TFG_GONZALO_FERNANDEZ_MORENO

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DISEÑO DE UN PROTOTIPO PARA 
LA VALIDACIÓN DE UNA TERAPIA 
EN TUMORES CEREBRALES. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
TRABAJO FIN DE GRADO PARA 
LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE 
GRADUADO EN INGENIERÍA EN 
TECNOLOGÍAS INDUSTRIALES 
 
FEBRERO 2022 
 
Gonzalo Fernández Moreno 
 
DIRECTOR DEL TRABAJO FIN DE GRADO: 
 
Regina Ramos Hortal 
Miguel Jiménez Carrizos
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I 
 
 
DISEÑO DE UN PROTOTIPO 
PARA LA VALIDACIÓN DE UNA 
TERAPIA EN TUMORES 
CEREBRALES 
 
 Uso de campos eléctricos de frecuencia 
variable para el tratamiento de tumores 
cerebrales 
 
AUTOR 
GONZALO FERNÁNDEZ MORENO 
 
TUTORES 
 
 REGINA RAMOS HORTAL 
 MIGUEL JIMÉNEZ CARRIZOSA 
 
FEBRERO 2022 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
I 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 A Pablo Fernández Rodríguez 
 
 
 
 
 
 
II 
 
 Agradecimientos 
 
 
En primer lugar, quiero dar las gracias a mis tutores, Regina y Miguel, por darme la oportunidad 
de realizar este TFG con ellos y también por su apoyo y comprensión a lo largo de este año tan 
complicado con el tema de la pandemia y el estrés de estar en paralelo con el máster y la 
realización de este proyecto. 
 
Me gustaría agradecer a todas las personas que han formado parte de mi vida durante este largo 
camino y que me han estado apoyando en los momentos más duros de esta carrera tan exigente. 
Gracias, papá y mamá, porque sin vuestro apoyo incondicional cuando veía todo negro y el 
amor que me habéis dado habéis conseguido darme las fuerzas suficientes para seguir adelante 
y madurar en todos los aspectos de mi vida. Gracias a mi grupo de amigos de toda la vida y 
sobre todo a ti, Iván, por soportarme todos estos años donde he sido tan inestable anímicamente 
y donde apenas he podido sacar tiempo para veros, siendo capaz de hacerme sacar una sonrisa 
cuando pensaba que todo se me venía encima. Y, por último, gracias a mi grupo de compañeros 
de la facultad, los cuales gracias al apoyo que nos hemos dado los unos a los otros y las buenas 
y malas experiencias que hemos vivido estos cuatro años (viajes, fiestas, amoríos, tomar algo 
después de un examen tanto si había salido bien como mal…), hemos conseguido salir adelante 
y estar un paso más cerca de convertirnos en lo que veíamos imposible en el primer año de 
carrera, ingenieros industriales. Gracias a todos vosotros por crecer conmigo en estos años y 
por confiar tanto en mí. 
 
Estoy infinitamente agradecido por todo lo que he aprendido en estos años, por mi crecimiento 
personal, pero, sobre todo, por no rendirme y llegar hasta el final de esta travesía. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
III 
 
 Índice de contenido 
 
Agradecimientos ........................................................................................................... II 
Índice de contenido ...................................................................................................... III 
Resumen ejecutivo del proyecto .................................................................................... V 
Abstract .................................................................................................................... VIII 
Índice de figuras ......................................................................................................... XI 
Índice de tablas ......................................................................................................... XIII 
Acrónimos ................................................................................................................ XIV 
1. Introducción ............................................................................................................6 
1.1 Glioblastoma Multiforme ......................................................................................6 
1.2 Estado del arte ......................................................................................................7 
1.3 Objetivos ............................................................................................................ 11 
1.4 Estructura del documento ................................................................................... 12 
2. Instrumentación de microcontrolador y software ................................................... 14 
2.1 Microcontrolador PIC12F1572 ........................................................................... 14 
2.2 Placa de desarrollo software Explorer 8 .............................................................. 16 
2.3 MPLAB PICkit 4 ................................................................................................ 19 
2.4 MPLAB – X – IDE ............................................................................................. 21 
3. Generación de señal PWM de frecuencia y ciclo de trabajo variable ..................... 24 
3.1 Programa mediante código propio....................................................................... 24 
3.2 Programa mediante entorno MCC ....................................................................... 30 
3.3 Resultados visualización señal PWM generada ................................................... 31 
4. Cálculo teórico del campo eléctrico....................................................................... 37 
4.1 Campo eléctrico de una placa plana .................................................................... 37 
4.2 Campo eléctrico en medios dieléctricos .............................................................. 40 
4.3 Análisis del campo eléctrico ............................................................................... 43 
5. Pruebas experimentales ......................................................................................... 47 
5.1 Pruebas con el dispositivo analógico ................................................................... 47 
5.2 Estructura de condensador de placas paralelas .................................................... 51 
5.3 Medición de campo eléctrico por sondas ............................................................. 53 
6. Conclusiones y líneas futuras ................................................................................ 59 
7. Gestión del proyecto ............................................................................................. 61 
7.1 Planificación temporal ........................................................................................ 61 
 
 
IV 
 
7.2 Estimación del presupuesto ................................................................................. 65 
Guía de uso del programa generado en entorno MCC ................................................... 67 
Referencias .................................................................................................................. 75 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
V 
 
 Resumen ejecutivo del proyecto 
 
El Trabajo Fin de Grado que se recoge en este documento tiene como objetivo complementar 
un proyecto a largo plazo que prevé desarrollar un prototipo de dispositivo implantable en el 
cerebro con la capacidad de generar campos eléctricos a frecuencia variable para detener la 
reproducción de células cancerígenas. Este proyecto desarrollado en el Centro de Electrónica 
Industrial (CEI) de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) se hace en colaboración con 
el Centro Nacional de Investigaciones Oncológicas (CNIO) y el Servicio de Neurocirugía del 
Hospital de la Princesa de Madrid. 
 
El tumor cerebralen el que se centrará dicho dispositivo es el conocido como Glioblastoma 
Multiforme (GBM), el cual es uno de los tumores cerebrales más letales en adultos, con una 
esperanza de vida aproximada de 15 meses desde el diagnóstico. El objetivo del implantable es 
crear un campo eléctrico de baja intensidad y alta frecuencia que regule los impulsos eléctricos 
anormales intrínsecos a las células, afectando solo a las células cancerígenas y a las diferentes 
sustancias químicas que se encuentran allí. El método mencionado anteriormente es una técnica 
aprobada por la Administración de Medicamentos y Alimentos (FDA) pero actualmente se 
aplica en el cuero cabelludo. 
 
La aplicación del campo eléctrico a una cierta frecuencia por el microcontrolador insertado 
permite actuar sobre ciertas proteínas de las células cancerígenas (tubulina y septina), que son 
esenciales para la mitosis, y tiene dos fundamentos físicos principales: la alineación dipolar y 
la dielectroforesis (DEP). En la cirugía inicial, se extirpa entre el 70% y el 90% del tumor, 
siendo esta técnica efectiva para tratar solo el porcentaje no extirpado. Para llevar a cabo esta 
discriminación celular, la frecuencia del campo debe ajustarse a la frecuencia intrínseca de las 
células a las que queremos afectar. El método se encuentra en el espectro de frecuencias 
intermedias, entre 100 kHz y 300 kHz siendo la del GBM de 300 kHz según la FDA. 
 
El microcontrolador elegido para el proyecto es el modelo PIC12F1572 de la familia de 
microcontroladores PIC de 8 bits. La elección de este modelo se debe, entre otras 
especificaciones, a su capacidad para trabajar a baja potencia, su rango de tensión de 
funcionamiento, su bajo sobrecalentamiento y su comodidad a la hora de la programación y 
generación de PWM. 
 
