El blog de Cidei contiene diversidad de artículos, que exponen desde el estado actual de la industria electrónica en el mundo y en Colombia, hasta consideraciones y herramientas para el diseño y prototipado de productos electrónicos y software embebido.
En todos ellos se presentan distintos conceptos o términos que es necesario tener claros para un mayor entendimiento. Sin embargo, puede que al leer alguna de nuestras entregas haya que regresar a una anterior o hacer una consulta en internet, sobre algún concepto que simplemente no se recuerde o que se haya pasado por alto.
En esta entrega haremos un compendio o glosario de los términos más utilizados en el diseño y prototipado de producto electrónico, que servirá como guía conceptual para sus procesos de apropiación y aplicación de tecnologías de la electrónica en el prototipado de productos.
Glosario de términos generales en prototipado
Para ir de lo general a lo particular, se iniciará por los términos más comúnmente usados en el proceso de prototipado.
Prototipo
Según la RAE, una de las definiciones de prototipo es “modelo más representativo de algo”.
iLab complementa esta definición al agregar que un prototipo es “una muestra temprana, modelo o versión de un producto construido para probar un concepto o proceso”.
En el desarrollo de productos electrónicos, los prototipos son precisamente eso, un modelo representativo del producto, que permite realizar pruebas del concepto o de la idea de negocio.
Prueba de concepto (PoC)
De acuerdo con el portal QuestionPro, una prueba de concepto es “un método de investigación de mercados que implica hacer preguntas a los clientes sobre sus ideas para un producto o servicio antes de lanzarlo”.
En nuestro caso, este tipo de prueba suele incluir un prototipo que puede ser funcional o no funcional, y se centra en demostrar la viabilidad del producto electrónico al acercar el concepto directamente a los potenciales clientes o usuarios, para que estos interactúen con él.
Prototipo Funcional
Es un prototipo que simula total o parcialmente la funcionalidad de un concepto en su versión final (O’Reilly).
En un sistema electrónico, el prototipo funcional permite demostrar su viabilidad incluso en un entorno cercano a condiciones reales, y está habilitado para ser operado por los usuarios o clientes potenciales.
Prototipo no Funcional
Medium explica que se trata de prototipos o herramientas de prototipado, que permiten representar las características del producto sin hacer una demostración real o entrega de la solución al usuario.
Tal es el caso de los videos explicativos y los prototipos de papel o cartón.
Wireframe
En otras entregas se ha mencionado la importancia del software en el prototipado de dispositivos electrónicos.
De allí que los wireframes sean un concepto relevante a tener en cuenta. Según Lucidchart, estos son una representación visual en escala de grises, de la estructura y funcionalidad de una aplicación web o móvil.
En electrónica, podrían hacerse wireframes de la interfaz gráfica de usuario de un dispositivo, o de su software de gestión y control, de tal modo que se pueda seguir el flujo de sus funcionalidades y representar gráficamente su comportamiento.
Glosario de términos en diseño de hardware
Un glosario de términos en prototipado electrónico debe incluir los conceptos inherentes al diseño.
En cuanto al diseño de hardware, hay algunos conceptos que se han mencionado antes en otros artículos y otros que seguramente se irán tratando en futuras entregas. A continuación, los que consideramos más relevantes:
Diagrama de bloques
Similar al diagrama de bloques de computadora, en el prototipado de hardware electrónico los diagramas de bloques ayudan a entender los principales módulos que componen el sistema. Describen su interconexión a través de un conjunto de interfaces y el flujo de datos desde las entradas hasta las salidas.
La Figura 1 muestra la representación de un diagrama de bloques:
Figura 1. Ejemplo de un Diagrama de Bloques (Elaboración propia).
Diagrama esquemático
De acuerdo con el portal Aprende Institute, los diagramas esquemáticos son representaciones gráficas basadas en símbolos y convenciones establecidas en estándares internacionales. Estos diagramas permiten entender qué componentes integran un circuito y cómo están conectados, y constituyen el principal insumo para el diseño de PCB.
PCB (Printed Circuit Board)
Es la sigla en inglés para “tarjeta de circuito impreso” o “placa de circuito impreso”.
Altium la define como un circuito cuyos componentes y conductores están contenidos dentro de una estructura mecánica. Dicha estructura se hace con material laminado no conductor, y los conductores son trazas o pistas de cobre.
En nuestra entrega titulada: “los mejores software gratuitos para el diseño de PCB” presentamos cinco de los mejores recursos disponibles en la web tanto para aficionados como para profesionales más avanzados.
Datasheet
Las datasheet u hojas de datos, son la ficha técnica de todo componente electrónico (puede ser un componente, un módulo ensamblado o una tarjeta de desarrollo).
Describen las características del dispositivo en cuanto a:
- Frecuencia
- Variables eléctricas
- Tiempos de respuesta
- Aspectos mecánicos
- Modos de funcionamiento y otros elementos relevantes
Además, presentan por lo general recomendaciones para el diseño de PCB, el ensamble de componentes, módulos adicionales requeridos e incluso ejemplos de circuitos que pueden servir como guía de diseño.
Componente electrónico
Un componente electrónico es un dispositivo que forma parte de un circuito electrónico. Suele encapsularse en una carcasa de la cual, sobresalen sus pines o contactos de conexión o montaje.
En la Figura 3 se muestran algunos ejemplos.
Fuente. Tomado de Freepik.
Módulo ensamblado
Este es generalmente una tarjeta de circuito impreso, diseñada para un componente en particular, que cuenta con los componentes adicionales de acondicionamiento que este requiere.
Puede ser, por ejemplo:
- Un módulo de un sensor de temperatura
- Un acelerómetro
- Un regulador conmutado de voltaje
- Un microcontrolador
En la Figura 4 se presentan algunos módulos comerciales.
Figura 4. Módulos ensamblados
Fuente. Imágenes tomadas de Adafruit
Tarjeta de desarrollo
Esta es una tarjeta completa con un conjunto de periféricos y conectores, que permite validar todas las funcionalidades de un componente electrónico o módulo.
Las más comunes son las tarjetas de desarrollo de microcontroladores o microprocesadores, como las tarjetas Arduino, Feather, Raspberry Pi y Beaglebone.
Pero también se las encuentra para sensores, módulos Bluetooth, memorias, chips de gestión de energía (PMIC por sus siglas en inglés), entre otros.
CAD (Computer-Aided Design)
Esta es la abreviatura en inglés para “diseño asistido por computadora”. Es usada para describir el tipo de herramientas que permiten facilitar la labor del desarrollador, como:
- Las herramientas de diseño esquemático
- Simulación de circuitos
- Diseño de PCB
Para TechTarget Magazine se trata simplemente del uso de software informático especializado para el apoyo de los procesos de diseño y prototipado, con frecuencia usado por distintas especialidades y ocupaciones afines a la ingeniería y el diseño. Este tipo de software permite generar tanto visualizaciones y bosquejos bidimensionales como tridimensionales.
La Figura 5 muestra un ejemplo de visualización de una herramienta CAD (Autodesk Software).
Figura 5. Fuente Autodesk software.
GUI (Graphical User Interface)
De acuerdo con Ionos, la interfaz gráfica de usuario o GUI por sus siglas en inglés, es una interfaz entre una persona y una máquina, la cual, permite que un usuario pueda comunicarse con el computador de forma gráfica, a través del ratón y el teclado.
En el desarrollo de prototipos y productos electrónicos es común que exista una GUI, que puede ser una pequeña pantalla LCD, un display numérico o incluso un simple par de LEDs.
Pero también puede ser una aplicación web o móvil que permite gestionar y monitorear las funcionalidades del dispositivo, desde un celular o un computador remoto.
La intención de cualquier GUI siempre es presentar una retroalimentación visual al usuario sobre lo que está sucediendo con el equipo.
IPC (Institute of Printed Circuits, for Interconnecting and Packaging Electronic Circuits)
De acuerdo con Aldelta Technologies el IPC es la Asociación de Participantes de la Industria Electrónica Mundial
Una organización que trabaja en pro de la normalización, certificación, educación, desarrollo profesional, entre otros temas relacionados con la industria electrónica.
Es la asociación autora de los estándares o normas IPC, utilizadas internacionalmente en el diseño, manufactura, ensamble y pruebas de tarjetas y circuitos electrónicos.
Su sitio web oficial es: https://www.ipc.org/ allí se puede apreciar sus aportes en cuanto a publicaciones, estándares, soluciones, certificaciones y eventos.
Mejore sus habilidades para el diseño y desarrollo de prototipos de dispositivos electrónicos
Introducción al diseño de Software embebido con máquinas de estado.
Glosario de términos en diseño de software embebido
En esta tercera sección de nuestro glosario de términos en prototipado y diseño electrónico abordamos los conceptos referentes al firmware.
En lo referente a software embebido, hay también varias definiciones que abarcan desde el diseño hasta la programación y las pruebas. Estas son algunas de las más relevantes en el proceso de diseño:
Firmware
Es un término para referirse al software embebido o software integrado a los dispositivos electrónicos.
Para la revista del Centro Europeo de Postgrados (CEUPE Magazine) el firmware es el software embebido en hardware, fundamental para que este preste su funcionalidad sin errores o fallas.
Cualquier dispositivo electrónico desde un mouse o una memoria-flash, hasta el termostato de un aire acondicionado o un intercomunicador, cuenta con firmware integrado vía microcontrolador o microprocesador. (Más adelante se ofrecen estas definiciones).
