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UNIVERSIDAD DISTRITAL
“Francisco José de Caldas”
Facultad Tecnológica
PASANTÍA PARA OPTAR AL TÍTULO DE INGENIERIA EN CONTROL
TITULO PROPUESTA
“DISEÑO DE UNA UNIDAD DE CONTROL PARA UNA RED DE INFORMADORES
ELECTRONICOS CON ALGORITMOS DE MÚLTIPLES EFECTOS DE VISUALIZACIÓN
INCORPORANDO LENGUAJE VHDL, PARA LA EMPRESA CIEL INGENIERÍA LTDA”
PROPONENTES
Diana Katherine Avella Torres Cód.: 20071283004
Ivan Dario Posso Renteria Cod: 20081283019
DIRECTOR
ING Alberto Delgadillo
REFERENCIA AL CONSEJO
El siguiente proyecto plantea el diseño y la descripción de un unidad de control implementada
a través del lenguaje de descripción de Hardware VHDL, para administrar la correcta
visualización de datos en una red de informadores modulares interconectados mediante el
protocolo RS485, teniendo como margen de acción los requerimientos de la empresa
beneficiaria CIEL ingeniería, la cual desea una solución técnica de modularidad siendo esta
una opción importante para la escalabilidad del producto, además de ahorrar trabajo y tiempo
en su desarrollo.
Teniendo en cuenta los recursos que otorga el estado colombiano a la investigación para el
avance tecnológico del país a través de la entidad Colciencias, el centro de investigación de
la industria electro electrónica e informática CIDEI, desarrolla un proyecto el cual pretende
apropiar a las empresas participantes, de las tecnologías CPLD y FPGA, mediante el
conocimiento y la capacitación en lenguajes de descripción de hardware. Este proyecto nace
como resultado de un proyecto de vigilancia tecnológica desarrollado por el CIDEI y la
Universidad de Cundinamarca con ocho empresas del Clúster de la Industria Electro
Electrónica de Bogotá y Cundinamarca, en donde se analizó ampliamente el uso de nuevas
tecnologías, su desarrollo y aplicación en el mundo. El trabajo se hará en la modalidad de
pasantía en el Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico de la Industria ElectroElectrónica e informática CIDEI.
DATOS DE ENLACE
E-mail: [email protected] Teléfonos: 3115084174 Cod 20071283004
E-mail: [email protected] Teléfonos: 3117868338 Cod 20081283019
HOJA DE ACEPTACIÓN
“DISEÑO DE UNA UNIDAD DE CONTROL PARA UNA RED DE INFORMADORES
ELECTRONICOS CON ALGORITMOS DE MÚLTIPLES EFECTOS DE VISUALIZACIÓN
INCORPORANDO LENGUAJE VHDL, PARA LA EMPRESA CIEL INGENIERÍA LTDA”
Observaciones.
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Nombre y Firma Director del Proyecto
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Nombre y Firma Evaluador del Proyecto
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Vo.Bo. Metodología
Fecha de presentación:

INFORMACIÓN GENERAL DEL PROYECTO
TÍTULO: “Diseño de una unidad de control para una red de informadores
electrónicos con algoritmos de múltiples efectos de visualización incorporando
lenguaje vhdl, para la empresa CIEL Ingeniería ltda”
Estudiantes Proponentes: Diana Katherine Avella Torres
Ivan Dario Posso Renteria
Total de Estudiantes (número): 2
Línea de Investigación:
Representante Legal:
Entidad: Universidad Distrital Francisco José de Caldas – Facultad Tecnológica
Tipo de Entidad:
Universidad Pública:
X Universidad Privada:
Instituto de Investigación
Público:
Centro de Investigación Privado:
Organizaciones Gubernamentales:
ONG:
Empresa, Centro Empresarial o Gremio de la Producción:
Dirección: Calle 75 Sur No 68ª - 51
Teléfono: 7 31 15 40
Fax:
Correo Electrónico:
Sede de la Entidad: Facultad Tecnológica
Nit:
Ciudad: Bogotá
Departamento: Cundinamarca
Tipo de contribuyente:
Entidad de derecho público
comercial del estado
Entidad de economía mixta
Lugar de Ejecución del Proyecto:
Ciudad: Bogotá
Duración del Proyecto (meses): 6
Tipo de Proyecto:
Investigación Básica: Investigación Aplicada:
Valor del proyecto:$
Descriptores / Palabras claves:
Observaciones:
X
Entidad industrial y
Departamento: Cundinamarca
Desarrollo Tecnológico o Experimental:
JUSTIFICACIÓN
La velocidad de procesamiento de información y la escalabilidad de los productos de la
industria electrónica son algunas de las necesidades presentes en el sector industrial, las
empresas colombianas de electrónica desarrollan actualmente productos con tecnologías y/o
dispositivos maduros los cuales logrando apenas colmar las necesidades de los clientes.
Todo esto debido al desconocimiento de las nuevas tendencias de diseño, tecnologías y
dispositivos.
