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Universidad De Costa Rica

Recintos Guápiles

Carrera:

Informática Empresarial Curso:

IF-1300 Introducción a la

Computación e Informática Profesor:

Mag. Franklin Domínguez Molina

Tema:

Los microcontroladores

Estudiantes:

Manuel González Quiros Chen González Quiros

I Semestre- 2011

2 Contenido Resumen ejecutivo. ................................................................................................................................. 3

Objetivos ................................................................................................................................................. 4

INTRODUCCION ....................................................................................................................................... 5

El microcontrolador ............................................................................................................................. 6

Principales ámbitos donde se utilizan los microcontroladores.................................................................. 7

Microchip. ............................................................................................................................................... 9

Diferencias entre microprocesador y microcontrolador. ...................................................................... 11

Ventajas de un microcontrolador frente a un microprocesador. ............................................................ 12

Tipos de arquitecturas de microcontroladores. ...................................................................................... 13

Estructura y elementos de los microcontroladores. ............................................................................... 14

Recursos especiales. .............................................................................................................................. 15

Conclusiones ......................................................................................................................................... 17

Bibliografía ............................................................................................................................................ 18

3 Resumen ejecutivo. El microcontrolador

¿Qué es un microcontrolador?

El microcontrolador es un circuito integrado (chip) que incluye en su interior las tres

unidades funcionales de una computadora: CPU, memoria y unidades de entrada,

salida, es decir, se trata de una computadora completa en un solo circuito.

Principales ámbitos donde se utilizan los microcontroladores.

En la industria del automóvil: control de motor, alarmas.

En la informática: en los controladores de periféricos.

En la industria de los electrodomésticos

Regulación.

Automatismos.

Robótica.

En instrumentos portátiles compactos.

Microchip.

Los microcontroladores PIC de Microchip Technolohy Inc. combinan una alta

calidad, bajo coste y excelente rendimiento.

Tipos de gama: gama mini, gama baja, gama media, gama alta.

Tipos de arquitecturas de microcontroladores.

Arquitectura Von Neumann.

Arquitectura Harvard.

Estructura y elementos de los microcontroladores.

1) El procesado

2) Memoria

3) Reloj principal

4) Puertos de entrada/salida.

4 Objetivos

Objetivo general

Conocer que es un microcontrolador, su historia, tipos y ventajas.

Objetivos específicos

Identificar las principales partes de un microcontrolador.

Compararlo con un microprocesador.

5 INTRODUCCION

Estamos en una era muy competitivo en el Mercado de la industria electrónica, es

necesario diseñar sistemas con mejores características, que su tamaño sea mínimo,

que utilice poco energía y mejor rendimiento.

Un microcontrolador es todo un “sistema mínimo” dentro de un solo circuito, lo cual

ofrezca un gran avance hacia el mundo de la compatibilidad.

Se sabe que un microprocesador en más rápido que un microcontrolador para la

ejecución de instrucciones, pero para el microprocesador es necesario conectarlo con

otros dispositivos periféricos, mientras que un microcontrolador, puede ser utilizado con

un mínimo de componentes para su funcionamiento al máximo.

6 El microcontrolador

Historia

Este tema tiene sus inicios en el desarrollo en la tecnología de los circuitos integrados

en la cual podían almacenar miles de transistores. Cuando no existían los

microprocesadores las personas tenían que diseñar muchos componentes electrónicos

y cálculos matemáticos muy complicados y esto ocupaba mucho tiempo, lo cual

provocaba muchos ajustes y fallos.

Cuando no existían los microprocesadores, los ingenieros creaban sus circuitos

electrónicos mediante diseños que implicaban mucho trabajo. En el año 1971 apareció

el primer microprocesador (4004) el cual origino un gran cambio, sin embargo, después

de cierto tiempo apareció una nueva tecnología llamada microcontrolador que simplifica

aun mas el diseño electrónico.

¿Qué es un microcontrolador?