El entorno de desarrollo utilizado para la programación del microcontrolador que permite la 
generación de campos eléctricos a partir de los periféricos y la variación de frecuencia como 
variable es el MPLAB X Integrated Development Environment (MPLAB-X-IDE). Por otro 
lado, la plataforma de desarrollo que soporta el microcontrolador es la placa DM160228 con 
funciones Explorer 8. Dicha placa tiene una configuración de 6 a 100 pines, lo que la hace que 
sea la placa más completa y versátil del catálogo. Por último, para conseguir la transferencia 
efectiva del código programado en el entorno de desarrollo al microcontrolador insertado en la 
placa Explorer 8 se ha utilizado el depurador en circuito MPLAB PICkit 4. 
 
A continuación, se detalla la cronología y una breve explicación que se ampliará en siguientes 
capítulos de las distintas etapas que han tenido lugar en este proyecto: 
 
- Programación de código para la generación de una señal PWM con posibilidad de 
variación de ciclo de trabajo y de frecuencia en el microcontrolador y toma de datos de 
las distintas señales en el osciloscopio. El objetivo del desarrollo de este programa de 
 
 
VI 
 
generación de señal PWM es validar una simulación de la posible señal de campo 
eléctrico que el microcontrolador implantado en el cerebro generará para detener la 
reproducción de células cancerígenas. En este programa los investigadores del CNIO 
podrán variar los parámetros mencionados anteriormente para realizar las pruebas 
pertinentes en el laboratorio. 
 
- Calibración de las ganancias de las sondas para el rango de frecuencias de kHz mediante 
los diagramas de Bode obtenidos por el suministrador de estas. Esta calibración se 
realizará utilizando una estructura de condensador de placas paralelas formada por dos 
placas de aluminio depositando en el interior de esta la estructura de plástico de los 
pozos de cultivo celular. 
 
- Pruebas de medida de campo eléctrico en la base de los pozos de cultivo de células 
cancerígenas situados sobre una placa de aluminio mediante el uso de las sondas y 
utilizando como fuente: 
 
• Un generador de corriente continua, primero con una señal senoidal de 
frecuencia y tensión pico-pico variable y segundo con una señal cuadrada 
también de frecuencia y tensión variable. 
 
• Un dispositivo analógico diseñado y desarrollado en el laboratorio del CEI que 
forma parte de un proyecto TFG y con la capacidad de variar la frecuencia de 
forma física mediante el uso de una rueda. 
 
- Comparación de los valores de campo eléctrico obtenidos mediante el uso de las sondas 
con la expresión de campo eléctrico obtenida mediante cálculo teórico y evaluación de 
las posibles diferencias. 
 
- Comparación de la toma de datos de las señales obtenidas con el programa de 
generación de señal PWM del microcontrolador insertado en la placa de desarrollo de 
software Explorer 8 y la toma de datos de las señales observadas en el osciloscopio 
mediante el uso del dispositivo analógico mencionado anteriormente y evaluación de 
las posibles ventajas e inconvenientes de usar cada uno de estos dispositivos. 
 
- Se suministra el programa de generación del PWM desarrollado en el CEI y los 
resultados obtenidos de las medidas de campo eléctrico con el generador de corriente 
continua y el dispositivo analógico en los pozos al CNIO para poder realizar las mismas 
pruebas con muestras reales de cultivo de células cancerígenas y poder obtener los 
valores de tensión necesarios según las consideraciones de los investigadores para 
eliminar las células cancerígenas sin dañar las células del resto del tejido. 
 
- Reajuste del programa que se introducirá en el microcontrolador fundamentado en las 
nuevas medidas de tensión y campo eléctrico límites obtenidas del CNIO. 
 
- Comparación de la eficiencia energética del microcontrolador y el dispositivo analógico 
y valoración final de su posible aplicación en el tratamiento de tumores cerebrales. 
 
Palabras clave: Tumor, glioblastoma, CEI, CNIO, PWM, FDA, microcontrolador, Explorer 8, 
PICkit 4, sonda, osciloscopio, campo eléctrico, generador de corriente continua, dispositivo 
analógico, eficiencia energética 
 
VII 
 
 
Códigos UNESCO: 
 
120309 DISEÑO CON AYUDA DEL ORDENADOR (ver 3304.06) 
 
221201 CAMPOS ELECTROMAGNÉTICOS 
 
220301 CIRCUITOS (ver 3307.03) 
 
220302 ELEMENTOS DE CIRCUITOS (ver 3307.03) 
 
330407 PERIFÉRICOS DE ORDENADORES 
 
330416 DISEÑO LÓGICO 
 
320507 NEUROLOGÍA 
 
330703 DISEÑO DE CIRCUITOS (ver 2203.01 y 02 y 2203.07) 
 
330790 MICROELECTRÓNICA (ver 330790.03) 
 
330793 MICROELECTRONICA. DISEÑO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
VIII 
 
 Abstract 
 
The Final Degree Project presented in this document aims to complement a long-term project 
that plans to develop a prototype of an implantable device in the brain with the capacity to 
generate electric fields at variable frequency to stop the reproduction of cancer cells. This 
project, developed at the Centro de Electrónica Industrial (CEI) of the Universidad Politécnica 
de Madrid (UPM), is in collaboration with the Centro Nacional de Investigaciones Oncológicas 
(CNIO) and the Neurosurgery Department of the Hospital de la Princesa in Madrid. 
 
The brain tumour on which the device will focus is known as glioblastoma multiforme (GBM), 
which is one of the most lethal brain tumours in adults, with a life expectancy of approximately 
15 months from diagnosis. The aim of the implantable is to create a low-intensity, high-
frequency electrical field that regulates abnormal electrical impulses intrinsic to the cells, 
affecting only the cancer cells and the various chemicals found there. The method mentioned 
above is a Food and Drug Administration (FDA) approved technique but is currently applied to 
the scalp. 
 
The application of the electric field at a certain frequency by the inserted microcontroller makes 
it possible to act on certain cancer cell proteins (tubulin and septin),which are essential for 
mitosis, and has two main physical bases: dipole alignment and dielectrophoresis (DEP). In the 
initial surgery, 70% to 90% of the tumor is removed, with this technique being effective in 
treating only the unresected percentage. To carry out this cell discrimination, the frequency of 
the field must be adjusted to the intrinsic frequency of the cells to be affected. The method is in 
the intermediate frequency spectrum, between 100 kHz and 300 kHz, with the GBM frequency 
of 300 kHz according to the FDA. 
 
The microcontroller chosen for the project is the PIC12F1572 model from the 8-bit PIC family 
of microcontrollers. The choice of this model is due to, among other specifications, its ability 
to work at low power, its operating voltage range, its low overheating and its convenience when 
programming and generating PWM. 
 
The development environment used for programming the microcontroller that allows the 
generation of electric fields from the peripherals and frequency variation as a variable is the 
MPLAB X Integrated Development Environment (MPLAB-X-IDE). On the other hand, the 
development platform that supports the microcontroller is the DM160228 board with Explorer 
8 functions. This board has a configuration of 6 to 100 pins, which makes it the most complete 
and versatile board in the catalogue. Finally, to achieve the effective transfer of the code 
programmed in the development environment to the microcontroller inserted in the Explorer 8 
board, the MPLAB PICkit 4 in-circuit debugger has been used. 
 
The chronology and a brief explanation of the different stages that have taken place in this 
project, which will be expanded in the following chapters: 
 
- Programming of code for the generation of a PWM signal with the possibility of varying 
the duty cycle and frequency in the microcontroller and taking data from the different 
signals on the oscilloscope. The aim of the development of this PWM signal generation 
program is to validate a simulation of the possible electric field signal that the 
microcontroller implanted in the brain will generate to stop the reproduction of cancer 
cells. In this program, CNIO researchers will be able to vary the above-mentioned 
 
IX 
 
parameters to perform the relevant tests in the laboratory. 
 
- Calibration of the probe gains for the kHz frequency range using the Bode diagrams 
obtained from the probe supplier. This calibration will be carried out using a parallel 
capacitor structure formed by two aluminum plates with the plastic structure of the cell 
culture wells inside it. 
 
