Microcontrolador. Teoría
Microcontrolador. Teoría
Microcontrolador. Teoría
Su composición está dada por varios bloques funcionales, los cuales cumplen una
tarea específica, son dispositivos que operan uno o más procesos, por lo general
los microcontroladores están basados en la arquitectura de Harvard, la cual consiste
en dispositivos de almacenamiento separados (memoria de programa y memoria de
datos).
El termino microcontrolador está dado por dos palabras que son “Micro”-
“Controlador” las cuales tienen por significado “pequeño (en tamaño)” y “maniobrar
o controlar (función principal)” procesos los cuales son definidos mediante la
programación.
Un micro controlador está constituido en su interior por las tres principales unidades
funcionales de una computadora, las cuales son:
Memoria:
Son los diferentes componentes del microcontrolador que se emplean para
almacenar información durante un periodo determinado de tiempo. La información
que se necesita durante la ejecución del programa será, por un lado, el propio
código, y por otro, los diferentes datos que se usan durante la ejecución del mismo.
Por tanto, se usa la memoria de programa y la memoria de datos, respectivamente.
EL PROCESADOR Y SU FUNCIONAMIENTO.
Arquitectura Harvard.
Arquitectura RISC.
Segmentación.
MEMORIA DE PROGRAMA Y SU LABOR.
EPROM:
Este modelo de memoria solo se puede grabar una vez por parte del usuario,
utilizando el mismo procedimiento que con la memoria EPROM. Posteriormente no
se puede borrar. Su bajo precio y la sencillez de la grabación aconsejan este tipo
de memoria para prototipos finales y series de producción cortas.
EEPROM:
Memoria de Datos:
Los datos que manejan los programas varían continuamente, y esto exige que la
memoria que los contiene debe ser de lectura y escritura, por lo que la memoria
RAM estática (SRAM) es la más adecuada, aunque sea volátil.
Recursos auxiliares:
Según las aplicaciones a las que orienta el fabricante cada modelo de
microcontroladores, incorpora una diversidad de complementos que refuerzan la
potencia y la flexibilidad del dispositivo. Entre los recursos más comunes se citan a
los siguientes:
Circuito de reloj, encargado de generar los impulses que sincronizan el
funcionamiento de todo el sistema.
Temporizadores, orientados a controlar tiempos.
Perro Guardián (watchdog), destinado a provocar una reinicilización cuando el
programa queda bloqueado.
Conversores AD y DA, para poder recibir y enviar señales analógicas.
Comparadores analógicos, para verificar el valor de una señal analógica.
Sistema de protección ante fallos de la alimentación.
Estado de Reposo, en el que el sistema queda congelado y el consumo de
energía se reduce al mínimo.
Circuito Lógicos:
Algunas instrucciones de programa utilizadas por un microcontrolador funcionan de
la misma manera que las compuertas lógicas, pero en forma de comandos. A
continuación, se explicará el principio de su funcionamiento.
Compuerta Y (AND):
Una compuerta lógica “Y” dispone de dos o más entradas y de una salida. En este
caso la compuerta utilizada dispone de sólo dos entradas. Un uno lógico (1)
aparecerá en su salida sólo en caso de que ambas entradas (A Y B) sean llevadas
a alto (1). La tabla a la derecha es la tabla de verdad que muestra la relación entre
las entradas y salidas de la compuerta. El principio de funcionamiento es el mismo
cuando la compuerta disponga de más de dos entradas: la salida proporciona un
uno lógico (1) sólo si todas las entradas son llevadas a alto (1).
Compuerta O (OR):
Compuerta NO (NOT):
La compuerta lógica NO dispone de una sola entrada y una sola salida, por lo que
funciona muy simplemente. Cuando un cero lógico (0) aparezca en su entrada, la
salida proporciona un uno lógico (1) y viceversa. Esto significa que esta compuerta
invierte las señales por sí mismas y por eso es denominada inversor.
Compuerta NO (NOT):
En el programa, esta operación se utiliza con frecuencia para comparar dos bytes.
La resta se puede utilizar con el mismo propósito (si el resultado es 0, los bytes son
iguales). A diferencia de la resta, la ventaja de esta operación lógica es que no es
posible obtener los resultados negativos.
Registros:
Un registro o una celda de memoria es un circuito electrónico que puede memorizar
el estado de un byte.
Registros SFR
En otras palabras, el estado de los bits de registros se fija dentro de programa, los
registros SFR dirigen los pequeños circuitos dentro del microcontrolador, estos
circuitos se conectan por los pines del microcontrolador a un dispositivo periférico
utilizado para cualquier aplicación.
MICROCONTROLADORES PIC Y SUS VARIEDADES.
MICROCONTROLADORES PIC:
Familia PIC12CXXX/12FXXX:
Familia PIC18CXXX/18FXXX:
Encapsulados de 18 a 80 pines.
Memoria de Programa de 16 bits.
Juego de 77 instrucciones (multiplicación).
Microcontroladores PIC en la actualidad:
PICs de 32 bits:
Microchip Technology lanzó en noviembre de 2007 los nuevos microcontroladores
de 32 bits con una velocidad de procesamiento de 1.5 DMIPS/MHz con capacidad
HOST USB. Estos MCUs permiten un procesamiento de información increíble con
un núcleo de procesador de tipo M4K.
