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1.- DATOS DE LA ASIGNATURA. Nombre de la asignatura: Carrera: Clave de la asignatura: SATCA1 : Aplicaciones con Microcontroladores y Raspberry. Ingeniería en Tecnologías de la información y comunicación DGF-1902 3-2-5 2.- PRESENTACIÓN. Caracterización de la asignatura Está dirigida para el logro de cinco competencias que comprenden la caracterización, la programación y la aplicación de los microntroladores Pic’s, generalidades de arduino, programación de arduino, raspberry y Diseño de aplicaciones para celular, usando tecnologías inalámbricas. Para lograr lo anterior, es determinante que los contenidos de las materias precedentes (Telecomunicaciones, Tecnologías Inalámbricas, Circuitos Eléctricos, Matemáticas Aplicadas, Dispositivos Móviles) hayan sido entendidos. Esta asignatura aporta al perfil del ingeniero en TICS la capacidad para realizar proyectos utilizando Microcontroladores y raspberry en control de sistemas en un medio inalámbrico usando protocolos de comunicación inalámbricos emergentes y aplicarlos en el campo laboral (Industria y Domótica). Intención didáctica. En la unidad uno, se pretende que el estudiante desarrolle las competencias para caracterizar, seleccionar los Pic’s. En la unidad dos, se abordan las herramientas necesarias para la programación de los Pic’s utilizando diferentes tipos de lenguajes de programación. En la unidad tres, el estudiante aprenderá lo necesario para entrar al mundo de las tarjetas arduino. En la unidad cuatro, se abordaran casos prácticos donde puedan trabajar y aplicar los conocimientos recién adquiridos. En la unidad cinco, se trabajaran la generación de aplicaciones para celulares. En la unidad seis, se trabajara con la plataforma raspberry en prácticas. El ingeniero en TICS será capaz de usar los conocimientos previos de electrónica, circuitos y comunicaciones para innovar, diseñar y crear interfaces de control que faciliten los procesos de control en la Industria y la Domótica. 3.- COMPETENCIAS A DESARROLLAR Competencias específicas: Explicar la estructura y operación interna de los microcontroladores y cómo operan, así como definir que son y cuáles son los periféricos. Utilizar las herramientas disponibles y realizar programas en lenguaje de programación para el desarrollo de aplicaciones con los microcontroladores. Identificar las áreas de oportunidad y desarrollar aplicaciones basadas en microcontroladores para la solución de problemas con ingeniería electrónica siempre bajo un código ético y respetando el desarrollo sustentable del entorno Competencias genéricas: Competencias instrumentales: Capacidad para búsqueda de información y manejo de información, así como destrezas en el manejo de cómputo y lenguaje de programación. Capacidad para comprender, manipular y organizar información para resolver problemas y tomar decisiones. Capacidad de comunicación oral y escrita, así como conocimientos en una segunda lengua. Competencias interpersonales: Capacidad de trabajar en equipo. Compromiso ético. Capacidad crítica y auto critica. Destreza social relacionada con las habilidades interpersonales. Habilidad para trabajar en un ambiente laboral sano y de respeto. Competencias sistemáticas: Capacidad de generar ideas y nuevas ideas Capacidad para trabajar de forma individual. Liderazgo. Habilidad para adaptarse a nuevos cambios. Capacidad para el análisis y diseño de proyectos. Búsqueda del excito. 4.- HISTORIA DEL PROGRAMA. Lugar y fecha de elaboración o revisión Participantes Evento INSTITUTO TECNOLÓGICO DE IZT APALAPA II 19/MARZO/2018 ACADEMIA EN TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN Y COMUNICACIONES INTEGRANTES: ING. IVÁN ALEJANDRO GÓMEZ AYALA, ING. SALVADOR CUEVAS BUSTOS, ING. RAFAEL RUIZ CASTILLO, LIC. MARÍA VACA PARRA, ING. MICHEL LÓPEZ CELAYA, ING. DAVID RONQUILLO ARVIZU, QUÍM. ENRIQUE CAÑEDA GUZMÁN, MATL. ARMANDO MONTES RIVERA, ING. WILLIAM JIMÉNEZ LÓPEZ. TALLER INSTITUCIONAL DE CREACIÓN DE ESPECIALIDADES. 