Introducción
En la actualidad el osciloscopio sigue siendo la herramienta privilegiada en un laboratorio para medir señales de todo tipo. Su función principal es la medición de la diferencia de potencial entre dos nodos de un circuito pero a diferencia del multímetro no lo hace de manera estática sino que nos muestra cómo esa magnitud va cambiando o no en el tiempo a través de una pantalla. Asimismo el osciloscopio digital tiene la posibilidad de capturar eventos, guardarlos en memoria y mostrarlos en su display como si fuese una fotografía. Estos eventos que a veces se manifiestan de manera asincrónica eran, hasta hace poco, difíciles de analizar con tanta precisión como la que hoy día contamos. Por ello resulta indispensable que el técnico sepa usar esta invalorable herramienta.
El objetivo de esta actividad será entonces conocer las distintas posibilidades que nos brinda el osciloscopio como instrumento de medición y captura de datos.
Conocimientos previos para la correcta resolución de la actividad
Si bien el objetivo al que apunta esta actividad se basa en el uso del osciloscopio como herramienta de medición, para la resolución de estos casos se requerirá un mínimo conocimientos acerca de:
Transmisión de datos serie. Protocolo serie RS-232. Conector DB9. Configuración del programa Hyperterminal para la generación de señales serie por el puerto RS-232. Protocolo RC5 y SIRC. Uso de un fototransistor como elemento detector de señales infrarrojas. Circuitos integrados que demodulan la señal emitida por infrarrojos.
Desarrollo
Esta actividad se basa en la resolución de dos casos.
Primer caso:
El puerto serie RS232 ha sido y hasta el día de hoy sigue siendo una forma de comunicación sumamente utilizada en numerosos dispositivos electrónicos. Actualmente esta interfaz va siendo reemplazada por la conexión USB, pero la complejidad de esta última nos fuerza a estudiarla y analizarla en otra oportunidad.
Una manera cómoda y sencilla de ingresarle datos desde sensores externos a una PC es a través de este puerto de comunicaciones.
Se necesita entonces poder registrar y almacenar la señal generada por el puerto serie RS232 (terminal TX) de
la PC, para realizar a posteriori un análisis de la trama que genera.
Consultar más información en: http://es.wikipedia.org/wiki/RS-232 Pasos básicos a seguir:
1) Armar el cable con el conector DB9 hembra en un extremo usando los terminales RX TX y GND (2 3 y 5 respectivamente) En el otro extremo conectar los tres cables a un poste de pines e identificarlos. Usar un protoboard para realizar la medición.
2) Abrir y configurar el programa Hyperterminal en 9600 bps N-8-1 (sin paridad, ocho bits, un bit de stop).
3) Medir cuidadosamente a fin de no generar cortocircuitos involuntarios con el osciloscopio la señal generada por la PC en el terminal TX, al presionar la tecla A (mayúscula). Recomendación: Ajustar la sensibilidad del canal a 5V. La escala de tiempos a 200 us. El trigger en flanco ascendente barrido único para capturar la imagen
4) Capturar el byte y almacenarlo en memoria.
5) Responder las siguientes preguntas basándose exclusivamente en las mediciones almacenadas en memoria:
a) En estado de reposo (sin presionar tecla alguna) ¿qué tensión se mide en la línea?En reposo se mide una tensión de -11,2 V
b) El bit de start marca el comienzo de transmisión. ¿Cuánto tiempo dura y qué valor de tensión se mide? ¿Que valor de tensión tiene un uno lógico y un cero lógico?
El bit de Start dura 104us (microsegundos) y se mide una tensión de 11,2 V. Un uno lógico tiene un valor de tensión de -11,2 V(reposo). Un cero lógico tiene un calor de tensión de 11,2V , esto significa que funciona con lógica inversa.
c) ¿De qué manera a partir de lo medido se puede inferir que el dato transmitido es la tecla A?
La letra A en código ASCII se representa con el 65. En sexagesimal es equivalente al número 42 . En binario es 01000001 . La señal que se ve en el osciloscopio se representa por medio del número binario (o - Valor máximo \ 1- Valor mínimo), sin contar el bit de start ni el reposo. Si se verifica este numero con la señal que vemos , deben coincidir el momento de los máximos y mínimos con los ceros y unos
d) ¿Se puede observar el bit de STOP? Si, no porque?
No ,porque el bit Sotop está en reposo , se observaría si se teclean dos teclas consecutivas.
e) Cuanto tiempo tarda en transmitirse un byte a la velocidad establecida.
A la velocidad establecida un byte tarda en transmitirse 104 microsegundos.
6) Repetir el punto tres a fin de consolidar los datos medidos y capturados presionando otras teclas en el teclado de la PC.
7) Verificar lo medido cambiando la velocidad de transmisión.
La velocidad de transmisión se redució a la mitad , y el tiempo de Bit se duplico a 208 microsegundos.
Letra A a 4800:
Para realizar esta actividad , necesitamos un cable denominado DB9 , el cual consta de dos fichas con 9 pines , una hembra , que será la que irá conectada a la cpu de la computadora (puerto serie RS232) , y otro macho , donde a través del ingenio de cada uno se debe conectar al protoboard para realizar las mediciones correctamente. Lo recomendables es conectarle a ESE macho , una hembra , y en la parte trasera soldarle cables , para que se coloquen directamente sobre las pistas del protoboard.
Los terminales que vamos a usar de la ficha son 2 , 3 y 5 ( Rx , Tx y GND , respectivamente). Para conectar el osciloscopio solo conectaremos la masa de la punta en GND y la punta en el Terminal de Rx.