- Electric field measurement tests at the base of the cancer cell culture wells placed on an 
aluminum plate using the probes and using as a source: 
 
- A direct current generator, first with a sinusoidal signal of varying frequency and peak-
to-peak voltage and second with a square signal also of varying frequency and voltage. 
 
- An analogue device designed and developed in the CEI laboratory as part of a TFG 
project and with the capacity to physically vary the frequency by using a wheel. 
 
- Comparison of the electric field values obtained by using the probes with the electric 
field expression obtained by theoretical calculation and evaluation of possible 
differences. 
 
- Comparison of the data acquisition of the signals obtained with the PWM signal 
generation program of the microcontroller inserted in the Explorer 8 software 
development board and the data acquisition of the signals observed on the oscilloscope 
by using the aforementioned analogue device and evaluation of the possible advantages 
and disadvantages of using each of these devices. 
 
- The PWM generation program developed at the CEI and the results obtained from the 
electric field measurements with the DC generator and the analogue device in the wells 
are supplied to the CNIO so that the same tests can be carried out with real cancer cell 
culture samples and the necessary voltage values can be obtained according to the 
researchers' considerations to eliminate the cancer cells without damaging the cells in 
the rest of the tissue. 
 
- Readjustment of the program to be introduced in the microcontroller based on the new 
measurements of voltage and electric field limits obtained from the CNIO. 
 
- Comparison of the energy efficiency of the microcontroller and the analogue device and 
final assessment of its possible application in the treatment of brain tumors. 
 
Keywords: Tumor, glioblastoma, CEI, CNIO, PWM, FDA, microcontroller, Explorer 8, 
PICkit 4, probe, oscilloscope, electric field, DC generator, analogue device, energy efficiency. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
X 
 
UNESCO codes: 
 
120309 COMPUTER-AIDED DESIGN (see 3304.06). 
 
221201 ELECTROMAGNETIC FIELDS 
 
220301 CIRCUITS (see 3307.03) 
 
220302 ELEMENTS OF CIRCUITS (see 3307.03) 
 
330407 COMPUTER PERIPHERALS 
 
330416 LOGIC DESIGN 
 
320507 NEUROLOGY 
 
330703 CIRCUIT DESIGN (see 2203.01 and 02 and 2203.07) 
 
330790 MICROELECTRONICS (see 330790.03) 
 
330793 MICROELECTRONICS. DESIGN 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
XI 
 
 Índice de figuras 
 
Figura 1. Estadísticas de cáncer previstas desde 2012 a 2030 [5]............................................8 
Figura 2. Estado del arte de los tratamientos de cáncer [5] ......................................................8 
Figura 3. Porcentaje los principales tumores cerebrales [6] .....................................................9 
Figura 4. Rango de frecuencias admisible para el TTF [6] ......................................................9 
Figura 5. Dispositivo Optune de Novocure para tratamiento de GBM por TTF [9] ................ 10 
Figura 6. Microchip de administración de medicamentos para tratamiento de GBM [11] ...... 11 
Figura 7. Diseño del dispositivo implantable ........................................................................ 12 
Figura 8. Microcontrolador PIC12F1572 .............................................................................. 14 
Figura 9. Diagrama de pines del microcontrolador PIC12F1572 ........................................... 15 
Figura 10. Placa de desarrollo software Explorer 8 ............................................................... 16 
Figura 11. Esquemático de la placa de desarrollo software Explorer 8 .................................. 17 
Figura 12. Ubicación de los puentes de la placa de desarrollo software Explorer 8 ................ 19 
Figura 13. Depurador de circuitos MPLAB PICkit 4 ............................................................. 20 
Figura 14. Diagrama de bloques del MPLAB PICkit 4 .......................................................... 20 
Figura 15. Sistema de depuración estándar - Dispositivo con circuito ICE integrado [13] ..... 21 
Figura 16. MPLAB - X - IDE ............................................................................................... 21 
Figura 17. MPLAB - XC - Compiler..................................................................................... 22 
Figura 18. MPLAB Code Configurator (MCC) ..................................................................... 22 
Figura 19. Esquema del conexionado de los dispositivos ...................................................... 23 
Figura 20. Esquema de modularización de un programa [17] ................................................ 25 
Figura 21. Interfaz gráfica de usuario de MCC...................................................................... 31 
Figura 22. Osciloscopio Tektronix DPO2014B ..................................................................... 31 
Figura 23. Señal PWM de frecuencia 50 kHz y ciclo de trabajo 25% .................................... 32 
Figura 24. Señal PWM de frecuencia 50 kHz y ciclo de trabajo 50% ....................................32 
Figura 25. Señal PWM de frecuencia 50 kHz y ciclo de trabajo 75% .................................... 32 
Figura 26. Señal PWM de frecuencia 100 kHz y ciclo de trabajo 25% .................................. 33 
Figura 27. Señal PWM de frecuencia 100 kHz y ciclo de trabajo 50% .................................. 33 
Figura 28. Señal PWM de frecuencia 100 kHz y ciclo de trabajo 75% .................................. 33 
Figura 29. Señal PWM de frecuencia 200 kHz y ciclo de trabajo 25% .................................. 34 
Figura 30. Señal PWM de frecuencia 200 kHz y ciclo de trabajo 50% .................................. 34 
Figura 31. Señal PWM de frecuencia 200 kHz y ciclo de trabajo 75% .................................. 34 
Figura 32. Señal PWM de frecuencia 300 kHz y ciclo de trabajo 25% .................................. 35 
Figura 33. Señal PWM de frecuencia 300 kHz y ciclo de trabajo 50% .................................. 35 
Figura 34. Señal PWM de frecuencia 300 kHz y ciclo de trabajo 75% .................................. 35 
Figura 35. Plano infinito con carga distribuida ...................................................................... 37 
Figura 36. Superficie gaussiana representada en plano infinito [19] ...................................... 38 
Figura 37. Líneas de campo eléctrico en una superficie plana [19] ........................................ 39 
Figura 38. Comportamiento de un dipolo ante un campo eléctrico uniforme [20] .................. 40 
Figura 39. Densidad de flujo eléctrico en el vacío y en un medio dieléctrico representado por 
una circunferencia [21] ......................................................................................................... 41 
Figura 40. Frontera medio conductor – dieléctrico para obtención de componente tangencial 
[21] ...................................................................................................................................... 42 
Figura 41. Frontera medio conductor – dieléctrico para obtención de componente normal [21]
 ............................................................................................................................................. 43 
Figura 42. Función escalón de partida ................................................................................... 45 
Figura 43. Dispositivo analógico .......................................................................................... 47 
Figura 44. Señal generada por el dispositivo analógico a frecuencia mínima (60 Hz) ............ 47 
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XII 
 
