Tarea#2 de Microcontroladores
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MICROCONTROLADORES
1.- PROGRAMAS DE MEMORIAS ROM DE MASCARA, OTP, EPROM, EEPROM, FLASH
MEMORIA OTP
El microcontrolador contiene una memoria no volátil de sólo lectura “programable una sola vez” por el usuario. OTP
(One Time Programmable). Es el usuario quien puede escribir el programa en el chip mediante un sencillo grabador
controlado por un programa desde un PC.
La versión OTP es recomendable cuando es muy corto el ciclo de diseño del producto, o bien, en la construcción de
prototipos y series muy pequeñas.
Tanto en este tipo de memoria como en la EPROM, se suele usar la encriptación mediante fusibles para proteger el
código contenido.
Un OTP es una memoria PROM que sólo puede grabarse una vez.
Se utiliza para pequeñas series.
Para probar el programa; antes de fabricar grandes cantidad de microcontroladores con memorias ROM
de máscara.
Como los ciclos de desarrollo de productos son cada vez más cortos, es interesante para los fabricantes
de microcontroladores ofrecer OTPs como una opción.
MEMORIA EPROM
Los microcontroladores que disponen de memoria EPROM (Erasable Programmable Read OnIy Memory) pueden
borrarse y grabarse muchas veces. La grabación se realiza, como en el caso de los OTP, con un grabador gobernado
desde un PC. Si, posteriormente, se desea borrar el contenido, disponen de una ventana de cristal en su superficie
por la que se somete a la EPROM a rayos ultravioleta durante varios minutos. Las cápsulas son de material cerámico
y son más caros que los microcontroladores con memoria OTP que están hechos con material plástico.
La programación se efectúa aplicando en un pin especial de la memoria una tensión entre 10 y 25 Voltios durante
aproximadamente 50 ms, según el dispositivo, al mismo tiempo se direcciona la posición de memoria y se pone la
información a las entradas de datos. Este proceso puede tardar varios minutos dependiendo de la capacidad de
memoria.
La memoria EPROM, tal como las memorias vistas anteriormente se compone de un arreglo de transistores MOSFET
de Canal N de compuerta aislada. En la figura 10.3.5 se observa el transistor funcionando como celda de memoria en
una EPROM. Cada transistor tiene una compuerta flotante de SiO2 (sin conexión eléctrica) que en estado normal se
encuentra apagado y almacena un 1 lógico. Durante la programación, al aplicar una tensión (10 a 25V) la región de la
compuerta queda cargada eléctricamente, haciendo que el transistor se encienda, almacenando de esta forma un 0
lógico. Este dato queda almacenado de forma permanente, sin necesidad de mantener la tensión en la compuerta ya
que la carga eléctrica en la compuerta puede permanecer por un período aproximado de 10 años.
Por otra parte el borrado de la memoria se realiza mediante la exposición del dispositivo a rayos ultravioleta
durante un tiempo aproximado de 10 a 30 minutos. Este tiempo depende del tipo de fabricante y para realizar el
borrado, el circuito integrado dispone de una ventana de cuarzo transparente, la cual permite a los rayos
ultravioleta llegar hasta el material fotoconductivo presente en las compuertas aisladas y de esta forma lograr que
la carga se disipe a través de este material apagando el transistor, en cuyo caso todas las celdas de memoria
quedan en 1 lógico. Generalmente esta ventana de cuarzo se ubica sobre la superficie del encapsulado y se cubre
con un adhesivo para evitar la entrada de luz ambiente que pueda borrar la información, debido a su componente
UV. En la figura 10.3.6 se observa la fotografía de una memoria de este tipo.
Se trata de memorias de sólo lectura, programables y borrables eléctricamente EEPROM (Electrical Erasable
Programmable Read OnIy Memory). Tanto la programación como el borrado, se realizan eléctricamente desde el
propio grabador y bajo el control programado de un PC. Es muy cómoda y rápida la operación de grabado y la de
borrado. No disponen de ventana de cristal en la superficie.
Los microcontroladores dotados de memoria EEPROM una vez instalados en el circuito, pueden grabarse y borrarse
cuantas veces se quiera sin ser retirados de dicho circuito. Para ello se usan “grabadores en circuito” que
confieren una gran flexibilidad y rapidez a la hora de realizar modificaciones en el programa de trabajo.
El número de veces que puede grabarse y borrarse una memoria EEPROM es finito, por lo que no es recomendable
una reprogramación continúa. Son muy idóneos para la enseñanza y la Ingeniería de diseño.
Se va extendiendo en los fabricantes la tendencia de incluir una pequeña zona de memoria EEPROM en los circuitos
programables para guardar y modificar cómodamente una serie de parámetros que adecuan el dispositivo a las
condiciones del entorno.
Este tipo de memoria es relativamente lenta.
