Antología de interfaces

INSTITUTOTECNOLGICOSUPERIORPURHEPECHA

INSTITUTO TECNOLGICO SUPERIOR PURHEPECHA

ANTOLOGA DE INTERFACES

PRESENTA: ING. MIGUEL NGEL BARRERA VALDS

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TEMA 1: SENSORESINTRODUCCIN Definicin: Un sensor es un dispositivo capaz de medir magnitudes fsicas o qumicas, llamadas variables de instrumentacin, y transformarlas en variables elctricas. Las variables de instrumentacin pueden ser por ejemplo: temperatura, intensidad lumnica, distancia, aceleracin, inclinacin, desplazamiento, presin, fuerza, torsin, humedad, pH, etc. Una magnitud elctrica puede ser una resistencia elctrica (como en una RTD), una capacidad elctrica (como en un sensor de humedad), una Tensin elctrica (como en un termopar), una corriente elctrica (como en un fototransistor), etc. Un sensor es un tipo de transductor que transforma la magnitud que se quiere medir o controlar, en otra, que facilita su medida. Pueden ser de indicacin directa (Ejemplo un termmetro de mercurio) o pueden estar conectados a un indicador (posiblemente a travs de un convertidor analgico a digital, una computadora y un display) de modo que los valores detectados puedan ser ledos por un humano. Por lo general, la seal de salida de estos sensores no es apta para su lectura directa y a veces tampoco para su procesado, por lo que se usa un circuito de acondicionamiento, como por ejemplo un puente de Wheatstone, amplificadores y filtros electrnicos que adaptan la seal a los niveles apropiados para el resto de la circuitera. Terminologa: En general cuando se habla de sensores, se pueden distinguir las siguientes definiciones: Sensor: Es un dispositivo que recibe una seal o estmulo y responde con una seal elctrica. Adems los sensores pueden ser activos o pasivos. a) Sensor activo: Es un sensor que requiere una fuente externa de excitacin como las RTD o clulas de carga. b) Sensor pasivo: Es un sensor que no requiere una fuente externa de excitacin como los termopares o fotodiodos. c) Transductor: Es un convertidor de un tipo de energa a otra. Historia: Un sensor es cualquier dispositivo que detecta una determinada accin externa. Los sensores existen desde siempre, porque el hombre los tiene incluidos en su cuerpo y de diferentes tipos. El hombre experimenta sensaciones como calor o fro, duro o blando, fuerte o flojo, agradable o desagradable, pesado o no. Y poco a poco le ha ido aadiendo adjetivos a Ing.MiguelngelBarreraValds Interfaces

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INSTITUTOTECNOLGICOSUPERIORPURHEPECHAestas sensaciones para cuantificarlas como frgido, fresco, tibio, templado, caliente, trrido. Es decir, que da a da ha ido necesitando el empleo de magnitudes medibles ms exactas.

Fig. 1.1 Algunos Tipos de Sensaciones (Sensores) Humanas. Caractersticas de un sensor: Entre las caractersticas tcnicas de un sensor destacan las siguientes:

Rango de medida: Dominio en la magnitud medida en el que puede aplicarse el sensor. Precisin: Es el error de medida mximo esperado. Offset o desviacin de cero: Valor de la variable de salida cuando la variable de entrada es nula. Si el rango de medida no llega a valores nulos de la variable de entrada, habitualmente se establece otro punto de referencia para definir el offset. Linealidad o correlacin lineal. Sensibilidad de un sensor: Relacin entre la variacin de la magnitud de salida y la variacin de la magnitud de entrada. Resolucin: Mnima variacin de la magnitud de entrada que puede apreciarse a la salida. Rapidez de respuesta: Puede ser un tiempo fijo o depender de cunto vare la magnitud a medir. Depende de la capacidad del sistema para seguir las variaciones de la magnitud de entrada. Derivas: Son otras magnitudes, aparte de la medida como magnitud de entrada, que influyen en la variable de salida. Por ejemplo, pueden ser condiciones ambientales, como la humedad, la temperatura u otras como el envejecimiento (oxidacin, desgaste, etc.) del sensor. Repetitividad: Error esperado al repetir varias veces la misma medida.

Tipos de Sensores en general: Existe una gran cantidad de sensores en el mercado, para poder medir magnitudes fsicas, de los que se pueden enumerar los siguientes: a) Temperatura Ing.MiguelngelBarreraValds Interfaces

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INSTITUTOTECNOLGICOSUPERIORPURHEPECHAb) c) d) e) f) g) h) i) j) k) l) m) n) o) p) q) r) Humedad Presin Posicin Movimiento Caudal Luz Imagen Corriente Conductividad Resistividad Biomtricos Acsticos Imagen Aceleracin Velocidad Inclinacin Qumicos

En la siguiente tabla se indican algunos tipos y ejemplos de sensores electrnicos.Magnitud Transductor Potencimetro Posicinlinealoangular Encoder

Caracterstica Analgica Digital

Transformador diferencialdevariacin Analgica lineal

Galgaextensiomtrica Analgica

Desplazamientoydeformacin Magnetoestrictivos Magnetoresistivos LVDT

A/D Analgica Analgica Analgica Digital

Dinamotacomtrico Encoder Detectorinductivo Velocidadlinealyangular Servoinclinmetros RVDT

Digital A/D Analgica

Girscopo

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INSTITUTOTECNOLGICOSUPERIORPURHEPECHAAcelermetro Aceleracin Servoacelermetros Fuerzaypar(deformacin) Triaxiales

Analgico

Galgaextensiomtrica Analgico

A/D Analgica

Membranas Presin Piezoelctricos

Analgica

ManmetrosDigitales Digital Turbina Caudal

Analgica Analgica Analgica Analgica Analgica Analgica I/0 I/0 I/0 I/0yAnalgica I/0 Analgica Procesamiento digital Procesamiento digital

Magntico Termopar RTD Temperatura

TermistorNTC TermistorPTC Bimetal

Inductivos Sensoresdepresencia Capacitivos pticos Matrizdecontactos Sensorestctiles Pielartificial Cmarasdevideo Visinartificial CmarasCCDoCMOS Sensorfinaldecarrera Sensorcapacitivo Sensordeproximidad

Sensorinductivo

Sensorfotoelctrico Sensoracstico(presinsonora) micrfono Sensoresdeacidez IsFET


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INSTITUTOTECNOLGICOSUPERIORPURHEPECHAfotodiodo

Fotorresistencia Sensordeluz

Fototransistor

Clulafotoelctrica

Sensorescapturademovimiento Sensoresinerciales

Algunas magnitudes pueden calcularse mediante la medicin y clculo de otras, por ejemplo, la aceleracin de un mvil puede calcularse a partir de la integracin numrica de su velocidad. La masa de un objeto puede conocerse mediante la fuerza gravitatoria que se ejerce sobre l en comparacin con la fuerza gravitatoria ejercida sobre un objeto de masa conocida (patrn). 1.1 pticos. Los sensores pticos los forman los foto-interruptores de barrera, reflectivos y los encoders pticos. 1.1.1 Tipos.

a) Foto-Interruptores de Barrera: Estn formados por un emisor de infrarrojos y un fototransistor separados por una abertura donde se insertar un elemento mecnico que producir un corte del haz. La salida ser 0 o 1.

Fig.1.2 Representacin fsica y Esquemtica del sensor foto-interruptor de barrera. b) Foto-Interruptores Reflectivos: Estn formados por un emisor y un receptor de infrarrojos situados en el mismo plano de superficie, que por reflexin permiten detectar dos tipos de colores, blanco y negro normalmente, sobre un elemento mecnico.


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Fig.1.3 Representacin fsica y Esquemtica del sensor foto-interruptor de barrera. c) Encoders pticos Con los foto-interruptores y los reflectivos se pueden montar los encoders pticos, formados por un disco que tiene dibujados segmentos para ser detectados por los sensores. Existen dos tipos de encoders, los Encoders Incrementales y Encoders Absolutos. d) Encoder Incrementales: permiten que un sensor ptico detecte el nmero de segmentos que dispone el disco y otro sensor detecte la posicin cero de dicho disco. e) Encoders Absolutos: permiten conocer la posicin exacta en cada momento sin tener que dar una vuelta entera para detectar el punto cero del disco. La diferencia es que se necesitan varios sensores pticos y el disco debe de tener una codificacin tipo Manchester, por ejemplo.


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INSTITUTOTECNOLGICOSUPERIORPURHEPECHAFig.1.4 Representacin de los tipos de encoders pticos. Existen otros tipos de sensores como los son: * El sensor infrarrojo es un dispositivo electrnico capaz de medir la radiacin electromagntica infrarroja de los cuerpos en su campo de visin. Todos los cuerpos reflejan una cierta cantidad de radiacin, esta resulta invisible para nuestros ojos pero no para estos aparatos electrnicos, ya que se encuentran en el rango del espectro justo por debajo de la luz visible. * Sensores pasivos: Estn formados nicamente por el fototransistor con el cometido de medir las radiaciones provenientes de los objetos. * Sensores activos: Se basan en la combinacin de un emisor y un receptor prximos entre ellos, normalmente forman parte de un mismo circuito integrado. El emisor es un diodo LED infrarrojo (IRED) y el componente receptor el fototransistor. * Sensores reflexivos: Este tipo de sensor presenta una cara frontal en la que encontramos tanto al LED como al fototransistor. Debido a esta configuracin el sistema tiene que medir la radiacin proveniente del reflejo de la luz emitida por el LED. Se tiene que tener presente que esta configuracin es sensible a la luz del ambiente perjudicando las medidas, pueden dar lugar a errores, es necesario la incorporacin de circuitos de filtrado en trminos de longitud de onda, as pues ser importante que trabajen en ambientes de luz controlada. Otro aspecto a tener en cuenta es el coeficiente de reflectividad del objeto, el funcionamiento del sensor ser diferente segn el tipo de superficie. * Sensores de ranura (Sensor Break-Beam): Este tipo de sensor sigue el mismo principio de funcionamiento pero la configuracin de los componentes es diferente, ambos elementos se encuentran enfrontados a la misma altura, a banda y banda de una ranura normalmente estrecha, aunque encontramos dispositivos con ranuras ms grandes. Este tipo se utiliza tpicamente para control industrial. Otra aplicacin podra ser el control de las vueltas de un volante. * Sensores modulados: Este tipo de sensor infrarrojo sigue el mismo principio que el de reflexin pero utilizando la emisin de una seal modulada, reduciendo mucho la influencia de la iluminacin ambiental. Son sensores orientados a la deteccin de presencia, medicin de distancias, deteccin de obstculos teniendo una cierta independencia de la iluminacin. * Sensores de barrido: La diferencia con los anteriores reside en que el sensor realiza el barrido horizontal de la superficie reflectante utilizando seales moduladas para mejorar la independencia de la luz, el color o reflectividad de los objetos. Normalmente estos sistemas forman parte de un dispositivo de desplazamiento perpendicular al eje de exploracin del sensor, para poder conseguir las medidas de toda la superficie. * Configuracin ptica: Esta configuracin se basa en un nico sensor enfrentado a un Ing.MiguelngelBarreraValds Interfaces

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INSTITUTOTECNOLGICOSUPERIORPURHEPECHAcristal, el cual genera la imagen de una seccin de la regin a medir. Dicho cristal solidario con un motor de rotacin con el objetivo de lograr el barrido de toda el rea. Tiene la ventaja que adquiere un secuencia continua de la regin de barrido. Resulta un sistema lento en trminos de exploracin. * Configuracin en array de sensores: En este caso la configuracin del sistema de medida est formado por un array de sensores infrarrojos, por tanto no es necesario la utilizacin de ningn sistema de cristales, nicamente necesita un conjunto de lentes pticas de enfoque(concentracin de la radiacin) a cada uno de los sensores. Esta configuracin es ms compleja pero permite mayor velocidad de translacin y mejor proteccin contra errores de captacin.