Figura 45. Señal generada por el dispositivo analógico a frecuencia de 100 Hz ..................... 48 
Figura 46. Señal generada por el dispositivo analógico a frecuencia de 150 Hz ..................... 48 
Figura 47. Señal generada por el dispositivo analógico a frecuencia de 200 Hz ..................... 49 
Figura 48. Señal generada por el dispositivo analógico a frecuencia de 300 Hz ..................... 49 
Figura 49. Señal generada por el dispositivo analógico a frecuencia máxima (362 Hz) ......... 50 
Figura 50. Comparación de ambas señales a frecuencia de 100 kHz y ciclo de trabajo de 50 %
 ............................................................................................................................................. 51 
Figura 51. Condensador de placas paralelas con estructura de pozos de cultivo celular ......... 51 
Figura 52. Representación y esquema eléctrico de condensador de placas paralelas [26] ....... 52 
Figura 53. Campo eléctrico mediante tres medidas ortogonales con sensores monoaxiales [28]
 ............................................................................................................................................. 53 
Figura 54. Set de sondas isotrópicas R&S [30] .....................................................................54 
Figura 55. Sonda de gran superficie y de campo cercano para la medición de campo eléctrico 
[31] ...................................................................................................................................... 54 
Figura 56. Configuración de 300 kHz del generador de ondas ............................................... 55 
Figura 57. Señal de referencia para la alimentación del circuito a frecuencia de 300 kHz ...... 55 
Figura 58. Diagrama de Bode de la sonda de gran superficie modelo RS E 02 [31] ............... 56 
Figura 59. Medida de campo eléctrico mediante sondas en el CEI ........................................ 56 
Figura 60. Medida del campo eléctrico para frecuencia de 30 kHz ........................................ 57 
Figura 61. Medida del campo eléctrico para frecuencia de 300 kHz ...................................... 57 
Figura 62. Medida del campo eléctrico para frecuencia de 3 MHz ........................................ 58 
Figura 63. Diagrama de Bode de filtro de paso alto [33] ....................................................... 58 
Figura 64. Estructura de Descomposición del Proyecto (EDP) .............................................. 62 
Figura 65. Diagrama de Gantt ............................................................................................... 64 
Figura 66. Paso 1: Instalación del complemento MCC .......................................................... 67 
Figura 67. Paso 2: Apertura del proyecto .............................................................................. 68 
Figura 68. Paso 3: Localización del entorno MCC en la barra principal ................................ 68 
Figura 69. Paso 3: Designación de las áreas del entorno MCC .............................................. 68 
Figura 70. Lista de periféricos disponibles para el PIC12F1572 ............................................ 69 
Figura 71. Localización del periférico utilizado en el programa ............................................ 69 
Figura 72. Dashboard del Device Resources ......................................................................... 70 
Figura 73. Composer Area .................................................................................................... 71 
Figura 74. Diagrama de pines del PIC12F1572 en el Pin Manager ........................................ 72 
Figura 75. Estado de los pines del PIC12F1572 en el Pin Manager ....................................... 72 
Figura 76. Paso 4: Configuración del periférico PWM1 en el Composer Area ...................... 73 
Figura 77. Localización de la opción 'Generate' en el Project Resources ............................... 74 
Figura 78. Localización de la opción ‘Make and Program Device Project’ en la barra principal
 ............................................................................................................................................. 74 
Figura 79. Diagrama de pasos MCC ..................................................................................... 74 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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XIII 
 
 Índice de tablas 
 
Tabla 1. Datos estadísticos de pacientes diagnosticados por GBM realizado en el INCA [3] ...6 
Tabla 2. Asignación de pines del microcontrolador PIC12F1572 .......................................... 15 
Tabla 3. Registro de control .................................................................................................. 26 
Tabla 4. Registro de selección de la fuente de disparo de carga ............................................. 26 
Tabla 5. Registro alto de contador de fase ............................................................................. 26 
Tabla 6. Registro bajo de contador de fase ............................................................................ 27 
Tabla 7. Registro alto de contador de periodo ....................................................................... 27 
Tabla 8. Registro bajo de contador de periodo ...................................................................... 27 
Tabla 9. Registro alto de contador de ciclo de trabajo ........................................................... 27 
Tabla 10. Registro bajo de contador de ciclo de trabajo ........................................................ 27 
Tabla 11. Registro alto de contador de offset ........................................................................ 27 
Tabla 12. Registro bajo de contador de offset ....................................................................... 28 
Tabla 13. Registro alto de contador de reloj ..........................................................................28 
Tabla 14. Registro bajo de contador de reloj ......................................................................... 28 
Tabla 15. Características eléctricas y térmicas de los distintos materiales [23] ...................... 44 
Tabla 16. Descomposición temporal del proyecto ................................................................. 63 
Tabla 17. Estimación de horas del proyecto .......................................................................... 65 
Tabla 18. Estimación I del presupuesto del proyecto ............................................................. 66 
Tabla 19. Estimación II del presupuesto del proyecto ........................................................... 66 
Tabla 20. Presupuesto total del proyecto ............................................................................... 66 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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XIV 
 
 Acrónimos 
 
UPM Universidad Politécnica de Madrid 
CEI 
CNIO 
Centro de Electrónica Industrial 
Centro Nacional de Investigación 
Oncológica 
GBM Glioblastoma Multiforme 
DEP Dielectrofotoresis 
ECP 
TTF 
FDA 
Electroestimulación Cerebral Profunda 
Tumor Treating Field 
Food and Drug Administration 
TMZ Temozolomida 
CCBU/CCNU Nitrosiureas 
PCV Procarbazina 
IDE Integrated Development Environment 
PWM Pulse-Width Modulation 
INCA Instituto de Neurología Asenjo 
MCC MPLAB Code Configurator 
PIC Programmable Integrated Circuit 
ADC Analogue to Digital Converter 
DAC 
EUSART 
 
LIN 
DIP 
SIL 
LCD 
UART 
 
I2C 
MCU 
ICSP 
GUI 
CEM 
SMA 
Digital to Analogue Converter 
Enhanced Universal Asynchronous 
Receiver Transceiver 
Local Interconnect Network 
Dual In-Line Package 
Single In-Line 
Liquid Crystal Display 
Universal Asynchronous Receiver / 
Transmitter 
Inter-Integrated Circuit 
Microcontroller Unit 
In Circuit Serial Programming 
Graphical User Interface 
Campo electromagnético 
Subminatur Version A 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
XV 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Introducción 
 
 
 
6 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (ETSII) 
Tabla 1. Datos estadísticos de pacientes diagnosticados por GBM realizado en el INCA [3] 
 Capítulo 1 
1. Introducción 
 
En este capítulo se presentan las líneas generales del proyecto que recoge este Trabajo Fin de 
Grado. En primer lugar, se hará una breve descripción del marco contextual del Glioblastoma 
Multiforme en la sociedad a nivel sanitario. A continuación, se enumerarán los objetivos del 
TFG, así como la metodología empleada para alcanzarlos. Por último, se presentarán los 
capítulos en los que se estructura la memoria. 
 
1.1 Glioblastoma Multiforme 
 
El glioblastoma es un tipo de cáncer agresivo que se genera en el cerebro o la médula espinal. 
Los glioblastomas se forman a partir de células denominadas «astrocitos» que proporcionan 
apoyo a las neuronas [1]. 
 
El glioblastoma puede ocurrir a cualquier edad, pero el rango de edad donde tiene mayor 
probabilidad de aparición es en adultos mayores. Es el tumor cerebral más letal conocido con 
una esperanza de vida de aproximadamente 15 meses debido a que entre los tratamientos 
actuales no existe un determinado que tenga efectividad demostrada, ya que, de forma general, 
se intenta eliminar el tumor mediante cirugía, radiación y quimioterapia, teniendo esta serie de 
métodos una eficacia limitada debido a la recurrencia del tumor, la limitación de dosis de los 
tratamientos y el deterioro neurológico de los pacientes. 
 
Los tratamientos pueden enlentecer la evolución del cáncer y reducir los signos y síntomas 
siendo estos dolores de cabeza que empeoran, náuseas, vómitos y convulsiones. Las pruebas y 
los procedimientos utilizados para diagnosticar glioblastoma comprenden: 
 
- Examen neurológico 
- Pruebas de diagnóstico por imágenes 
- Extracción de una muestra de tejido para analizar (biopsia) [2] 
 
A continuación, se muestra los datos estadísticos de los pacientes diagnosticados de uno de los 
institutos españoles más innovadores en la investigación del GBM, el Instituto de Neurología 
Asenjo (INCA), entre los años 2007 y 2009 [3]: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Diseño de un prototipo para la validación de terapia de tumores cerebrales 
 
 
Gonzalo Fernández Moreno 7 
1.2 Estado del arte 
 
Los médicos utilizan una variedad de terapias para tratar tumores cerebrales. El tratamiento 
depende del tamaño del tumor, del tipo de tumor, de la tasa de crecimiento tumoral, de la 
ubicación en el cerebro, y de su estado general de salud. Las opciones de tratamiento que se 
han utilizado desde mediados del siglo XX para el tratamiento del tumor cerebral conocido 
como Glioblastoma Multiforme incluyen cirugía, radioterapia y quimioterapia, agentes 
biológicos dirigidos o una combinación de estas mismas: 
 
- Cirugía: Tratamiento que debe considerarse como inicial para la reducción GBM 
siempre que sea posible. El objetivo de la cirugía es realizar la máxima resección del 
tumor, así como preservar o restaurar la función neurológica. 
 