El microcontrolador es un circuito integrado (chip) que incluye en su interior las tres

unidades funcionales de una computadora: CPU, memoria y unidades de entrada,

salida, es decir, se trata de una computadora completa en un solo circuito.

Figura 1: Imagen de un microcontrolador.

Los microcontroladores representan una gran utilidad en la vida diaria, mientras

podemos tener 2 o 3 microprocesadores de propósito general en casa (dentro de la

computadora o reproductores), probablemente tenemos distribuidos entre los

7 electrodomésticos de nuestra casa entre una y dos docenas de microcontroladores.

Pueden encontrarse en casi cualquier aparato como en el carro, lavadoras, hornos,

microondas, teléfonos, equipos de audio.

Un microcontrolador difiere de un microprocesador de los que estamos acostumbrados

a ver (Pentium o Athlon), no solo físicamente, sino en que es mas sencillo de

convertirlo a una computadora, la idea es que se coloque un microcontrolador se

coloque en el dispositivo, con un mínimo de chips externos de apoyo, que se conecte a

la fuente de energía y de información. Un microprocesador no permitiría esta, ya que

debería conectarse a muchos chips externos, como la RAM y ROM.

Típicamente, un microcontrolador puede disponer de un reloj integrado y una pequeña

cantidad de memoria RAM y ROM. Estos también disponen de una gran variedad de

dispositivos de entrada/salida, como convertidores de analógico a digital,

temporizadores (mide el tiempo, microondas), UARTS (es un circuito integrado utilizado

en las comunicaciones serie) y buses de interfaz serie especializados, como el I2C(Es

muy utilizado para conectar las tarjetas gráficas de las computadores personales con

los monitores, para que estos últimos informen de sus prestaciones y permitir la

autoconfiguración del sistema de video.) y CAN (Controller Área Network).

Principales ámbitos donde se utilizan los microcontroladores. Con los diversos modelos disponibles podemos afrontar multitud de diseños distintos

desde los más simples a los más complejos.

A continuación les mostrare los campos en que se utilizan:

En la industria del automóvil: control de motor, alarmas, reguladores del freno,

dosificador, controles de gas, temperatura, nivel de aceite, las luces direccionales, y

los convertibles.

En la informática: en los controladores de periféricos, por ejemplo, para controlar

impresoras, plotters, cámaras, scanner, unidades de disco, teclados, mouse.

8 En la industria de los electrodomésticos: control de calefacción, lavadoras,

secadoras, microondas, control de temperatura de las refrigeradoras, cocinas

eléctricas.

En la industria en general se utiliza en:

Regulación: todas las familias de los microcontroladores incorporan en

alguna de sus versiones, conversores análogo/digital(A/D) y digital/análogo

(D/A), para la regulación de la velocidad de las maquinas y niveles de

temperaturas.

Automatismos: la enorme cantidad de líneas de entrada, salidas , y su

inmunidad al ruido le hacen muy valiosos para el control secuencial de

procesos, apertura y cierre automático de puertas según condiciones.

Robótica: para control de motores y captura de señales de los diferentes

sensores de movimiento.

En instrumentos portátiles compactos:

a) Termómetros digitales.

b) Radio paginador numérico.

c) Planímetro electrónico.

d) Nivelimetro digital.

e) Identificador-probador de circuitos integrados.

f) Tacómetro digital.

g) Panel frontal de un circuito integrado.

h) Controlador de display LCD.

Dispositivos autónomos:

a) Fotocopiadoras.

b) Codificador y decodificador de TV.

c) Localizador de peces (radar).

d) Teléfonos de tarjeta.

e) Teléfonos celulares.

f) Cerraduras electrónicas.

g) Sistemas de seguridad.

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Ahora les comentare sobre unas de las empresas que se encargan de la

creación de microcontroladores.

Microchip. Los microcontroladores PIC de Microchip Technolohy Inc. combinan una alta calidad,

bajo coste y excelente rendimiento. Un gran número de estos microcontroladores son

usados en una gran cantidad de aplicaciones tan comunes como periféricos de la

computadora, datos de entrada, sistemas de seguridad y aplicaciones en el sector de

telecomunicaciones. Microchip patentó en 1997 sus pics como PICmicro para

distinguirlos de otros dispositivos (Peripheral InterruptController de los PCs).

