP,
Conversor A/D de 5 u 8 canales, y comunicación serie y paralelo. Luego aparecieron los
PIC18FXXX ellos destacan el modelo PIC18F720 estando encapsulado con 80 patitas.
2.2.4 Estructura
2.2.4.1 Arquitectura interna
(Ver gráfico N.- 2 en Anexo 4)
Un microcontrolador posee todos los componentes de un computador, pero con unas
características fijas que no pueden alterarse.
A continuación se pasa revista a las características más representativas de cada uno de los
componentes del microcontrolador.
18
2.2.4.1.1 El procesador
La necesidad de conseguir elevados rendimientos en el procesamiento de las instrucciones ha
desembocado en el empleo generalizado de procesadores de arquitectura Harvard frente a los
tradicionales que seguían la arquitectura de von Neumann. Esta última se caracterizaba porque la
UCP (Unidad Central de Proceso) se conectaba con una memoria única, donde coexistían datos e
instrucciones, a través de un sistema de buses.
En la arquitectura de «von Neumann» la UCP se comunicaba a través de un sistema de buses con
la Memoria, donde se guardaban las instrucciones y los datos.
1. Procesador
2. Memoria no volátil para contener el programa
3. Memoria de lectura y escritura para guardar los datos
4. Líneas de EIS para los controladores de periféricos:
a) Comunicación paralelo
b) Comunicación serie
c) Diversas puertas de comunicación (bus l2ºC, USB, etc.)
5. Recursos auxiliares:
a) Circuito de reloj
b) Temporizadores
c) Perro Guardíán («watchdog»)
d) Conversores AD y DA
e) Comparadores analógicos
f) Protección ante fallos de la alimentación
g) Estado de reposo o de bajo consumo
En la arquitectura Harvard son independientes la memoria de instrucciones y la memoria de datos
y cada una dispone de su propio sistema de buses para el acceso. Esta dualidad, además de
propiciar el paralelismo, permite la adecuación del tamaño de las palabras y los buses a los
requerimientos específicos de las instrucciones y de los datos. También la capacidad de cada
memoria es diferente.
El procesador de los modernos microcontroladores responde a la arquitectura RISC
(Computadores de Juego de Instrucciones Reducido), que se identifica por poseer un repertorio de
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instrucciones máquina pequeño y simple, de forma que la mayor parte de las instrucciones se
ejecuta en un ciclo de instrucción.
Otra aportación frecuente que aumenta el rendimiento del computador es el fomento del
paralelismo implícito, que consiste en la segmentación del procesador (pipe-line),
descomponiéndolo en etapas para poder procesar una instrucción diferente en cada una de ellas y
trabajar con varias a la vez.
2.2.4.1.2 Memoria de programa
El microcontrolador está diseñado para que en su memoria de programa se almacenen todas las
instrucciones del programa de control. No hay posibilidad de utilizar memorias externas de
ampliación.
Como el programa a ejecutar siempre es el mismo, debe estar grabado de forma permanente.
Los tipos de memoria adecuados para soportar esta función admiten cinco versiones diferentes:
El alto rendimiento y elevada velocidad que alcanzan los modernos procesadores, como el que
poseen los microcontroladores PIC, se debe a la conjunción de tres técnicas:
- Arquitectura Harvard
- Computador tipo RISC
- Segmentación
(Ver grafico N.- 3 en Anexo 4)
1 .ª Rom con máscara
En este tipo de memoria el programa se graba en el chip durante el proceso de su fabricación
mediante el uso de «máscaras». Los altos costes de diseño e instrumental sólo aconsejan usar este
tipo de memoria cuando se precisan series muy grandes.
2.ª Eprom
La grabación de esta memoria se realiza mediante un dispositivo físico gobernado desde un
computador personal, que recibe el nombre de grabador. En la superficie de la cápsula del
20
microcontrolador existe una ventana de cristal por la que se puede someter al chip de la memoria a
rayos ultravioletas para producir su borrado y emplearla nuevamente. Es interesante la memoria
EPROM en la fase de diseño y depuración de los programas, pero su coste unitario es elevado.
3.' Otp
(Programable una vez)
Este modelo de memoria sólo se puede grabar una vez por parte del usuario, utilizando el mismo
procedimiento que con la memoria EPROM. Posteriormente no se puede borrar. Su bajo precio y
la sencillez de la grabación aconsejan este tipo de memoria para prototipos finales y series de
producción cortas.
4.ª Eeprom
La grabación es similar a las memorias OTP y EPROM, pero el borrado es mucho más sencillo al
poderse efectuar de la misma forma que el grabado, o sea, eléctricamente. Sobre el mismo zócalo
del grabador puede ser programada y borrada tantas veces como se quiera, lo cual la hace ideal en
la enseñanza y en la creación de nuevos proyectos. El fabuloso PIC16C84dispone de 1 K palabras
de memoria EEPROM para contener instrucciones y también tiene algunos bytes de memoria de
datos de este tipo para evitar que cuando se retira la alimentación se pierda información.
Aunque se garantiza 1.000.000 de ciclos de escritura/borrado en una EEPROM, todavía su
tecnología de fabricación tiene obstáculos para alcanzar capacidades importantes y el tiempo de
escritura de las mismas es relativamente grande y con elevado consumo de energía.
5.ª Flash
Se trata de una memoria no volátil, de bajo consumo, que se puede escribir y borrar en circuito al
igual que las EEPROM, pero suelen disponer de mayor capacidad que estas últimas.
El borrado sólo es posible con bloques completos y no se puede realizar sobre posiciones
concretas.
En las FLASH se garantizan 1.000 ciclos de escritura-borrado.
Son muy recomendables en aplicaciones en las que sea necesario modificar el programa a lo largo
de la vida del producto, como consecuencia del desgaste o cambios de piezas, como sucede con
los vehículos.
21
Por sus mejores prestaciones está sustituyendo a la memoria EEPROM para contener
instrucciones. De esta forma Microchip comercializa dos microcontroladores prácticamente
iguales, que sólo se diferencian en que la memoria de programa de uno de ellos es tipo EEPROM
y la del otro tipo Flash. Se trata del PIC 16C84 y el PIC 16F84, respectivamente. En la actualidad
Microchip tiene abierta una línea de PIC con memoria Flash cada vez más extensa y utilizada.
2.2.4.1.3 Memoria de datos
Los datos que manejan los programas varían continuamente, y esto exige que la memoria que les
contiene deba ser de lectura y escritura, por lo que la memoria RAM estática (SRAM) es la más
adecuada, aunque sea volátil.
Hay microcontroladores que también disponen como memoria de datos una de lectura y escritura
no volátil, del tipo EEPROM. De esta forma, un corte en el suministro de la alimentación no
ocasiona la pérdida de la información, que está disponible al reiniciarse el programa.
El PIC16C84, el PIC16F83 y el PIC16F84 disponen de 64 bytes de memoria EEPROM para
contener datos.
La memoria tipo EEPROM y la tipo Flash pueden escribirse y borrarse eléctricamente. Sin
necesidad de sacar el circuito integrado del zócalo del grabador pueden ser escritas y borradas
numerosas veces.
2.2.4.1.4 Líneas de E/S para los controladores de periféricos
A excepción de dos patitas destinadas a recibir la alimentación, otras dos para el cristal de cuarzo,
que regula la frecuencia de trabajo, y una más para provocar el Reset, las restantes patitas de un
microcontrolador sirven para soportar su comunicación con los periféricos externos que controla.
Las líneas de E/S que se adaptan con los periféricos manejan información en paralelo y se agrupan
en conjuntos de ocho, que reciben el nombre de Puertas. Hay modelos con líneas que soportan la
comunicación en serie; otros disponen de conjuntos de líneas que implementan puertas de
comunicación para diversos protocolos, como el I2ºC, el USB, etc.
2.2.4.1.5 Recursos auxiliares
Según las aplicaciones a las que orienta el fabricante cada modelo de microcontrolador, incorpora
una diversidad de complementos que refuerzan la potencia y la flexibilidad del dispositivo.
22
Entre los recursos más comunes se citan a los siguientes:
a) Circuito de reloj, encargado de generar los impulsos que sincronizan el funcionamiento de todo
el sistema.
b) Temporizadores, orientados a controlar tiempos.
c) Perro Guardián («watchdog»), destinado a provocar una reinicialización cuando el programa
queda bloqueado.
d) Conversores AD y DA, para poder recibir y enviar señales analógicas.
e) Comparadores analógicos, para verificar el valor de una señal analógica.
f) Sistema de protección ante fallos de la alimentación.
g) Estado de Reposo, en el que el sistema queda «congelado» y el consumo de energía se reduce al
mínimo.
2.2.4.2 Micro controlador pic 16f877a
El PIC16F877 es un microcontrolador con memoria de programa tipo FLASH, lo que representa
gran facilidad en el desarrollo de prototipos y en su aprendizaje ya que no se requiere borrarlo
con luz ultravioleta como las versiones EPROM, sino que permite reprogramarlo nuevamente sin
ser borrado con anterioridad.
El PIC16F877 es un microcontrolador de Microchip Technology fabricado en tecnología CMOS,
su consumo de potencia esa muy bajo y además es completamente estático, esto quiere decir que
el reloj puede detenerse y los datos de la memoria no se pierden.
El encapsulado más común para este microcontrolador es el DIP (Dual In-line Pin) de 40 pines,
propio para usarlo en experimentación. La referencia completa es PIC16F877-04 para el
dispositivo que utiliza cristal oscilador de hasta 4 MHz, PIC16F877-20 para el dispositivo que
utiliza cristal oscilador de hasta 20 MHz o PIC16F877A-I para el dispositivo tipo industrial que
puede trabajar hasta a 20 MHz. Sin embargo, hay otros tipos de encapsulado que se pueden utilizar
según el diseño y la aplicación que se quiere realizar. Por ejemplo, el encapsulado tipo surface
mount (montaje superficial) tiene un reducido tamaño y bajo costo, que lo hace propio para
producciones en serie o para utilizarlo en lugares de espacio muy reducido.
2.2.4.2.1 Configuración de pines pic 16F877A
(Ver gráfico N.- 4 en Anexo 4)
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2.2.5 Funciones básicas del pic16f887
Se enumeran algunas a continuación:
Principales registros sfr
Puertos de entrada/salida
Temporizador timer0
Temporizador timer1
Temporizador timer2
Módulos ccp
Módulos de comunicación serie
Módulos analógicos
Oscilador de reloj
Memoria eeprom
¡reinicio! ¿black-out, brown-out o ruidos?