- Radioterapia: Tratamiento complementario con mayor evidencia de su eficacia hasta 
la fecha, produciendo un aumento de la mediana de supervivencia de tres a cuatro meses 
con casos excepcionales de incluso diez meses. 
 
- Quimioterapia: 
 
• Sistémica: Tratamiento que utiliza un solo agente o una combinación de varios. 
Los agentes utilizados sistémicamente son la irinotecán, el CCBU/CCNU 
(nitrosiureas), la temozolamida (TMZ), la PCV (procarbazina, CCNU y 
vincristina), la ciclofosfamida y los agentes basados en el platino. La TMZ en 
combinación con la radioterapia tras una resección lo más completa posible se 
ha convertido rápidamente en el tratamiento estándar para el GBM en entornos 
de enfermedad primaria o recurrente. Hasta su aparición, el papel de la 
quimioterapia en el tratamiento del GBM había sido controvertido. 
 
• Local: Tratamiento que, con una indicación primaria en casos con resección 
macroscópica completa, considera el uso de quimioterapia intratumoral, a través 
de implantes de carmustina (Gliadel) que se colocan en el lugar de la resección 
quirúrgica después de la resección del tumor,momento en el que se inicia la 
liberación del agente quimioterápico y se prolonga durante varias semanas. 
 
• Glucocorticoides: Tratamiento que mediante el uso de unas hormonas 
específicas desempeña un papel importante en la reducción del edema 
peritumoral y pueden producir una notable mejora de los síntomas neurológicos 
y de la supervivencia por sí mismos [4]. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Introducción 
 
 
 
8 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (ETSII) 
Figura 1. Estadísticas de cáncer previstas desde 2012 a 2030 [5] 
Figura 2. Estado del arte de los tratamientos de cáncer [5] 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ninguna de las modalidades de tratamiento descritas anteriormente se ha considerado curativas 
en el sentido estricto de la palabra de conseguir eliminar las células cancerígenas del tumor, 
siendo su objetivo mejorar la calidad de vida y prolongar la supervivencia. Dado el pronóstico 
nefasto de la enfermedad, con una supervivencia en los mejores casos no más allá de los 24 
meses, es lógico que se haya ido investigando en nuevas líneas de investigación que traten de 
identificar nuevos tratamientos que permitan una mejora en los resultados. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Diseño de un prototipo para la validación de terapia de tumores cerebrales 
 
 
Gonzalo Fernández Moreno 9 
Figura 3. Porcentaje los principales tumores cerebrales [6] 
Figura 4. Rango de frecuencias admisible para el TTF [6] 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
En las últimas décadas, los investigadores han desarrollado nuevas técnicas basadas en el uso 
de campos eléctricos capaces de eliminar las células malignas protegiendo al mismo tiempo los 
tejidos sanos cercanos. Entre estos tratamientos se encuentran: 
 
- Tumor Treating Fields (TTF): Es un tratamiento consistente en generar un campo 
eléctrico variable originado en una batería conectada a unos electrodos que están 
pegados al cuerpo como tratamiento contra determinados tumores como el de pulmón, 
ovarios o tumores cerebrales como el Glioblastoma Multiforme (GBM), ha tomado 
fuerza como tratamiento complementario y en ocasiones sustitutivo de la quimioterapia 
y radioterapia contra el cáncer [5]. El objetivo es crear un campo eléctrico de baja 
intensidad y alta frecuencia que regule los impulsos eléctricos anormales intrínsecos de 
las células, afectando únicamente a las células cancerígenas y a distintas sustancias 
químicas que ahí se encuentran. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Esta técnica que ha cogido importancia en esta última década es una evolución de su 
precursora, la Dielectrofotoresis (DEP), tratamiento que consiste en separar y clasificar 
muestras biológicas aplicando un campo eléctrico no uniforme, lo que desequilibra sus 
fuerzas electrostáticas internas y genera una fuerza resultante neta que producirá su 
movimiento. En su origen, la DEP comenzó separando células basándose en sus 
propiedades dieléctricas, posteriormente se descubrió que podían organizar células 
 
 
 
Introducción 
 
 
 
10 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (ETSII) 
Figura 5. Dispositivo Optune de Novocure para tratamiento de GBM por TTF [9] 
dependiendo de la forma con la que interaccionan con otras y finalmente se han hecho 
avances para modificar el interior de éstas [7]. 
 
El TTF es un tratamiento que permite que el paciente continúe con su vida de forma 
normal mientras está eliminando el tumor, reduciendo los efectos secundarios y, con 
buenos resultados en los ensayos, llegando a duplicar el porcentaje de pacientes que 
sobrepasan los 15 meses de vida. 
 
Uno de los dispositivos que más repercusión ha tenido desde hace pocos años como 
herramienta de la electroestimulación cerebral profunda para tumores cerebrales (TTF) 
es el Optune de Novocure inventada por el Dr. Yoram Palti, profesor emérito en 
Technion-Israel Institute of Technology y fundador de Novocure en el año 2000 [8]. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
- Electroporación: Es un tratamiento basado en la utilización de una serie de pulsos 
eléctricos de microsegundos de duración para abrir “poros” en las membranas celulares 
de las células cancerígenas las cuales mueren en las semanas posteriores a la terapia. 
Los pulsos eléctricos se administran a través de sondas de aguja situadas en el foco 
tumoral o sus alrededores, bajo control por ecografía y en anestesia general. La cirugía 
dura entre 45 y 90 min (dependiendo del número de focos a tratar) y el paciente es dado 
de alta a las 24 – 48 h del procedimiento [9]. 
 
Otra técnica en proceso de investigación y desarrollo que cabe mencionar para el tratamiento 
del GBM aunque no está basada en el uso de campos eléctricos para regular el crecimiento 
celular cancerígeno es la denominada técnica de inserción cerebral de microchip para 
administración de fármacos. El proceso terapéutico consiste en tomar una biopsia tumoral, 
cultivarla y colocarla en el chip. Posteriormente, se agregan medicamentos de quimioterapia a 
las microválvulas del chip para determinar la mejor combinación de medicamentos y la 
proporción específica que logra matar a la mayoría de las células tumorales [10]. 
 
El hecho de que se haya mencionado este último tratamiento, aunque su funcionamiento no esté 
basado en el tema de estudio de este TFG, es por su similitud en cuanto al forma y tamaño del 
microcontrolador a insertar y su proceso quirúrgico de inserción. 
 
 
 
Diseño de un prototipo para la validación de terapia de tumores cerebrales 
 
 
Gonzalo Fernández Moreno 11 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1.3 Objetivos 
 
Como se ha mencionado anteriormente, este proyecto prevé desarrollar un prototipo de 
dispositivo implantable que sea capaz de generar los campos eléctricos necesarios para detener 
la reproducción de células cancerígenas con un funcionamiento similar al método TTF. En este 
apartado se enumeran los hitos que se pretende alcanzar para conseguir la realización del 
proyecto: 
 
- Comprensión de los fundamentos teóricos del proyecto: se debe obtener una idea 
clara del contexto social, económico y sanitario en el que se enmarca el trabajo y del 
problema al que da solución. Para ello, se han de asimilar los conceptos teóricos 
necesarios la realización del proyecto como es la teoría de campo electromagnético, la 
estructura básica de los microcontroladores y como funcionan, el concepto de 
modulación por ancho de pulso (PWM) y los fundamentos financieros necesarios para 
realizar la correcta gestión presupuestaria del proyecto. 
 
- Elección de componentes electrónicos y entorno de programación: aquí se engloba 
tanto la elección del microcontrolador, placa de desarrollo software y depurador en 
circuito como del entorno del programación adecuado para dicho microcontrolador . 
Para ello se debe comprender en profundidad el funcionamiento de estos, su arquitectura 
interna y sus prestaciones. 
 
- Manejo del entorno de programación integrado MPLAB - X: se espera aprender a 
manejar el MPLAB – X – IDE con cierta destreza, conociendo todas las posibilidades 
de programación y generación de señales que este ofrece. Antes de la realización del 
proyecto se seguirán tutoriales disponibles online con el objetivo de familiarizarse con 
el software además de la ayuda para posibles dudas de un estudiante de segundo año del 
Master en Ingeniería Industrial en proceso de entrega del TFM también familiarizado 
con el uso de dicho entorno de programación.- Familiarización con la placa de desarrollo Explorer 8: se pretende conocer mediante 
el estudio de las hojas de datos del Explorer 8 y el PIC12F1572 todos los ajustes y 
conexiones necesarias para la correcta adaptación del microcontrolador a dicha placa y 
Figura 6. Microchip de administración de medicamentos para tratamiento de GBM [11] 
 
 
 
Introducción 
 
 
 
12 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (ETSII) 
Figura 7. Diseño del dispositivo implantable 
el correcto funcionamiento de carga de los programas desde MPLAB – X – IDE a la 
placa con el uso del depurador de circuitos MPLAB PICkit 4. 
 
- Manejo en el uso de sondas: se pretende aprender sobre el uso de las sondas 
comerciales del proveedor Rohde & Schwaez y en concreto el producto HZ – 15 E and 
H near-field probe set para la medida de campos eléctricos en los pozos de cultivos de 
células y el uso de los diagramas de Bode característicos de dichas sondas [13]. 
 
- Manejo en el uso de instrumentación general: se espera aprender el manejo de los 
instrumentos y dispositivos de carácter general de los que dispone el CEI tales como 
osciloscopios, generadores de corrientes y otros dispositivos analógicos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1.4 Estructura del documento 
 
En este apartado se recoge el título de todos los capítulos en los que se estructura el documento, 
así como una pequeña descripción de cada uno de ellos: 
 
- Capítulo 1, Introducción. Breve explicación del tema del proyecto y el contexto en el 
que se ambienta. Se establecen tanto los objetivos individuales como los del propio 
proyecto, y se enumeran los capítulos en los que se divide la memoria. 
 
- Capítulo 2, Instrumentación de microcontrolador y software. Se desarrolla una 
breve descripción del microcontrolador PIC12F1572, su placa de desarrollo Explorer 8 
y su depurador de circuito MPLAB PICkit 4, así como del entorno de programación 
MPLAB – X – IDE elegido. También se destacarán las principales características que 
se han tenido en cuenta para la elección de dichos instrumentos de trabajo. 
 
- Capítulo 3, Generación de señal PWM de frecuencia y ciclo de trabajo variable. Se 
explica el proceso que ha tenido lugar para el desarrollo del programa encargado de 
generar en un pin del microcontrolador una señal PWM de tal manera que el usuario 
pueda modificar a voluntad su frecuencia y ciclo de trabajo. Para ello se ha 
implementado dicho programa de dos formas: 
 
 
 
 
Diseño de un prototipo para la validación de terapia de tumores cerebrales 
 
 
Gonzalo Fernández Moreno 13 
• Mediante un código propio para el propio uso del estudiante y otros usuarios 
experimentados con el entorno de programación de tal manera que se puede 
profundizar más en el proceso de variación de las variables y registros 
encargados de la generación de la señal. 
 
• Mediante un configurador de código propio de MPLAB – X – IDE llamado 
MCC cuyo uso simplifica en gran manera la variación de la frecuencia y el ciclo 
de trabajo de la señal. Esta otra forma se ha implementado especialmente para 
la comodidad de su uso por parte de los biólogos e investigadores del CNIO ya 
que no son usuarios experimentados en el uso de dicho entorno de programación. 
 
- Capítulo 4, Cálculo teórico del campo eléctrico a medir. Primero se hace una breve 
explicación de la teoría de campo eléctrico en placas planas y la continuidad de éste en 
distintos medios dieléctricos para pasar a continuación al cálculo teórico de la expresión 
del campo eléctrico en función del espesor de los pozos de cultivo celulares que 
posteriormente se medirá de forma experimental mediante las sondas. 
 
- Capítulo 5, Pruebas experimentales. Previamente se explica el proceso de calibración 
de las sondas mediante una estructura compuesta por dos láminas de aluminio a modo 
de condensador de placas paralelas. A continuación, se explican las pruebas 
experimentales realizadas para medir el campo eléctrico en los pozos de cultivo 
celulares utilizando como fuentes el generador de corriente continua y el dispositivo 
analógico desarrollado en el CEI mencionados anteriormente y como instrumentos de 
decisión las sondas. Finalmente se realiza la comparación entre los resultados obtenidos 
en estas pruebas y el cálculo de la expresión de campo eléctrico desarrollado 
teóricamente. 
 
- Capítulo 6, Conclusiones y líneas futuras. Se desarrollan las conclusiones a las que 
se ha llegado tras la elaboración del trabajo y se exponen sus posibles aplicaciones 
tecnológicas y biomédicas. 
 
- Capítulo 7, Gestión del proyecto. Se expone la planificación temporal inicial del 
proyecto, una estimación del presupuesto utilizado para la realización del trabajo y un 
análisis del impacto social del mismo. 
 
- Anexo 1. Guía de uso del programa generado en el entorno MCC. Contiene una guía 
dirigida a los biólogos e investigadores del CNIO del uso del MCC y como variar el 
ciclo de trabajo y frecuencia de la señal a generar. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Instrumentación de microcontrolador y software 
 
 
 
14 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (ETSII) 
Figura 8. Microcontrolador PIC12F1572 
 Capítulo 2 
2. Instrumentación de microcontrolador 
y software 
 
En este capítulo se presenta una breve descripción del microcontrolador PIC12F1572, la placa 
de desarrollo software Explorer 8, el depurador MPLAB PICkit 4, el entorno de programación 
y el compilador, así como su configuración y varios datos técnicos pertenecientes a las hojas de 
datos de los dispositivos proporcionadas por el proveedor Microchip Technology. 
 
2.1 Microcontrolador PIC12F1572 
 
El microcontrolador elegido es el modelo PIC12F1572 de la familia de microchips PIC. Dicho 
microcontrolador combina las capacidades de los PWM de 16 bits con las analógicas para 
adaptarse a una gran variedad de aplicaciones. 
 
Este dispositivo ofrece tres PWM de 16 bits con temporizadores independientes para 
aplicaciones en las que se necesita una alta resolución, como iluminación LED, motores paso a 
paso, fuentes de alimentación y otras aplicaciones de propósito general. Los periféricos 
independientes del núcleo (PWM de 16 bits, generador de forma de onda complementaria), el 
transceptor receptor asíncrono universal mejorado (EUSART) y los analógicos (ADC, 
comparador y DAC) permiten la retroalimentación y la comunicación en bucle cerrado para su 
uso en múltiples segmentos del mercado. El periférico EUSART permite la comunicación para 
aplicaciones como LIN [11]. 
 
La elección de este modelo se debe, entre otras especificaciones, a su capacidad para trabajar a 
baja potencia, su rango de tensión de funcionamiento, su bajo sobrecalentamiento y, sobre todo, 
su gran abanico de posibilidades para generación de señales PWM debido sus periféricos 
independientes y sus pines específicos para dicha aplicación. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Diseño de un prototipo para la validación de terapia de tumores cerebrales 
 
 
Gonzalo Fernández Moreno 15 
Figura 9. Diagrama de pines del microcontrolador PIC12F1572 
Tabla 2. Asignación de pines del microcontrolador PIC12F1572 
Periféricos digitales para generación de señales PWM: 
• 16-Bit PWM: 
 
- Tres PWM de 16 bits con temporizadores independientes. 
 
