INTRODUCCIÓN A LOS MICROCONTROLADORES Micros.pdf · CAPACITIVO: Un capacitor se mantiene cargado y...

14/11/2015

1

INTRODUCCIÓN A LOS MICROPROCESADORES Y MICROCONTROLADORES

TEC Digital

ÍNDICE

Parte I Microprocesadores

Parte II Memorias

Parte III Periféricos

Parte IV Integración de periféricos, memorias y microprocesadores

Parte V Microcontroladores

14/11/2015

2

PARTE I: MICROPROCESADORES

•Concepto y características

•Arquitectura

•Hardware

•Software

•Ejemplo de Arquitectura Básica

•Programación

Indice

Concepto y características

Un microprocesador es un dispositivo digital diseñado para manipular información

Tienen 3 buses

Datos: Contiene el flujo de información

Direcciones: Controla la posición actual en memoria

Control: Regula el flujo de información para evitar conflictos

Volver


14/11/2015

3

Arquitectura

La arquitectura de un procesador consiste en el conjunto de caracteristicas que lo identifican.

Describe de manera resumida las capacidades y posibilidades de operación del microprocesador.

Se clasifican según Hardware y Software

Ejemplo de arquitectura básica

Volver


Arquitecturas según el Hardware

Von Neuman

Segmentada

Hardware

Volver


Arquitecturas según

el Software

• CISC

• RISC

• CRISC

14/11/2015

4

Máquina secuencial

Ejecuta solo una operación a la vez

Bus de datos y direcciones compartidos

Lenta

Generalmente se combina con software tipo CISC

Arquitectura Von Neuman

Volver


Arquitectura Segmentada

Máquina secuencial

Buses de datos y direcciones compartidos

Diseño multietapa (Pipeline) El diseño multietapa le permite ejecutar más

de una operación a la vez

Se encuentra combinada con software CISC y en pocas ocasiones con RISC

Más rápida que Von Neuman

Volver


14/11/2015

5

Arquitectura Harvard

Separa los buses de datos, direcciones y control, y los hace totalmente independientes.

Lo anterior permite leer instrucciones con mayor velocidad

Pueden direccionar altas cantidades de memoria

Se combinan con software RISC

Volver


Arquitectura CISC

Complex Instruction Set Computer

Set de instrucciones grande

Ofrece una amplia gama de operaciones

Facilita el trabajo de programación

Reduce el tamaño del código de programa

Incrementa el costo de aprender la programación

Volver


14/11/2015

6

Arquitectura RISC

Reduced Instructio Set Computer

Pocas instrucciones

Más fácil de aprender el método de programación

Mayor tamaño del código de programa

Volver


Arquitectura CRISC

Combinación de CISC con RISC

Complex-Reduced Instruction Set

Computer

Volver


14/11/2015

7

Ejemplo de Arquitectura Básica

Bus de Direcciones

Bus de Control

Bus de Datos

BIU

Registros de

Uso General

Bus Interno

Unidad

Aritmética Lógica

Unidad

de

Control

Registro de

Banderas

Volver


Programación

El microprocesador no tiene memoria interna

Se debe conectar con una memoria externa que contenga el programa

El programa se guarda como datos en la memoria, un dato leido puede ser información o un código de operación

El procesador lee de manera ordenada cada punto de la memoria del programa

Volver


14/11/2015

8

PARTE II: MEMORIAS

•Concepto

•Principio de funcionamiento

•Tipos

•RAM

•ROM

•Flash

•EPROM

•EEPROM Indice

Concepto

Una memoria es un dispositivo capaz de guardar el estado de un bit durante cierto tiempo

Posee casillas o localidades cada una con la capacidad de almacenar un dato generalmente de tamaño byte (8 bits)

Tiene un bus de direcciones para identificar cada una de las localidades.

Tiene un bus de datos por donde entran y salen datos a cada una de las casillas o localidades de la memoria.

Volver

Parte II Memorias

14/11/2015

9

Principio de funcionamiento

CAPACITIVO: Un capacitor se mantiene cargado y representa un 1 lógico, si se descarga represente un 0 lógico.

FUSIBLES: Un filamento delgado de semiconductor que se quema o se deja completo para representar un 1 o un 0

ORIENTACIÓN MAGNÉTICA: La orientación de un dispositivo magnético representa un 1 o un 0 lógico.