Existen muchos programadores de PICs, desde los más simples que dejan al
software los detalles de comunicaciones, a los más complejos, que pueden verificar
el dispositivo a diversas tensiones de alimentación e implementan en hardware casi
todas las funcionalidades. Muchos de estos programadores complejos incluyen
ellos mismos PICs preprogramados como interfaz para enviar las órdenes al PIC
que se desea programar. Uno de los programadores más simples es el TE20, que
utiliza la línea TX del puerto RS232 como alimentación y las líneas DTR y CTS para
mandar o recibir datos cuando el microcontrolador está en modo programación. El
sofware de programación puede ser el ICprog, muy común entre la gente que utiliza
este tipo de microcontroladores.
Programadores:
PICStart Plus (puerto serie y USB).
Promate II (puerto serie).
MPLAB PM3 (puerto serie y USB).
ICD2 (puerto serie y USB).
PICKit 1 (USB) IC-Prog 1.06B.
PICAT 1.25 (puerto USB2.0 para PICs y Atmel).
WinPic 800 (puerto paralelo, serie y USB).
Terusb1.0.
Depuradores integrados:
ICD (Serie).
ICD2 (USB).
Emuladores:
Proteus – ISIS.
ICE2000 (puerto paralelo, convertidor a USB disponible).
ICE4000 (USB).
PIC EMU.
PIC CDlite.
Juego de Instrucciones:
El juego de instrucciones para los microcontroladores 16F8XX incluye 35
instrucciones en total. La razón para un número tan reducido de instrucciones yace
en la arquitectura RISC. Esto quiere decir que las instrucciones son bien
optimizadas desde el aspecto de la velocidad operativa, la sencillez de la
arquitectura y la compacidad del código. Lo malo de la arquitectura RISC es que se
espera del programador que haga frente a estas instrucciones. Por supuesto, esto
es relevante sólo si se utiliza el lenguaje ensamblador para la programación.
8048 (Intel):
El chip tiene:
2 Canales de DMA (acceso directo a memoria)
2 Contadores/temporizadores.
Controlador de interrupción programable.
Refresco de RAM dinámica.
Una de las mayores ventajas de estos dispositivos es que se pueden utilizar
herramientas de desarrollo estándar para PC (Compiladores, ensambladores,
etc.). 80386 EX Intel
El 80386 EX:
Entrada/Salida serie.
Manejo de la alimentación del chip.
DMA (Acceso directo a memoria)
Contadores/Temporizadores.
Circuito de refresco para memoria DRAM.
Una de las mayores ventajas de estos dispositivos es que se pueden utilizar
herramientas de desarrollo estándar para PC (Compiladores, ensambladores,
etc.).
68HC05 (Motorola):
Direcciones de 16 bits.
Juego de instrucciones similar a la familia 68xx. (6801, 6805, 6809)
Tiene un único espacio de memoria principal donde están las instrucciones,
datos, E/S, y temporizadores.
PIC (MicroChip):
COP400 Familia:
MICROCONTROLADORES EN LA ACTUALIDAD.
El microcontrolador es uno de los logros más sobresalientes del siglo XX. Hace un
cuarto de siglo tal afirmación habría parecido absurda. Pero cada año, el
microcontrolador se acerca más al centro de nuestras vidas, forjándose un sitio en
el núcleo de una máquina tras otra. Su presencia ha comenzado a cambiar la forma
en que percibimos el mundo e incluso a nosotros mismos. Cada vez se hace más
difícil pasar por alto el microcontrolador como otro simple producto en una larga
línea de innovaciones tecnológicas.
Ninguna otra invención en la historia se ha diseminado tan aprisa por todo el mundo
o ha tocado tan profundamente tantos aspectos de la existencia humana. Hoy
existen casi 15,000 millones de microchips de alguna clase en uso. De cara a esa
realidad, ¿quién puede dudar que el microcontrolador no sólo está transformando
los productos que usamos, sino también nuestra forma de vivir y, por último, la forma
en que percibimos la realidad?
Y eso es tan sólo un chip. De todas las estadísticas asombrosas que se utilizan para
describir el mundo del microcontrolador, ninguna es más extraordinaria que ésta: el
número total de transistores que integran todos los microchips que se producirán en
el mundo este año es equivalente al número de gotas de lluvia que caerán en
California durante ese mismo periodo.
El más grande atributo del microcontrolador es que puede integrar inteligencia casi
a cualquier artefacto. Se le puede entrenar para adaptarse a su entorno, responder
a condiciones cambiantes y volverse más eficiente y que responda a las
necesidades únicas de sus usuarios. Desmonte cualquier rincón de la vida moderna,
retire la capa exterior de cajas y material de construcción y luces parpadeantes, y
como semillas en una maceta, aparecerán microcontroladores por millones.
Principales ámbitos donde intervienen los microcontroladores:
Los siguientes son algunos campos en los que los microcontroladores tienen gran
uso:
Dispositivos autónomos:
Fotocopiadoras.
Máquinas de escribir.
Selector, Codificador decodificador de TV.
Localizador de peces.
Teléfonos de tarjeta.
Teléfonos celulares.
Cerraduras electrónicas.
Sistemas de seguridad.
Como conclusión el avance sustancial que han tenido los microcontroladores, son
circuitos integrados que llegaron a revolucionar la industria de la computación pero
más aún la tecnología en general, ya que si nos ponemos a pensar, la
gran mayoría (por no decir todos) los dispositivos electrónicos tienen uno o más
microcontroladores que le permiten cumplir a cabalidad las funciones que se les
fueron asignadas, esto debido a la gran capacidad que tienen integrado estos
pequeños pero poderosos dispositivos.
EMPRESAS FABRICANTES
Microchip:
Atmel Corporation:
Freescale semiconductor:
ZiLOG Inc:
Motorola: