Sistemas Digitales II Introducción. PANORAMA GENERAL DE LOS µC Este tipo de dispositivos en la actualidad se encuentran en los supermercados, artículos electrodomésticos, instrumentos musicales, juguetes, equipo automotriz e industrial, etc. Su finalidad principal es la de interaccionar con el mundo real mediante funciones de control y monitoreo de las condiciones de un proceso. Los antecesores de los microcontroladores fueron y son los microprocesadores. Los primeros microprocesadores fueron introducidos por INTEL familia (8080) y ZILOG ( familia Z80). Ing. Ricardo Godínez Bravo.
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Sistemas Digitales II
Introducción.
PANORAMA GENERAL DE LOS µC
Este tipo de dispositivos en la actualidad se encuentran en los supermercados, artículos electrodomésticos, instrumentos musicales, juguetes, equipo automotriz e industrial, etc.
Su finalidad principal es la de interaccionar con el mundo real mediante funciones de control y monitoreo de las condiciones de un proceso.
Los antecesores de los microcontroladores fueron y son los microprocesadores. Los primeros microprocesadores fueron introducidos por INTEL familia (8080) y ZILOG ( familia Z80).
Ing. Ricardo Godínez Bravo.
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µCONTROLADORES vs. µPROCESADORES
Los microcontroladores difieren de los microprocesadores en muchas maneras. La primera y más importante es su funcionalidad.
Un microprocesador para ser usado debe estar acompañado por memoria y componentes que reciben y envían información; esto hace de un µP el corazón de una PC.
Los microcontroladores están diseñados de tal forma que todo lo anterior se encuentra en un solo CI, no necesita* componentes externos para su funcionamiento. Ing. Ricardo Godínez Bravo.
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VENTAJAS DE UN SISTEMA CON µC
Los productos que para su funcionamiento incorporan un microcontrolador disponen de las siguientes ventajas:
Aumento de prestaciones: un mayor control sobre un determinado elemento representa una mejora considerable en el mismo.
Aumento de la fiabilidad: al reemplazar un elevado número de elementos por un microcontrolador disminuye el riesgo de fallos y se precisan menos ajustes.
Reducción del tamaño en el producto acabado: La integración del microcontrolador en un chip disminuye el volumen, la mano de obra y los stocks.
Mayor flexibilidad: las características de control están programadas por lo que su modificación sólo necesita cambios en el programa de instrucciones.
Ing. Ricardo Godínez Bravo.
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FAMILIAS DE LOS µC
Las principales familias de microcontroladores de 8 bits son:
mC51 - Intel, Phillips, ATMEL
AVR’s - ATMEL
PIC - Microchip
MC68HCxx - Motorola, Freescale
COPS - National Semiconductors
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SELECCIÓN DE UN µC
¿Qué microcontrolador emplear? A la hora de escoger el microcontrolador a emplear en un diseño concreto hay que tener en cuenta factores, como: la documentación y herramientas de desarrollo disponibles y su precio, la cantidad de fabricantes que lo producen y por supuesto las características del µC (tipo de memoria de programa, número de temporizadores y contadores, interrupciones, etc.)
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SELECCIÓN DE UN µC
Para seleccionar un microcontrolador es importante analizar los requisitos de la aplicación:
Procesamiento de datos (velocidad)
Entradas y Salidas (numero de puertos)
Consumo (modos de energía)Memoria (tipos y tamaño)Ancho de palabra (numero de bits)Diseño del PCB (1 ó 2 caras)
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ARQUITECTURA DE UN µCONTROLADOR
ARQUITECTURA VON NEWMAN
Se caracteriza por tener un solo sistema de memoria donde se almacenan datos e instrucciones de forma indistinta. A dicho sistema de memoria se accesa a través de un conjunto de buses único.
La unidad central de proceso (CPU), está conectada a una memoriaúnica donde se guardan las instrucciones del programa y los datos.
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ARQUITECTURA DE UN µCONTROLADOR
ARQUITECTURA HARVARD
Dispone de dos memorias independientes, una que contiene sólo instrucciones y otra sólo datos. Ambas disponen de sus propios sistemas de acceso y es posible realizar operaciones de lectura y escritura simultáneamente en ambas memorias.