Volver

Parte II Memorias

Tipos de memorias

RAM

Random Access

Memory

Almacenamiento temporal de datos

Pierde la información capturada cuando se le desconecta alimentación

ROM

Read Only Memory

Memoria que conserva el contenido aun cuando se desconecta

Tipos de memorias ROM

Volver

Parte II Memorias

14/11/2015

10

Tipos de memorias ROM

EPROM (Erasable-Programable Read Only Memory) Funciona con el principio de fusibles

Puede borrarse mediante luz ultravioleta

Se reprograma eléctricamente

EEPROM (Electrically Erasable-Programable Read Only Memory) Funciona con el principio de fusibles

Puede borrarse con impulsos eléctricos controlados

Se reprograma eléctricamente

Flash Funciona igual que la EEPROM pero a una

velocidad de operación y programación mayor.

Volver

Parte II Memorias

PARTE III: PERIFÉRICOS

•Definición

•Puertos del procesador

•Ejemplos

•Convertidores Analógico a Digital

•Salidas\Entradas seriales

•Salidas moduladoras de ancho de

pulso (PWM)

Indice

14/11/2015

11

Definición de periférico

Dispositivo externo que intercambia datos con el procesador.

La comunicación entre el procesador y el periférico está regulada por el procesador de acuerdo con los métodos: POLING: El procesador revisa ordenadamente

todos los periféricos para atender a cada uno de ellos secuencialemente.

INTERRUPCIONES: El periférico que está listo para ser atendido por el procesador solicita una “interrupción” de la ejecución del programa para que el procesador lo atienda.

Volver


Puertos del procesador

Ventanas por las cuales el procesador se comunica con los periféricos.

Tienen un canal de datos por el cual circula la información

El procesador genera las señales de control que permiten habilitar a cada uno de sus periféricos

Cuando un periférico es habilitado, este pone información en el bus de datos. Esta información es leida por el puerto correspondiente.

Volver


14/11/2015

12

Ejemplos de periféricos

Convertidor analógico a digital

Puerto bidireccional de comunicación serie

Salidas de modulación de ancho de pulso

Volver


Convertidor de analógico a digital

Dispositivo que recibe una señal analógica y la muestrea con cierta frecuencia para generar un valor digital representativo de la señal al momento de la toma de la muestra.

Tiene un voltaje de referencia que se utiliza para definir la escala de valores digitales.

La salida se presenta como un código de varios bits, estos se leen todos al mismo tiempo.

Están diseñados para generar una señal de interrupción cada vez que han concluido una conversión a digital.

Volver


14/11/2015

13

Puerto de comunicaciones seriales

EMISOR: Dispositivo que toma un dato de “n” bits y lo descompone para extraer el dato bit por bit por un solo pin.

RECEPTOR: Dispositivo que recibe una secuencia de bits y las almacena hasta componer un código de “n” bits.

PROTOCOLO: Debe ordenarse y marcarse el tiempo que dura un bit en ser transmitido para interpretar correctamente la transmisión de los bits, así como definir mecanismos que marquen el final y el inicio de una transmisión. Volver


Modulador de ancho de pulso (PWM)

Dispositivo que recibe un código digital de “n” bits, y de acuerdo con el valor, genera una señal cuadrada con un pulso alto de duración proporcional al valor recibido.

Este dispositivo se utiliza puesto que la señal de salida (PWM) se utiliza para controlar dispositivos reguladores de potencia como SCR y TRIAC

Con el uso de ambos dispositivos (TRIAC y PWM) se regula la potencia que se aplica a una carga de corriente alterna, por ejemplo motores, bombillas, resistencias de hornos,etc

Regular la potencia de un motor de corriente alterna significa regular la velocidad de giro del mismo.

Volver


14/11/2015

14

PARTE IV:

MICROPROCESADORES Y SU

INTEGRACIÓN CON LOS

PERIFÉRICOS

Indice

•Se fabrican procesadores y en el mismo encapsulado se incluyen

dispositivos periféricos comunes como el ADC, PWM, o puerto de

comunicación serie

•Se reduce la circuitería de soporte para el procesador

•Se facilita el desarrollo de aplicaciones específicas

•Se incluye memoria interna en el procesador para manejar lso periféricos

integrados

•Se inicia la programación del sistema interno del chip para ejecutar una

función particular

PARTE V: Microcontroladores

¿Que son?

Índice

Ventajas

Arquitecturas

Elementos Comunes

Fabricantes

Aplicaciones Comunes

14/11/2015

15

¿Que es un microcontrolador?