Este documento busca describir el proyecto titulado: “DISEÑO Y DESCRIPCION DE UNA
UNIDAD DE CONTROL PARA UNA RED DE INFORMADORES ELECTRONICOS CON
ALGORITMOS DE MÚLTIPLES EFECTOS DE VISUALIZACIÓN INCORPORANDO
LENGUAJE VHDL, PARA LA EMPRESA CIEL INGENIERÍA LTDA”, el cual se presenta
mediante la modalidad de pasantía ante la Universidad Distrital Francisco José de Caldas –
facultad de tecnología; forma parte de un proyecto del Centro de Investigación y Desarrollo
Tecnológico de la Industria Electro Electrónica e Informática (CIDEI), la empresa CIEL
Ingeniería LTDA y COLCIENCIAS; El cual está financiado y aprobado por el Instituto
Colombiano para el Desarrollo de la Ciencia y la Tecnología COLCIENCIAS en la modalidad
de apoyo a centros.
EL CIDEI - Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico de la Industria Electro
Electrónica e Informática, es una entidad de carácter privado sin ánimo de lucro, creada con
capital semilla de Colciencias y aportes del sector privado, que nace con el fin de impulsar el
desarrollo de las empresas colombianas, por medio de la investigación aplicada, y la
transferencia de las tecnologías eléctrica, electrónica e informática. Y cuya misión es
contribuir permanentemente al desarrollo tecnológico de las empresas, a través de la
realización de planes, programas y proyectos de investigación para el desarrollo de procesos,
productos y servicios eléctricos, electrónicos e informáticos, dando un aporte significativo al
desarrollo económico y social del país y contribuyendo al mejoramiento de las condiciones de
vida del pueblo colombiano, al desarrollo y modernización de la industria colombiana.
CIEL Ingeniería LTDA., es una empresa colombiana con más de 24 años de experiencia en
el diseño, desarrollo y comercialización de sistemas electrónicos de comunicación visual y
soluciones integrales para el manejo inteligente de filas en oficinas de atención al cliente. Por
su tamaño, nivel de activos y volumen de ventas, es considerada como una empresa
mediana.
En ese orden de ideas aprovechando la experiencia del centro en apoyo a la innovación
tecnológica de las empresas del clúster se va a implementar el Diseño y Descripción de una
unidad de control para un informador electrónico modular, por medio del paquete de software
de XILINX ISE o QUARTUS de ALTERA los cuales son herramientas para descripción e
implementación de hardware en FPGA y CPLD. Permitiendo un mejor desempeño en la
visualización dinámica del informador electrónico creando un diseño modular en lenguaje de
descripción de hardware de alto nivel VHDL.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA O LA NECESIDAD
Las transformaciones tecnológicas que han caracterizado el desarrollo de la industria
electrónica a nivel mundial se fundamenta en la invención y creación de dispositivos que
permitan alta velocidad de procesamiento, amplia escala de integración, arquitecturas
reconfigurables, flexibles, económicas y fáciles de implementar, reducción del área de circuito
impreso al trabajar con tecnologías de montaje superficial, reducción en el tamaño del
empaquetado, entre otra serie de características que surgen de la evolución en la industria
de los semiconductores.
Con relación a la situación actual, el sector electrónico de la industria Colombiana desarrolla
sus productos basados en tecnologías maduras, que no satisface las expectativas de los
clientes del mercado internacional. Siendo necesarias la adopción e implementación de
dispositivos electrónicos de última tecnología que logren suplir las necesidades e incrementar
la competitividad.
Surge entonces la apropiación de nuevas tecnologías, su desarrollo y aplicación, necesidad
que fue identificada como resultado de un proyecto de vigilancia tecnológica desarrollado por
el CIDEI y la universidad de Cundinamarca cofinanciado por COLCIENCIAS; de esta manera
nace la idea de incorporar herramientas de diseño como VHDL que es un lenguaje
estructurado de descripción de hardware de VHSIC (Very High Speed Integrate Circuit) y
Hardware Description Lenguaje, utilizado para la implementación de sistemas digitales en
Dispositivos lógicos Programables Complejos (CPLD) y Arreglos de Compuertas Lógicas
Programables en Campo (FPGA). En la empresa CIEL INGENIERÍA LTDA. Surge la
necesidad de implementar sistemas digitales utilizando dispositivos de descripción de
hardware reconfigurables por software de manera digital, como los CPLD y FPGA los cuales
brindan las características suficientes para mejorar sus productos. Esta implementación se
realizara en el producto- informador electrónico- el cual actualmente presenta una serie de
inconvenientes tales como:

Existe un problema de visualización en el efecto nieve, se fragmenta.

Las letras grandes de tamaño (16 X 8) se visualizan partidas.

Inconveniente con las gráficas pregrabadas, no se pueden emplear gráficas
diferentes a las que trae el equipo de fábrica.

Costo del producto.

El microcontrolador empieza a ser ineficiente en informadores de más de 8 filas
debido a que el tiempo de procesamiento no puede ser optimizado.

Imposibilidad de conectar varios informadores en red para que puedan ser
programados desde un mismo punto. Se quisiera tener una red de 45 informadores a
una distancia de 1200 metros para ser usados en un ambiente comercial.
