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En la vida diaria la electrónica está presente en muchos aspectos de ésta, y cada vez se crean más puestos de trabajo en este ámbito científico, por esta razón, los jóvenes de Educación Secundaria Obligatoria deberían poseer unos conocimientos mínimos de electrónica y programación, para desenvolverse con nuevos equipos y dispositivos que vienen emergiendo. Ejemplo de ello, pueden ser los últimos avances en robótica y nanotecnología realizados para propiciar mejor calidad de vida.

El interés científico que se tiene en este ámbito de la ciencia es muy amplio ya que la mayoría de la población española desconoce tanto la teoría, como la técnica, así como del vocabulario relacionado con la electrónica y la programación. Además, este campo científico con sus alegrías y sinsabores, tiene unos límites de desarrollo e innovación insospechados y sin definir aún por la comunidad científica, los cuales pueden ser de gran utilidad en la vida diaria (robótica y nanotecnología). José Manuel Sanchez Ramírez (2016).

Los científicos cada vez más se interesan por este campo, debido a su gran abanico de aplicaciones y ayuda a otros ámbitos científicos como pueden ser la sanidad, la educación, la biología, la industria agro-alimentaria, etc.

Por este motivo, el desarrollo de la electrónica debería estudiarse a partir de una edad temprana por los jóvenes, ya que conlleva el aprendizaje de multitud de conceptos técnicos y tecnológicos, y la realización de diversas habilidades prácticas, tanto de carácter individual como grupal, con el fin de seguir desarrollando este amplio y maravilloso ámbito científico.

La conputación física es un enfoque innovador, es uno de los más prometedores para la enseñanza de la electrónica, la programación y la robótica, ya que introduce los conceptos básicos de la electrónica y la programación en base a supuestos y problemas relacionados con el mundo real para que el alumnado interactúe con ellos.

La computación física, significa la construcción de sistemas interactivos y sistemas físicos mediante el uso de software y hardware los cuales pueden captar y responder a estímulos (programados), tanto al mundo analógico como al digital. Esta definición es muy amplia y puede abarcar aspectos tales como sistemas inteligentes de control de tráfico de automóviles, procesos de automatización de fábricas y procesos tecnológicos que ayudan en el día a día tal como enviar un mail. En un sentido más amplio, la computación física es un marco creativo para la comprensión de la relación de los seres humanos en el mundo digital citado por Thijssen (2007).

En la práctica, a menudo el término describe el diseño de proyectos o aplicaciones que utilizan sensores y microcontroladores para traducir entradas analógicas a sistemas basados en software, y controlar dispositivos electromecánicos tales como: motores, servos, sistemas de iluminación u otro hardware.

Otras implementaciones de computación física trabajan con el reconocimiento de la voz mediante la captura e interpretación de sus ondas sonoras a través de micrófonos u otros dispositivos de detección, también trabajan en la visión por ordenador, que aplica algoritmos a vídeos detectados por una cámara o a los diferentes tipos de Interfaces táctiles tales como pantallas, que son también un ejemplo de la computación física.

La computación física trata de crear una conversación entre el mundo físico y el mundo virtual mediante un proceso de transducción, este proceso transforma o convierte una forma de energía en otra, es el proceso que permite generar este intercambio de información entre estos dos mundos. Además, presenta múltiples ventajas en el ámbito de la docencia ya que gracias a ella se puede implementar ejemplos de sistemas de computación muy sencillos para su implementación en el aula, en los últimos años se han analizado diferentes estudios docentes sobre la computación física común para aplicarse en la enseñanza de la electrónica y la programación basado en el uso de dispositivos electrónicos fáciles de programar (Thijssen, 2007).

Este enfoque, normalmente va dirigido a estudiantes sin formación previa alguna en programación como es el caso del desarrollo de la unidad didáctica a proponer y aplicar en el presente TFM.

El proceso técnico de transducción, se realiza a través de una serie de dispositivos denominados transductores (sensores y actuadores). Éstos pasan a ser, los elementos principales de un sistema de computación física, es decir, estos son los ojos, los oídos, la boca y las extremidades de sistemas. El proceso de interacción es uno de los conceptos clave en base a la computación física, la interacción se define como un proceso de repetición de una serie de acciones entre dos o más actores, la mayoría de los procesos que se desarrollan en el área de la computación física son procesos iterativos, en términos de computación física se nombran éstos como Input/output processing.