- Múltiples modos de salida (alineado en el borde, alineado en el centro, fijado y 
conmutado en la coincidencia del registro). 
 
- Ajustes del usuario para la fase, el ciclo de trabajo, el período, la compensacióny la 
polaridad. 
 
- Capacidad de temporizador de 16 bits. 
 
- Interrupciones generadas en base a las coincidencias del temporizador con los 
registros de Compensación, Ciclo de Trabajo, Periodo y Fase. 
 
- Soporta aplicaciones LIN [11]. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Instrumentación de microcontrolador y software 
 
 
 
16 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (ETSII) 
Figura 10. Placa de desarrollo software Explorer 8 
2.2 Placa de desarrollo software Explorer 8 
 
La placa de desarrollo Explorer 8 es una de las últimas placas de desarrollo para evaluar y 
demostrar las capacidades y características de los microcontroladores PIC de 8 bits de 
Microchip. Esta placa es compatible con los PIC de 8/14/20/28/40 pines DIP y 44/64/80 pines 
PIM. 
 
Dicha placa está completamente equipada con dos fuentes de alimentación fijas y una variable, 
un módulo LCD de 16x2 caracteres, un par de cabezales de placa mikroBUS Click para 
acomodar una variedad de módulos enchufables, un par de conectores Digilent Pmod, un 
conector en línea completamente configurable, conectores PICtail y un convertidor USB a 
serie/I2C. El Explorer 8 es totalmente compatible con el MPLAB Code Configurator (MCC) y 
MPLAB – X – IDE v 3.00 o posterior (en este proyecto se ha utilizado la v 5.50) [12]. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
La placa de desarrollo Explorer 8 tiene las siguientes características de hardware: 
 
1. Convertidor serial MCP2221 USB a UART/I2C (U3). 
2. LCD de 16x2 caracteres (LCD1). 
3. MCP23S17 Expansor de E/S para la interfaz LCD (U4). 
4. Ocho LEDs azules (D1 a D8). 
5. Clavijas de cabecera macho para conectar los módulos enchufables (U1A). 
6. Zócalo para conectar MCUs PIC de 40 pines (J8). 
7. Toma para conectar MCUs PIC de 28 pines (J13). 
8. Enchufe para conectar MCUs PIC de 8/14/20 pines (J10). 
9. Cabezales mikroBUS para conectar placas compatibles con mikroBUS (J32 y J35). 
10. Dos interruptores de botón para el estímulo externo (S1 y S2). 
11. Conectores de expansión PICtail para tarjetas hijas PICtail (J3, J5, J11 y J28). 
 
 
 
 
Diseño de un prototipo para la validación de terapia de tumores cerebrales 
 
 
Gonzalo Fernández Moreno 17 
Figura 11. Esquemático de la placa de desarrollo software Explorer 8 
12. Conectores de expansión modular de la tarjeta PICtail Plus para las tarjetas hijas PICtail 
Plus (J19). 
13. Puntos de prueba para 5.0 V (TP1 y TP7), 3.3 V (TP6) y V_VAR (TP5). V_VAR es la 
tensión variable y es igual a la VDD del dispositivo y su lógica asociada. 
14. Conector de expansión en línea de 20 pines (J33). 
15. Cristal de 8 MHz para el oscilador externo del dispositivo (Y1). 
16. Conectores compatibles con Digilent Pmod (J17 y J20). 
17. Potenciómetro de 10 kΩ para las entradas analógicas (R25). 
18. LED indicador de potencia variable (D9). 
19. Indicador de alimentación de 3.3 V (LD2). 
20. Indicador de alimentación de 5.0 V (LD1). 
21. Fuentes de alimentación de 5.0 V (U5), 3.3 V (U1) y variable (U2). 
22. Conector de barril para alimentación de 9 V DC (J1). 
23. Conector RJ11 para programación/depuración ICSP usando REAL ICE e ICD 3 (J26). 
24. Cabezal macho de 6 pines para la programación/depuración ICSP usando PICkit 4 (J12). 
25. Interruptor de botón en el MCLR para Reset externo (S3). 
26. Toma micro USB para comunicación USB y/o alimentación USB (J18) [12]. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Instrumentación de microcontrolador y software 
 
 
 
18 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (ETSII) 
La placa de desarrollo Explorer 8 permite al usuario conectar o desconectar los componentes 
de los pines del microcontrolador PIC o de otros componentes de la placa a través de puentes 
asociados. A continuación, se detallan los puentes utilizados para conseguir el funcionamiento 
requerido de nuestra placa con el microcontrolador PIC12F1572 de 8 pines: 
 
- J4, J31: Las conexiones dependen de si RA5 y RA4 están configurados como un puerto 
de E/S o como un pin VCAP. En nuestro caso el pin RA5 está configurado como un 
puerto de E/S (11). 
 
- J37: Selecciona si el pin RA6 o el RA5 está conectado al cristal externo de 8 MHz (Y1). 
En nuestro caso el cristal de 8 MHz está conectado al pin OSC2/RA5 del MCU (12). 
 
- J36: Selecciona si el pin RA7 o el RA4 está conectado al cristal externo de 8 MHz (Y1). 
En nuestro caso el cristal de 8 MHz no está conectado al pin OSC1/RA7 del MCU (13). 
 
- J7, J21: Conecta los cátodos de los LEDs D1 a D4 a tierra para proporcionar una ruta 
de corriente continua de los LEDs y los cátodos de los LEDs D5 a D8 a tierra para 
proporcionar una ruta de corriente continua del LED respectivamente. En nuestro caso 
están conectados todos a tierra (6). 
 
- J59, J60: Conecta RB5 al pin RESET del expansor de E/S MCP23S17 y RA2 con el 
pin MCP23S17 I/O MCP23S17 I/O Chip Select (CS). En nuestro caso ambos pines 
están conectados (5). 
 
- J61: Conecta el pin VDD de la pantalla LCD a la alimentación de +5 V de alimentación. 
En nuestro caso está conectado (18). 
 
- J24: Para suministrar una salida regulada de 3.3 V. En nuestro caso está suministrada 
(19). 
 
- J53, J55, J54, J56: Conecta el pin RX de la UART del microcontrolador con el pin TX 
del MCP2221 y el pin UART TX del microcontrolador al pin RX del MCP2221. En 
nuestro caso RC6 está configurado como el pin TX del microcontrolador y RC7 está 
configurado como el pin RX del microcontrolador (4). 
 
- J14, J30: Selecciona 3.3 V, 5.0 V o una tensión variable para la alimentación de la 
placa. En nuestro caso la placa se alimenta con 5 V (15). 
 
- J2: Selecciona si se alimenta la placa con 5 V a través de USB o de la salida del 
regulador de 5V. En nuestro caso la placa se alimenta por USB (16). 
 
- J51, J52: Conecta los pines PGD y PGC del PICkit 4, respectivamente para la 
programación ICSP. En nuestro caso ambos pines están desconectados (17). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Diseño de un prototipo para la validación de terapia de tumores cerebrales 
 
 
Gonzalo Fernández Moreno 19 
Figura 12. Ubicación de los puentes de la placa de desarrollo software Explorer 8 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2.3 MPLAB PICkit 4 
 
El depurador en circuito MPLAB PICkit 4 (PG164140) permite depurar y programar, rápida y 
fácilmente, los microcontroladores Microchip PIC (basados en Arm® Cortex®-M7) utilizando 
la interfaz gráfica de usuario del entorno de desarrollo integrado MPLAB – X – IDE. 
El MPLAB PICkit 4 se conecta al ordenador mediante una interfaz USB 2.0 de alta velocidad 
y puede conectarse al objetivo a través de un conector Single In-Line (SIL) de depuración de 8 
pines de Microchip. El conector utiliza dos pines de E/S del dispositivo y la línea de reset para 
implementar la depuración en circuito y la programación en serie en circuito (ICSP). Una ranura 
adicional para tarjetas micro-SD y la capacidad de autoalimentarse desde el objetivo permite al 
usuario llevar el código consigo y programar sobre la marcha. 
 