Con la implementación de estos dispositivos de descripción de hardware se desean ofrecer
mejoras en la calidad del producto brindado al cliente respaldando, una mayor confiabilidad y
rentabilidad, y aumentar la posibilidad de competencia con el mercado internacional.
IMPACTO ESPERADO
Económico:
La empresa beneficiaria CIEL Ingeniería al implementar éstos dispositivos electrónicos podrá
desarrollar productos con capacidades tecnológicas que permitan el ofrecimiento de nuevos
servicios y productos tecnológicos, acelerando así su desarrollo económico y financiero.
Tecnológico
El CIDEI será más productivo en términos de ofrecimiento y desarrollo de nuevas tecnologías
dentro de su portafolio empresarial lo que le permitirá a las empresas del sector electrónico
acceder a un servicio de intercambio de tecnología, nuevas tendencias de diseño y
dispositivos con miras a mejorar sus procesos de producción.
Ambiental
Este proyecto no tiene impactos ambientales. Las nuevas tecnologías que se integrarán
dentro del producto, requieren menos consumo de energía, tienen menos elementos
contaminantes y al integrar varios elementos en uno solo los futuros desechos serán
menores y dado que está tecnologías son reconfigurables servirán para varios desarrollos
minimizando la generación de desechos.
OBJETIVOS
General
Diseño y desarrollo de una unidad de control para una red modular de informadores
electrónicos interconectados mediante protocolo RS485. Utilizando lenguaje de descripción
de hardware VHDL.
Objetivos específicos
 Diseñar y describir la arquitectura de la unidad de control basándose en los
requerimientos hechos por la empresa beneficiaria.
 Diseño y desarrollo del protocolo de comunicaciones, requerido para la recolección y
envío de datos, permitiendo la interconexión de varios informadores con un mismo
ordenador y así configurar el mensaje a visualizar.
 Participar en el diseño y la implementación de protocolos de pruebas al producto los
cuales permitan medir su desempeño y validar su funcionamiento, valiéndose de
sistemas de simulación e implementaciones de hardware.
PLAN DE ACTIVIDADES
Actividad
Documentación
Selección de equipos
Selección de materiales e insumos
Solicitud de equipos
Adquisición de insumos
Recibo y montaje de hardware
Diseño pruebas de uso
Evaluación de tecnologías
Diseño de software
Acople de software y hardware
Puesta a punto y operación
Elaboración de Documentación
TOTAL
Numero de horas
35 h
30h
20h
10h
14h
15h
50h
40h
55h
40h
30h
20h
359
En el CIDEI se ha adaptado con éxito una metodología existente para software que se llama
RUP por sus siglas en inglés (Rational Unified Process) y que consta en fases o ciclos de
elaboración y la cual se ha podido utilizar para desarrollo de hardware ya que es una
metodología de largo plazo para proyectos en general y aunque fue pensada para software
se puede modificar para cualquier tipo de proyecto.
La metodología de diseño de producto se realiza en cuatro fases que encierran todo el
proceso de desarrollo y gestión del conocimiento que se debe llevar a cabo en el ciclo de vida
de un proyecto; estas contienen varias iteraciones en las que se realiza un mayor o menor
esfuerzo en las diferentes actividades que componen cada fase y estas tienen
documentación de soporte.
La primera fase se ha denominado concepción, cuyo objetivo es realizar una planeación
completa que involucre una comprensión global del proyecto, la delimitación y alcance de los
resultados, el análisis de los riesgos potenciales que se puedan presentar dentro de la
ejecución del proyecto, los métodos de seguimiento y control que se llevarán a cabo para la
administración, los recursos logísticos y humanos necesarios, conocimiento del mercado, el
cronograma y las características de entrega de los resultados del proyecto. Adicionalmente,
se realiza una actividad de vigilancia tecnológica (para investigar y conocer el estado del arte
del desarrollo que se quiere implementar) y la recopilación de los requerimientos funcionales
y técnicos que guiarán las siguientes fases de la metodología; lo cual ya se ha realizado en
un proyecto de vigilancia tecnológica expuesto anteriormente.
La segunda fase de la metodología de diseño de producto se denomina diseño, en esta se
desarrollan actividades como el modelamiento de la arquitectura base del proyecto,
simulaciones, la elección de la tecnología con la que se va a trabajar y el diseño de los
diferentes módulos que integran el sistema del proyecto, las actividades de diseño hacen
énfasis en los componentes de software, hardware y diseño mecánico-industrial. Se definen
además el protocolo de pruebas que se le realizarán al prototipo.
La tercera fase se denomina construcción, en esta fase se materializan y ejecutan los diseños
que se realizaron en la fase anterior y el resultado de esta fase debe ser un prototipo o demo
funcional que satisfaga los objetivos del proyecto con una alta confiabilidad. Se realizan las
pruebas de los módulos de manera individual y luego grupal para verificar la manera en que
funciona el prototipo integrando varias partes del proyecto.
La cuarta y última fase de la metodología de desarrollo de producto se denomina despliegue,
en esta fase se garantiza que existe un producto terminado, listo para ser entregado y
cumpliendo todos lo requerimientos técnicos y funcionales a entera satisfacción de los
usuarios o clientes finales, se contemplan actividades de instalación, capacitación y soporte.
A continuación se describen las fases que se desarrollarán y en qué consiste cada una:
FASE
DESCRIPCIÓN
Concepción
Se define el modelo del negocio y el alcance del proyecto. Se identifican los
requerimientos funcionales y técnicos. Se desarrollan los planes que se
consideren necesarios para determinar los objetivos del proyecto, los
recursos que deben ser asignados, la manera como se llevará el control de
las actividades, etc.
Elaboración
El propósito de la fase de elaboración es analizar el dominio del problema,
establecer los cimientos de la arquitectura, desarrollar el plan del proyecto,
generar los diseños y eliminar los mayores riesgos.
Construcción La finalidad principal de esta fase es alcanzar la capacidad operacional del
producto de forma incremental a través de sucesivas iteraciones. Durante
esta fase todos los componentes, características y requisitos deben ser
implementados, integrados y probados en su totalidad, obteniendo una
versión aceptable del producto.
Despliegue
La finalidad de esta fase es implementar el producto final, ponerlo en manos
de los usuarios finales, completar las pruebas de verificación y en general
realizar tareas relacionadas con el ajuste, configuración e instalación del
producto.
Control
Esta fase se desarrolla durante todo el proceso de desarrollo, y tiene como
objetivo controlar la ejecución y establecer indicadores que permitan medir
los avances del proyecto.
*Tabla tomada del CIDEI en la documentación del proyecto.
De cada fase deben entregarse o producir como resultado un documento o reporte de
cada actividad; a continuación se relacionan con su respectivo entregable:
FASE
ENTREGABLE
Planeación
Concepción
Requerimientos
1.
2.
3.
4.
5.
Plan de Ejecución del Proyecto.
Plan de Administración de Riesgos.
Protocolo de compras y gastos.
Certificados de capacitación.
Formato de solicitud de servicios
tecnológicos.
6. Plan de solicitud de cambios en
requerimientos.
7. Documento de visión.
8. Análisis del producto de las empresas
beneficiarias.
9. Formatos diligenciados de
requerimientos de los clientes.
10. Investigación de tecnologías
aplicables.
11. Análisis de soporte de tecnología
brindado por los fabricantes.
12. Documento de Aceptación del
prototipo.
13. Informe de compras y gastos.
Elaboración
14. Informe de antecedentes de diseño
15. Diagramas de bloques generales.
16. Diagramas de bloques detallados.
17. Diagramas algoritmicos.
18. Diagramas algorítmicos de firmware
de validación.
19. Protocolos de comunicación de los
sistemas.
20. Diagramas esquemáticos de
validación.
21. Informe de cambios en esquemáticos
de PCB´s de validación.
22. Protocolo de pruebas de validación.
23. Protocolo de ensamble para PCB´s de
validación.
24. Informe de las pruebas de PCB
validación.
25. Informe de compras y gastos.
26. Informe técnico parcial.
27. Informe financiero parcial.
Construcción
28. Informe de cambios en esquemáticos
de PCB prototipo.
29. Informe de diseño y fabricación de
PCB prototipo.
30. Guía de ensamble de PCB prototipo.
31. Manual técnico.
32. Manual de ensamble.
33. Informe de las pruebas de prototipo.
34. Informe de las pruebas de PCB
prototipo.
35. Informe de costos y precios del
prototipo.
36. Informe de validación de tecnología.
37. Informe de compras y gastos.
Despliegue
38. Análisis de costos del prototipo final.
39. Informe técnico final.
40. Informe financiero final.
41. Presentación del prototipo final.
*Tabla tomada del CIDEI en la documentación del proyecto.
Se define un cronograma general de las actividades organizadas por las fases presentadas
en la metodología.
RESULTADOS ESPERADOS
Una unidad de control que permita la correcta visualización en el informador electrónico de la
empresa CIEL Ingeniería con resolución de 80 x 16 pixeles, mejorando la velocidad de
procesamiento para una red de informadores electrónicos con la creación de algoritmos de
múltiples efectos de visualización incorporando lenguaje VHDL en FPGAs utilizando los kit de
desarrollo CICLON II de Altera y SPARTAN 3 de Xilinx.
MARCO DE REFERENCIA
MARCO TEÓRICO
Para comenzar es necesario definir algunos conceptos clave que serán útiles para llegar a
comprender los objetivos, el desarrollo y alcance del proyecto a desarrollar.
VHDL es un lenguaje de descripción de circuitos electrónicos digitales que utiliza distintos
niveles de abstracción. El significadde las siglas VHDL es VHSIC (Very High Speed Integrated
Circuits) Hardware Description Language. Esto significa que VHDL permite acelerar el
proceso de diseño.
VHDL no es un lenguaje de programación, por ello conocer su sintaxis no implica
necesariamente saber diseñar con él. VHDL es un lenguaje de descripción de hardware
genérico, que permite describir circuitos síncronos y asíncronos. Para realizar esto debemos:
- Pensar en puertas y biestables, no en variables ni funciones.
- Evitar bucles combinacionales y relojes condicionados.
- Saber qué parte del circuito es combinacional y cuál secuencial.