Las celdas de memoria en las EEPROM son similares a las celdas EPROM y la diferencia básica se encuentra en la
capa aislante alrededor de cada compuesta flotante, la cual es más delgada y no es fotosensible.
La programación de estas memorias es similar a la programación de la EPROM, la cual se realiza por aplicación de
una tensión de 21 Voltios a la compuerta aislada MOSFET de cada transistor, dejando de esta forma una carga
eléctrica, que es suficiente para encender los transistores y almacenar la información. Por otro lado, el borrado de
la memoria se efectúa aplicando tensiones negativas sobre las compuertas para liberar la carga eléctrica
almacenada en ellas.
Esta memoria tiene algunas ventajas con respecto a la Memoria EPROM, de las cuales se pueden enumerar las
siguientes:
Se pueden reescribir aproximadamente unas 1000 veces sin que se observen problemas para almacenar la
información.
Transferencia de datos de manera serial , lo que permite ahorro del micro para dedicarlo a otras
funciones.
El consumo de corriente es mucho menor que en las memorias que trabajan en paralelo.
Se pueden conectar fácilmente con microprocesadores o micro controladores, algunas de estas memorias tienen
pines para realizar esta labor.
MEMORIA FLASH
Se trata de una memoria no volátil, de bajo consumo, que se puede escribir y borrar. Funciona como una ROM y una
RAM pero consume menos y es más pequeña.
A diferencia de la ROM, la memoria FLASH es programable en el circuito. Es más rápida y de mayor densidad que la
EEPROM.
La alternativa FLASH está recomendada frente a la EEPROM cuando se precisa gran cantidad de memoria de
programa no volátil. Es más veloz y tolera más ciclos de escritura/borrado.
Las memorias EEPROM y FLASH son muy útiles al permitir que los microcontroladores que las incorporan puedan ser
reprogramados “en circuito”, es decir, sin tener que sacar el circuito integrado de la tarjeta. Así, un dispositivo con
este tipo de memoria incorporado al control del motor de un automóvil permite que pueda modificarse el programa
durante la rutina de mantenimiento periódico, compensando los desgastes y otros factores tales como la
compresión, la instalación de nuevas piezas, etc. La reprogramación del microcontrolador puede convertirse en una
labor rutinaria dentro de la puesta a punto.
La memoria FLASH es similar a la EEPROM, es decir que se puede programar y borrar eléctricamente. Sin embargo
esta reúne algunas de las propiedades de las memorias anteriormente vistas, y se caracteriza por tener alta
capacidad para almacenar información y es de fabricación sencilla, lo que permite fabricar modelos de capacidad
equivalente a las EPROM a menor costo que las EEPROM.
Las celdas de memoria se encuentran constituidas por un transistor MOS de puerta apilada, el cual se forma con
una puerta de control y una puerta aislada, tal como se indica en la figura 10.3.7. La compuerta aislada almacena
carga eléctrica cuando se aplica una tensión lo suficientemente alta en la puerta de control. De la misma manera
que la memoria EPROM, cuando hay carga eléctrica en la compuerta aislada, se almacena un 0, de lo contrario se
almacena un 1.Las operaciones básicas de una memoria Flash son la programación, la lectura y borrado. Como ya se
mencionó, la programación se efectúa con la aplicación de una tensión (generalmente de 12V o 12.75 V) a cada una
de las compuertas de control, correspondiente a las celdas en las que se desean almacenar 0’s. Para almacenar 1’s
no es necesario aplicar tensión a las compuertas debido a que el estado por defecto de las celdas de memoria es 1.
La lectura se efectúa aplicando una tensión positiva a la compuerta de control de la celda de memoria, en cuyo caso
el estado lógico almacenado se deduce con base en el cambio de estado del transistor:
Si hay un 1 almacenado, la tensión aplicada será lo suficiente para encender el transistor y hacer circular corriente
del drenador hacia la fuente.
Si hay un 0 almacenado, la tensión aplicada no encenderá el transistor debido a que la carga eléctrica almacenada
en la compuerta aislada.
Para determinar si el dato almacenado en la celda es un 1 ó un 0, se detecta la corriente circulando por el transistor
en el momento que se aplica la tensión en la compuerta de control.
El borrado consiste en la liberación de las cargas eléctricas almacenadas en las compuertas aisladas de los
transistores. Este proceso consiste en la aplicación de una tensión lo suficientemente negativa que desplaza las
cargas.
La media de tasa de transferencia de datos en una memoria flash puede ser de dos tipos generalmente:
10 MB/segundo para lectura (unas 66x, teniendo en cuenta que 1x equivale a unos 150 KB/seg.),
5 MB/segundo (unas 33x, teniendo en cuenta que 1x equivale a unos 150 KB/seg.), aproximadamente la
mitad en escritura.