Fig. 1.5 Esquema del sensor infrarrojo

1.1.2

Funcionamiento.

La luz como medio detector: Se emplea en muchos sectores de la tcnica y de la vida cotidiana en sistemas de control y regulacin. Para ello se evala una variacin de la intensidad de luz en un segmento ptico (entre emisor y receptor) que es producida por un objeto a detectar. En funcin de las caractersticas de este objeto y de la estructura del segmento ptico se interrumpe el haz luminoso o se refleja, o bien, se dispersa el mismo. Mayoritariamente se utilizan como emisores LEDs de luz infrarroja a impulsos controlados por reloj y como receptores se utilizan fototransistores. La seal de salida es en gran medida independiente de la iluminacin ambiental, ya que la luz visible puede eliminarse fcilmente por filtracin. En operaciones de deteccin vitales se emplean preferiblemente detectores fotoelctricos, o bien, barreras fotoelctricas con LEDs de luz roja, porque el haz luminoso y el punto de deteccin pueden captarse visualmente y ajustarse con mayor facilidad. Refraccin de luz: Los haces luminosos experimentan un cambio de direccin, es decir, una refraccin, en la superficie lmite de dos medios pticos con diferente densidad ptica n (p. ej. vidrio/aire). El grado de la refraccin depende del cociente de las densidades pticas n de ambos medios y del ngulo de incidencia e respecto al eje ptico. Si un haz luminoso cambia de un medio de densidad n a otro de menor densidad n', entonces dicho ngulo presenta un ngulo superior . Encima de crit. (ngulo lmite en el que el haz Ing.MiguelngelBarreraValds Interfaces

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INSTITUTOTECNOLGICOSUPERIORPURHEPECHArefractado pasa paralelamente a la capa lmite), sin embargo, el haz vuelve a penetrar en el medio con la densidad n, es decir, aqu existe una reflexin total.

Ecuacin: Grado de refraccin de luz

Fig. 1.6 Refraccin de la Luz. Filtros de polarizacin: Una parte de la luz de emisor de barreras fotoelctricas de reflexin es reflejada directamente al receptor por objetos a detectar con superficies brillantes p. ej. de chapa blanca, acero fino o aluminio. La luz est formada por un gran nmero de haces individuales que oscilan todos en forma senoidal alrededor de sus ejes de propagacin. Sin embargo, sus planos de oscilacin son independientes entre s y pueden adoptar cualquier posicin angular (ver figura). Si hacen impacto sobre un filtro de polarizacin (retculo sencillas no pueden lineal fino) entonces slo pueden pasar los haces oscilantes paralelamente al plano reticular, sin embargo, los haces oscilantes perpendicularmente al plano se eliminan por completo. De todos los dems planos de oscilacin slo se permite el paso respectivamente a la parte que corresponda a la componente paralela.


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Fig. 1.7 Filtro de polarizacin.

Resolucin y precisin: La resolucin de un sensor es el menor cambio en la magnitud de entrada que se aprecia en la magnitud de salida. Sin embargo, la precisin es el mximo error esperado en la medida. La resolucin puede ser de menor valor que la precisin. Por ejemplo, si al medir una distancia la resolucin es de 0,01 mm, pero la precisin es de 1 mm, entonces pueden apreciarse variaciones en la distancia medida de 0,01 mm, pero no puede asegurarse que haya un error de medicin menor a 1 mm. En la mayora de los casos este exceso de resolucin conlleva a un exceso innecesario en el costo del sistema. No obstante, en estos sistemas, si el error en la medida sigue una distribucin normal o similar, lo cual es frecuente en errores accidentales, es decir, no sistemticos, la repetitividad podra ser de un valor inferior a la precisin. Sin embargo, la precisin no puede ser de un valor inferior a la resolucin, pues no puede asegurarse que el error en la medida sea menor a la mnima variacin en la magnitud de entrada que puede observarse en la magnitud de salida. Los rayos infrarrojos(IR) entran dentro del fototransistor donde encontramos un material piroelctrico, natural o artificial, normalmente formando una lmina delgada dentro del nitrato de galio (GaN), nitrato de Cesio (CsNO3), derivados de la fenilpirazina, y ftalocianina de cobalto. Normalmente estn integrados en diversas configuraciones (1,2,4 pxels de material piroelctrico). En el caso de parejas se acostumbra a dar polaridades opuestas para trabajar con un amplificador diferencial, provocando la auto-cancelacin de los incrementos de energa de IR y el desacoplamiento del equipo. Aplicaciones: a) Domsticas: Para aplicaciones domsticas, los sensores infrarrojos se utilizan en electrodomsticos de lnea blanca tales como hornos microondas, por ejemplo, para permitir la medicin de la distribucin de la temperatura en el interior. Estos dispositivos se usan tambin en el control climtico de la casa para detectar oscilaciones de la temperatura en un local. Este planteamiento permite Ing.MiguelngelBarreraValds Interfaces

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INSTITUTOTECNOLGICOSUPERIORPURHEPECHAque el sistema de climatizacin reaccione antes que la temperatura del local vare. Los sensores infrarrojos tambin se pueden utilizar como sensores de gas. b) Ciencias mdicas y biolgicas: Una tendencia en el diagnstico mdico es desarrollar nuevos mtodos de diagnstico no invasores. Los sensores infrarrojos ofrecen una solucin para ciertos procedimientos de reconocimiento, por ejemplo, los de mama y de msculos. Otra aplicacin mdica para los sensores infrarrojos es la medicin instantnea de la temperatura del cuerpo, es decir, como un termmetro remoto. c) Seguridad Area y Territorial : Los sensores infrarrojos estn siendo utilizada por las fuerzas armadas. Los sistemas infrarrojos de monitorizacin del campo, tanto fijos como porttiles, sustituyen cada vez ms a los sistemas refrigerados por su reducido consumo de energa. d) Automovilismo: En la industria automovilstica, los sensores infrarrojos se usan en el campo de la seguridad y el confort en la conduccin. Monitorizacin del trfico y carreteras, sistemas antiniebla, de los neumticos y frenos, mejoras de la visin del conductor y deteccin de los ocupantes sentados para la activacin de airbags inteligentes son algunas de las aplicaciones anteriores, por su banda el control de la temperatura de la cabina y la monitorizacin de la calidad del aire constituyen las ms recientes. e) Perifricos de TI y Productos de Consumo: Una de las aplicaciones futuras es la integracin de un termostato para las mediciones de la temperatura de los cuerpos y objetos integrados en los telfonos mviles. 1.1.3 Caractersticas. Caractersticas deseables de los transductores. a) Exactitud: La exactitud de la medicin debe ser tan alta como fuese posible. Se entiende por exactitud que le valor verdadero de la variable se pueda detectar sin errores sistemticos positivos o negativos en la medicin. Sobre varias mediciones de la variable, el promedio de error entre el valor real y el valor detectado tendera a ser cero. b) Precisin: La precisin de la medicin debe ser tan alta como fuese posible. La precisin significa que existe o no una pequea variacin aleatoria en la medicin de la variable. La dispersin en los valores de una serie de mediciones ser mnima. c) Rango de funcionamiento: El sensor debe tener un amplio rango de funcionamiento y debe ser exacto y preciso en todo el rango. d) Velocidad de respuesta: El transductor debe ser capaz de responder a los cambios de la variable detectada en un tiempo mnimo. Lo ideal sera una respuesta instantnea. Ing.MiguelngelBarreraValds Interfaces

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INSTITUTOTECNOLGICOSUPERIORPURHEPECHAe) Calibracin: El sensor debe ser fcil de calibrar. El tiempo y los procedimientos necesarios para llevar a cabo el proceso de calibracin deben ser mnimos. Adems, el sensor no debe necesitar una recalibracin frecuente. El trmino desviacin se aplica con frecuencia para indicar la prdida gradual de exactitud del sensor que se produce con el tiempo y el uso, lo cual hace necesaria su recalibracin. f) Fiabilidad: El sensor debe tener una alta fiabilidad. No debe estar sujeto a fallos frecuentes durante el funcionamiento. g) Distancia operativa: Es la distancia caracterstica ms importante de un sensor. Depende bsicamente del dimetro del sensor (bobina o condensador). Una influencia adicional es que tiene las dimensiones y la composicin del material, como tambin la temperatura ambiente. Con los sensores magnticos se debe tener en cuenta adems la alineacin y la fuerza del campo. La definicin de la distancia operativa, segn EN 60947-5-2, es vlida para todos los tipos de sensores, a excepcin de los tipos ranurados y anulares. Existen dos posibilidades para operar con un sensor:

* Por aproximacin axial. * Por aproximacin radial. 1.1.4 Modo de comunicacin.

Los sensores pueden estar conectados a un computador para obtener ventajas como son el acceso a una base de datos, la toma de valores desde el sensor, etc Se comunica con salidas analgicas (V I) y/o digitales (0 1). Se puede tener un circuito para adquirir las seales del sensor y con esto lograr la comunicacin. A continuacin se mencionan algunos modos de comunicacin de los sensores: Modo Alcance Salida Esquema Conexin Referencia Dimetro: M12 Reflex 2000 mm NPN E4 Cable OBS 200012GM55-E4 NPN Conector V1 OBS 200012GM55-E4-V1 PNP E5 Cable OBS 200012GM55-E5

PNP Conector V1 OBS 200012GM55-E5-V1 Barrera 5000 mm NPN E4 Cable OBE 500012GM55-SE4 NPN Conector V1 OBE 500012GM55-SE4-V1 PNP PNP E5 Cable OBE 500012GM55-SE5 Conector V1 OBE 500012GM55-SE5-V1


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INSTITUTOTECNOLGICOSUPERIORPURHEPECHA1.2 Aproximacin. El sensor de proximidad es un transductor que detecta objetos o seales que se encuentran cerca del elemento sensor. 1.2.1 Tipos. Existen varios tipos de sensores de proximidad segn el principio fsico que utilizan. Entre los sensores de proximidad se encuentran: a) b) c) d) e) f) g) Sensor capacitivo. Sensor inductivo. Sensor fin de carrera. Sensor infrarrojo. Sensor ultrasnico. Sensor magntico. Sensores de humedad.

a) Sensor Capacitivo: La funcin del detector capacitivo consiste en sealar un cambio de estado, basado en la variacin del estmulo de un campo elctrico. Los sensores capacitivos detectan objetos metlicos, o no metlicos, midiendo el cambio en la capacitancia, la cual depende de la constante dielctrica del material a detectar, su masa, tamao, y distancia hasta la superficie sensible del detector. Los detectores capacitivos estn construidos en base a un oscilador RC. Debido a la influencia del objeto a detectar, y del cambio de capacitancia, la amplificacin se incrementa haciendo entrar en oscilacin el oscilador. El punto exacto de sta funcin puede regularse mediante un potencimetro, el cual controla la realimentacin del oscilador. La distancia de actuacin en determinados materiales, pueden por ello, regularse mediante el potencimetro. La seal de salida del oscilador alimenta otro amplificador, el cual a su vez, pasa la seal a la etapa de salida. Cuando un objeto conductor se acerca a la cara activa del detector, el objeto acta como un condensador. El cambio de la capacitancia es significativo durante una larga distancia. Si se aproxima un objeto no conductor, (>1) solamente se produce un cambio pequeo en la constante dielctrica, y el incremento en su capacitancia es muy pequeo comparado con los materiales conductores.


