Ministerio de Cultura y Educación
Universidad Nacional de San Luis
Facultad de Ciencias Físico Matemáticas y Naturales
Departamento: Fisica
Área: Area V: Electronica y Microprocesadores
(Programa del año 2017)
(Programa en trámite de aprobación)
(Programa presentado el 03/08/2017 14:01:44)
I - Oferta Académica
Materia Carrera Plan Año Periodo
INTERFACES ING.ELECT.O.S.D 010/05 2017 2° cuatrimestre
INTERFASES ING.ELECT.O.S.D 13/08 2017 2° cuatrimestre
II - Equipo Docente
Docente Función Cargo Dedicación
MURDOCCA, ROBERTO MARTIN Prof. Responsable P.Adj Exc 40 Hs
NUÑEZ MANQUEZ, ALEJANDRO ENRIQ Responsable de Práctico JTP Exc 40 Hs
AGUILERA, FACUNDO Auxiliar de Práctico A.1ra Simp 10 Hs
ANDRADA TIVANI, ASTRI EDITH Auxiliar de Práctico A.2da Simp 10 Hs
III - Características del Curso
Credito Horario Semanal Tipificación Duración
Teórico/Práctico Teóricas Prácticas de Aula Práct. de lab/ camp/ Resid/ PIP, etc. Total B - Teoria con prácticas de aula y laboratorio Desde Hasta Cantidad de Semanas Cantidad en Horas
Periodo
 Hs. 3 Hs. 2 Hs. 3 Hs. 8 Hs. 2º Cuatrimestre 07/08/2017 17/11/2017 15 120
IV - Fundamentación
La adquisición, conversión y transmisión de datos son imprescindibles en todo proceso de automatización y control industrial o científica. Para ello se deben conocer los diferentes métodos de conversión y transmisión de datos.
Los sensores, sus características, campos de aplicación y el diseño de los circuitos de acondicionamiento de señal correspondiente son fundamentales para la medición de magnitudes físicas. Es necesario por tanto conocer las distintas tecnologías utilizadas en los procesos de medición electrónica y su interconexión con sistemas embebidos.
V - Objetivos
El estudiante desarrollara capacidades para analizar y diseñar un sistema completo de medida de magnitudes físicas para una aplicación industrial o científica usando sistemas basados en microprocesadores, microcontroladores, DSP, FPGA o PC.
Así mismo, el estudiante podrá realizar los circuitos de interfaces necesarios para poder hacer interactuar los distintos módulos electrónicos de un sistema de medida complejo.
VI - Contenidos
Unidad 01: Transmisión de Datos.
Comunicación de Datos. Definición. Clasificación. Elementos de un sistema de transmisión de datos. Protocolos. Dispositivos lógicos asociados a las comunicaciones.
Transmisión Paralelo: Definición. Ventajas y desventajas. Puertos en los Microcontroladores. Buses. Bus Paralelo.
Transmisión Serie: características. Transmisión serie sincrónica y asincrónica. La UART. El estándar RS-232. El puerto serie de la PC. Interfaces. La UART en los Microcontroladores. Transmisión serie entre Microcontrolador y PC. Estándar RS-422. Estándar RS-485. Características. Aplicaciones. Comunicación Maestro/Esclavo. Transmisión en lazo de corriente 4-20mA. Buses Seriales. Bus Microwire. Bus SPI. Características, interfaces y Aplicaciones. Bus I2C. Características. Aplicaciones. Dispositivos I2C. Protocolo 1-Wire. Características. Aplicaciones. Bus USB. Características. Funcionamiento. Interfaces. El puerto USB en el Microcontrolador. Adaptadores USB -TTL y USB-RS232. Puertos virtuales en el PC.