2.2.6 Características básicas del pic16f887
Arquitectura RISC
El microcontrolador cuenta con solo 35 instrucciones diferentes
Todas las instrucciones son uni-ciclo excepto por las de ramificación
Frecuencia de operación 0-20 MHz
Oscilador interno de alta precisión
Calibrado de fábrica
Rango de frecuencia de 8MHz a 31KHz seleccionado por software
Voltaje de la fuente de alimentación de 2.0V a 5.5V
Consumo: 220uA (2.0V, 4MHz), 11uA (2.0 V, 32 KHz) 50nA (en modo de espera)
Ahorro de energía en el Modo de suspensión
Brown-out Reset (BOR) con opción para controlar por software
35 pines de entrada/salida
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Alta corriente de fuente y de drenador para manejo de LED
Resistencias pull-up programables individualmente por software
Interrupción al cambiar el estado del pin
Memoria ROM de 8K con tecnología FLASH
El chip se puede re-programar hasta 100.000 veces
Opción de programación serial en el circuito
El chip se puede programar incluso incorporado en el dispositivo destino
256 bytes de memoria EEPROM
Los datos se pueden grabar más de 1.000.000 veces
368 bytes de memoria RAM
Convertidor A/D:
14 canales
resolución de 10 bits
3 temporizadores/contadores independientes
Temporizador perro guardián
Módulo comparador analógico con
Dos comparadores analógicos
Referencia de voltaje fija (0.6V)
Referencia de voltaje programable en el chip
Módulo PWM incorporado
Módulo USART mejorado
Soporta las comunicaciones seriales RS-485, RS-232 y LIN2.0
Auto detección de baudios
Puerto Serie Síncrono Maestro (MSSP)
Soporta los modos SPI e I2C
2.2.7 Programación
2.2.7.1 Programación de microcontroladores
La utilización de los lenguajes más cercanos a la máquina (de bajo nivel) representan un
considerable ahorro de código en la confección de los programas, lo que es muy importante dada
la estricta limitación de la capacidad de la memoria de instrucciones. Los programas bien
realizados en lenguaje Ensamblador optimizan el tamaño de la memoria que ocupan y su ejecución
es muy rápida.
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Los lenguajes de alto nivel más empleados con microcontroladores son el C y el BASIC, de los
que existen varias empresas que comercializan versiones de compiladores e intérpretes para
diversas familias de microcontroladores. En el caso de los PIC es muy competitivo e interesante el
compilador de C PCM de la empresa CCS y el intérprete PBASIC de PARALLAX.
El lenguaje que utilizan los profesionales para la programación de las microcontroladores es el
Ensamblador, que es el más cercano a la máquina. También son frecuentes los programas en
lenguaje C y en BASIC, siendo este último el más fácil de aprender.
2.2.7.1.1 Instrumental de trabajo
Siempre que se diseña con circuitos integrados programables se precisan herramientas para la
puesta a punto del hardware y del software.
Con referencia al software, además de los compiladores o intérpretes de los lenguajes usados, es
muy interesante disponer de simuladores software, que consisten en programas que simulan la
ejecución de instrucciones representando el comportamiento interno del procesador y el estado de
las líneas de E/S. Como se simula por software al procesador, el comportamiento no es idéntico
aunque proporciona una aproximación aceptable, especialmente cuando no es esencial el trabajo
en tiempo real.
Microchip pone libremente a disposición de sus usuarios, a través de Internet
(http://www.microchip.com), ensambladores como el MPASM y simuladores como el MPSIM.
Ingeniería de Microsistemas Programados, S. L., comercializa un simulador muy completo para el
PIC16X84 y varios compiladores e intérpretes de lenguaje C y BASIC. Recuperado en:
(http://www.microcontroladores.com).
Respecto a las herramientas hardware, una indispensable es el grabador, encargado de escribir el
programa en la memoria del microcontrolador.
Existen grabadores muy completos, capaces de trabajar con muchos modelos de diferentes
familias, pero su elevado precio los aleja de los usuarios personales. Para estos últimos existen
bastantes versiones de sencillos grabadores, específicos para ciertos modelos de
microcontroladores, que gobernados desde un computador personal se ofrecen por un precio
ligeramente superior al de un libro.
http://www.microcontroladores.com/
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En la puesta a punto de proyectos industriales una potentísima herramienta es el emulador en
circuito, que consiste en un complejo dispositivo físico que, controlado por un programa desde un
computador personal, dispone de una «cabeza» con las mismas patitas que el microcontrolador
que se trata de emular. La cabeza se introduce en el zócalo donde irá el microcontrolador con el
programa definitivo en la placa de prototipo. El emulador en circuito hace funcionar al sistema
como si hubiese un microcontrolador real, pero presentando en la pantalla del computador toda la
información necesaria para conocer el desarrollo del programa y la actuación de los periféricos.
Los resultados que así se obtienen son