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Fig. 1.8 Sensor cap 8 pacitivo b) b Sensor In nductivo Los sensores in nductivos de proximida han sido diseados para trabajar generand un e ad do camp magntic y detecta po co ando las p rdidas de corriente de dicho cam generad al c e mpo das introducirse en l los objet de detec tos ccin frricos y no fr rricos. El se ensor consis en ste una b bobina con ncleo de f ferrita, un o oscilador, un sensor de nivel de disparo de la seal n y un circuito de salida. Al aproximars un objeto "metlico" o no met e se o lico, se ind ducen corri ientes de hi istresis en el objeto. Debido a ello hay una prdida d energa y una e a de meno amplitud de oscil or d lacin. El circuito se ensor recon noce enton nces un ca ambio espec cfico de am mplitud y g genera una s seal que conmuta la salida de es c stado slido o la o posic cin "ON" y "OFF". El funcionam l miento es sim milar al cap pacitivo; la b bobina dete el ecta objet cuando s produce u cambio en el camp electroma to se un po agntico y enva la se al al oscil lador, luego se activa el dispara o a ador y fina almente al circuito de salida ha la e ace trans sicin entre abierto o ce errado.

9 Fig. 1.9 Sensor Inductivo

Miguelng gelBarrera aValds Ing.M

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INSTITUTOTECNOLGICOSUPERIORPURHEPECHAc) Sensor fin de carrera El final de carrera o sensor de contacto (tambin conocido como "interruptor de lmite") o limit swicht, son dispositivos elctricos, neumticos o mecnicos situados al final del recorrido de un elemento mvil, como por ejemplo una cinta transportadora, con el objetivo de enviar seales que puedan modificar el estado de un circuito. Internamente pueden contener interruptores normalmente abiertos (NA), cerrados (NC) o conmutadores dependiendo de la operacin que cumplan al ser accionados. Generalmente estos sensores estn compuestos por dos partes: un cuerpo donde se encuentran los contactos y una cabeza que detecta el movimiento. Su uso es muy diverso, emplendose, en general, en todas las mquinas que tengan un movimiento rectilneo de ida y vuelta o sigan una trayectoria fija, es decir, aquellas que realicen una carrera o recorrido fijo, como por ejemplo ascensores, montacargas, robots, etc.

Fig. 10 Sensor de fin de carrera d) Sensor infrarrojo. El receptor de rayos infrarrojos suele ser un fototransistor o un fotodiodo. El circuito de salida utiliza la seal del receptor para amplificarla y adaptarla a una salida que el sistema pueda entender. La seal enviada por el emisor puede ser codificada para distinguirla de otra y as identificar varios sensores a la vez esto es muy utilizado en la robtica en casos en que se necesita tener ms de un emisor infrarrojo y solo se quiera tener un receptor. Los sensores infrarrojos pueden ser: Sensor infrarrojo de barrera: Las barreras tipo emisor-receptor estn compuestas de dos partes, un componente que emite el haz de luz, y otro componente que lo recibe. Se establece un rea de deteccin donde el objeto a detectar es reconocido cuando el mismo interrumpe el haz de luz. Debido a que el modo de operacin de esta clase de sensores se basa en la interrupcin del haz de luz, la deteccin no se ve afectada por el color, la textura o el brillo del objeto a detectar. Estos sensores operan de una manera precisa cuando el emisor y el receptor se encuentran alineados. Esto se debe a que la luz emitida siempre tiende a alejarse del centro de la trayectoria. Ing.MiguelngelBarreraValds Interfaces


TEMA 2: ACTUADORESINTRODUCCIN Definicin: Un ACTUADOR es un dispositivo inherentemente mecnico cuya funcin es proporcionar fuerza para mover o actuar otro dispositivo mecnico. La fuerza que provoca el actuador proviene de tres fuentes posibles: Presin neumtica, presin hidrulica, y fuerza motriz elctrica (motor elctrico o solenoide). Dependiendo del origen de la fuerza el actuador se denomina neumtico, hidrulico o elctrico. Historia: El actuador ms comn es el actuador manual o humano. Es decir, una persona mueve o acta un dispositivo para promover su funcionamiento. Con el tiempo, se hizo conveniente automatizar la actuacin de dispositivos, por lo que diferentes dispositivos hicieron su aparicin. Actualmente hay bsicamente dos tipos de actuadores. Lineales.- Los actuadores lineales generan una fuerza en lnea recta, tal como hara un pistn. Rotatorios.- Los actuadores rotatorios generan una fuerza rotatoria, como lo hara un motor elctrico. 2.1 ACTUADORES ELECTRNICOS ELCTRICOS. 2.1.1 FUNCIONAMIENTO. La estructura de un actuador elctrico es simple en comparacin con la de los actuadores hidrulicos y neumticos, ya que slo se requieren de energa elctrica como fuente de poder. Como se utilizan cables elctricos para transmitir electricidad y las seales, es altamente verstil y prcticamente no hay restricciones respecto a la distancia entra la fuente de poder y el actuador. Existe una gran cantidad de modelos y es fcil utilizarlos con motores elctricos estandarizados segn la aplicacin ya que La Interaccin entre dos campos magnticos provoca el movimiento. En la mayora de los casos es necesario utilizar reductores, debido a que los motores son de operacin continua. Utilizan un pistn elctrico para el accionamiento de una vlvula pequea. La forma ms sencilla para el accionamiento con un pistn, seria la instalacin de una palanca solidaria a una bisagra adherida a una superficie paralela al eje del pistn de accionamiento y a las entradas roscadas. El pistn elctrico puede ser accionado por una corriente, con lo cual para su accionamiento, solo har falta utilizar un simple rel. En caso que se decidiera alimentarlo con corriente continua, la corriente deber ser del mismo valor pudiendo ser activado por una salida a transistor de un PLC. Accionamiento con Alambres Musculares, los alambres musculares, tambin son actuadores. Tienen una apariencia semejante a la de un pelo, con la gran diferencia que al activarlos con corriente elctrica estos se contraen generando fuerzas desde los 20 a los 2000 gramos, dependiendo de su dimetro. Podra construirse un sistema semejante al utilizado con el pistn, logrndose Ing.MiguelngelBarreraValds Interfaces

INSTITUTOTECNOLGICOSUPERIORPURHEPECHAaun una mayor rapidez para el accionamiento del mecanismo. Tambin podran implementase montajes ms sencillos, como el de un alambre en V invertida que posea las dos terminales del alambre solidarias a un chasis montado por debajo de la base de la vlvula, de tal manera que el vrtice de la V invertida este sobre el mecanismo de cierre de la vlvula. 2.1.2 CARACTERISTICAS Las caractersticas a considerar son entre otras: a) b) c) d) e) f) g) Potencia. Controlabilidad. Peso y volumen. Precisin. Velocidad. Mantenimiento. Costo.

Usos: a) Generacin de movimientos rotatorios para diferentes aplicaciones: lneas de produccin, electrodomsticos, juguetes, herramientas, etc. b) Automatizacin de vlvulas industriales. c) Ampliamente utilizados en procesos industriales. d) Motor CA. e) Motores Asncronos. f) Motores Sncronos. g) Motor CD. Son los ms utilizados en la actualidad debido a: a) b) c) d) e) Facilidad de control. Mayor potencia/peso. Rendimiento. Precio. Accionamiento Directo.

Ventajas: a) b) c) d) Incrementa Eficiencia. Posicionamiento rpido y preciso. Mucho torque a poca velocidad. Tienen una gran precisin.

Desventajas: a) Complicado mecanismo de control. b) Motor especial.


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INSTITUTOTECNOLGICOSUPERIORPURHEPECHAConformados por: a) b) c) d) Motor. Caja reductora. Circuito de control. Servomotores.

Tipos: a) Servomotores. Dispositivo similar a un motor de corriente continua, con la capacidad de ubicarse en cualquier posicin dentro de su rango de operacin y mantenerse estable en dicha posicin. Se utilizan frecuentemente en sistemas de radiocontrol y en robtica, Pero su uso no est limitado a estos. b) Motores de Pasos: Dispositivo electromecnico que convierte una serie de impulsos elctricos en desplazamientos angulares discretos. Avanza una serie de grados (paso) dependiendo de sus entradas de control. Elementos para el Control de motores: a) b) c) d) e) f) g) h) i) j) Arrancadores. Contactor. Relevador de sobrecarga. Estacin de botones. Variadores de CD. Inversores. Modulacin de voltaje. Modulacin de corriente. Servo-controles. Amplificadores de muy alta ganancia.

Msculos Artificiales: Un tipo particular de aleacin de memoria de forma llamado Biometal o Nitinol (aleacin de titanio y niquel), puede encogerse hasta un 4% cuando alcanza cierta temperatura. Son activados por el calor producido por la corriente elctrica, el tiempo de contraccin vara con la corriente aplicada. Cuando la aleacin se enfra recupera su forma original. Desventaja: el cambio se hace con un rango de temperatura muy pequeo lo que hace difcil su control. Solenoide: Forma simple de electroimn que consiste de una bobina de alambre de cobre aislado, o de otro conductor apropiado, el cual est enrollado en espiral alrededor de la superficie Ing.MiguelngelBarreraValds Interfaces

INSTITUTOTECNOLGICOSUPERIORPURHEPECHAde un cuerpo cilndrico, generalmente de seccin transversal circular. Cuando se enva corriente elctrica a travs de estos devanados, actan como electroimn. El campo magntico que se crea, es la fuerza motriz para abrir la vlvula. Dentro del ncleo va un mbolo mvil de acero magntico, el cual es jalado hacia el centro al ser energizada la bobina. La vlvula de solenoide es utilizada para controlar el flujo de lquidos o gases en posicin completamente abierta o completamente cerrada. Su funcin bsica es la misma que una vlvula de paso operada manualmente. Debido a su accionamiento elctrico, se puede instalar en lugares remotos y puede ser controlada convenientemente por interruptores elctricos simple. Utilizado para controlar el flujo de lquidos o gases en posicin completamente abierta o completamente cerrada. Condiciones de servicio: Deben ser confiables en todo tipo de condiciones climticas. Factores a tomar en cuenta: Temperatura ambiente (seleccin del lubricante). Evitar la corrosin. Proteccin contra explosiones. 2.1.3 MODO DE COMUNICACIN Es a travs de una interfaz, en este caso de un control, armario elctrico, etc. A continuacin se muestran distintos tipos de control de los actuadores elctricos:

Fig. 2.1 Actuador control Externo.