Los circuitos descritos en VHDL pueden ser simulados utilizando herramientas de simulación
para reproducir el funcionamiento del circuito. Además utilizando herramientas de síntesis se
puede implementar dicho circuito en un dispositivo lógico programable o en un circuito
integrado.
Al diseño con VHDL se le atribuye dificultades como la gran cantidad de arquitecturas posibles
para un mismo circuito. Este lenguaje no esta orientado o encaminado hacia ningún método,
tipo de lógica o tecnología dada sino que éstas son elecciones que puede tomar la persona
que realizara el diseño, y de quien depende el éxito del mismo.

Método
Aquí se describe la aplicación del método que va de lo general a lo particular, y que consiste
en describir el circuito (incluyendo las señales de entrada y salida) a nivel de comportamiento
para luego realizar la síntesis del mismo. El nivel de complejidad de los circuitos que se van a
tratar corresponde a la Lógica de Transferencia de Registros (RTL) para obtener una
descripción VHDL de tipo comportamiento de una secuencia RTL. A partir de esta se realizan
las simulaciones y posterior síntesis del circuito.

Descripción VHDL de comportamiento
Esta es la etapa mas importante del diseño, ya que en ella se toman decisiones claves para el
resultado final.

Síntesis.
En la descripción inicial se divide el circuito en una parte de control y una parte de datos. Por
lo tanto la síntesis consistirá en pasar de la descripción de comportamiento a una descripción
de estructura que contemple los requisitos establecidos. Para esta etapa son importantes la
elección de lógica a utilizar y la estrategia de reloj.
MODELADO DE SISTEMAS
El modelo es la representación de un sistema, en el que se representa la información con un
grado de abstracción determinado: comportamiento, entrada/salida, estructura, etc.
El modelo es útil en diversas faces del diseño de sistemas digitales:
 Se puede utilizar el modelo para especificar sin ambigüedad los requerimientos que ha
de cumplir un circuito digital a diseñar.
 Para mostrar el funcionamiento de un diseño.
 Para verificar el correcto funcionamiento de un diseño mediante simulación.
 Utilización de procedimientos de síntesis automática de circuitos a través de modelos.
Se debe tener en cuenta algunas etapas al momento de describir un circuito determinado, los
cuales se mencionan a continuación.
DOMINIOS Y NIVELES DE ABSTRACCIÓN EN EL MODELADO DE SISTEMAS DE
DIAGRAMA DE GAJSKI-KUHN
Un sistema digital puede describirse desde diferentes dominios conceptuales en la carta Y
(Gajski y Kuhn 1983) se muestra una división del proceso del diseño en tres dominios como
se muestra en la figura 1:
Figura 1. Diagrama den Y de Gajski-Kuhn
Dominio conductual o comportamiento: En una especificación de este tipo decimos cual es
la función que cumple el sistema.
Dominio Estructural: En este dominio se especifica cómo se conectan entre si las entidades
(componentes) para satisfacer el comportamiento deseado.
Dominio Físico: Especifica cómo construir una estructura física que tenga la conectividad
requerida para la función deseada.
En cada dominio existen varias opciones de diseño para resolver un problema particular.
Por ejemplo, en el dominio del comportamiento se tiene la posibilidad de elegir entre algoritmo
tipo secuencia o tipo paralelo. En el dominio de la estructura se puede optar por una familia
lógica particular, por una determinada estrategia de reloj, o por un estilo de circuito.
A nivel físico se puede optar por diferentes realizaciones de circuitos en términos de obleas,
tarjetas, gabinetes etc.
Cada dominio puede ser especificado a una variedad de niveles de abstracción. Cada círculo
concéntrico indica un nivel de abstracción usado en diseño electrónico.
Los niveles de abstracción que observamos en el mapa de la Y de Gajski y Kuhn son los
siguientes:
Nivel Circuito: Electrónica.
Nivel Lógico: Valores lógicos (0,1).
Nivel RT (Transferencia entre Registros): Palabras, señales de control, temporizaciones.
Nivel Algorítmico: Estructuras abstractas, dependencias.
Nivel Sistema: Protocolos de sincronización
entre subsistemas.
Figura 2. Transiciones en el Diagrama den Y de
Gajski-Kuhn
Las transiciones que ocurren corresponden a:




Síntesis – análisis: dominios conductual
estructural.
Generación – extracción: dominios
físicos
estructural.
Optimización: mejora dentro del mismo
nivel de abstracción.
Refinamiento – abstracción: cambiar el
nivel de abstracción en el mismo dominio.
LENGUAJES DE DESCRIPCIÓN DE HARDWARE.
Existen lenguajes de alto nivel con sintaxis similar a los lenguajes de alto nivel (C, ADA,
PASCAL) con una semántica y sintaxis orientada al modelado y descripción de circuitos
electrónicos. Los HDL permiten descripciones de circuitos con alto nivel de abstracción e
independientes de la implementación tecnológica final, que puede ser detallada en distintas
fases del diseño hasta llegar a la implementación física dependiente de la tecnología.
En la actualidad se utilizan fundamentalmente VHDL, Verilog y SystemC . Otro lenguaje
existente es HDL, el UDI/L se utiliza exclusivamente en Japón.