5.- OBJETIVO(S) GENERAL(ES) DEL CURSO (COMPETENCIA ESPECÍFICA A DESARROLLAR EN EL CURSO). Conocer, diseñar, Programar y aplicar sistemas basados en microcontroladores, arduino, raspberry y sus interfaces para realizar proyectos de control de forma inalámbrica. 6.- COMPETENCIAS PREVIAS. Manejar principios de programación Manejar sistemas numéricos básicos, binario, hexadecimal Usar paquetes de software para simulación Manejar instrumentos de medición eléctrica o electrónico Interpretar diagramas esquemáticos eléctricos y electrónicos Diseñar y analizar circuitos digitales y analógicos, utilizando herramientas computacionales. Comprender las leyes esenciales en el análisis de circuitos eléctricos y electrónicos (ohm y kirchhoff). Realizar tipos de conexiones en serie, paralelo y serie paralelo de dispositivos eléctricos. Manejo de Diodos y Transistores, Amplificadores operacionales y Temporizadores. Manejar sistemas electrónicos de comunicaciones inalámbricos. Comprender el proceso de transmisión y recepción de señales (modulación, demodulación, multiplexado y demultiplexado). Manejar diferentes tipos de antenas y patrones de radiación. Conocer las propiedades de la programación orientada a objetos. Programar y saber usar las funciones en el ambiente de dispositivos móviles. 7.- TEMARIO UNIDAD TEMA SUBTEMA 1. Generalidades sobre los microcontroladores (Pic´s). 1.1. Reseña historia sobre los Pic’s (micro controladores) 1.2. Diferencia entre microcontroladores y microprocesadores 1.3. Tipos de PICS :Tipo de familia ,Modelo concreto, Fabricantes y modelos de micro controladores 1.4. Arquitectura (interna y externa) 1.5. Periféricos 1.6. Organización de la memoria 2. Programación de PIC’s usando PBP y un grabador de PIC’s para realizar diferentes funciones especificas. 2.1. Introducción a los comando PBP. 2.2 Manejo de entradas digitales (Pulsadores, switch, sensores digitales, etc). 2.3 Manejo de salidas digitales (leds, zumbadores, displays, LCD’s, etc.). 2.4 Manejo de entradas analógicas (CAD externos o internos). Salidas analógicas (CDA externos o internos). Señales PWM. 2.5 Tipos de comunicación con diferentes dispositivos (Serie, I2C, ISP, Bluetooth, etc.). Para comunicarse con memorias, potenciómetros digitales, RF, etc. 3. Generalidades sobre arduino. 3.1 Reseña sobre arduino. 3.2 Tipos de arduino. 3.3 Arquitectura interna y externa. 3.4 Lenguaje de programación 4 Programación de arduino (lenguaje C) enfocado en diversas funciones específicas. 4.1. Introducción a los comando de arduino. 4.2 Manejo de entradas digitales (Pulsadores, switch, sensores digitales, etc). 4.3 Manejo de salidas digitales (leds, zumbadores, displays, LCD’s, etc.). 4.4 Manejo de entradas analógicas (CAD externos o internos). Salidas analógicas (CDA externos o internos). Señales PWM. 4.5 Tipos de comunicación con diferentes dispositivos (Serie, I2C, ISP, Bluetooth, etc.). Para comunicarse con memorias, potenciómetros digitales, RF, etc. 5 Diseño de aplicaciones en telefonía móvil con App Inventor para comunicación bluetooth y arduino. 5.1 Introducción al lenguaje de programación de App Inventor. 5.2 Generación de aplicaciones para activar salidas digitales. 5.3 Generación de aplicaciones para activar salidas analógicas. 5.4 Generación de aplicaciones para monitorear entradas digitales y analógicas. 6 Raspberry generalidades y programación. 6.1 Introducción a las tarjetas raspberry. 6.2 Programación para raspberry. 6.3 Manejo de entradas y salidas digitales. 6.4 Manejo de entradas y salidas analógicas. 6.5 Tipos de comunicación. 8.