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Fig. 2.2 Actuador control Integral.

Fig. 2.3 Actuador control bus de campo.


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INSTITUTOTECNOLGICOSUPERIORPURHEPECHA2.2 ACTUADORES MECNICOS. Los actuadores mecnicos son dispositivos que transforman el movimiento rotativo a la entrada, en un movimiento lineal en la salida. Los actuadores mecnicos aplicables para los campos donde se requiera movimientos lineales tales como: elevacin, traslacin y posicionamiento lineal y hay de dos tipos: a) Neumticos. b) Hidrulicos. Algunas de las ventajas que nos ofrecen los actuadores mecnicos son: Alta fiabilidad, simplicidad de utilizacin, mnima manutencin, seguridad y precisin de posicionamiento; irreversibilidad segn el modelo de aplicacin, sincronismo de movimiento. Dentro del campo de los actuadores mecnicos encontramos dos tipos de movimiento: a) Actuadores mecnicos/ lineales con husillo traslante (Serie ST, M tipo1) (B2 tipo1). b) Actuadores mecnicos/ lineales con husillo rotante. (Serie SR, Serie M tipo2) (Serie BL tipo2). 2.2.1 Funcionamiento Funcionamiento del actuador Rotatorio El objetivo final del actuador rotatorio es generar un movimiento giratorio. El movimiento debe estar limitado a un ngulo mximo de rotacin. Normalmente se habla de actuadores de cuarto de vuelta, o 90; fraccin de vuelta para ngulos diferentes a 90, por ejemplo 180; y de actuadores multi-vuelta, para vlvulas lineales que poseen un eje de tornillo o que requieren de mltiples vueltas para ser actuados. La variable bsica a tomar en cuenta en un actuador rotatorio es el torque o par; tambin llamado momento. Y es expresado en lb-in, lb-pie, N-m, etc. El actuador rotatorio dependiendo de su diseo, consta de las siguientes partes mviles bsicas:


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INSTITUTOTECNOLGICOSUPERIORPURHEPECHAActuador Rotatorio Neumtico Para hacer funcionar el actuador neumtico, se conecta aire comprimido a uno de los lados del mbolo o veleta (en adelante, solo mbolo) generando una fuerza en sentido de la expansin del espacio entre el mbolo y la pared del cilindro o el cuerpo.

Fig. 2.4 Actuador de Veleta nica (Rotary Vane) Mediante un dispositivo mecnico que puede ser el conjunto pin y cremallera, yugo escocs, o una simple veleta, el movimiento se transforma en rotatorio. Para mover el actuador en sentido contrario es necesario introducir aire comprimido en el lado opuesto del mbolo. El torque que genera el actuador es directamente proporcional a la presin del aire comprimido, pero dependiendo de su diseo puede ser variable de acuerdo a la posicin actual del actuador. Es decir, supongamos que el movimiento del actuador rotatorio est definido en el rango de 0% a 100% de su movimiento. El torque de salida en 0% es en algunos casos diferente al torque de salida cuando est en la posicin 50%. A mayor abundamiento, en realidad lo que se tiene es una curva de torques en funcin de la posicin del actuador. Es esto una desventaja? No necesariamente, esta variabilidad de hecho es beneficiosa para la mayara de las vlvulas, ya que permite ajustar ms el tamao del actuador, pudiendo incluso bajar un modelo o dos al seleccionado originalmente. En los motores neumticos de aletas rotativas, se consigue el desplazamiento de un embolo encerrado en un cilindro, como consecuencia de la diferencia de presin a ambos lados de este. Existen dos clases de cilindros neumticos que son de simple o de doble efecto. En los primeros, el embolo se desplaza en un sentido como resultado del empuje ejercido por el aire a presin, mientras que en el otro sentido se desplaza como consecuencia del efecto de un muelle (que recupera al embolo a su posicin en reposo). En los cilindros de doble efecto el aire a presin es el encargado de empujar al embolo en las dos direcciones, al poder ser introducidos de forma arbitraria en cualquiera de las dos cmaras.


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INSTITUTOTECNOLGICOSUPERIORPURHEPECHAHoy existen 3 tipos de actuadores neumticos: Pin y cremallera Yugo Escocs Veleta

Fig. 2.5 Actuador de Pin y Cremallera (Rack & Pinion)

Fig. 2.6 Actuador de Yugo Escocs (Scotch Yoke)

Fig. 2.7 Curva de Torque para Yugo Escocs Simtrico y Yugo Escocs Inclinado Ing.MiguelngelBarreraValds Interfaces

INSTITUTOTECNOLGICOSUPERIORPURHEPECHAA continuacin se tiene una tabla de las principales caractersticas de ambos tipos de actuadores:

Dimensionamiento de un actuador Neumtico Rotatorio a) Primero se debe determinar el torque que se necesita para generar el movimiento rotatorio. Este torque puede ser expresada en N-m, lb-in, lb-ft, etc. (Newtonmetros, libras-pulgadas o libras-pi, etc.). El fabricante de la vlvula debe suministrar este dato. Usualmente est publicado en su sitio web. No olvidar considerar la presin de la lnea, que muy posiblemente lucha en contra del actuador. Establecer el porcentaje de sobredimensionamiento. Usualmente y dependiendo del tamao y diseo de la vlvula, entre 10% y 50% de sobredimensionamiento. b) Segundo, debe establecerse la carrera angular del actuador (90, 180?). c) Tercero, conseguir la presin mnima de aire disponible en el punto. Es en esta situacin en la que el actuador est en su peor condicin. La vlvula debe ser actuada an cuando la presin de aire caiga al mnimo. Tambin se debe conseguir la presin mxima esperada, y compararla con la presin mxima que soporta el actuador y con el torque mximo que soporta el eje de la vlvula. d) Cuarto, con los torques determinados, y recurriendo a las tablas de torque de los diferentes modelos, se puede escoger un modelo adecuado para la aplicacin. Es importante determinar el factor final de sobredimensionamiento que se calcula dividiendo el torque del actuador por el torque original requerido por la vlvula. Por ejemplo, si el torque original requerido de una vlvula es de 3600 lb-in y se utiliza un porcentaje de 30%, es decir multiplicamos por 1,30 encontramos que se requiere un actuador de 4680 lb-in (la presin disponible de aire es 80 psi mnimo); hay un modelo XX0350 que entrega 3547 lb-in que no es suficiente; el siguiente tamao XX0600 entrega 6028 lb-in que es ms que suficiente. Sin embargo, el factor ya no es 1,30, si no que 1,67. Es importante tenerlo en cuenta para no perder de vista cuanto torque realmente estamos entregando a la vlvula, sobre todo cuando el cliente o el ingeniero suministran el torque mximo admisible para el vstago de la vlvula.


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INSTITUTOTECNOLGICOSUPERIORPURHEPECHAe) Verificar el torque mximo admisible para el vstago de la vlvula. f) Establecer los controles que gobernarn al actuador: Posicionador, vlvulas solenoides, interruptores de carrera, transmisores de posicin, etc. g) Si el torque mximo a mxima presin de aire supera el torque mximo admisible del vstago de la vlvula, debe considerar instalar un regulador de presin para limitar la presin mxima de aire. Actuador Hidrulico Rotatorio Para hacer funcionar el actuador hidrulico, se conecta la presin hidrulica a uno de los lados del mbolo o veleta (en adelante, solo mbolo) generando una fuerza en sentido de la expansin del espacio entre el mbolo y la pared del cilindro o el cuerpo. Mediante un dispositivo mecnico que puede ser el conjunto pin y cremallera, yugo escocs, o una simple veleta, el movimiento se transforma en rotatorio. Para mover el actuador en sentido contrario es necesario introducir aire comprimido en el lado opuesto del mbolo. El torque que genera el actuador es directamente proporcional a la presin de aceite hidrulico, pero puede ser variable de acuerdo a la posicin actual del actuador, si el actuador es de Yugo Escocs.

Fig. 2.8 Actuador de Veleta Rotatoria doble Dimensionamiento de un actuador Rotatorio Hidrulico a) Bsicamente son los mismos pasos a seguir que para el actuador neumtico. b) Considerar que la presin hidrulica es mucho ms alta que la presin de aire, por lo que los pistones o veletas asociados a un actuador hidrulico son mucho ms pequeos.


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INSTITUTOTECNOLGICOSUPERIORPURHEPECHAc) Considerar la adquisicin de una central hidrulica si el cliente no posee actualmente presin hidrulica disponible. d) Establecer los controles que gobernarn al actuador: Posicionador, vlvulas solenoides, interruptores de carrera, transmisores de posicin, etc. 2.2.2 Caractersticas. Actuadores neumticos Los actuadores neumticos, utilizan el aire comprimido como fuente de energa entre 5 y 10 bar y son muy indicados en el control de movimientos rpidos, pero de precisin limitada. Generalmente, con los cilindros neumticos solo se persigue un posicionamiento en los extremos del mismo y no un posicionamiento continuo. El posicionamiento continuo se consigue con una vlvula de distribucin (normalmente de accionamiento directo) que canaliza el aire a presin hacia una de las dos caras del embolo alternativamente. Los motores de pistones axiales tienen un eje de giro solidario a un tambor que se ve obligado a girar las fuerzas que ejercen varios cilindros, que se apoyan sobre un plano inclinado. Actuadores hidrulicos. Los motores hidrulicos son recomendables en los manipuladores que tienen una gran capacidad de carga, junto a una precisa regulacin de velocidad. 2.2.3 Modo de Comunicacin. La comunicacin puede ser: a) Inalmbrica utilizando radiofrecuencia, diseando una interfaz con la PC. b) Cableado. c) Por luz Infrarroja.


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INSTITUTOTECNOLGICOSUPERIORPURHEPECHAACTIVIDAD: Contesta las siguientes preguntas: 1.- Qu es un Actuador? 2.- Cul es el Actuador ms comn? 3.- Dependiendo de la fuerza utilizada Cuntos Tipos Hay de Actuadores? 4.- Describe brevemente el funcionamiento de un Actuador Elctrico. 5.- Menciona las caractersticas de un Actuador Elctrico. 6.- Por qu los Actuadores Elctricos son los ms utilizados en la actualidad? 7.- Menciona las desventajas y ventajas de los Actuadores Elctricos. 8.- Qu es un musculo Artificial? 9.- Cmo es el modo de comunicacin de un Actuador Elctrico ? 10.- Qu es un Actuador Mecnico? 11.- Cuantos tipos de Actuadores Mecnicos hay y cules son? 12.- Cul es el Funcionamiento de un Actuador Mecnico Rotatorio? 13.- Menciona los tipos de Actuadores Neumticos 14.- Cmo funciona el Actuador Mecnico Hidrulico Rotatorio? 15.- Cmo es el modo de comunicacin de los Actuadores Mecnicos?