VHDL (Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language). Nace como
proyecto del Departamento de Defensa (DoD) de EEUU (año 82) para disponer de una
herramienta estándar, independiente para la especificación (modelado y/o descripción) y
documentación de los sistemas electrónicos. El IEEE lo adopta y estandariza.
Verilog: Sw de la firma Gateway y posteriormente de Cadence. Estándar industrial hasta que
apareció el VHDL como estándar IEEE. En 1990 Cadence lo hace público y el IEEE lo
estandariza en 1995.
SystemC: es una extensión del C++, que utiliza unas bibliotecas de clase para describir y
simular circuitos digitales. Se publicó en 1.999.
VHDL permite describir sistemas según diferentes modelos de comportamiento (funcional,
algorítmico y estructural).



El modelo funcional o comportamental está próximo a la especificación del sistema:
relación entre las entradas y salidas sin hacer referencia a la implementación.
Descripciones al estilo de Sw (Software) de alto nivel, que reflejan la funcionalidad de
los módulos (algorítmicas)
El modelo algorítmico o de transferencia de registros (RT) es más elaborado, y
describe el comportamiento del sistema. Aquí existe una división de bloques
funcionales, con planificación en el tiempo de las acciones a desarrollar (ciclos de
reloj). Descripciones basadas en ecuaciones y expresiones que reflejan el flujo de
datos y las dependencias entre datos y operaciones.
El modelo estructural describe los componentes del circuito expresados en términos de
ecuaciones lógicas o puertas y elementos de una biblioteca. Descripciones
estructurales: se especifican componentes, conexiones y puertos de E/S.
MÉTODOS DE DISEÑO.
Debido a la cantidad de transistores que se pueden colocar en una única oblea, es necesario
encontrar nuevos procedimientos de diseño y se comprende la importancia de buscar
métodos que permitan crear y verificar especificaciones durante las fases iníciales de
concepción y partición de un sistema ya que es acá donde se decide el éxito de un proyecto.
Como forma de resolver esa complejidad se usan los recursos de jerarquía, regularidad,
diseño modular, etc.
La tendencia que se ha impuesto actualmente consiste en presentar el objeto complejo en
diversos niveles de descripción (jerarquías), partiendo desde el más abstracto (representación
funcional o de comportamiento) hasta llegar al plano de la realización concreta.
Cada descripción sólo considera una parte de los atributos correspondientes a los elementos
manipulados (abstracción), es decir, aquéllos que son significativos para el nivel en cuestión.
Por ejemplo una descripción en alto nivel hace abstracción de los detalles correspondientes a
una realización particular como son el tipo de lógica, el tipo de reloj, la tecnología etc.
La clave del método consiste en que una vez definidos los niveles se establecen los
mecanismos para pasar de una descripción más abstracta a una más detallada. La meta de
este procedimiento es la síntesis automática conocida como Automatización Electrónica del
Diseño (EDA) es el nombre que se le da a todas las herramientas (tanto de hardware como de
software) que sirven de ayuda en el diseño de sistemas electrónicos.
Diseño Botton-up: (diseño de abajo hacia arriba) se aplica al método de diseño mediante el
cual se realiza la descripción del circuito, o sistema que se pretende realizar, empezando por
describir los componentes más pequeños del sistema (los cuales pertenecen normalmente a
una biblioteca que contiene chips, resistencias, condensadores, y otros elementos que
representan unidades funcionales con significado propio dentro del sistema) para mas tarde
agruparlos en diferentes módulos, los cuales luego se agrupan para luego formar bloques de
mayor complejidad y así sucesivamente.
La desventaja de este diseño es que es ineficiente para crear diseños mas complejos y su
dependencia de la tecnología.
El diseño Top-Down: es, el proceso de capturar una idea en un alto nivel de abstracción e
implementarla partiendo de esa descripción abstracta, y después ir hacia abajo incrementando
el nivel de detalle según sea necesario. Este diseño sigue un poco el lema de “divide y
vencerás”, de manera que un problema, en principio muy complejo, es dividido en varios
subproblemas que a su vez pueden ser divididos en otros problemas más sencillos de tratar.
Mediante este diseño las herramientas actuales de síntesis permiten la implementación de un
circuito a partir de una idea abstracta sin necesidad de que el diseñador tenga que
descomponer su idea abstracta en componentes concretos.
Figura 3. Metodologías y flujos de diseño.
PROTOCOLO DE COMUNICACIÓN
RS-485 (Estándar EIA-485) es una mejora sobre el RS-422 porque incrementa el número de
dispositivos de 10 a 32 y define las características eléctricas necesarias para asegurar
adecuadamente los voltajes de señales bajo la carga máxima. Con el incremento en esta
capacidad, se pueden crear redes de dispositivos conectados a un solo puerto serial RS-485.
La inmunidad al ruido y la gran capacidad hacen que RS-485 sea la conexión serial preferida
en aplicaciones industriales que requieren diversos dispositivos distribuidos en red a una PC o
algún otro controlador para colección de datos, HMI, u otras operaciones. RS-485 es un gran
conjunto de RS-422; por lo tanto, todos los dispositivos RS-422 pueden ser controlados por
RS-485. Se puede utilizar el hardware RS-485 para comunicación serial para cables de hasta
4000 pies.
