Texto e imágenes: Mtro. José Campos Álvarez
Centro de Investigación en Energía
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Los usos de las computadoras son ilimitados, además, su utilidad se ha masificado debido a que actualmente se aprovecha como medio de comunicación masiva a través de Internet. Para esto, se eligen computadoras rápidas y de grandes recursos (memoria, disco duro y procesador veloz). En esta ocasión se plantea una aplicación de las computadoras para la cual, los recursos existentes en cualquier computadora personal son suficientes. Al terminar de leer este artículo, habrás aprendido las bases necesarias para utilizar a la computadora para interactuar con el mundo exterior o para utilizarla con fines de automatización de procesos.

Bits y bytes

Antes de todo, debemos de tener presente es que la computadora es una máquina que procesa información. Sin embargo, como es fácil darse cuenta, las computadoras necesitan energía eléctrica para funcionar, debido a que la información en una computadora está almacenada en forma de voltajes. En nuestras casas usamos 127 Volts para encender nuestros aparatos electrodomésticos. Los circuitos internos de la computadora utilizan mucho menos que eso, manejan una lógica llamada TTL (lógica transistor-transistor) en donde la computadora reconocerá como un cero a un voltaje entre 0 y 0.8 Volt y a un uno como un voltaje entre 2 y 5 Volts. Así es, la computadora sólo usa 2 números para hacer todo su trabajo, el 0 y el 1. A cada estado lógico, se le conoce como bit. Un bit es un 1 ó un 0. Un byte es un conjunto de 8 bits adyacentes. Por ejemplo, el numero 9 es 00001001, la letra A es 01000001. Una fotografía tamaño infantil en blanco y negro necesita de aproximadamente 20,000 bytes para ser representada y/o almacenada en la computadora.

Puertos
Los puertos de una computadora son los lugares por donde interactúa con el mundo que la rodea y con sus dispositivos periféricos. En la siguiente tabla se muestran los principales puertos de una computadora personal. En la figura 1, se muestran los puertos más comunes de una computadora de escritorio normal. Esta ocasión usaremos el puerto paralelo para interactuar con el mundo exterior, el cual es un conector hembra de 25 pines (25 agujeros), usualmente de color rosa.

Puerto paralelo

El puerto paralelo normal de una computadora fue originalmente diseñado para conectar una impresora a la computadora. Actualmente la mayor parte de las computadoras utiliza el puerto USB (Universal Serial Bus) para este fin. También se le conoce como puerto de impresora o printer port. Se le llama paralelo porque puede intercambiar 8 bits (1 byte) a la vez, en paralelo, por cada instrucción, estos 8 bits los presenta por los pines del 2 al 9. Para programarlo se utilizan 3 bytes. El primero es para recibir 8 bits, el segundo para leer 5 bits y el tercero para obtener 4 bits.

Experimentos

Hagamos un par de experimentos: 1) Obtener un bit, o un voltaje, de la computadora y con esto encender un LED ( diodo emisor de luz), y 2) detectar el cambio de estado de un bit por medio de una fotorresistencia cuando es iluminada por la luz de un indicador láser. Para esto utilizaremos el puerto paralelo.

Material necesario: Una computadora con puerto paralelo y 3 dispositivos: Indicador láser, LED verde y fotorresistencia de sulfuro de cadmio, que se muestran en la figura 2.
Software necesario: Sistema operativo DOS o Windows 9X o Windows Me, y un lenguaje de programación que se puede conseguir de manera gratuita como Turbo Pascal 5.5.
Escogí estos sistemas operativos y este lenguaje por ser lo más sencillo, aunque también pueden usarse otros sistemas operativos como Windows 2000, Windows XP o Linux, y otros lenguajes como Basic, C, Visual Basic, Visual C, etc., pero incrementan un poco la dificultad para hacer lo mismo.

Experimento 1: Sacar un voltaje

Este experimento representa una forma sencilla de lo que es una conversión digital – analógico. Esto es, un número o bit (digital) es convertido a voltaje, que se puede representar como un número real (analógico) entre 2 y 5 volts, y con este voltaje se enciende una fuente de luz llamada LED, para que nos demos cuenta visualmente de la conversión.

Para llevarlo a cabo sigue los siguientes pasos:

Colocar el LED verde al puerto paralelo. El LED tiene 2 patas, una mas grande (+) que la otra. Ésta conéctala al pin 9 del puerto paralelo y la otra a cualquiera de los de abajo (pin 18 a pin 25).
Instala el turbo pascal 5.5
Inicia el ambiente integrado del pascal dando un doble clic al archivo turbo.exe
Edita el siguiente programa:
begin
port[888]:=128;
end.
Corre el programa presionando simultáneamente las teclas ctrl y F9
Si todo salió bien, observarás que el LED verde está encendido.
Apaga el LED cambiando una línea del programa el 128 por un 0:
Port[888]:=0;
Córrelo de nuevo y observarás que el LED verde se apaga.

Experimento 2: Leer un voltaje

Este experimento representa una forma sencilla lo que es una conversión analógico - digital. Esto es, el voltaje presente en un pin del puerto paralelo, que es un número real entre 0 y 5 (analógico), será leído por la computadora como un número entre 0 y 255 (digital) el cual corresponde al valor del estado del byte de entrada del puerto paralelo, que lo conforman 5 bits asignados a los pines 10, 11, 12, 13 y 15.

Para llevarlo a cabo sigue los siguientes pasos:
Colocar la fotorresistencia al puerto paralelo. La fotorresistencia tiene 2 patas. Coloca una de ellas (la que sea) al pin 13 del puerto paralelo y la otra a cualquiera de los de abajo (pin 18 a pin 25).
Inicia el ambiente integrado del pascal dando un doble clic al archivo turbo.exe
Edita el siguiente programa:
uses crt;
begin
repeat
writeln(port[889]);
until keypressed;
end.
Corre el programa presionando simultáneamente las teclas ctrl y F9
Si todo salió bien, observarás que cuando iluminas la fotorresistencia con el indicador láser, el número que se muestra en la pantalla cambiará.
Toca una tecla para terminar el programa
Epílogo

Lo anterior es una ligerísima muestra de lo que puede hacer una computadora para interaccionar con el mundo exterior. En lugar de encender un LED, puedes encender un motor para mover algo, una lámpara para iluminar, una resistencia eléctrica para calentar, etc. O en lugar de leer el estado de un pin, puedes leer temperatura, presión, energía, posición, flujos, etc. Obviamente, para todo lo anterior se va a necesitar saber más electrónica, más programación y más mecánica.
Por último quiero añadir que para las aplicaciones de automatización, se utilizan muy pocos recursos de una computadora. De hecho, los experimentos mostrados anteriormente se pueden hacer con la más vieja de las computadoras que encuentren, el único requisito es que tenga el puerto paralelo en buen estado. Ni siquiera se necesita un disco duro, el sistema operativo, el lenguaje Turbo Pascal 5.5 y los programas de aplicación caben muy bien en un disco de 3.5 pulgadas. Por esta razón, actualmente se encuentran en el mercado microcontroladores y procesadores digitales de señales (figura 3), que son computadoras en pequeño, con recursos limitados pero suficientes para cualquier aplicación de automatización de procesos.

José Campos Álvarez
Lic. En Física, UANL
Nacido en Septiembre de 1960 en Monterrey N. L.
Llevo 20 años de ser guayabito y de estar trabajando en la UNAM
Premios: Un cartón de cervezas cuando meto gol