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TEMA 3: PERIFERICOS ESTANDARIZADOSINTRODUCCIN Definicin: Se denomina perifrico a cualquier equipo electrnico susceptible de ser conectado a un ordenador mediante una de sus interfaces de entrada/salida (puerto serial, puerto paralelo, bus USB, bus Fire Wire, interfaz SCSI, etc.), la mayora de las veces a travs de un conector. De manera que puede considerarse a los perifricos como componentes externos del ordenador. En Informtica, se denominan perifricos a los aparatos o dispositivos auxiliares e independientes conectados a la CPU de una computadora. Se consideran perifricos tanto a las unidades o dispositivos a travs de los cuales la computadora se comunica con el mundo exterior, como a los sistemas que almacenan o archivan la informacin, sirviendo de memoria auxiliar de la memoria principal. Se entender por perifrico al conjunto de dispositivos que, sin pertenecer al ncleo fundamental de la computadora, formado por la CPU y la memoria central, permitan realizar operaciones de entrada/salida (E/S) complementarias al proceso de datos que realiza la CPU. Estas tres unidades bsicas en un computador, CPU, memoria central y el subsistema de E/S, estn comunicadas entre s por tres buses o canales de comunicacin: 1.- El bus de direcciones: Para seleccionar la direccin del dato o del perifrico al que se quiere acceder. 2.- El bus de control: Bsicamente para seleccionar la operacin a realizar sobre el dato (principalmente lectura, escritura o modificacin). 3.- El bus de datos: Por donde circulan los datos. 3.1 TIPOS. En general, los equipos de periferia se agrupan bajo las siguientes categoras: a) Perifricos de visualizacin: perifricos de salida que ofrece al usuario una representacin visual, por ej., el monitor, proyector. b) Perifricos de almacenamiento: perifricos de entrada/salida, que pueden almacenar informacin en forma permanente (disco duro, CD-ROM, DVDROM, etc.). c) Perifricos de captura: permite al ordenador recibir informacin especfica, por ej., informacin de video, denominada captura de video, o imgenes escaneadas (escner). Ing.MiguelngelBarreraValds Interfaces

INSTITUTOTECNOLGICOSUPERIORPURHEPECHAd) Perifricos de entrada: captan y envan los datos al dispositivo que los procesar. Perifricos que pueden nicamente enviar informacin al ordenador, por ej., dispositivos sealadores (ratn) o el teclado. e) Perifricos de salida: son dispositivos que muestran o proyectan informacin hacia el exterior del ordenador. La mayora son para informar, alertar, comunicar, proyectar o dar al usuario cierta informacin, de la misma forma se encargan de convertir los impulsos elctricos en informacin legible para el usuario. Sin embargo, no todos de este tipo de perifricos es informacin para el usuario. f) Perifricos de entrada/salida (E/S) g) Perifricos de almacenamiento: son los dispositivos que almacenan datos e informacin por bastante tiempo. La memoria RAM no puede ser considerada un perifrico de almacenamiento, ya que su memoria es voltil y temporal. h) Perifricos de comunicacin: son los perifricos que se encargan de comunicarse con otras mquinas o computadoras, ya sea para trabajar en conjunto, o para enviar y recibir informacin. Ejemplos: Perifricos de entrada. Son los que permiten introducir datos externos a la computadora para su posterior tratamiento por parte de la CPU. Estos datos pueden provenir de distintas fuentes, siendo la principal un ser humano. Los perifricos de entrada ms habituales son: * Teclado

* Micrfono


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INSTITUTOTECNOLGICOSUPERIORPURHEPECHA* Escner

* Mouse

Perifricos de salida. Son los que reciben informacin que es procesada por la CPU y la reproducen para que sea perceptible para el usuario. Algunos ejemplos son: * Monitor

* Impresora


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INSTITUTOTECNOLGICOSUPERIORPURHEPECHA* Altavoces (tambin llamados parlantes).

* Auriculares

* Fax

* Proyector


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INSTITUTOTECNOLGICOSUPERIORPURHEPECHAPerifricos de entrada/salida. * Pantalla tctil

* Impresora multifuncin o Impresora multifuncional

* Auriculares con micrfono Perifricos de almacenamiento Interior de un Disco Duro. Se encargan de guardar los datos de los que hace uso la CPU para que sta pueda hacer uso de ellos una vez que han sido eliminados de la memoria principal, ya que sta se borra cada vez que se apaga la computadora. Pueden ser internos, como un disco duro, o extrables, como un CD. Los ms comunes son: * Disco duro * Disco flexible * Lector y/o Grabadora de CD * Lector y/o Grabadora de DVD * Lector y/o Grabadora de Blu-ray * Lector y/o Grabadora de HD DVD * Memoria Flash * Cintas magnticas * Tarjetas perforadas * Memoria porttil * Disquete Otros dispositivos de almacenamiento: * Zip (Iomega): Caben 100 Mb y utiliza tecnologa magntica. * EZ Flyer? (Sy Quest?): Caben 230 Mb y tiene una velocidad de lectura muy alta. * Super Disk LS-120: Caben 200 Mb y utilizan tecnologa magneto-ptica. * Magneto-pticos de 3,5: Caben de 128 Mb a 640 Mb * Jaz (Iomega): Es como el Zip y caben de 1 GB a 2 GB. * Cintas Magnticas: Caben hasta ms de 4 GB. Perifricos de comunicacin. Su funcin es permitir o facilitar la interaccin entre dos o ms computadoras, o entre una computadora y otro perifrico externo a la computadora. Entre ellos se encuentran los siguientes: Ing.MiguelngelBarreraValds Interfaces

INSTITUTOTECNOLGICOSUPERIORPURHEPECHA* Fax-Mdem * Tarjeta de red * Hub * Switch * Router * Tarjeta Wireless * Tarjeta Bluetooth * Controlador ambos exista un tercer elemento que acte como traductor de seales. Este traductor es un circuito electrnico denominado interfaz. 3.1.1 Serial.

En informtica, un puerto serie es una interfaz fsica de comunicacin en serie a travs de la cual se transfiere informacin mandando o recibiendo un bit. A lo largo de la mayor parte de la historia de las computadoras, la transferencia de datos a travs de los puertos de serie ha sido generalizada. Se ha usado y sigue usndose para conectar las computadoras a dispositivos como terminales o mdems. Los mouses, teclados, y otros perifricos tambin se conectaban de esta forma. Mientras que otras interfaces como Ethernet, FireWire, y USB mandaban datos como un flujo en serie, el trmino "puerto serie" normalmente identifica el hardware ms o menos conforme al estndar RS-232, diseado para interactuar con un mdem o con un dispositivo de comunicacin similar. Actualmente en la mayora de los perifricos serie, la interfaz USB ha reemplazado al puerto serie puesto que es ms rpida. La mayor parte de las computadoras estn conectados a dispositivos externos a travs de USB y, a menudo, ni siquiera llegan a tener un puerto serie. El puerto serie se elimina para reducir los costes y se considera que es un puerto heredado y obsoleto. Sin embargo, los puertos serie todava se encuentran en sistemas de automatizacin industrial y algunos productos industriales y de consumo. Los dispositivos de redes, como los enrutadores y conmutadores, a menudo tienen puertos serie para modificar su configuracin. Los puertos serie se usan frecuentemente en estas reas porque son sencillos, baratos y permiten la interoperabilidad entre dispositivos. La desventaja es que la configuracin de las conexiones serie requiere, en la mayora de los casos, un conocimiento avanzado por parte del usuario y el uso de comandos complejos si la implementacin no es adecuada. Uno de los defectos de los puertos serie iniciales era su lentitud en comparacin con los puertos paralelos -hablamos de 19.2 kbits por segundo- sin embargo, con el paso del tiempo, estn apareciendo multitud de puertos serie de alta velocidad que los hacen muy interesantes ya que presentan las ventajas del menor cableado y solucionan el problema de la merma de velocidad usando un mayor apantallamiento, y ms barato, usando la tcnica del par trenzado. Por ello, el puerto RS-232, e incluso multitud de puertos paralelos, se estn sustituyendo reemplazndose por los nuevos puertos serie como el USB, el FireWire o el Serial ATA. Ing.MiguelngelBarreraValds Interfaces

INSTITUTOTECNOLGICOSUPERIORPURHEPECHAUn puerto de red puede ser puerto serie o puerto paralelo.

Puerto serial Un puerto serie o puerto serial es una interfaz de comunicaciones de datos digitales, frecuentemente utilizado por computadoras y perifricos, en donde la informacin es transmitida bit a bit enviando un solo bit a la vez, en contraste con el puerto paralelo que enva varios bits simultneamente. La comparacin entre la transmisin en serie y en paralelo se puede explicar usando una analoga con las carreteras. Una carretera tradicional de un slo carril por sentido sera como la transmisin en serie y una autova con varios carriles por sentido sera la transmisin en paralelo, siendo los vehculos los bits que circulan por el cable.

Los puertos seriales (tambin llamados RS-232, por el nombre del estndar al que hacen referencia) fueron las primeras interfaces que permitieron que los equipos intercambien informacin con el "mundo exterior". El trmino serial se refiere a los datos enviados mediante un solo hilo: los bits se envan uno detrs del otro (consulte la seccin sobre transmisin de datos para conocer los modos de transmisin).

Originalmente, los puertos seriales slo podan enviar datos, no recibir, por lo que se desarrollaron puertos bidireccionales (que son los que se encuentran en los equipos actuales). Por lo tanto, los puertos seriales bidireccionales necesitan dos hilos para que la comunicacin pueda efectuarse. La comunicacin serial se lleva a cabo asincrnicamente, es decir que no es necesaria una seal (o reloj) de sincronizacin: los datos pueden enviarse en intervalos aleatorios. A su vez, el perifrico debe poder distinguir los caracteres (un carcter tiene 8 bits de longitud) entre la sucesin de bits que se est enviando. sta es la razn por la cual en este tipo de transmisin, cada carcter se encuentra precedido por un bit de ARRANQUE y seguido por un bit de PARADA. Estos bits de control, necesarios para la transmisin serial, desperdician un 20% del ancho de banda (cada 10 bits enviados, 8 se utilizan para cifrar el carcter y 2 para la recepcin). Los puertos seriales, por lo general, estn integrados a la placa madre, motivo por el cual los conectores que se hallan detrs de la carcasa y se encuentran conectados a la placa madre mediante un cable, pueden utilizarse para conectar un elemento exterior.


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INSTITUTOTECNOLGICOSUPERIORPURHEPECHAGeneralmente, los conectores seriales tienen 9 25 clavijas y tienen la siguiente forma (conectores DB9 y DB25 respectivamente):

Un PC posee normalmente entre uno y cuatro puertos seriales. Tipos de comunicacin en serie [editar] Simplex En este caso el emisor y el receptor estn perfectamente definidos y la comunicacin es unidireccional. Este tipo de comunicaciones se emplean, usualmente, en redes de radiodifusin, donde los receptores no necesitan enviar ningn tipo de dato al transmisor. Duplex, half duplex o semi-duplex En este caso ambos extremos del sistema de comunicacin cumplen funciones de transmisor y receptor y los datos se desplazan en ambos sentidos pero no de manera simultnea. Este tipo de comunicacin se utiliza habitualmente en la interaccin entre terminales y una computadora central. Full Duplex El sistema es similar al duplex, pero los datos se desplazan en ambos sentidos simultneamente. Para que sea posible ambos emisores poseen diferentes frecuencias de transmisin o dos caminos de comunicacin separados, mientras que la comunicacin semi-duplex necesita normalmente uno solo. Para el intercambio de datos entre computadores este tipo de comunicaciones son ms eficientes que las transmisiones semi-dplex.