- Sugerencias didácticas (desarrollo de competencias genéricas) Impulsar la búsqueda, selección y análisis de información en distintas fuentes acerca de los Microcontroladores más actuales. Fomentar y realizar actividades grupales que propicien la comunicación, intercambio de ideas y la reflexión que lleven a la colaboración de y entre los estudiantes. Revisar artículos técnico/científicos relacionados con aplicaciones de electrónica y microprocesadores. Utilizar medios visuales para mejor comprensión de los estudiantes de los temas cuando lo requieran. Realizar prácticas en laboratorio mediante el uso de simuladores antes de llevarlos a cabo en forma física. Propiciar el uso del software adecuado para la simulación, implementación y programación de los Microcontroladores. Plantear la realización de prácticas para resolver problemas reales con sistemas digitales con Microcontroladores. Fomentar el uso de diferentes transmisores y receptores para la implementación de controles de sistemas de forma inalámbrica. Utilizar antenas de acuerdo a las necesidades del proyecto de control inalámbrico. Utilizar conexiones Bluetooth en proyectos. Fomentar el uso de transmisión vía laser. Realizar prácticas usando aplicaciones de celular hechas en clase. Realizar prácticas donde se ponga a prueba el funcionamiento de la tarjeta raspberry. 9.- SUGERENCIAS DE EVALUACIÓN Asistencia, participación en clase y cuestionario escrito (teoría y laboratorio) Planteamientos de soluciones a problemas planteados en clases Informes de prácticas Examen practico Examen escrito Realización de proyectos. 10.- UNIDADES DE APRENDIZAJE Unidad 1: Generalidades sobre los Microcontroladores (Pic´s). Competencia específica a desarrollar Actividades de Aprendizaje Explicar la estructura y operación interna de los microcontroladores y cómo operan, así como definir que son y cuáles son los periféricos. Comparar las diferencias más importantes entre un Microprocesador y un Microcontrolador. Interpretar y analizar las diferencias más importantes entre las arquitecturas computacionales de los Microcontroladores más usados. Aprender a manejar y consultar manuales del fabricante. Clasificar y catalogar los diferentes tipos y sus características de los Microcontroladores mediante un cuadro comparativo para elegir el modelo más adecuado a las necesidades de un proyecto. Unidad 2: Programación de PIC’s usando PBP y un grabador de PIC’s para realizar diferentes funciones especificas. Competencia específica a desarrollar Actividades de Aprendizaje Utilizar las herramientas disponibles y realizar programas en lenguaje de programación para el desarrollo de aplicaciones con los microcontroladores. Instalar y usar las herramientas (software) de desarrollo para la edición, ensamblado, compilación, simulación, depuración (debug) de los programas. Comprobar la programación del chip mediante ejemplos simulados y físicos. Unidad 3: Generalidades sobre arduino. Competencia específica a desarrollar Actividades de Aprendizaje Identificar los elementos y características de las tarjetas arduino. Estudiar los diferentes tipos de tarjetas de arduino que hay en la actualidad. Diferenciar las ventajas y desventajas de seleccionar un determinado tipo. Usar los diferentes tipos de comandos usados en Arduino para generar programas. Unidad 4: Programación de arduino (lenguaje C) enfocado en diversas funciones específicas. Competencia específica a desarrollar Actividades de Aprendizaje Realizar programas que puedan aplicarse para las diferentes situaciones que se pueden encontrar en la industria o uso privado. Generar prácticas donde usen diferentes comandos de Arduino. Simular y armar las prácticas vistas en clase. Realizar el análisis y diseño necesario para poder hacer las prácticas de forma adecuada. Unidad 5: Diseño de aplicaciones en telefonía móvil con App Inventor para comunicación bluetooth y arduino. Competencia específica a desarrollar Actividades de Aprendizaje Identificar los proyectos donde se puede realizar proyectos haciendo uso de programación de dispositivos móviles para controlarlos de forma inalámbrica. Manejar las herramientas mínimas y los conocimientos para poder implementar un control por Bluetooth. Implementar aplicaciones