Unidad 02: Conversión de Datos.
Introducción. Procesamiento digital. Magnitudes analógicas y digitales. Muestreo y retención (Sample and Hold). Velocidad de Muestreo de Nyquist. Aliasing. Cuantificación. Codificación. Conversión Analógica-Digital y Digital-Analógica: generalidades. Conversión Digital-Analógica. Principio de Funcionamiento. Función de transferencia. Características Estáticas. Características Dinámicas. Errores en los convertidores DA. Métodos de Conversión DA: resistencias ponderadas, fuentes de corriente ponderadas en binario y Escalera de resistencias (R-2R). Descripción de convertidores DA comerciales. Conversión Analógica-Digital. Principio de Funcionamiento. Función de transferencia. Características Estáticas. Características Dinámicas. Errores en los convertidores AD. Métodos de Conversión AD: Paralelo (Flash), Semi-Paralelo (Half Flash), Rastreador, Aproximaciones Sucesivas, Rampa Simple, Rampa doble, Pipeline y sobre-muestreo. Módulos convertidores A/D de los Microcontroladores. Descripción de Convertidores AD comerciales. Criterios de Selección.

Unidad 03: Introducción a los Sistemas de Medida.
Introducción a los sistemas de medida. Conceptos generales y terminología. Definiciones y clasificación de magnitudes físicas. La cadena de Medida. Variables y Señales. La instrumentación electrónica en el control de Procesos. Sistema de Medida. Características Estáticas. Errores: Exactitud, Veracidad y precisión. Propagación de Errores. Calibración. Patrones. Características Dinámicas.

Unidad 04: Acondicionamiento de señal.
Acondicionamiento de señal. Amplificación/atenuación. Filtrado. Repaso del Amplificador Operacional. Amplificadores de instrumentación. Dispositivos comerciales. Amplificadores de ganancia programable (PGA). Amplificadores de aislamiento (AA). Tipos de amplificadores de asilamiento. Filtros Analógicos. Filtros programables. Acondicionamiento digital de señales. Acondicionamiento de entradas de Microcontroladores. Opto aislación. Protección. Sistemas de Adquisición, filtrado y acondicionamiento integrados. Modelos comerciales.

Unidad 05: Sistemas de instrumentación avanzada.
Introducción a los Sistemas de adquisición de datos. Arquitectura. Configuraciones típicas. Instrumentos programables. Configuración de entradas analógicas. Multiplexado analógico. Placas de adquisición de datos para PC. Características. Tarjetas comerciales. Estudio de una placa de adquisición y control para PC. Módulos adquisición USB. Buses de instrumentación. Bus ISA, PCI y PCI-Express. Bus IEEE-488 (GPIB). Instrumentación Virtual. Aplicaciones de la instrumentación Virtual. Software para el control de instrumentación y diseño de instrumentos virtuales. Ejemplos.

Unidad 06: Sensores Resistivos.
Introducción a los sensores resistivos. Sensores potenciómetricos. Características generales. Tipos de potenciómetros. Acondicionamiento de señal para potenciómetros. Errores debido al cableado. Aplicaciones. Sensores de temperatura de resistencia metálica (RTD). Características generales. Curva de calibración. Tipos de RTD. Auto calentamiento. Aplicaciones. Galgas extensométricas. Principio de Funcionamiento. Tipos de Galgas extensométricas. Utilización de las galgas extensométricas. Circuitos de medidas. Sensores de Presión. Termistores. NTC. Características R-T de una NTC. La NTC como sensor de temperatura. Fotorresistencias (LDR). Principio de Funcionamiento. Aplicaciones. Otros Sensores resistivos. Acondicionamiento de señal para sensores resistivos.

Unidad 07: Sensores de Reactancia Variable y Electromagnéticos.
Sensores capacitivos. Condensador simple. Condensador diferencial. Circuitos de Medida. Detectores de Proximidad Capacitivos. Sensores Capacitivos en Silicio: sensor de humedad. Sensor de presión. Acelerómetro Capacitivo. Aplicaciones. Sensores inductivos. Sistemas con sensores inductivos. Circuitos de medida. El transformador lineal diferencial (LVDT). Principio de funcionamiento. Circuitos de medida. Aplicaciones. Detector de Proximidad Inductivo. Sensores electromagnéticos lineales. Sensores electromagnéticos rotativos. Sensores electromagnéticos rotativos de velocidad angular. Sensores electromagnéticos rotativos de posición angular. Sensores de efecto Hall. Circuitos de acondicionamiento para sensores de reactancia variable.

