Objetivo:
Aprender a usar una herramienta de diseño de
circuitos impresos electrónicos.
Información general
Hoja de datos
Los PIC son una familia
de microcontroladores tipo RISC fabricados
por Microchip Technology Inc. y derivados del PIC1650, originalmente
desarrollado por la división demicroelectrónica de General
Instrument.
El nombre actual no es un acrónimo. En realidad, el nombre completo
es PICmicro, aunque generalmente se utiliza como Peripheral Interface Controller (controlador
de interfaz periférico).
El PIC original se diseñó para ser
usado con la nueva CPU de 16 bits CP16000. Siendo en
general una buena CPU, ésta tenía malas prestaciones de entrada y salida,
y el PIC de 8 bits se desarrolló en 1975 para mejorar el rendimiento del
sistema quitando peso de E/S a la CPU. El PIC
utilizaba microcódigo simple almacenado en ROM para
realizar estas tareas; y aunque el término no se usaba por aquel entonces, se
trata de un diseño RISC que ejecuta una instrucción cada
4 ciclos del oscilador.
Elementos
- PC - Sistema Operativo
Windows con conectividad a Internet.
- Programa KICAD.
- Componentes electrónicos.
- Placa de cobre FR4 (epoxi) simple faz (1,6mm de
espesor 35um de cobre).
- Impresora Láser.
- Máquina fotográfica digital con posibilidad de
grabar video.
- Pendrive de 1GB.
- Hojas para imprimir el diseño: Papel fotográfico
tipo glossy de 150 gr brillante para impresora a tinta.
- Circuito impreso tipo FR4 Resina Epoxi o FR2
Resina Fenólica.
- Regla y escuadra.
- Calibre.
- Papel de diario y hojas blancas
A4 75 gr.- Marcadores negros indelebles de punta fina (.3mm) para retoque de la
transferencia del tóner a la placa.
- Tijeras.
- Plancha.
- Rollo de cinta de enmascarar
(papel) de 15 mm de espesor (aprox.) para cubrir los bordes de la placa.
- Cloruro Férrico.
- Batea de vidrio o plástico para
realizar el ataque del cobre con el cloruro férrico.
- Agua limpia en una batea para
limpieza del PCB.
- Elementos de limpieza del PCB -
lana fina de acero - polvo limpiador (tipo Puloil - ODEX) - Alcohol.
- Elementos de seguridad básicos:
Anteojos de protección Guantes de látex.
- Agujereadora de banco.
- Mechas (0,8mm - 1 mm - 1,2mm -
1,5 mm - 1,75mm - 2 mm y 3.25mm).
- Tela esmeril de grano medio y
lima plana para acabado de bordes de la placa.
- Barniz protector
(Contacflux http://www.edelta.com.ar).
- Torno manual (tipo Dremel) para
desbaste, corte y perforado, con sus accesorios.
- Soldador tipo lápiz de 30/40W.
- Rollo de estaño de Sn/Pb 60/40
de 0,5 ó 0,8 mm de diámetro.
- Disponibilidad de un espacio
para el desarrollo de estas operaciones (Taller y aula de proyectos).
Desarrollo práctico
A) Trabajando
con KICAD
Este software posee dos programas incorporados
en él, uno de ellos es el que permite hacer el circuito en forma de esquema y
el otro el que permite trabajar en el diseño de la placa.
En el programa encargado de la parte de
esquema, se realiza el circuito base de nuestro diseño en el cual deberá llevar
una serie pasos para poder luego traspasar nuestro circuito a la parte de
diseño PCB.