La familia de los PIC se divide en 4 gamas.

1. Gama mini:

Con en encapsulado de 8 pines,, la principal característica es su reducido

tamaño ,sus instrucciones son de 12 a 14 bits y 35 instrucciones.

Figura 2: PIC de 8 pines.

2. Gama baja:

Es de recursos limitados, esta encapsulada por 16 y 28 pines, lo que les

hace ideales en las aplicaciones que funcionan con pilas teniendo en

cuenta su bajo consumo (menos de 2 mA a 5 V y 4 MHz). Tienen un

repertorio de 33 instrucciones cuyo formato consta de 12 bits.

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Figura 3: PIC de gama baja

3. Gama media:

La gama media es la más variada y completa de los PIC. Abarca modelos

con encapsulado desde 18 hasta 68 pines, cubriendo varias opciones que

integran abundantes periféricos. Dentro de esta gama se halla el famoso

PIC16F84.

Figura 4: ejemplo gama media

11 4. Gama alta:

La gama alta dispone de chips con 58 instrucciones de 16 bits y que

disponen de un sistema de gestión de interrupciones muy potente.

También incluyen variados controladores de periféricos, puertos de

comunicación serie y paralelo con elementos externos, un multiplicador

hardware de gran velocidad y mayores capacidades de memoria, que

alcanza los 8 k palabras en la memoria de instrucciones y 454 bytes en la

memoria de datos.

Diferencias entre microprocesador y microcontrolador. Quien a tenido la oportunidad de trabajar con un microprocesador, debe saber que

dependiendo del aparato que vamos a usar, se ocuparan de otros medios para hacer

que el microprocesador funcione al 100 %, por ejemplo, de un chip RAM, otro para la

ROM, otro para los puertos de E/S(entrada/salida) etc.

El microcontrolador ya contiene todo lo anterior incluido en su interior. Debido a su

tamaño, es posible montar el microcontrolador en el mismo dispositivo al que gobierna,

en ese caso se le llama controlador empotrado.

Figura 6: microprocesador

Figura 5: microcontrolador

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Ventajas de un microcontrolador frente a un microprocesador. La configuración básica de un microprocesador es de 40 pines, una memoria RAM de

28 pines, una memoria ROM de 28 pines, y un decodificador de direcciones de 18

pines, pero un microcontrolador incluye todo eso.

Figura 7: Estructura de un sistema abierto basado en un microprocesador.

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Figura 8: El microcontrolador es un sistema cerrado. Todas las partes del procesador

están contenidas en su interior.

Tipos de arquitecturas de microcontroladores. Arquitectura Von Neumann:

Es la arquitectura tradicional de computadoras, donde el CPU, esta

conectada a una memoria.

Figura 7: Arquitectura Von Neumann.

Arquitectura Harvard.

Esta tiene el CPU conectada a dos memorias (una con las instrucciones y la otra con

los datos).

Figure 8: Arquitectura Harvard

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Estructura y elementos de los microcontroladores. 1) El procesador: es el elemento más importante del microcontrolador y

determina sus principales características, esta se encarga de

direccionar la memoria de instrucciones, recibe el código de la

instrucción en curso, su decodificación y la ejecución de la operación.

1.1. CISC: la gran parte delos procesadores usados en los microcontroladores están

basados en la filosofía CISC (computadoras de juego de instrucciones

completo), mas de 80 instrucciones.

1.2. RISC: (computadoras de juego de instrucciones reducido), en estos

procesadores las instrucciones maquina es muy pequeña y simple, también se

ejecutan en un solo ciclo.

2) Memoria: como ya sabemos, ya esta integrada en el propio chip, una parte es no

volátil y la otra es volátil.

Según el tipo de memoria ROM que dispongan los microcontroladores, la aplicación

y utilización de los mismos es diferente, hay 5 tipos de memoria no volátil.