Unidad 08: Sensores Generadores.
Sensores termoeléctricos: termopares. Principio de funcionamiento. Efecto Seebeck. Efecto Peltier. Efecto Thomson. Tipos de termopares. Curvas de calibración. Efecto de las uniones parasitas. Acondicionamiento. Aplicaciones. Sensores piezoeléctricos. Comportamiento de los materiales piezoeléctricos. Los dispositivos piezoeléctricos como sensores: medida de fuerza, presión y aceleración. Sensores de ultrasonido. Técnica de impulso-eco. Aplicaciones de las técnicas de impulso-eco. Acondicionamiento de señal para sensores generadores.

Unidad 09: Sensores Ópticos.
Fotodiodos y Fototransistores. Principio de funcionamiento de los fotodiodos y fototransistores. Acondicionamiento de fotodiodos. Fototransistores. Aplicaciones de fotodiodos y fototransistores. Sensores detectores de objetos. Codificadores ópticos. Codificadores ópticos incrementales. Codificadores ópticos absolutos. Funcionamiento. Aplicaciones. Parámetros de selección. Sensores de color. Detectores de humo y turbidimetros. Espectrofotometría de absorción. Dispositivos de acoplamiento de carga (CCD). Funcionamiento del CCD. CCDs para detección de imágenes en color. Sensores de temperatura ópticos. Pirómetros.

Unidad 10: Otros sensores. Sensores Inteligentes.
Sensores basados en uniones semiconductoras. Sensores inteligentes. Concepto de sensor inteligente. Interface directa con Sistemas Embebidos. Protocolos utilizados. Aplicaciones. Sensores Inalámbricos (Wireless). Distintas Tecnologías. Características. Protocolos de comunicación. Aplicaciones. Redes de Sensores inalámbricos. Tecnología ZigBee. Características. Aplicaciones. Tecnología Bluetooth. Aplicaciones. Tecnología Bluetooth. Bluetooth. Características. Módulos Bluetooth comerciales. Versiones. Interface con Microcontrolador. Sensores utilizados en dispositivos embebidos

Unidad 11: Ruido e interferencias: Técnicas de reducción.
Consideraciones Generales. Fuentes de ruido. Mecanismos de acoplamiento. Acoplamiento conductivo. Acoplamiento Capacitivo. Acoplamiento inductivo. Lazos de tierra (Grund Loops). Otras fuentes de transitorios de tensión. Técnicas para prevenir y evitar los ruidos eléctricos: blindaje, cable par trenzado, aislación, conexión diferencial. Técnicas para evitar el ruido presente en una señal adquirida: Filtrado de la señal por hardware, Filtrado de la señal por software. Técnicas de reducción de ruido en circuitos digitales.

VII - Plan de Trabajos Prácticos
PRÁCTICAS DE LABORATORIO

Laboratorio 01 - Introducción al Laboratorio de Interfaces.
Laboratorio 02 - Comunicación Serie.
Laboratorio 03 - Buses Seriales.
Laboratorio 04 - Bluetooth.
Laboratorio 05 - Adquisición y Conversión. Conversores Digital a Analógicos.
Laboratorio 06 - Adquisición y Conversión. Conversores Analógicos a Digital.
Laboratorio 07 - Acondicionamiento de señal.
Laboratorio 08 - Placa de Adquisición USB / Modulo NOVUS.
Laboratorio 09 - Introducción a los sensores y sus características.
Laboratorio 10 - Introducción a los Actuadores.