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3.1.2 Paralelo. Puerto paralelo:

Puerto paralelo La transmisin de datos paralela consiste en enviar datos en forma simultnea por varios canales (hilos). Los puertos paralelos en los PC pueden utilizarse para enviar 8 bits (un octeto) simultneamente por 8 hilos.

Los primeros puertos paralelos bidireccionales permitan una velocidad de 2,4 Mb/s. Sin embargo, los puertos paralelos mejorados han logrado alcanzar velocidades mayores:

El EPP (puerto paralelo mejorado) alcanza velocidades de 8 a 16 Mbps El ECP (puerto de capacidad mejorada), desarrollado por Hewlett Packard y Microsoft. Posee las mismas caractersticas del EPP con el agregado de un dispositivo Plug and Play que permite que el equipo reconozca los perifricos conectados.

Estos puertos son ms rpidos, ya que envan un conjunto de datos en forma simultnea. En un principio eran Unidireccionales (slo se poda enviar informacin de la PC al dispositivo), actualmente son Bidireccionales y permiten por ejemplo que la impresora Ing.MiguelngelBarreraValds Interfaces

INSTITUTOTECNOLGICOSUPERIORPURHEPECHApueda avisarle a la computadora que se esta quedando sin tinta. El puerto paralelo tiene 25 agujeros y se le conoce como el conector hembra. A este tipo de puerto se conecta una impresora o una unidad de cinta. La computadora etiqueta internamente cada puerto con las letras LPT. El nombre que recibe el primer puerto es LPT1, el segundo LPT2 y asi sucesivamente.

Los puertos paralelos, al igual que los seriales, se encuentran integrados a la placa madre. Los conectores DB25 permiten la conexin con un elemento exterior (por ejemplo, una impresora).

Un puerto paralelo es una interfaz entre una computadora y un perifrico cuya principal caracterstica es que los bits de datos viajan juntos enviando un paquete de byte a la vez. Es decir, se implementa un cable o una va fsica para cada bit de datos formando un bus .Mediante el puerto paralelo podemos controlar tambin perifericos como focos, motores entre otros dispositivos, adecuados para automatizacin. El cable paralelo es el conector fsico entre el puerto paralelo y el dispositivo perifrico. En un puerto paralelo habr una serie de bits de control en vas aparte que irn en ambos sentidos por caminos distintos. En contraposicin al puerto paralelo est el puerto serie, que enva los datos bit a bit por el mismo hilo. Contenido * 1 Puerto paralelo Centronics * 2 Puerto paralelo IDE * 3 Puerto paralelo SCSI * 4 Vase tambin * 5 Referencias Puerto paralelo Centronics El puerto paralelo ms conocido es el puerto de impresora (que cumplen ms o menos la norma IEEE 1284, tambin denominados tipo Centronics) que destaca por su sencillez y que transmite 8 bits. Se ha utilizado principalmente para conectar impresoras, pero tambin ha sido usado para programadores EPROM, escneres, interfaces de red Ethernet a 10 MB, unidades ZIP, Super Disk? y para comunicacin entre dos PC (MSDOS trajo en las versiones 5.0 ROM a 6.22 un programa para soportar esas transferencias). El puerto paralelo de las computadoras, de acuerdo a la norma Centronic, est compuesto por un bus de comunicacin bidireccional de 8 bits de datos, adems de un conjunto de lneas de protocolo. Las lneas de comunicacin cuentan con un retenedor


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INSTITUTOTECNOLGICOSUPERIORPURHEPECHAque mantiene el ltimo valor que les fue escrito hasta que se escribe un nuevo dato, las caractersticas elctricas son: * Tensin de nivel alto: 3,3 o 5 V. * Tensin de nivel bajo: 0 V. * Intensidad de salida mxima: 2,6 mA. * Intensidad de entrada mxima: 24 mA. Los sistemas operativos basados en DOS y compatibles gestionan las interfaces de puerto paralelo con los nombres LPT1, LPT2 y as sucesivamente, Unix en cambio los nombra como /dev/lp0, /dev/lp1, y dems. Las direcciones base de los dos primeros puertos son: * LPT1 = 0378. * LPT2 = 0278 La estructura consta de tres registros: de control, de estado y de datos. * El registro de control es un bidireccional de 4 bits, con un bit de configuracin que no tiene conexin al exterior, su direccin en el LPT1 es 037A. * El registro de estado, se trata de un registro de entrada de informacin de 5 bits, su direccin en el LPT1 es 0379. * El registro de datos, se compone de 8 bits, es bidireccional. Su direccin en el LPT1 es 0378. Puerto paralelo IDE [editar] No obstante existe otro puerto paralelo usado masivamente en los ordenadores: el puerto paralelo IDE, tambin llamado PATA (Paralell ATA), usado para la conexin de discos duros, unidades lectoras/grabadoras (CD-ROM, DVD), unidades magnetopticas, unidades ZIP y Super Disk, entre la placa base del ordenador y el dispositivo. Puerto paralelo SCSI [editar] Un tercer puerto paralelo, muy usado en los ordenadores Apple Macintosh y en servidores, son las diferentes implementaciones del SCSI. Al igual que IDE ha sido usado para la conexin de discos duros, unidades pticas lectoras/grabadoras (CDROM, DVD), unidades magneto-pticas y Super Disk, pero tambin de otros dispositivos como escneres. * IEEE 1284 Es el estndar de la IEEE para el puerto de impresora de un PC. * Intel i8255 controlador paralelo de Intel * Z 80 PIO? controlador paralelo de Zilog * Cable Paralelo * Hardware * Placa base * Puerto serie * PC 99 3.2 APLICACIONES CON LENGUAJE DE PROGRAMACION HIBRIDA Programacion hibrida: Pascal y ensamblador Como ya se mencion, la programacin en lenguaje ensamblador proporciona un mayor control sobre el hardware de la computadora, pero tambin dificulta la buena estructuracin de los programas. Ing.MiguelngelBarreraValds Interfaces

INSTITUTOTECNOLGICOSUPERIORPURHEPECHALa programacin hbrida proporciona un mecanismo por medio del cual podemos aprovechar las ventajas del lenguaje ensamblador y los lenguajes de alto nivel, todo esto con el fin de escribir programas ms rpidos y eficientes. En esta seccin se mostrar la forma para crear programas hbridos utilizando el lenguaje ensamblador y Turbo Pascal. Turbo Pascal permite escribir procedimientos y funciones en cdigo ensamblador e incluirlas como parte de los programas en lenguaje Pascal; para esto, Turbo Pascal cuenta con dos palabras reservadas: Assembler y Asm. Assembler permite indicarle a Turbo Pascal que la rutina o procedimiento que se est escribiendo est totalmente escrita en cdigo ensamblador. Ejemplo de un procedimiento hbrido: Procedure Limpia_Pantalla; Assembler; Asm Mov AX,0600h Mov BH,18h Mov CX,0000h Mov DX,184Fh Int 10h End; El procedimiento del listado 23 utiliza la funcin 06h de la Int 10h del BIOS para limpiar la pantalla, este procedimiento es anlogo al procedimiento Clr Scr de la unidad CRT de Turbo Pascal. Por otro lado, Asm nos permite incluir bloques de instrucciones en lenguaje ensamblador en cualquier parte del programa sin necesidad de escribir procedimientos completos en ensamblador. Ejemplo de un programa con un bloque de instrucciones en ensamblador: { Este programa muestra como se construye un programa hbrido utilizando un bloque Asm End; en Turbo Pascal.


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INSTITUTOTECNOLGICOSUPERIORPURHEPECHAEl programa solicita que se introduzcan dos nmero, despus calcula la suma por medio de la instruccin Add de ensamblador y finalmente imprime el resultado en la pantalla.} Program hibrido; Uses Crt; Var N1,N2,Res : integer; Begin Writeln(Introduce un nmero: ); Readln(N1); Writeln(Introduce un nmero: ); Readln(N2); Asm Mov AX,N1; Add AX,N2; Mov Res,AX End; Writeln(El resultado de la suma es: ,Res); Readln; End. El programa del listado 24 realiza la suma de dos cantidades enteras (N1 y N2) introducidas previamente por el usuario, despus almacena el resultado en la variable Res y finalmente presenta el resultado en la pantalla. El lenguaje ensamblador no cuenta con funciones de entrada y salida formateada, por lo cual es muy complicado escribir programas que sean interactivos, es decir, programas que soliciten informacin o datos Ing.MiguelngelBarreraValds Interfaces

INSTITUTOTECNOLGICOSUPERIORPURHEPECHAal usuario. Es aqu donde podemos explotar la facilidad de la programacin hbrida, en el programa anterior se utilizan las funciones Readln y Writeln para obtener y presentar informacin al usuario y dejamos los clculos para las rutinas en ensamblador. En el siguiente listado nos muestra la forma de escribir programas completos utilizando procedimientos hbridos. {Este programa solicita al usuario que presione alguna tecla, cuando la tecla es presionada, sta se utiliza para rellenar la pantalla. El programa termina cuando se presiona la tecla enter. El programa utiliza tres procedimientos: Limpia_Pantalla: Este se encarga de borrar la pantalla Cursor_XY: Este procedimiento reemplaza al Goto XY de Pascal Imprime_Car: Este procedimiento imprime en pantalla el carcter que se le pasa como parmetro. } Program Hibrido2; Uses Crt; Var Car: Char; i,j : integer; {Este procedimiento limpia la pantalla y pone blanco sobre azul} Procedure Limpia_Pantalla; Assembler; Asm Mov AX,0600h Mov Bh,17h Mov CX,0000h Mov DX,184Fh Int 10h End;


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INSTITUTOTECNOLGICOSUPERIORPURHEPECHA{Este procedimiento imprime el carcter en la pantalla} Procedure Imprime_Car(C: Char); Assembler; Asm Mov Ah,02h Mov Dl,C Int 21h End; {Este procedimiento tiene la misma funcin que el procedimiento Goto XY de Turbo Pascal} Procedure Cursor_XY(X,Y: Byte); Assembler; Asm Mov Ah,02h Mov Bh,00h Mov Dh,Y Mov Dl,X Int 10h End; Begin Limpia_Pantalla; Repeat


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INSTITUTOTECNOLGICOSUPERIORPURHEPECHALimpia_Pantalla; Cursor_XY(0,0); Write(Introduce un carcter: ); Car:=Read Key; Imprime_Car(Car); Limpia_Pantalla; If car #13 then Begin For i:=0 to 24 do For j:=0 to 79 do Begin Cursor_XY(j,i); Imprime_Car(Car); End; Cursor_XY(30,24); Write(Presiona enter para salir u otro para seguir); Readln; Until car = #13; End.