2.1. ROM con mascara: estos chips se fabrican mediante procesos fotoquímicos,

donde se impregnan de capas de silicio y oxido de silicio, se erosionan al

exponerlos a la luz, pero no todos los puntos deben erosionarse, entonces se

sitúa entre la luz y la oblea una mascara con agujeros.

2.2. OTP: (One Tine Programmable) es de lectura programable, es el usuario puede

escribir el programa en el chip mediante un sencillo grabador desde una

computadora.

2.3. EPROM: los microcontroladores que disponen de esta memoria EPROM

(Erasable Programmable Read Only Memory) esta puede grabarse y borrarse

muchas veces. Están hechas de cerámica y son mas caras que las anteriores

que están hechas de plástico, el contenido se borra en una ventana de cristal en

su superficie y con rayos ultravioleta durante varios minutos.

15 2.4. EEPROM, E²PROM: (Electrical Erasable Programmable Read Only Memory), el

borrado se hace electrónicamente, pero es finito.

2.5. FLASH: es de bajo consumo, se puede escribir y borrar, funciona como una

ROM y una RAM pero consume menos y es mas pequeño (se encuentra en los

autos) es mas rápida que la anterior.

3) Puertos de entrada y salida: estos permiten comunicar al procesador al mundo

exterior, son la principal utilidad de los pines de un microcontrolador.

4) Reloj principal: todos estos dispositivos contienen un circuito oscilador que genera

una onda cuadrada de alta frecuencia, que configura los impulsos de reloj usados

en la sincronización de todas las operaciones del sistema.

Recursos especiales. Cada fabricante tiene muchas versiones de una arquitectura básica del

microcontrolador, los principales recursos específicos que incorporan son:

a) Temporizadores o Timers: se emplean para controlar periodos de tiempo y para

llevar la cuenta de acontecimientos en el exterior.

b) Perro guardián o watchdog: cuando una computadora se bloquea por fallo de

software se pulsa el botón reset y se reinicia el sistema. Para un

microcontrolador funciona sin el control de un supervisor, el watchdog consiste

en un contador que cuando llega al tiempo limite, se reinicie automáticamente.

c) Protección ante falla de alimentación o Brownout: es un circuito que resetea al

microcontrolador cuando el voltaje de alimentación es inferior a un voltaje

mínimo.

d) Estado de reposo o bajo consumo: cuando un microcontrolador esta sin

actividad, este dispone de una instrucción especial (SLEEP en los PIC), que les

pasa al estado de reposo, en el cual su reloj se detiene y se congelan sus

circuitos asociados.

e) Conversor A/D: con esto pueden procesar señales analógicas.

f) Conversor D/A: transforma los datos digitales obtenidos en su correspondiente

señal analógica que saca al exterior por uno de los pines del chip.

16 g) Puertos digitales de E/S: todos los microcontroladores destinan parte de su

patillaje a soportar líneas de E/S digitales.

h) Puertos de comunicación: para poder comunicarse con otros dispositivos

exteriores, algunos modelos disponen de recursos que permiten esto:

UART, adaptador de comunicación, serie asíncrona (puerto serie).

USART, adaptador de comunicación de serie síncrona y asíncrona.

USB, (Universal Area Network), es un modelo bus para las computadoras.

Bus I2C, es una interfaz serie de 2 hilos desarrollados por Philips.

CAN,(Controller Area Network ) permite la adaptación con redes de

conexionado multiplexado desarrollado conjuntamente por Bosch e Intel

para el cableado de dispositivos en carros.

17 Conclusiones

Visto todo lo anterior, ahora contamos con un criterio para poder tener en cuenta el

mundo de los microcontroladores, que no todo esta gobernado por los

microprocesadores, ambos son necesarios para que este mundo tecnológico este

equilibrado.

18 Bibliografía http://mycrocontroladores.blogspot.com/feeds/posts/default

http://feeds.feedburner.com/neoteo

http://mycrocontroladores.blogspot.com

https://sites.google.com/site/microcontroladoresmicrochip/lo-basico

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