Ventajas de RS-485
Esta interfase tiene muchas ventajas con respecto a RS 232, entre las cuales se mencionan:
a) Bajo costo
Los Circuitos Integrados para trasmitir y recibir son baratos y solo requieren una fuente de
+5V para poder generar una diferencia mínima de 1.5v entre las salidas diferenciales. En
contraste con RS-232 que en algunos casos requiere de fuentes dobles para alimentar
algunos circuitos integrados.
b) Capacidad de interconexión:
RS-485 es una interfase multi-enlace con la capacidad de poder tener múltiples transmisores
y receptores. Con una alta impedancia receptora, los enlaces con RS-485 pueden llegar a
tener a lo máximo hasta 256 nodos.
c) Longitud de Enlace:
En un enlace RS-485 puede tener hasta 4000 pies de longitud, comparado con RS-232 que
tiene unos limites típicos de 50 a 100 pies.
d) Rapidez:
La razón de bits puede se tan alta como 10 Mega bits/ segundo.
Balanceo y Desbalanceo de Líneas
La razón por la que RS-485 puede transmitir a largas distancias, es porque utiliza el balanceo
de líneas. Cada señal tiene dedicados un par de cables, sobre uno de ellos se encontrará un
voltaje y en el otro se estará su complemento, de esta forma, el receptor responde a la
diferencia entre voltajes.
Figura 4. Línea no Balanceada
Figura 5. Línea Balanceada
La ventaja de las líneas balanceadas es su inmunidad al ruido
En cuanto a las líneas balanceadas (Figura 1.5) la TIA/EIA-485 designa a estas dos líneas
como A y B. En el controlador TX, una entrada alta TTL causa que la línea A sea más positiva
(+) que la línea B, mientras que un bajo en lógica TTL causa que la línea B sea más positiva
(+) que la línea A. Por otra parte en el controlador de recepción RX, si la entrada A es más
positiva que la entrada B, la salida lógica TTL será “1” y si la entrada B es más (+) que la
entrada A, la salida lógica TTL será un “0”.
MARCO INSTITUCIONAL
El proyecto implica la colaboración e interacción de tres instituciones que están inmersas en el
planteamiento y desarrollo del proyecto:
 Universidad Distrital Francisco José de Caldas, que es el ente académico en el cual se
encuentra enmarcado el estudiante pasante, en la facultad de ingeniería, para el
proyecto de electrónica; y a la cual se presenta este trabajo como modalidad de
pasantía.
 CIDEI, “Centro de Desarrollo Tecnológico de la Industria Electro Electrónica e
Informática”; institución ejecutora del proyecto y en la cual se realiza el trabajo de
pasantía.
 CIEL Ingeniería Ltda., es una empresa colombiana con más de 24 años de experiencia
en el diseño, desarrollo y comercialización de sistemas electrónicos de comunicación
visual y soluciones integrales para el manejo inteligente de filas en oficinas de atención
al cliente.
 Colciencias; quien es junto con la empresa Kuspyde, cofinanciadora del proyecto.
UNIVERSIDAD DISTRITAL
Misión del Proyecto Curricular de Ingeniería Electrónica:
Formar Ingenieros Electrónicos con sólidos conocimientos en ciencia y tecnología,
conscientes de su entorno social, cívico y ambiental, preparados para liderar y brindar
soluciones con sentido crítico, innovador e investigativo, en los campos de Electrónica,
Telecomunicaciones, Automatización y Control, Instrumentación, Procesamiento Digital de
Señales, Microelectrónica, Optoelectrónica y Bioingeniería.
Visión del Proyecto Curricular de Ingeniería Electrónica:
El proyecto curricular de Ingeniería Electrónica ha de ser un programa reconocido por la
generación y transformación del conocimiento y por la formación integral de profesionales,
orientados al servicio de la sociedad, capaces de ocupar posiciones de liderazgo en un
contexto local, nacional e internacional.1
MODALIDAD PASANTIA
Definición: La Pasantía es una modalidad de trabajo de grado que realizará el estudiante en
una empresa o institución pública o privada, en organismos especializados o en regiones o
localidades que lo requieran, asumiendo el carácter de práctica social mediante la elaboración
de un trabajo teórico-práctico relacionado con su futura profesión. Las labores del estudiante
en la empresa o institución, deberán estar acordes con cualquiera de las líneas terminales de
su carrera y el nivel de profesionalización adecuado, las cuales estarán contenidas en el
respectivo anteproyecto.
Objetivos Son objetivos de las pasantías:
a. Enriquecer la formación académica del estudiante mediante la integración o aplicación
de los conocimientos y experiencias adquiridas durante el desarrollo de su vida
académica bajo la asesoría de un profesor.
b. Contribuir a la formación profesional del estudiante, articulado con los problemas
cotidianos y reales de la sociedad.
c. Permitir al estudiante conocer la realidad en la cual se va a desempeñar como
profesional y a la vez contribuir a la solución efectiva de problemas relacionados con la
vida profesional.