1.2. LENGUAJES DE MQUINA


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INSTITUTOTECNOLGICOSUPERIORPURHEPECHAEl lenguaje mquina de una computadora consta de cadenas de nmeros binarios (ceros y unos) y es el nico que "entienden" directamente los procesadores. Todas las instrucciones preparadas en cualquier lenguaje de mquina tienen por lo menos dos partes. La primera es el comando u operacin, que dice a la computadora cul es la funcin que va a realizar. Todas las computadoras tienen un cdigo de operacin para cada una de sus funciones. La segunda parte de la instruccin es el operando, que indicaa la computadora dnde hallar o almacenar los datos y otras instrucciones que se van a manipular; el nmero de operandos de una instruccin vara en las distintas computadoras. En una computadora de operando nico, el equivalente binario de "SUMAR 0814" podra hacer que se sume el valor que se encuentra en la localidad de almacenamiento o direccin 0814 al valor que se encuentra en la unidad aritmtica lgica. En una mquina de dos operandos, la representacin binaria de "SUMAR 0814 8672" podra hacer que se sume el valor que est en la localidad 8672 al valor que est en la direccin 0814. El formato de operando nico es popular en las microcomputadoras ms pequeas; la estructura de dos operandos se encuentra en casi todas las dems mquinas. Segn los estndares actuales, las primeras computadoras eran poco tolerantes. Los programadores tenan que traducir las instrucciones de manera directa a la forma de lenguaje de mquina que comprendan las computadoras. Por ejemplo, un programador que escribiera la instruccin "SUMAR 0814" para una de las primeras mquinas IBM hubiera escrito: 000100000000000000000000000010111000 Adems de recordar las docenas de cdigos numricos para los comandosdel conjunto de instrucciones de la mquina, el programador tena que conocer las posiciones donde se almacenan los datos y las instrucciones. La codificacin inicial muchas veces requera meses, por lo que era costosa y era frecuente que originara errores. Revisar las instrucciones para localizar errores era casi tan tedioso como escribirlas por primera vez. Adems, si era necesario modificar un programa posteriormente, la tarea poda llevarse meses. 1.3. LENGUAJES ENSAMBLADORES A principios de la dcada de 1950, y con el fin de facilitar la labor de los programadores, se desarrollaron cdigos nemotcnicos para las operaciones y direcciones simblicas. La palabra nemotcnico se refiere a una ayuda para la memorizacin. Uno de los primeros pasos para mejorar el proceso de preparacin de programas fue sustituir los cdigos de operaciones numricos del lenguaje de mquina por smbolos alfabticos, que son los cdigos nemotcnicos. Todas las computadoras actuales tienen cdigos nemotcnicos aunque, naturalmente, los smbolos que se usan varan en las diferentes marcas y modelos. La computadora sigue utilizando el lenguaje de mquina para procesar los datos, pero los programas ensambladores traducen antes los smbolos de cdigo de operacin especificados a sus equivalentes en lenguaje de mquina. Este procedimiento prepar avances posteriores. Si la computadora era capaz de traducir smbolos convenientes en operaciones bsicas, por qu no hacer tambin que realizara otras funciones rutinarias de codificacin, como la asignacin de direcciones de almacenamiento a los datos? La tcnica de direccionamiento simblico permite expresar una direccin no en trminos de su localizacin numrica absoluta, sino en trminos de smbolos convenientes para el programador. Ing.MiguelngelBarreraValds Interfaces

INSTITUTOTECNOLGICOSUPERIORPURHEPECHADurante las primeras etapas del direccionamiento simblico, el programador asigna un nombre simblico y una direccin real a un dato. Por ejemplo, el programador podra asignar el valor total de mercanca adquirida durante un mes por un cliente de una tienda de departamentos a la direccin 0063, y darle el nombre simblico TOTAL. Se podra asignar el valor de la mercanca devuelta sin usar durante el mes a la direccin 2047 y drsele el nombre simblico CRDITO. As, durante el resto del programa, el programador se referir a los nombres simblicos, ms que a las direcciones, cuando fuera preciso procesar estos datos. Por ejemplo, se podra escribir la instruccin "S CRDITO TOTAL" para restar el valor de las mercancas devueltas del importa total de compras para obtener el importe de la factura mensual del cliente. A continuacin, el programa ensamblador traducira la instruccin simblica a esta cadena de bits:

Ms adelante se hizo otra mejora. Se dej a la computadora la tarea de asignar y recordar las direcciones de las instrucciones. Lo nico que tena que hacer el programador era indicar a la computadora la direccin de la primera instruccin, y el programa ensamblador se encargaba de almacenar, de manera automtica, todas las dems en forma secuencial a partir de ese punto. As, si se agregaba ms tarde otra instruccin al programa, no era necesario modificar las direcciones de todas las instrucciones que seguan al punto de insercin (como tendra que hacerse en el caso de programas escritos en lenguaje de mquina). En vez de ello, el procesador ajustaba automticamente las localidades de memoria la prxima vez que se ejecutaba el programa. En la actualidad, los programadores no asignan nmeros de direccin reales a los datos simblicos, simplemente especifican dnde quieren que se coloque la primera localidad del programa, y el programa ensamblador se encarga de lo dems: asigna localidades tanto para las instrucciones como para los datos. Estos programas de ensamble, o ensamblador, tambin permite a la computadora convertir las instrucciones en lenguaje ensamblador del programador en su propio cdigo de mquina. Un programa de instrucciones escrito en lenguaje ensamblador por un programador se llama programa fuente. Despus de que el ensamblador convierte el programa fuente en cdigo de mquina a ste se le denomina programa objeto. Para los programadores es ms fcil escribir instrucciones en un lenguaje ensamblador que en cdigos de lenguajes de mquina, pero es posible que se requieran dos corridas de computadora antes de que se puedan utilizar las instrucciones del programa fuente para producir las salidas deseadas. Los lenguajes ensambladores tienen ventajas sobre los lenguajes de mquina. Ahorran tiempo y requieren menos atencin a detalles. Se incurren en menos errores y los que se cometen son ms fciles de localizar. Adems, los programas en lenguaje ensamblador son ms fciles de modificar que los programas en lenguaje de mquina. Pero existen limitaciones. La codificacin en lenguaje ensamblador es todava un proceso lento. Una desventaja importante de estos lenguajes es que tienen una orientacin a la mquina. Es decir, estn diseados para la marca y modelo especfico de procesador que se utiliza, y es probable que, para una mquina diferente, se tengan que volver a codificar los programas. Ing.MiguelngelBarreraValds Interfaces

INSTITUTOTECNOLGICOSUPERIORPURHEPECHA1.4. LENGUAJES DE ALTO NIVEL Los primeros programas ensambladores producan slo una instruccin en lenguaje de mquina por cada instruccin del programa fuente. Para agilizar la codificacin, se desarrollaron programas ensambladores que podan producir una cantidad variable de instrucciones en lenguaje de mquina por cada instruccin del programa fuente. Dicho de otra manera, una sola macroinstruccin poda producir varias lneas de cdigo en lenguaje de mquina. Por ejemplo, el programador podra escribir "LEER ARCHIVO", y el programa traductor producira una serie detallada de instrucciones al lenguaje de mquina previamente preparadas, con lo que se copiara un registro del archivo que estuviera leyendo el dispositivo de entrada a la memoria principal. As, el programador no se tena que ocupar de escribir una instruccin por cada operacin de mquina realizada. El desarrollo de las tcnicas nemotcnicas y las macroinstrucciones condujo, a su vez, al desarrollo de lenguajes de alto nivel que a menudo estn orientados hacia una clase determinada de problemas de proceso. Por ejemplo, se han diseado varios lenguajes para procesar problemas cientfico-matemtico, asimismo han aparecido otros lenguajes que hacen hincapi en las aplicaciones de proceso de archivos. A diferencia de los programas de ensamble, los programas en lenguaje de alto nivel se pueden utilizar con diferentes marcas de computadores sin tener que hacer modificaciones considerables. Esto permite reducir sustancialmente el costode la reprogramacin cuando se adquiere equipo nuevo. Otras ventajas de los lenguajes de alto nivel son:

Son ms fciles de aprender que los lenguajes ensambladores. Se pueden escribir ms rpidamente. Permiten tener mejor documentacin. Son ms fciles de mantener. Un programador que sepa escribir programas en uno de estos lenguajes no est limitado a utilizar un solo tipo de mquina. 2. LENGUAJES COMPILADOS Naturalmente, un programa que se escribe en un lenguaje de alto nivel tambin tiene que traducirse a un cdigo que pueda utilizar la mquina. Los programas traductores que pueden realizar esta operacin se llaman compiladores. stos, como los programas ensambladores avanzados, pueden generar muchas lneas de cdigo de mquina por cada proposicin del programa fuente. Se requiere una corrida de compilacin antes de procesar los datos de un problema. Los compiladores son aquellos cuya funcin es traducir un programa escrito en un determinado lenguaje a un idioma que la computadora entienda (lenguaje mquina con cdigo binario). Al usar un lenguaje compilado (como lo son los lenguajes del popular Visual Studio de Microsoft), el programa desarrollado nunca se ejecuta mientras haya errores, sino hasta que luego de haber compilado el programa, ya no aparecen errores en el cdigo. Ing.MiguelngelBarreraValds Interfaces

INSTITUTOTECNOLGICOSUPERIORPURHEPECHA3. LENGUAJES INTERPRETADOS Se puede tambin utilizar una alternativa diferente de los compiladores para traducir lenguajes de alto nivel. En vez de traducir el programa fuente y grabar en forma permanente el cdigo objeto que se produce durante la corrida de compilacin para utilizarlo en una corrida de produccin futura, el programador slo carga el programa fuente en la computadora junto con los datos que se van a procesar. A continuacin, un programa intrprete, almacenado en el sistema operativo del disco, o incluido de manera permanente dentro de la mquina, convierte cada proposicin del programa fuente en lenguaje de mquina conforme vaya siendo necesario durante el proceso de los datos. No se graba el cdigo objeto para utilizarlo posteriormente. La siguiente vez que se utilice una instruccin, se le debe interpretar otra vez y traducir a lenguaje mquina. Por ejemplo, durante el procesamiento repetitivo de los pasos de un ciclo, cada instruccin del ciclo tendr que volver a ser interpretado cada vez que se ejecute el ciclo, lo cual hace que el programa sea ms lento en tiempo de ejecucin (porque se va revisando el cdigo en tiempo de ejecucin) pero ms rpido en tiempo de diseo (porque no se tiene que estar compilando a cada momento el cdigo completo). El intrprete elimina la necesidad de realizar una corrida de compilacin despus de cada modificacin del programa cuando se quiere agregar funciones o corregir errores; pero es obvio que un programa objeto compilado con antelacin deber ejecutarse con mucha mayor rapidez que uno que se debe interpretar a cada paso durante una corrida de produccin. 4. LENGUAJES DE PROGRAMACIN DECLARATIVOS Se les conoce como lenguajes declarativos en ciencias computacionales a aquellos lenguajes de programacin en los cuales se le indica a la computadora qu es lo que se desea obtener o qu es lo que se esta buscando, por ejemplo: Obtener los nombres de todos los empleados que tengan ms de 32 aos. Eso se puede lograr con un lenguaje declarativo como SQL. La programacin declarativa es una forma de programacin que implica la descripcin de un problema dado en lugar de proveer una solucin para dicho problema, dejando la interpretacin de los pasos especficos para llegar a dicha solucin a un intrprete no especificado. La programacin declarativa adopta, por lo tanto, un enfoque diferente al de la programacin imperativa tradicional. En otras palabras, la programacin declarativa provee el "qu", pero deja el "cmo" liberado a la implementacin particular del intrprete. Por lo tanto se puede ver que la programacin declarativa tiene dos fases bien diferenciadas, la declaracin y la interpretacin. Es importante sealar que a pesar de hacer referencia a intrprete, no hay que limitarse a "lenguajes interpretados" en el sentido habitual del trmino, sino que tambin se puede estar trabajando con "lenguajes compilados". 4.1. CARACTERSTICAS DE LOS LENGUAJES DE PROGRAMACIN DECLARATIVOS

Los lenguajes declarativos estn orientados a buscar la solucin del problema, sin preocuparse por la forma de llegar a ello; es decir, el programador debe concentrarse en la lgica del algoritmo, ms que en el control de la secuencia.