PRÁCTICAS DE RESOLUCION DE PROBLEMAS

Guía 01 - Transmisión de Datos. Protocolos. Comunicación serie.
Guía 02 - Buses Seriales.
Guía 03 - Adquisición de Datos I. Conversores D/A y A/D.
Guía 04 - Adquisición de Datos II. Sistemas de adquisición de datos.
Guía 05 - Introducción a los Sistemas de Medida.
Guía 06 - Acondicionamiento, amplificación y filtrado.
Guía 07 - Sensores Resistivos.
Guía 08 - Sensores de reactancia variable. Sensores electromagnéticos.
Guía 09 - Sensores generadores. Sensores digitales. Otros sensores
Guía 10 - Ruidos y Técnicas de Reducción. Interferencias
VIII - Regimen de Aprobación
Para obtener la regularidad en la materia y rendir el examen final como alumno regular será necesario:
- Haber aprobado la totalidad de los exámenes parciales.
- Cada examen parcial posee una recuperación y se permite una recuperación extraordinaria para cada parcial, que se podrá utilizar al final del cuatrimestre.
- Haber aprobado el 100% de las Prácticas de Laboratorio.
- Se podrán recuperar solo el 30% de las prácticas de laboratorio.
No se aceptan alumnos que no estén en condiciones regulares.
La materia no podrá rendirse en forma libre.
IX - Bibliografía Básica
[1] Instrumentación Electrónica - Miguel A. Pérez García y Otros - 2ª Ed. - Paraninfo - 2008.
[2] Sensores y Acondicionadores de señal - Ramón Pallas Areny – 4ª Ed. - Alfaomega - 2007.
[3] Adquisición de Datos Medir Para Conocer y Controlar - Carlos Chicala - Soluciones en Control S.R.L. - 2004.
[4] Interfacing PIC Microcontrollers: Embedded Design by Interactive Simulation - Martin Bates - Elsevier - 2006.
[5] Data Adquisition Handbook - Measurement Computing Corporation – 2012.
X - Bibliografia Complementaria
[1] Instrumentación Industrial - Antonio Creus Sole - Marcombo - Boixareu Editores 6ª Ed. - 1999.
[2] Circuitos de Interfaz directa sensor-Microcontrolador - Ramon Pallas Areny - Marcombo - 2009.
[3] AIP Handbook of Modern Sensors Physics, Designs and Applications - Jacob Fraden - AIP Press - 1995.
[4] Practical Interfacing in the Laboratory. - Stephen E. Derenzo - 2003.
[5] PC Interfacing and Data Acquisition: Techniques for Measurement... - Kevin James - Newness - 2000.
[6] Sensor Handbook - Sabrie Soloman - McGraw-Hill - 2009.
[7] Practical Data Acquisition for Instrumentation and Control Systems - John Park - Elsevier - 2003.
[8] Interfacing Sensors to the IBM PC - Willis J. Tompkins - Prentice Hall - 1988.
[9] Analog Interfacing to Embedded Microprocessor Systems - Stuart R. Ball - Elsevier - 2004.
[10] Measurement and Instrumentation Principles - Alan S. Morris - Butterworth-Heinemann - 2001.
[11] Measurement Systems and Sensors - Waldemar Nawrocki - Artech House - 2005
XI - Resumen de Objetivos
Presentar los distintos tipos de interfaces y sensores utilizados en la industria y laboratorios, sus campos de aplicación así como sus respectivos circuitos de acondicionamiento de señal.
XII - Resumen del Programa
Unidad 01. - Transmisión de Datos.
Unidad 02. - Conversión de Datos
Unidad 03. - Introducción a los Sistemas de Medida.
Unidad 04. - Acondicionamiento de Señal.
Unidad 05. - Sistemas de instrumentación avanzada
Unidad 06. - Sensores Resistivos.
Unidad 07. - Sensores de Reactancia Variable y Electromagnéticos.
Unidad 08. - Sensores Generadores.
Unidad 09. - Sensores Ópticos.
Unidad 10. - Otros sensores. Sensores Inteligentes.
Unidad 11. - Ruido e interferencias. Técnicas de reducción.
XIII - Imprevistos