Reglamentación: La pasantía como modalidad de trabajo de grado, estará sujeta a la
normatividad establecida por el Capítulo I del presente Acuerdo [2]. Además, la empresa o
institución deberá firmar con el estudiante o con la Universidad un convenio o contrato
dentro del cual se establezcan los objetivos de la pasantía y la remuneración respectiva.
Duración: El tiempo mínimo de la pasantía será de seis (6) meses para tiempo completo o
de un (1) año para medio tiempo o sus equivalentes, lo cual deberá ser debidamente
soportado de manera documental ante el respectivo comité de pasantías de la Facultad y
dentro de un anexo del anteproyecto correspondiente.
Verificación: La empresa o institución deberá tener Registro de Cámara de Comercio y
Matrícula de Industria y Comercio vigentes si es el caso de entidades privadas o sus
1
ELECTRÓNICA, Misión y Visión,
[OL]:www.udistrital.edu.co/facultades/ingenieria/electronica
equivalentes para el caso de empresas del sector público, lo cual deberá ser debidamente
soportado de manera documental ante el respectivo comité de pasantías de la Facultad y
dentro de un anexo del anteproyecto correspondiente.
Dirección externa: Además del profesor director del trabajo de grado denominado para el
caso de la pasantía “el director interno”, la pasantía deberá tener un director externo,
funcionario de la empresa u organización, quien deberá conceptuar sobre la calidad del
trabajo, el cumplimiento del estudiante y participará con el profesor director interno en el
proceso final de evaluación. Tanto la dirección interna como la externa, deberán
soportarse de manera documental ante el respectivo comité de pasantías de la Facultad y
dentro de un anexo del anteproyecto correspondiente.
Seguimiento y evaluación: El director interno (profesor de la Universidad) deberá realizar
como mínimo dos visitas a la empresa u organización con el fin de determinar el
cumplimiento del trabajo aprobado en la pasantía y registrar un acta por cada visita,
firmada por el estudiante y los directores. En caso de que la pasantía sea fuera de la
ciudad, se buscará la forma de verificar el trabajo teórico práctico realizado por el
estudiante. La evaluación final de la pasantía la realizarán el director interno, el director
externo y el director general de pasantías de la Facultad. Se deberá elaborar un acta final
del trabajo de grado donde se asigne la calificación definitiva y se remita copia a la
Secretaria Académica de la Facultad.
1.1.
CIDEI
El CIDEI es el “Centro de Desarrollo Tecnológico de la Industria Electro Electrónica e
Informática”, creado hace cuatro años con capital semilla de COLCIENCIAS y aportes de
ASESEL (Gremio de la Industria Electro Electrónica Colombiana) y de diez empresas
pequeñas del sector. Los clientes del CIDEI son las pequeñas y medianas empresas de los
sectores y cadenas productivas estratégicas del país que deseen ser más competitivos
mediante la incorporación de las tecnologías Eléctrica, Electrónica e Informática y la
realización de proyectos de I&D. Nuestras líneas de investigación son:
 Diseño de Productos Electro - Electrónicos
 Automatización Industrial de Bajo Costo
 Informatización de la producción.
 Mejoramiento continúo.
En el contexto del país, el CIDEI como centro de Investigación y Desarrollo es parte integral
del Programa de Desarrollo Tecnológico e Industrial del País a través del desarrollo y gestión
de proyectos y programas de innovación, modernización y reconversión tecnológica, que le
permita a la industria nacional ser competitiva y eficiente en la búsqueda de nuevos mercados
nacionales e internacionales.
La misión del CIDEI es contribuir permanentemente al desarrollo tecnológico de las empresas,
a través de la realización de planes, programas y proyectos de investigación para el desarrollo
de procesos, productos y servicios eléctricos, electrónicos e informáticos, dando un aporte
significativo al desarrollo económico y social del país y contribuyendo al mejoramiento de las
condiciones de vida del pueblo colombiano, al desarrollo y modernización de la industria
colombiana.
MARCO LEGAL
Al estar basado en un estándar (IEEE Std 1076-1987) permite la portabilidad del código entre
herramientas de síntesis y simulación. Los ingenieros de toda la industria de diseño pueden
usar este lenguaje para minimizar errores de comunicación y problemas de compatibilidad.
ESTRATEGIA DE COMUNICACIÓN
Monografía norma ICONTEC Sustentación pública empresa y comunidad universitaria,
poster.
BIBLIOGRAFÍA
 CIDEI, UDEC. Informe Vigilancia Tecnológica Microcontroladores y
Microprocesadores. Proyecto apoyado por COLCIENCIAS código 329037019598.
 PARDO Fernando. VHDL lenguaje para descripción y modelado de circuitos.
Universidad de Valencia. Pag 9 Disponible en la página web
http://www.redeya.com/electronica/tutoriales/PDF/vhdl.pdf Consultado 13 de Junio
2007.
 VHDL Lenguaje para descripción y modelado de circuitos, Ingeniería
Informática, Fernando Pardo Carpio , 14 de octubre de 1997, Universidad de
Valencia.

CIDEI, UDEC. Informes Vigilancia Tecnológica en CPLD y FPGA. Proyecto