La arquitectura Harvard dispone de dos memorias independientes para datos y para instrucciones, permitiendo accesos simultáneos.
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ARQUITECTURA DE UN µCONTROLADOR
Existen tres orientaciones en cuanto a la arquitectura y funcionalidad de los microcontroladores actuales:
CISC: Un gran número de procesadores usados en los microcontroladores están basados en la filosofía CISC (Computadores de Juego de Instrucciones Complejo).
Disponen de más de 80 instrucciones máquina en su repertorio, algunas de las cuales son muy sofisticadas y potentes, requiriendo muchos ciclos para su ejecución.
Una ventaja de los procesadores CISC es que ofrecen al programador instrucciones complejas que actúan como macros.
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ARQUITECTURA DE UN µCONTROLADOR
Existen tres orientaciones en cuanto a la arquitectura y funcionalidad de los microcontroladores actuales:
RISC: Tanto la industria de los computadores comerciales como la de los microcontroladores están decantándose hacia la filosofía RISC(Computadores de Juego de Instrucciones Reducido).
En estos procesadores el repertorio de instrucciones máquina es muy reducido y las instrucciones son simples y, generalmente, se ejecutan en un ciclo.
La sencillez y rapidez de las instrucciones permiten optimizar el hardware y el software del procesador.
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ARQUITECTURA DE UN µCONTROLADOR
Existen tres orientaciones en cuanto a la arquitectura y funcionalidad de los microcontroladores actuales:
SISC: En los microcontroladores destinados a aplicaciones muy concretas, el juego de instrucciones, además de ser reducido, es "específico", o sea, las instrucciones se adaptan a las necesidades de la aplicación prevista.
Esta filosofía se ha bautizado con el nombre de SISC (Computadores de Juego de Instrucciones Específico).
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DIAGRAMA A BLOQUES DE UN µC
Un microcontrolador dispone de los siguientes componentes:
• Procesador o CPU.• Memoria• Líneas de E/S para comunicarse con el exterior.• Diversos módulos para el control de periféricos (temporizadores, Puertas Serie y Paralelo, ADC, DAC, etc.).• Generador de reloj que sincroniza el funcionamiento de todo el sistema.
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DIAGRAMA A BLOQUES DE UN µC
CPU. (Unidad Central de Procesamiento) Es la encargada de procesar la información de acuerdo al algoritmo programado, mediante la manipulación de registros especiales.
MEMORIA. Tiene la función de almacenar datos o información. Los componentes de una memoria son localidades de dirección llamados REGISTROS donde se encuentran los datos.
Puede ser de dos tipos: memoria de datos y memoria de programa.
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DIAGRAMA A BLOQUES DE UN µC
BUSES. Es el camino o conexión física entre los distintos bloques del microcontrolador. Estos pueden ser de tres tipos: datos, dirección y control.
UNIDAD E/S. También llamada puertos, consta de tres tipos de puertos: entrada, salida y bidireccional.
Permite al microcontrolador tener contacto con el mundo exterior. Cuando el microcontrolador trabaja con este bloque, este actúa como localidades de memoria.
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DIAGRAMA A BLOQUES DE UN µC
GENERADOR DE RELOJ. Este bloque permite al microcontrolador ejecutar sus funciones en intervalos de tiempo bien definidos mediante un contador de eventos. Las funciones del microcontrolador serán realizadas de acuerdo a la señal que sea generada por este bloque.
UNIDAD DE COMUNICACIÓN SERIE (UART). Permite la comunicación con el mundo exterior a través de un numero reducido de líneas. Esta comunicación puede ser HALF-DUPLEX o FULL-DUPLEX.
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DIAGRAMA A BLOQUES DE UN µC
UNIDAD DE CONVERSIÓN A-D. Este bloque permite la conversión de una señal analógica a un valor equivalente en formato digital para poder ser procesado por el microcontrolador.
PROGRAMA RESIDENTE EN MEMORIA. Es el algoritmo (códigos de operación) que se encuentra en memoria en lenguaje de bajo nivel (ensamblador).
También puede programarse en lenguajes de alto nivel usando compiladores.