El sistema de depuración ejecuta el código como un dispositivo real porque utiliza un 
dispositivo con circuitos de emulación incorporados, en lugar de un chip depurador especial. 
Todas las características disponibles de un determinado dispositivo son accesibles de forma 
interactiva, y pueden ser configuradas y modificadas por la interfaz de MPLAB – X – IDE [13].Instrumentación de microcontrolador y software 
 
 
 
20 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (ETSII) 
 Figura 13. Depurador de circuitos MPLAB PICkit 4 
 
 
 
Figura 14. Diagrama de bloques del MPLAB PICkit 4 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Diseño de un prototipo para la validación de terapia de tumores cerebrales 
 
 
Gonzalo Fernández Moreno 21 
Figura 15. Sistema de depuración estándar - Dispositivo con circuito ICE integrado [13] 
Figura 16. MPLAB - X - IDE 
La manera de conexión a la placa de desarrollo Explorer 8 es la estándar, con el cabecero 
predeterminado y la manera de alimentación es por cable micro-B USB conectado a un 
ordenador: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2.4 MPLAB – X – IDE 
 
El Entorno de Desarrollo Integrado MPLAB – X - IDE es un programa de software ampliable 
y configurable que incorpora herramientas para ayudar a configurar, desarrollar, depurar y 
calificar diseños embebidos para la mayoría de los microcontroladores y controladores de señal 
digital PIC. MPLAB – X – IDE funciona a la perfección con el ecosistema de desarrollo de 
software y herramientas de MPLAB, las cuales son completamente gratuitas y es el motivo 
fundamental por el cual se ha elegido este software como entorno de programación para nuestro 
microcontrolador [14]. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Para la programación de código propio por parte del usuario es necesario incorporar a dicho 
entorno de desarrollo el compilador gratuito MPLAB –XC – Compiler el cual permite traducir 
el código en alto nivel que se utiliza para el programa del proyecto en código fuente para el 
microcontrolador [15]. 
 
 
 
 
 
 
 
Instrumentación de microcontrolador y software 
 
 
 
22 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (ETSII) 
Figura 17. MPLAB - XC - Compiler 
Figura 18. MPLAB Code Configurator (MCC) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Para el desarrollo del programa orientado a los investigadores del CNIO se utiliza un 
complemento del entorno de programación llamado MPLAB Code Configurator (MCC), el cual 
es un entorno de programación gráfico gratuito que genera un código C fluido y fácil de 
entender para insertar en un proyecto. Este complemento simplifica la programación a alto nivel 
hasta una serie de selecciones simples de los menús dentro del MCC. 
 
El MCC genera código de controlador utilizando una interfaz gráfica de usuario (GUI). Los 
controladores generados controlan los periféricos de los microcontroladores de la familia PIC. 
La GUI proporciona un medio sencillo para configurar la configuración de los periféricos. 
Además, el MCC se usa para configurar y generar bibliotecas, lo que le permite configurar y 
generar código para bibliotecas de software y periféricos fuera de chip. Los controladores o 
bibliotecas generados se pueden usar en cualquier programa de aplicación de dispositivo PIC 
[16]. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A continuación, se muestra el conexionado a la placa de desarrollo Explorer 8 del depurador 
de circuito MPLAB PICkit 4 y del microcontrolador PIC12F1572 para la generación de la 
señal PWM y visionado en el osciloscopio realizado en el CEI: 
 
 
 
 
 
 
 
Diseño de un prototipo para la validación de terapia de tumores cerebrales 
 
 
Gonzalo Fernández Moreno 23 
Figura 19. Esquema del conexionado de los dispositivos 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Generación de señal PWM de frecuencia y ciclo de trabajo variable 
 
 
 
24 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (ETSII) 
 Capítulo 3 
3. Generación de señal PWM de 
frecuencia y ciclo de trabajo variable 
 
En este capítulo se explican las dos maneras que se han seguido para el desarrollo de un 
programa capaz de generar una señal PWM de frecuencia y ciclo de trabajo variable. Como se 
ha mencionado anteriormente, el objetivo del desarrollo de este programa de generación de 
señal PWM es conseguir una posible simulación de ordenador que los investigadores y biólogos 
del CNIO puedan utilizar, variando los parámetros mencionados anteriormente, para poder 
hacer las pruebas de tensión necesarias que tendría que aplicar el microcontrolador implantado 
en la superficie cerebral a las células cancerígenas del tumor. 
 
3.1 Programa mediante código propio 
 
Para el desarrollo de este código se han generado 4 ficheros separando el programa fuente por 
bloques y así conseguir una mayor modularización del programa. Estos ficheros se compilarán 
por separado, obteniendo diferentes ficheros objeto. Una vez obtenidos, los módulos objeto se 
pueden reunir para formar bibliotecas. 
 
Para obtener el programa ejecutable, se enlazará el módulo objeto que contiene la 
función main() con varios módulos objeto y/o bibliotecas. Las ventajas de dicha 
modularización son: 
 
- Los módulos contendrán de forma natural conjuntos de funciones relacionadas desde un 
punto de vista lógico. 
 
- Resulta fácil aplicar un enfoque orientado a objetos. Cada objeto (tipo de dato abstracto) 
se agrupa en un módulo junto con las operaciones del tipo definido. 
 
- El programa puede ser desarrollado por el usuario de forma cómoda. El programador 
puede trabajar en distintos aspectos del programa, localizados en diferentes módulos. 
Pueden reusarse en otros programas, reduciendo el tiempo y coste del desarrollo del 
software. 
 
- La compilación de los módulos se puede realizar por separado. Cuando un módulo está 
validado y compilado no será preciso recompilarlo. Además, cuando haya que modificar 
el programa, sólo tendremos que recompilar los ficheros fuente alterados por la 
modificación. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Diseño de un prototipo para la validación de terapia de tumores cerebrales 
 
 
Gonzalo Fernández Moreno 25 
Figura 20. Esquema de modularización de un programa [17] 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Los 4 ficheros en los que se ha divido el programa son: 
 
- PWM1.c : En este fichero se incluyen varias funciones que inicializan y modifican 
todos los registros del periférico PWM1 configurados para la correcta generación de la 
señal. A continuación, se detalla el modo de generación de PWM que se ha escogido y 
los principales registros que se han modificado: 
 
El modo seleccionado es el estándar (MODE <1:0> = 00 del PWM1CON), dicho modo 
selecciona una salida PWM monofásica la cual se determina cuando el período, el ciclo 
de trabajo y los recuentos de fase coinciden con el valor PWM1TMR. El inicio del ciclo 
de trabajo ocurre en la coincidencia de fase y el final del ciclo de trabajo ocurre en la 
coincidencia del ciclo de trabajo. La coincidencia del periodo reinicia el temporizador 
y la coincidencia de offset también se puede utilizar para sincronizar el PWM1TMR en 
los modos de offset. 
 
𝑃𝑒𝑟𝑖𝑜𝑑 = 
(𝑃𝑊𝑀1𝑃𝑅 + 1) ∙ 𝑃𝑟𝑒𝑠𝑐𝑎𝑙𝑒
𝑃𝑊𝑀1𝐶𝐿𝐾
 
 
 ( 1 ) 
 
 
𝐷𝑢𝑡𝑦 𝐶𝑦𝑐𝑙𝑒 = 
(𝑃𝑊𝑀1𝐷𝐶 − 𝑃𝑊𝑀1𝑃𝐻)
𝑃𝑊𝑀1𝑃𝑅 + 1
 
 
 ( 2 ) 
 
 
En cuanto a los modos de offset, estos proporcionan los medios para ajustar la forma de 
onda de un módulo PWM esclavo con respecto a la forma de onda de un módulo PWM 
maestro en el mismo dispositivo.