Sistema electrónico que integra las capacidades de una arquitectura especifica de microprocesador, junto con las capacidades de acople a otros sistemas que brindan los periféricos, todo, en un solo empaquetado.

Se logra integración, disminución del costo en implementación de aplicaciones especificas.

Volver

Ventajas del uso de microcontroladores

Reducción de la cantidad de espacio en la implementación de un diseño dado.

Reduce el costo de implementación.

Permite desarrollo de aplicaciones especificas de manera mas rápida y eficiente.

Los fabricantes dan mucho soporte sobre las aplicaciones más comunes.

Se adaptan mejor a aplicaciones especificas

Volver

14/11/2015

16

Arquitecturas(1)

La arquitectura de un procesador define el modo de operación del mismo en cuanto a conjunto de instrucciones y modo de ejecución de las mismas.

En cuanto al conjunto de instrucciones, se clasifican en dos grupos principalmente CISC(Complex Instruction Set Computer ), RISC(Reduced Instruction Set Computer )

Siguiente

CISC

Instrucciones especializadas

se requieren un set de instrucciones amplio para dar soporte a una arquitectura

Duración de la ejecución de las instrucciones no es homogéneo.

programas requieren menos código fuente.

Siguiente

14/11/2015

17

RISC

Set de instrucciones reducido

Instrucciones de carácter general

Duración homogénea de la ejecución de las instrucciones.

Se requiere mas código para describir una operación que con una arquitectura CISC

Siguiente

Arquitecturas(2)

En cuanto al modo de ejecución de las instrucciones las arquitecturas se clasifican en: Von neuman, Segmentada, paralela.

En esta clasificación es importante conocer como esta dispuesto el bus de direcciones y el bus de datos.

Siguiente

14/11/2015

18

Von Neuman

Ejecución secuencial de las instrucciones

Existe solo una unidad de búsqueda y una unidad de ejecución

La instrucción siguiente se busca hasta que se ejecute la instrucción actual

Siguiente

Segmentada

Divide la búsqueda de las instrucciones de manera que cuando se ejecute la instrucción actual, ya se este buscando la siguiente.

Multiplica la velocidad de ejecución al doble que la Von Neuman

Siguiente

14/11/2015

19

Harvard

Conocida como arquitectura de ejecución paralela.

Posee varias unidades de ejecución

Divide los procesos

Orientada a sistema multitarea

Bus de direcciones y de datos separados en la arquitectura

Volver

Elementos Comunes en los microcontroladores

ADC

USART

RTC

Puertos entrada/salida paralelos

PWM

USB

Siguiente

14/11/2015

20

ADC (Convertidor analógico Digital)

Permite que el sistema microcontrolador pueda procesar una variable analógica

Valor mínimo y máximo ajustable

Resolución: indica la precisión de la conversión realizada

Entre más cantidad de bits, más es la resolución del convertidor

Requieren configuración a través de registros especiales del microntrolador

Siguiente

USART(ADDRESSABLE UNIVERSAL SYNCHRONOUS ASYNCHRONOUS RECEIVER TRANSMITTER)

Permite conexión serie a otros dispositivos

Se configura a través de registros internos.

Velocidad de transferencia variable

Formato de la trama variable

Puede manejarse a través de interrupciones

Siguiente

14/11/2015

21

Puertos entrada Salida

Unidireccionales o bidireccionales

Se configuran a través de un registro especifico

Debe estar mapeados

Se accesan por medio de una dirección

Pueden ser TTL, CMOS, ST, según sea el dispositivo con el que se comunican.

Volver

Fabricantes Comunes de Microcontradores

Microchip: Familas de PIC´s

Arquitecturas RISC, Harvard

Motorola: Familia 68XX

Arquitecturas CISC, segmentada

Intel: Familias 80XX

Arquitecturas CISC, Von neuman

NEC

Volver

14/11/2015

22

Aplicaciones Comunes

Sistemas de Monitoreo y control de variables analógicas

Computadoras de uso especifico

Sistemas de desarrollo y experimentación

Sistemas embebidos

Volver

INTRODUCCIÓN A LOS MICROCONTROLADORES Micros.pdf · CAPACITIVO: Un capacitor se mantiene cargado y...

Documents

Transcript of INTRODUCCIÓN A LOS MICROCONTROLADORES Micros.pdf · CAPACITIVO: Un capacitor se mantiene cargado y...