Esquemático
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| Circuito esquemático completo del PICKIT 2. |
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| Microcontrolador PIC18F2550 con oscilador XT de 20MHz. Se encarga de emitir las señales de programación y decide en que momento debe elevar la tensión de Vpp (utilizada para indicarle al microcontrolador de destino -PIC16F84A, por ejemplo- que se realizará la transmisión para la programación). |
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Etapa indicadora
Led verde: Nos indica que el programador está conectado a la pc
Led rojo: Nos indica que el PICKIT2 está en funcionamiento
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| El botón de reset permite que el sistema se reinicie, en caso de ser necesario |
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| Conector RJ12 para conectar el PIC de destino. Por el pin 1 se obtiene Vpp, con la tensión elevada en caso de ser necesario (decisión realizada por el PIC18F2550). Por el pin 2 se obtiene la tensión de alimentación VDD. Por el pin 3 se obtiene GND o Vss, al igual. Por el pin 4 se obtiene PGD y por el pin 5 se obtiene PGC, ambos utilizados para la programación (Program Data y Program Clock). Por el pin 6 se obtiene una conexión Auxiliar de programación. |
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| Circuito oscilador realizado con un cristal de 20MHz y dos capacitores de 15pF. |
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| Esta sección del circuito se encarga de elevar la tensión de Vpp y, mediante los transistores Q3 y Q4 decide en qué momento la tensión de Vpp debe ser mayor, para indicarle al microcontrolador de destino que se inicia el proceso de programación. |
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| Conector USB para conectar a la PC, con un capacitor de 100nF para filtrado en la entrada entre VDD y Vss. |
Pasos a seguir para la creación del diseño
B) Restricciones de las pistas de alimentación VCC Y VDD
-Comprobación de conexiones (Electrical rules check)
-Creación de la netlist
-BOM
-Asignación de footprints
-CvPCB
PCB
Diseño adaptado para las restricciones del gabinete P-O10N
Montaje en 3D
Visualizador 3D de KICAD (vista superior de la placa)
B) Restricciones de las pistas de alimentación VCC Y VDD
A la hora de hacer el diseño PCB
debemos tener en cuenta el tamaño de pistas que usaremos Ya sea para la
conexiones a VCC deberán ser de 20 a 25 mils en la medida posible y en VDD
tendrán que ser un diámetro no menor a 40 mils para tener la mayor protección
en la placa.
Otro punto a tener en cuenta es de asegurarnos , las escalas de impresión y la medida de los componentes del circuito PCB, que deben coincidir con los compontes reales.
C) Procesamiento de la placa.
-Paso 1: Impresión del circuito y planchado
En la hoja de impresión podremos
colocar varios circuitos para aprovechar al máximo la hoja y si nos equivocamos
podremos rehacer nuevamente el planchado sobre la plaqueta
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| Virulana, algodón y alcohol, utilizados para limpiar la placa antes de iniciar el procesado de la misma. |
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| Placa limpia, luego de pasarle la virulana y el algodón con alcohol. |
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| La placa junto con el impreso en papel fotográfico de nuestro diseño. |
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| El papel cubriendo la placa, con la tinta hacia el lado de cobre de la placa. |
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| Planchando la placa, para que se pegue la tinta. |
-Paso 2: Quitar excedente del circuito con percloruro
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| Placa luego del planchado, en agua para después quitarle el papel. |
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| Placa durante el procesado con percloruro. |
Terminados ambos procesos hacemos lo mismo pero con la capa de serigrafía en donde se mostrara el montaje de los componentes
Luego de terminado el procesado de la plaqueta, se llega al tercer paso, que consiste en agujerear la plaqueta, con un minitorno o un taladro de banco, para asegurarnos de hacer los agujeros de los pads de manera precisa con la mecha que corresponda para cada componente (en la mayoría de los caso –resistencias, diodos pequeños, integrado, capacitores- se utilizó una mecha de 0,75mm.).
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| Placa procesada con la impresión en papel fotográfico de la serigrafía. |
Luego de terminado el procesado de la plaqueta, se llega al tercer paso, que consiste en agujerear la plaqueta, con un minitorno o un taladro de banco, para asegurarnos de hacer los agujeros de los pads de manera precisa con la mecha que corresponda para cada componente (en la mayoría de los caso –resistencias, diodos pequeños, integrado, capacitores- se utilizó una mecha de 0,75mm.).
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| Placa agujereada con el flux protector aplicado. |
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| Placa terminada y lista para ser programada por primera vez. |
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| Plaqueta lado cobre protegida con Flux pra proteger la soldadura y para evitar que el material se oxide |
D)
Revisión previa antes de probar la placa.
Para evitar cualquier inconveniente (el que podría
afectar a la placa programadora, a la computadora que se la conecte o al
microcontrolador PIC que se desee programar), se realiza una revisión antes de
conectar la placa. Para eso, se observa con lupa y con un multímetro en función
de medición de continuidad, que no haya continuidad en pistas que no debería
haberla y que sí la haya en las que tenga que haber (es decir, que no se
produzcan cortocircuitos y que no haya pistas cortadas).
E)
Programando el Pic con las herramientas de microchip.
Microchip ofrece una herramienta para poder
programar nuestro PIC a utilizar fácilmente, llamada “PICKit 2” que la empresa
vende y también provee el circuito electrónico necesario para poder montarlo y
el firmware necesario para grabar en el microcontrolador PIC18F2550 que se utiliza,
gratuitamente. También, se puede descargar gratuitamente el software para la
computadora necesario para grabar PICs.