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Los programas estn formados por un conjunto de definiciones o ecuaciones, las cuales describen lo que debe ser calculado, no en s la forma de hacerlo. Las variables slo pueden tener asignado un solo valor a lo largo de la ejecucin del programa, lo cual implica que no puede existir asignacin destructiva. Debido a esto, cobra especial importancia el uso del anidamiento y la recursividad. Las listas representan la estructura fundamental de datos. El orden de la ejecucin no resulta importante debido a que no existen efectos colaterales; es decir, que al calcular un valor, resulta imposible afectar el clculo de otros y con esto se puede afirmar que cualquier secuencia de ejecucin deber conducir al mismo resultado. Las expresiones o definiciones pueden ser usadas como valores y por lo tanto se pueden tratar como argumentos de otras definiciones. El control de la ejecucin no es responsabilidad del programador. 4.2. DESVENTAJAS DE LA PROGRAMACIN DECLARATIVA La principal desventaja de la programacin declarativa es que no puede resolver cualquier problema dado, sino que est restringida al subconjunto de problemas para los que el intrprete o compilador fue diseado. Otra desventaja de la programacin declarativa est relacionada con la eficiencia. Dado que es necesaria una fase de interpretacin extra, en la cual se deben evaluar todas las consecuencias de todas las declaraciones realizadas, el proceso es relativamente ms lento que en la programacin imperativa, en que los cambios de estado del sistema estn dados por instrucciones particulares y no por un conjunto de condiciones arbitrariamente grande. 4.3. VENTAJAS DE LA PROGRAMACIN DECLARATIVA A pesar de lo anterior existen algunas ventajas en el uso de la programacin declarativa. Entre las ventajas se destaca que la solucin de un problema se puede realizar con un nivel de abstraccin considerablemente alto, sin entrar en detalles de implementacin irrelevantes, lo que hace a las soluciones ms fcil de entender por las personas. La resolucin de problemas complejos es resuelta por el intrprete a partir de la declaracin de las condiciones dadas. La programacin declarativa es muy usada en la resolucin de problemas relacionados con inteligencia artificial, bases de datos, configuracin, y comunicacin entre procesos; sin embargo, ningn leguaje declarativo se aproxima en popularidad a los lenguajes imperativos. 4.4. EJEMPLOS DE LENGUAJES DECLARATIVOS Algunos lenguajes declarativos que se pueden mencionar son:

PROLOG SQL HTML WSDL (Web Services Description Language) XML Stylesheet Language for Transformation Ing.MiguelngelBarreraValds Interfaces

INSTITUTOTECNOLGICOSUPERIORPURHEPECHA4.5. PROGRAMACIN LGICA La idea fundamental de la programacin lgica consiste en emplear la lgica como lenguaje de programacin. La lgica no es imperativa porque no sirve para indicar cmo resolver un problema (rdenes). La lgica es declarativa porque sirve para especificar qu problema resolver (condiciones). En la programacin lgica, se especifican las condiciones que satisfacen las soluciones, se deducen las soluciones a partir de las condiciones y el nfasis de todo est en qu problema resolver. El problema se describe especificando qu caracteriza a sus posibles soluciones. La programacin lgica, junto con la funcional, forma parte de lo que se conoce como programacin declarativa. En los lenguajes tradicionales, la programacin consiste en indicar cmo resolver un problema mediante sentencias; en la programacin lgica, se trabaja de forma descriptiva, estableciendo relaciones entre entidades, indicando no cmo, sino qu hacer. Se establece entonces que la idea esencial de la programacin lgica es: algoritmos = lgica + control. Es decir, un algoritmo se construye especificando conocimientoen un lenguaje formal (lgica de primer orden), y el problema se resuelve mediante un mecanismo de inferencia (control) que acta sobre aqul. Al hacer un recorrido por la programacin lgica, aparece como uno de sus lenguajes ms representativos, Prolog, que es un clsico de la inteligencia artificial y que se aplica de mltiples formas en el desarrollo de softwarecomercial. 4.6. PROGRAMACIN FUNCIONAL La programacin funcional es un paradigma de programacin declarativa basado en la utilizacin de funciones matemticas. El objetivo de la programacin funcional es conseguir lenguajes expresivos y matemticamente elegantes, en los que no sea necesario bajar al nivel de la mquina para describir el proceso llevado a cabo por el programa. Los programas escritos en un lenguaje funcional estn constituidos nicamente por definiciones de funciones, entendiendo stas no como subprogramas clsicos de un lenguaje imperativo (pues la programacin funcional es declarativa), sino como funciones puramente matemticas, en las que se verifican ciertas propiedades como la transparencia referencial (el significado de una expresin depende nicamente del significado de sus subexpresiones), y por tanto, la carencia total de efectos laterales. Otras caractersticas propias de estos lenguajes son la no existencia de asignaciones de variables y la falta de construcciones estructuradas como la secuencia o la iteracin (lo que obliga en la prctica a que todas las repeticiones de instrucciones se lleven a cabo por medio de funciones recursivas). Existen dos grandes categoras de lenguajes funcionales: los funcionales puros y los hbridos. La diferencia entre ambos estriba en que los lenguajes funcionales hbridos son menos dogmticos que los puros, al permitir conceptos tomados de los lenguajes imperativos, como las secuencias de instrucciones o la asignacin de variables. En contraste, los lenguajes funcionales puros tienen una mayor potencia expresiva, conservando a la vez su transparencia referencial, algo que no se cumple siempre con un lenguaje hbrido. 4.7. PROGRAMACIN ORIENTADA A BASES DE DATOS Ing.MiguelngelBarreraValds Interfaces

INSTITUTOTECNOLGICOSUPERIORPURHEPECHALas bases de datos son programas que administran informacin y hacen ms ordenada la informacin, aparte de hacer la fcil de buscar y por supuesto de encontrar. Las caractersticas de las bases de datos pueden ser ventajosas o desventajosas: pueden ayudar a almacenar, organizar, recuperar, comunicar y manejar informacin en formas que seran imposibles sin las computadoras, pero tambin afecta de alguna manera ya que existen enormes cantidades de informacin en bases de datos de las que no se tiene control del acceso. Las bases de datos tienen muchos usos: facilitan el almacenamiento de grandes cantidades de informacin; permiten la recuperacin rpida y flexible de informacin, con ellas se puede organizar y reorganizar la informacin, as como imprimirla o distribuirla en formas diversas. Es claro que los lenguajes orientados a bases de datos son declarativos y no imperativos, pues el problema es "qu" se quiere hacer o "qu" se necesita buscar y encontrar en la base de datos, y no se enfatiza el "cmo". Una base de datos tambin se puede definir como un banco de datos o conjunto de datos que pertenecen al mismo contexto, almacenados sistemticamente para su posterior uso. En este sentido, una biblioteca puede considerarse una base de datos compuesta en su mayora por documentos y textos impresos en papel e indexados para su consulta. En la actualidad, y gracias al desarrollo tecnolgico de campos como la informtica y la electrnica, la mayora de las bases de datos tienen formato electrnico, que ofrece un amplio rango de soluciones al problema de almacenar datos. Los sistemas gestores de bases de datos (SGBD) permiten almacenar y posteriormente acceder a los datos de forma rpida y estructurada. 4.7.1. TIPOS DE BASES DE DATOS Las bases de datos pueden clasificarse de varias maneras, de acuerdo al criterio elegido para su clasificacin, que puede ser segn la variabilidad de los datos almacenados o segn el contenido. 4.7.1.1 CLASIFICACIN DE BASES DE DATOS SEGN LA VARIABILIDAD DE LOS DATOS ALMACENADOS Esta clasificacin depende de cmo los datos cambian o varan dentro de la base de datos, o si se mantienen estticos sin sufrir modificaciones o cambios. Dentro de esta clasificacin se tiene lo siguiente:

BASES DE DATOS ESTTICAS: stas son bases de datos de slo lectura, utilizadas primordialmente para almacenar datos histricos que posteriormente se pueden utilizar para estudiar el comportamiento de un conjunto de datos a travs del tiempo, realizar proyecciones y tomar decisiones.

BASES DE DATOS DINMICAS: stas son bases de datos donde la informacin almacenada se modifica con el tiempo, permitiendo operaciones como actualizacin y adicin de datos, adems de las operaciones fundamentales de consulta. Un ejemplo de esto puede ser la base de datos utilizada en un sistema de informacin de una tienda de abarrotes, una farmacia, un videoclub, etc. 4.7.1.2. CLASIFICACIN DE BASES DE DATOS SEGN CONTENIDO Ing.MiguelngelBarreraValds Interfaces

INSTITUTOTECNOLGICOSUPERIORPURHEPECHAEsta clasificacin basa su enfoque en el contenido o lo que almacena la base de datos, de esta manera:

BASES DE DATOS BIBLIOGRFICAS: Solo contienen un "representante" de la fuente primaria, que permite localizarla. Un registro tpico de una base de datos bibliogrfica contiene informacin sobre el autor, fecha de publicacin, editorial, ttulo, edicin, de una determinada publicacin, etc. Puede contener un resumen o extracto de la publicacin original, pero nunca el texto completo, porque sino se estara en presencia de una base de datos a texto completo (o de fuentes primarias). Como su nombre lo indica, el contenido son cifras o nmeros. Por ejemplo, una coleccin de resultados de anlisis de laboratorio, entre otras. BASES DE DATOS DE TEXTO COMPLETO: Almacenan las fuentes primarias, como por ejemplo, todo el contenido de todas las ediciones de una coleccin de revistas cientficas. DIRECTORIOS: Un ejemplo son las guas telefnicas en formato electrnico. BANCO DE IMGENES, AUDIO, MULTIMEDIA, ETC. 4.7.2. MODELOS DE BASES DE DATOS Adems de la clasificacin por la funcin de las bases de datos, stas tambin se pueden clasificar de acuerdo a su modelo de administracin de datos. Un modelo de datos es bsicamente una "descripcin" de algo conocido como contenedor de datos (algo en donde se guarda la informacin), as como de los mtodos para almacenar y recuperar informacin de esos contenedores. Los modelos de datos no son cosas fsicas: son abstracciones que permiten la implementacin de un sistema eficiente de base de datos; por lo g

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