usando el dispositivo móvil como entrada o salida al microcontrolador o al arduino. Controlar de leds, relevadores, relevadores de estado solido, motores, iluminación en una casa, domótica, etc. Unidad 6: Raspberry generalidades y programación. Competencia específica a desarrollar Actividades de Aprendizaje Realizar programas en el lenguaje de programación para los raspberry para las diferentes situaciones en la industria o uso privado.. Generar prácticas donde usen diferentes comandos de raspberry. Simular y armar las prácticas vistas en clase. Realizar el análisis y diseño necesario para poder hacer las prácticas de forma adecuada. 11.- FUENTES DE INFORMACIÓN 1. Barret, S.F., Pack, D. J., Microcontrollers Fundamentals for Engineers And Scientists (Synthesis Lectures on Digital Circuits and Systems), 1a Ed., Morgan and Claypool Publisher, Seattle, WA.U.S.A., 2006. 2. Angulo Amusastegui, J., MicrocontroladoresDSPic Diseño Práctico, 1a. Ed., McGraw-Hill, Madrid, España, 2006. 3. Galeano, G., Programación de Sistemas Embebidos en C, 1a. Ed. , Alfaomega, Colombia, 2009. 4. Pallás, R., Reverter, F., Circuitos De Interfaz Directa Sensor-Microcontrolador, 1a. Ed., Alfaomega, Marcombo, Colombia, 2009. 5. Vesga, J. C .,Microcontroladores Motorola Freescale - Programación, Familias y sus distintas aplicaciones en la industria, 1a. Reimpresión de la 1a. Ed., Alfaomega, Colombia, 2008. 6. Valdés, F., Pallás, R., Microcontroladores - Fundamentos y Aplicaciones con PIC, 1a. Ed., Alfaomega, Colombia, 2007. 7. Dogan, I., Advanced PIC Microcontroller Projects in C: From USB to RTOS with the PIC 18F Series, 1a. Ed., Newness, U. S. A. , 2008. 8. Gadre, D. V., Programming and Customizing the AVR Microcontroller, 1a. Ed., McGraw-Hill, California, U. S. A. , 2000. 9. Axelson, J., USB complete: Everything you need to develop custom USB peripherals, 1a. Ed., Lakeview Research, U. S. A., 1999. 10. Hyde, J., USB design by example: A practical guide to building I/O devices, 1a. Ed., Wiley, New York, U. S. A. , 1999. 11. National Instruments; 2 de junio de 2008; Introducción a CAN. [web en línea]. Disponible desde internet en: http://zone.ni.com/devzone/cda/tut/p/id/7183. [con acceso el 27 de enero de 2010]. 12. Lajara, Jose, Sistemas Integrados con Arduino, 1ª. Ed. Alfaomega, Marcombo. 13. Torrente, Oscar, Arduino, Curso Practico de Formacion, 1ª. Ed. Alfaomega, RC libros. 14. Tojeiro Calaza, German, Taller de Arduino, Un enfoque practico para principiantes, 1ª. Ed. Alfaomega, Marcombo. 15. Reyes Cortes, Fernando, Arduino, Aplicaciones en Robotica, Mecatronica e Ingenierias, 1ª.Ed. Alfaomega. 16. Ferran Fábregas, Aprender Raspberry Pi con 100 ejercicios prácticos, Ed. Marcombo. 17. German Toledo Calaza, Raspberry Pi2 para electrónicos, Ed. Marcombo. 18. Simon Monk, Ejercicios prácticos con Raspberry Pi, Ed. Marcombo 12.- PRÁCTICAS PROPUESTAS 1. Instalación y configuración del software para uso de las herramientas de desarrollo (editor, compilador y grabador) PicBasic Pro. 2. Programación de un circuito que encienda y apague un Led cada 2 segundos empleando un microcontrolador PIC16F84A . 3. Programación básica de un Pic conexión del puerto serie con software. 4. Pruebas de conexión entre computador y microcontrolador. 5. Programar un visualizador con pantalla LCD. 6. Alarma GSM con un microcontrolador PIC y un teléfono móvil. 7. Control remoto con mensajes SMS con modem GSM. 8. Sistema de control remoto supervisorio GSM para un dispositivo y una alarma. 9. Encendido de lámpara por medio de modulo bluetooth con microcontroladores. 10. Control de diferentes dispositivos electrónicos usando microcontroladores. 11. Control de diferentes dispositivos electrónicos con arduino de forma automática o a control remoto por dispositivos móviles. 12. Control de dispositivos por medio de la tarjeta raspberry con entradas/salidas digitales/analógicas.
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