F) El Pic
programado y listo para clonar la programación adquirida a otro pic18f2550
Ya programado nuestro PIC, ahora podemos programar
otros microcontroladores PIC.
Solo necesitamos hacer las conexiones a la PC,
verificar la programcion del PIC con el software de microchip “PICKit 2”
conectarlo al otro PIC en los respectivos pines y clonar la información dada
por el firmware.
En el momento de programación, el microcontrolador
que será grabado se pone en estado de programación al recibir por el pin de VPP una tensión de aproximadamente 12v.
Cuando está en este estado, comienza a recibir la programación por medio de los
pines PGC (clock) y PGD (data).
Se programa comprobando cuando hay un flanco en el
pin de PGC cuál es el valor de la línea de PGD (“1” o “0”) y en base a eso
graba en el PIC de destino la información de manera binaria en el sector de
memoria de programa del microcontrolador.
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| El programador en su gabinete con los cables de salida, para programar otro PIC. |
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| El PICKIT 2 listo para programar otro PIC18F2550. |
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| Conexión para la programación de un PIC18F2550 con el PICKIT 2 realizado. |
Gabinete
PO10N
Característica
GABINETE DE PLÁSTICO INYECTADO P-O10N
82X70X31 MM
Información adicional
Software “KICAD”
Kicad es un entorno de software usado
para el diseño de circuitos eléctricos, muy flexible y
adaptable, en el que se pueden crear y editar un gran número de componentes y
usarlos en Eeschema. Kicad permite el diseño de circuitos impresos modernos de
forma sencilla e intuitiva. Además, en Pcbnew, los circuitos se pueden diseñar
con múltiples capas y ser visualizados en 3D.
Características del programa
respecto a la creación de un circuito esquemático
Esta aplicación funciona en modo
32 bits, su capacidad de tratamiento de circuitos sólo está limitada por la
capacidad de memoria disponible.
No hay, por tanto, limitación
real en el número de componentes, de pines por componente, de conexiones, de
hojas, etc. como sí poseen las versiones de prueba o gratuitas de software pago.
EESchema trabaja con esquemas de
una o varias hojas.
En el caso de esquemas
multi-hoja, la representación se denomina jerárquica y el acceso a cada hoja es
entonces inmediato.
El tamaño máximo de los diseños
es ajustable en todo momento de los formatos A4 al A0 y de los formatos A al E.
La configuración de EESchema es
esencialmente:
• La definición del directorio
(path) de las bibliotecas de componentes.
• La lista de las bibliotecas de
componentes.
• El formato de las netlists
generadas.
Los parámetros de esta
configuración se guardan en el fichero eeschema.cnf.
Se pueden tener diferentes
ficheros de configuración en diferentes directorios de trabajo.
EESchema busca y utiliza en orden
de prioridad decreciente:
1. El fichero de configuración en
el directorio actual.
2. El fichero de configuración en
el directorio donde se encuentra el ejecutable eeschema.exe Este fichero puede
ser por lo tanto la configuración por defecto.
3. Los valores por defecto si no
se encuentra ningún fichero. Se deberá al
menos rellenar la lista de las
bibliotecas a cargar y guardar la configuración.
MPLAB (guía)
MPLAB es un editor IDE gratuito,
destinado a productos de la marca Microchip.
Este editor es modular, permite seleccionar los distintos microcontroladores soportados, además de
permitir la grabación de estos circuitos integrados directamente
al programador.
Es un programa que corre
bajo Windows y como tal, presenta las clásicas
barras de programa, de menú, de herramientas de estado, etc. El ambiente MPLAB®
posee editor de texto, compilador y simulación (no en tiempo real). Para
comenzar un programa desde cero para luego grabarlo al μC en MPLAB® v7.XX los
pasos a seguir son:
1. Crear un nuevo archivo con
extensión .ASM y nombre cualquiera
2. Crear un Proyecto nuevo eligiendo
un nombre y ubicación
3. Agregar el archivo .ASM como un
SOURCE FILE
4. Elegir el microcontrolador a
utilizar desde SELECT DEVICE del menú CONFIGURE
Manual en
Castellano
·PICKIT2 (guía)
Descarga
del software
Los programas los podemos conseguir en la
página oficial del programador
Link de la Web:
Descarga del proyecto de Kicad, con todos sus archivos correspondientes (esquemático, netlist, diseño): http://www.mediafire.com/?fbw11b1ojof4tkk