Imagen del DB9:
Hyperterminal:
Abrir el programa , y en la ventana que aparece para crear una nueva conexión colocamos cualquier nombre , ya que no cambia en nada nuestra actividad. En donde dice Connect ussing : colocamos la opcion COM1,
Luego nos aparece una ventana donde podemos modificar la velocidad , la cantidad de bits de datos , la paridad , etc.Nosotros colocaremos en :
Bit por segundo : 9600 ( para empezar la practica, luego de modificara)
Bits de datos: 8
Paridad : Ninguno
Control de flujo : Ninguno
Bit de parada : 1
Luego solo ponemos Aceptar , para que se establezcan todas estas propiedades
Segundo caso: Existen distintos tipos de protocolos de comunicación serie ya establecidos para la generación de señales emitidas por controles remotos que usan señales infrarrojas. Todos ellos los encontramos en una larga lista de dispositivos hogareños e industriales: televisores, equipos de audio, conversores de TV Digital, aire acondicionados etc.
Pasos básicos a seguir:
1) Identificar el control remoto por el tipo de control (TV - Audio - VCR - DVD - AA - etc) y su marca en caso de ser posible. Dejar constancia en el trabajo.
2) Armar el siguiente circuito.
3) Presionar una tecla del control remoto.
Consejos iniciales: Oscurecer la zona para evitar que la luz directa incida sobre el fototransistor. Acoplar el canal del osciloscopio en alterna y ajustar la sensibilidad a 200 mV con un barrido de 5 ms aproximadamente.
4) Registrar y almacenar en memoria la señal capturada.
5) Basándose solamente en las imágenes capturadas responder las siguientes preguntas:
a) ¿En qué frecuencia emite la señal infrarroja portadora de los datos?
Se emite a una frecuencia de 1KHz.
b) ¿Cómo se diferencia el uno y el cero?
Cuando primero manda informacion , y luego deja de mandarla , es equivalente a un "0" lógico.
Cuando no manda informacion , y luego lo hace , es esquivalente a un "1" lógico.
Se transmiten en total 14 bit , contando en total el bit de Start , los bit address y de comando.
d) ¿Cómo está compuesta la trama?
El control que utilizamos es un PHILIPS universal . Al apretar el boton POWER, el osciloscopio nos mostro la siguiente trama :
Esta es la señal que nos muestra el osciloscopio , donde : La acotacion Rosa son los bit de start , la Naranja un "1" lógico , y la Verde un "0" lógico.
c) ¿Cuántos bits en total se transmiten?
e) ¿Con qué perioricidad se repite la trama en el tiempo?
Se repite con una perioricidad de 91,2 mS.
6) Repetir los puntos 3 y 4 tantas veces como sea necesario a fin de poder capturar todas las imágenes necesarias para responder con presición las preguntas. Por lo menos capturar señales generadas por tres teclas del control remoto a fin de contrastar la información.
7) Análisis de datos. Confrontar los datos obtenidos con la teoría, e identificar el control remoto analizado con alguno de los protocolos estándar usados en el mercado.
Esta tabla nos muetra los codigos numericos utilizados en el protocolo RC5. Nosotros demostraremos que se cumple con las teclas POWER , VOLUMEN + y VOLUMEN - , que son las recuadradas en la tabla. Para verificar si esta bien se debe pasar el codigo decimal a binario , y leer los ultimos cuatro Bits de la señal. Por ejemplo el Power es el numero 12 en decimal , en binario es 1100 y por lo tanto nuestra señal en el osciloscopio debe mostrar en los ultimos bits el mismo numero que en binario.
Tecla POWER:
Los ultimos bits son 1100 (12 en decimal) , es decir que coinciden con el codigo binario correcto. Las divisiones rojas indican cada bit.
Tecla VOLUMEN +
En decimal es 16 , lo que en binario equivale a 10000. La fotografía muetra como este codigo binario coincide con la imagen.
En decimal es 17 , lo que en binario equivale a 10001. La fotografía muetra como este codigo binario coincide con la imagen.
8) Esbozar una conclusión de la experiencia.
Lo que identifica un botón del otra es el período y la frecuencia con que se repite la trama , a diferencia del caso anterior, donde cada bit poseía la misma diferencia de tiempo una de la otra. También vimos como en el caso A , el "1" y el "0" lógico se identificaban en el eje de tensión , mientras que en el caso B , se diferencian en el eje de tiempo.
Ademas vimos como todos los controlos remotos pueden utilizar o no un protocolo distinto, para poder identificarse cada uno cuando mande la señal. (El control remoto que utilizamos nosotros utiliza el protocolo RC5)
Actividades que realizan los alumnos
- Arman los circuitos.
- Miden, capturan y almacenan señales complejas.
- Analizan y comparan las mediciones realizadas.
- Redactan un informe ordenado con los pasos realizados para resolver los dos casos y lo publican en el blog del grupo adjuntando fotografias y videos.
Plazos estimados
Una semana y media para la enseñanza y la resolución de los dos casos propuestos en la actividad, incluyendo el informe de lo realizado en el blog.
Materiales e insumos necesarios
- PC - Sistema Operativo Windows con conectividad a Internet.
- Programa Hyperterminal.
- Osciloscopio RIGOL DS1102E.
- Punta para medición del osciloscopio.
- Pendrive cuya capacidad no exceda los 2 GB para almacenar las mediciones realizadas con el osciloscopio.
- Cable DB9 con terminales para inserción en protoboard.
- Fototransistor.
- Resistor.
- Control remoto.
La página siguiente nos será util para todo lo relacionado con el codigo ASCII .
