Laboratorio de Electrónica

Author(s):
Mariano Barrón Ruiz - Universidad del País Vasco

Industry:
University/Education

Products:
LabVIEW

The Challenge:
Muchas veces, las limitaciones del horario escolar destinado a las prácticas de Electrónica, obligan a los profesores a reemplazar los experimentos tradicionales con dispositivos electrónicos reales, por ejercicios de simulación realizados en un PC.

The Solution:
Diseñar un equipo de bajo costo que agilice al máximo la fase de montaje de los circuitos. Acelerar la fase de interconexión de los circuitos a los equipos generadores y registradores de señales, sustituyendo los equipos de medida clásicos por instrumentos virtuales realizados con LabVIEW. Permitir la realización de prácticas remotas a través de Internet.

Electronics-Lab es un equipo para montaje y verificación de circuitos electrónicos enfocado hacia la enseñanza-aprendizaje de la electrónica analógica y digital. Está formado por una estación de trabajo, y un conjunto muy completo de instrumentos virtuales realizados con NI LabVIEW.

 

Estación de trabajo

La estación de trabajo, véase foto 1, desarrollada en base a un microcontrolador de 8 bits, constituye un elemento fácilmente transportable que incluye su propia fuente de alimentación. Proporciona un área para montaje de prototipos, aporta alimentación a los circuitos y se encarga de la generación de las señales de excitación, de la adquisición de las señales que se desean visualizar y de la transmisión de las mismas hacia el puerto serie de un PC. La estación de trabajo incluye:

•         Alimentación a + 5 V, + 2,5 V y 0 V.

•         8 entradas analógicas.

•         16 entradas digitales.

•         Entrada digital FREC, para medida de frecuencia de señales TTL o CMOS.

•         Dos salidas analógicas para sendos generadores de señal.

      •         Salida digital de reloj.

•         16 salidas digitales controlables de forma manual o automática.

•         Salidas SDA y SCL, para control de dispositivos electrónicos con bus I²C.

•         Salida digital COMP, activada al detectar un patrón en las 16 entradas digitales.

•         Área para montaje de prototipos.

•         Área para conexión de circuitos montados en tarjetas.

•         Dos salidas analógicas para sendos generadores de señal.

 

Generadores de señales A y B

Poseen controles para fijar: tipo de señal (senoidal, triangular, cuadrada, diente de sierra o DC), amplitud, valor mínimo, frecuencia  y desfase.

 

 Generador de reloj

Proporciona una señal rectangular de Periodo y Ton ajustables.

 

Generador de palabras

Es una memoria de 256 palabras de 16 bits cuyo contenido puede enviarse a las 16 salidas digitales de la estación de trabajo dato a dato, como una ráfaga o en forma cíclica, insertando una demora entre datos. El generador también permite conmutar manualmente el estado lógico de cualquier salida digital.

 

Frecuencímetro

Mide la frecuencia de la señal digital aplicada a la entrada FREC de la estación de trabajo.

 

Osciloscopios analógico y digital.

Muestran 8 señales analógicas y 16 señales digitales de baja frecuencia en tiempo real. Cada señal se muestra en un color diferente para facilitar su lectura. El osciloscopio digital permite añadir un rótulo a cada señal para identificar su misión. En ambos osciloscopios se puede ocultar o mostrar una señal oculta haciendo clic sobre la leyenda o pequeño gráfico situado a la derecha del nombre de la señal.

 

Paneles de medidas de señales digitales y de señales digitales.

Cada osciloscopio dispone de un botón C, para capturar las últimas muestras de las señales. Los paneles de medida permiten examinar las muestras capturadas y realizar medidas de tiempos y de amplitud con la ayuda de cursores, controles de desplazamiento y de zoom.

 

 Osciloscopio analógico en modo X-Y.

Representa en el eje X o en el eje Y, cualquiera de las 8 señales de entrada analógicas, o la diferencia entre dos señales analógicas. El modo X-Y resulta de utilidad para observar las curvas características de diodos, transistores, disparadores de Schmitt, etc., o para visualizar figuras de Lissajous con la ayuda de los dos Generadores de Señal.

 

Controlador de bus I²C.

La estación de trabajo puede actuar como dispositivo maestro de un bus I²C, y registrar el diálogo con los dispositivos esclavos, mostrando los octetos intercambiados y las condiciones del bus (Start, Stop, Ack y Nack).

 

Detector de patrones digitales.

Es un panel utilizado para fijar el estado lógico que debe aparecer en algunas de las 16 entradas digitales (o en todas ellas) para que se active la salida digital COMP.

 

Análisis espectral.

Se trata de un panel dinámico que actualiza el espectro de potencia de la señal presente en la entrada analógica seleccionada cada 150 ms. Unos visualizadores señalan en todo momento la frecuencia y potencia en dB, correspondientes a la posición del cursor.

 

Laboratorios remotos.

La tecnología Remote Panels de LabVIEW permite trabajar con el laboratorio de electrónica de forma remota a través de Internet (o de una intra-net), utilizando un navegador e interactuando sobre los controles del laboratorio de igual forma que en modo local.

 

Desarrollo de las prácticas.

El desarrollo de una práctica de electrónica presenta tres aspectos principales: el montaje del hardware; la selección de los instrumentos de medida; y el registro, análisis y documentación de las experiencias realizadas al alimentar el circuito, excitarlo adecuadamente, observar y medir las señales más significativas.

 

Después de ensamblar el circuito en el área de montaje de prototipos, se deben unir sus entradas con las salidas de los generadores de la estación de trabajo y conectar determinados puntos del circuito a las entradas de los instrumentos de visualización que ofrece la aplicación desarrollada con LabVIEW.

Si el profesor considera interesante conservar la práctica para demostraciones posteriores, puede realizar un montaje permanente del circuito en tarjetas de conexionado rápido, como la mostrada en la foto 3, asignar nombres a las señales digitales de entrada y salida, y guardar la configuración de los instrumentos virtuales en un fichero. Tras este proceso, la reproducción de una práctica es inmediata. Todo lo que se necesita es pinchar la tarjeta de conexionado rápido en el lado derecho de la estación de trabajo, lanzar la aplicación de PC y recuperar el fichero de configuración.

 

En la fase de documentación o de elaboración del texto de las prácticas también resulta interesante el software de PC elaborado con LabVIEW. El profesor puede capturar imágenes de la pantalla, utilizando la opción de menú Copy Data que ofrece el menú contextual de cada indicador gráfico, y llevar la imagen al procesador de textos.

 

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Mariano Barrón Ruiz
Universidad del País Vasco

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