- Input: se refiere a la actividad de procesar la información del exterior hacia el dispositivo electrónico (ordenador/computador).

- Output: se refiere a los procesos que no solo perciben y procesan la información del exterior, sino que también lo cambian o modifican, un proyecto output involucra procesos eléctricos y mecánicos, en definitiva un proceso output es la información que proporciona la computadora después de procesar un conjunto de datos determinados.

El mayor reto de la computación física es poseer las capacidades necesarias para convertir varias formas de energía. Las cuales pueden ser: el calor, el trabajo o diversos tipos de fuerzas, en energía eléctrica y electrónica (energía o codificación electrónica) para que la computadora pueda captar, comprender e interpretar la información que fluye hacia ella.
Cita: Víctor Manuel Rodríguez Peña
@educavictor 2018

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En la vida diaria la electrónica está presente en muchos aspectos de ésta, y cada vez se crean más puestos de trabajo en este ámbito científico, por esta razón, los jóvenes de Educación Secundaria Obligatoria deberían poseer unos conocimientos mínimos de electrónica y programación, para desenvolverse con nuevos equipos y dispositivos que vienen emergiendo.

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CULTURA MAKER Y MOVIMIENTO MAKER ¿Quién y como son los Makers?

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¿Qué es un sensor? tipos de sensores y usos

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Un circuito eléctrico, por lo tanto, es la interconexión de dos o más componentes que contiene una trayectoria cerrada. Dichos componentes pueden ser resistencias, fuentes, interruptores, condensadores, semiconductores o cables, por ejemplo. Cuando el circuito incluye componentes electrónicos, se habla de circuito electrónico.

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La Protoboard, llamada en inglés breadboard, es una placa de pruebas en los que se pueden insertar elementos electrónicos y cables con los que se arman circuitos sin la necesidad de soldar ninguno de los componentes. Las Protoboards tienen orificios conectados entre si por medio de pequeñas laminas metálicas. Usualmente, estas placas siguen un arreglo en el que los orificios de una misma fila están conectados entre si y los orificios en filas diferentes no. Los orificios de las placas normalmente están tienen una separación de 2.54 milímetros (0.1 pulgadas).

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Microcontroladores en objetos cotidianos

Seguro que alguna vez has oído hablar de microcontroladores. Probablemente sabes que son unos componentes electrónicos, y que se encuentran en móviles y ordenadores. Sin embargo, la cosa no queda ahí, ni mucho menos. Hoy en día, casi cualquier aparato usa un microcontrolador o varios: televisores, microondas, porteros automáticos, consolas, lavadoras..., hasta los más insospechados: despertadores, el mando del garaje, relojes digitales, termómetros, juguetes... ¿Tienes una jarra Brita? Pues también lleva uno.

Los microcontroladores están por todas partes. Esto es así, en gran medida, debido a que sustituyen a muchos circuitos que anteriormente se hacían con multitud de componentes, como puertas lógicas, y que resultan más caros de implementar. Con estos circuitos no me refiero sólo a electrónica digital sino que, también, debido a los conversores analógico-digital y viceversa que incorporan, sustituyen a una gran variedad de diseños analógicos. Además, con los avances tecnológicos, los microcontroladores son tan baratos que, incluso circuitos sencillos son ahora implementados con un micro dedicado. La sustitución de circuitos no es el único motivo de que estos chips hayan prosperado tanto, también hay funcionalidades que no podrían darse de otra forma.

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Un microcontrolador es esencialmente un circuito programable que es capaz de ejecutar el código que se le ha programado. El chip cuenta físicamente con un número de patillas, unas configurables y otras con una función predeterminada (como las de alimentación). Las configurables son la mayoría, pudiendo ser establecidas como entradas o salidas. El trabajo a nivel básico de un microcontrolador, podríamos decir que, consiste en leer los voltajes de unas patillas (entradas) y establecer el voltaje de otras (salidas), todo esto en función de lo que dicte el programa que esté ejecutando.

La estructura interna de un microcontrolador típico está formada por diferentes módulos que veremos sobre la marcha.

El programa que ejecutará el chip se diseña en un ordenador y se transfiere a la memoria de programa. Un módulo dentro del microcontrolador es el microprocesador o CPU, que se vale de otros módulos, como la memoria RAM, para ejecutar el código grabado en la memoria de programa. Cuando se ha calculado el voltaje de las patillas de salida o se requieren leer las entradas, el microcontrolador usa el módulo I/O (entrada/salida) como intermediario entre el microprocesador y las patillas.

Generalmente, las entradas y salidas manejan voltajes digitales, es decir, nivel alto y bajo. Dependiendo de la tecnología utilizada, el voltaje que representa cada nivel cambia. Una tecnología muy utilizada es la TTL, donde con nivel bajo nos referimos a 0 voltios y con nivel alto a 5 voltios. En casos particulares, los pines (patillas), utilizan voltajes analógicos, es decir, cualquier voltaje siempre que esté en el rango que el microcontrolador pueda soportar.

Periféricos

Unos módulos muy importantes son los periféricos, que permiten al microcontrolador realizar funciones adicionales. Los periféricos son opcionales y, dependiendo del modelo de microcontrolador, contará con más, menos, mejores o peores. De no estar integrados en el chip o de no ser suficientemente potentes para alguna aplicación específica, éstos, pueden ser montados externamente como un chip dedicado y conectados al microcontrolador.

Oscilador

Toda CPU necesita un "reloj" para ejecutar el código. El reloj consiste en un tren de pulsos que marcan la velocidad a la que la CPU trabaja. Esta señal se consigue con un oscilador, que hoy en día suele venir integrado en todos los microcontroladores y suele ser suficiente para la mayoría de aplicaciones. De lo contrario, este módulo en concreto, no es extraño que se implemente de manera externa.

El conversor analógico-digital sirve para poder introducir al microcontrolador voltajes que no son digitales. Este módulo permite que las etapas analógicas de un circuito puedan trabajar en conjunto con un microcontrolador. Los conversores A/D integrados en los micros suelen ser de gran precisión, aunque existen aplicaciones muy concretas (por ejemplo, un osciloscopio digital) donde se requiere una precisión extrema, que es prácticamente el único motivo de implementar un conversor externo.

La modulación por ancho del pulso (PWM) es una técnica muy utilizada en electrónica digital. Una característica de las señales cuadradas es el tiempo que pasa la señal en nivel alto respecto al periodo total. Este cociente se suele expresar como un porcentaje y se denomina "ciclo de trabajo", duty cycle. Una señal cuadrada perfectamente simétrica tendría un duty del 50%. Con el PWM, el microcontrolador puede generar una señal cuadrada, con duty variable a voluntad.

Muchos microcontroladores implementan uno o varios temporizadores independientes del proceso que está ejecutando el microprocesador, y que pueden ser utilizados para cualquier tarea.

Puertos de comunicación

Unos módulos muy importantes y que permiten expandir las funcionalidades de un micro drásticamente son los puertos de comunicación. Cuando una serie de pines se configuran como puerto de comunicación, estos pueden conectarse a otro chip, un ordenador u otro circuito, de manera que el microcontrolador puede interactuar con ellos. Existen diferentes tipos de puertos de comunicación, que funcionan de manera diferente, pero para el mismo propósito. Cada uno requiere un número determinado de patillas. Algunos ejemplos son el puerto USB, el SPI o el I2C.

Bonus: Escritura del programa en la memoria

En la industria hay mayormente dos formas que se usan para trasmitir el programa compilado en el ordenador, a la memoria del microcontrolador. En ocasiones se opta por que el mismo fabricante provea los circuitos integrados con el código pre-programado que el cliente ha facilitado. A continuación, éstos se soldarán a la placa y el montaje continuará.

Otro método consiste en programar el circuito una vez soldado en la placa, conectando el aparato programador a un zócalo o a una zona de la placa habilitados para ello. Dependiendo de la marca del micro, la programación se realiza mediante puertos de comunicación diferentes, como JTAG o ICSP ( In Circuit Serial Programming)...

Los microcontroladores son un mundo completo, con infinitos detalles en los que profundizar, y aunque puedan parecer complejos de implementar, esto no es nada comparado con los circuitos que se utilizaban antes de que estos chips llegasen.
AUTOR: PEDRO F. FERNÁNDEZ Ver todos los artículos del autor para el blog de FdeT
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MICROCONTROLADORES, QUÉ SON Y PARA QUÉ SIRVEN - FdeT blog

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Microcontroladores en objetos cotidianos Seguro que alguna vez has oído hablar de microcontroladores. Probablemente sabes que son unos componentes electrónicos, y que se encuentran en móviles y ordenadores. Sin embargo, la cosa no queda ahí, ni mucho menos.

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https://www.youtube.com/watch?v=Kgz0vD1vSxY