IDE (Integrated Development Environment)
.Amazon Web Services define un IDE o entorno integrado de desarrollo (por sus siglas en inglés), como una aplicación de software que ayuda a los programadores a desarrollar código de software de manera eficiente, al combinar capacidades como editar, crear, probar y empaquetar software.
Para el caso del prototipado de dispositivos electrónicos, los entornos IDE se usan en el desarrollo de su software embebido o firmware.
En una próxima entrega presentaremos un top de cinco IDE para el desarrollo de software embebido.
Máquinas de estados finitos
ProfesionalReview indica que las máquinas de estados son utilizadas en muchos sistemas informáticos y de hardware, desde el sistema operativo de un computador, pasando por los compiladores y hasta en las impresoras.
Las máquinas de estados finitos se definen como un modelo de computación que solo puede estar en uno entre un número finito de estados.
Están compuestas por estados y transiciones que permiten establecer condiciones para pasar de un estado a otro, y son muy utilizadas en el diseño de software embebido por la facilidad que brindan para dividir la complejidad del sistema en pequeñas funcionalidades desagregadas.
RTOS (Real Time Operating System)
Son las siglas en inglés para “sistema operativo de tiempo real”.
El proveedor global de componentes electrónicos DigiKey, define un RTOS como un sistema operativo ligero que se utiliza para facilitar la multitarea en diseños con recursos y tiempo limitados, como ocurre en los sistemas embebidos basados en microcontroladores.
El “tiempo real” se refiere en este caso al determinismo o previsibilidad del tiempo de ejecución de las tareas.
HAL (Hardware Abstraction Layer)
Una HAL o capa de abstracción de hardware, se define según Beningo Embedded Group como un conjunto de rutinas, protocolos y herramientas para interactuar con el hardware.
Una HAL se enfoca en crear funciones de alto nivel que permiten actuar sobre el hardware de un dispositivo electrónico sin necesidad de conocer exactamente cómo funciona.
En el diseño y programación de software embebido, las HAL son de gran utilidad porque permiten eliminar dependencias entre la funcionalidad del sistema y el hardware sobre el cual se ejecuta, de tal modo que se facilite la migración de código, en casos como:
- Cuando se requiere cambiar de microcontrolador o de entorno de desarrollo
- Cuando se desea implementar una actualización para agregar nuevas funcionalidades al sistema.
Microprocesador
Un glosario de términos en prototipado electrónico no estaría completo sin las definiciones de microprocesador y microcontrolador.
De acuerdo con la Universidad de Oviedo, el microprocesador o MPU es un dispositivo electrónico digital, integrado, programable y de actuación secuencial que constituye el cerebro de un computador. Ejecuta programas a partir de instrucciones en lenguaje de máquina y realiza operaciones aritméticas, lógicas y accesos a memoria.
Microcontrolador
Un microcontrolador o MCU, según la Universidad Nacional Abierta y a Distancia – UNAD, es un pequeño computador utilizado para aplicaciones puntuales, e incluye en su interior, dentro de un mismo encapsulado electrónico, las principales unidades funcionales de un computador convencional: microprocesador, memoria y periféricos de entrada/salida.
Sólo para efectos ilustrativos en la Figura 6 se muestra el esquema comparativo de un microprocesador frente a un microcontrolador:
Figura 6: Fuente Elaboración Propia (Cidei).
En la entrega Microcontrolador Vs Microprocesador ¿Cuál escoger? presentamos más en detalle las características, diferencias y criterios de selección para un microprocesador y un microcontrolador en el diseño de un sistema embebido.
Glosario de términos en prototipado y diseño electrónico - Conclusión
En este glosario de términos en prototipado y diseño electrónico se presentan algunos de los conceptos más relevantes en el proceso de prototipado de dispositivos. Se cubren aspectos generales de prototipado y luego se hace referencia a las definiciones específicas y más comunes del diseño de hardware y el diseño de software embebido o firmware.
Los elementos mencionados pretenden ser una guía para el entendimiento del ciclo de desarrollo de producto, específicamente para la fase de prototipado, además de una introducción a los conocimientos claves que todo diseñador de producto electrónico debe apropiar.
En próximas entregas se irán abarcando muchos otros temas de interés alrededor del diseño de hardware y sistemas embebidos, que darán lugar a actualizaciones ocasionales de esta entrega con nuevos conceptos.
Si quiere conocer más acerca de las herramientas para el diseño y prototipado de producto electrónico, suscríbase a nuestro blog.
Si desea estudiar a fondo alguna tecnología en particular, consulte por nuestros servicios de Vigilancia e Inteligencia Competitiva, o si está listo para apropiar tecnologías emergentes y agregar valor a sus productos y servicios, agende una cita de Diseño y Prototipado de Producto Electrónico.
