Microcontroladores Parte1 [Modo de compatibilidad].

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Departamento de Tecnología Electrónica
Universidad de Vigo
Microcontroladores
SISTEMAS ELECTRÓNICOS DIGITALES
BLOQUE 3
MICROCONTROLADORES
(PARTE 1)
DEFINICIÓN,CLASIFICACIÓN
Y CARACTERÍSTICAS GENERALES
Enrique Mandado Pérez
María José Moure Rodríguez
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Microcontroladores
DEFINICIÓN DE MICROCONTROLADOR
Circuito integrado digital monolítico que contiene todos los elementos de un
procesador digital secuencial síncrono programable de arquitectura Harvard o
Princeton (Von Neumann). Se le suele denominar también microcomputador integrado
o empotrado (Embedded processor or Embedded controller) y está
especialmente orientado a la ejecución de tareas de control y comunicaciones.
PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS
- Por su pequeño tamaño permiten empotrar
un procesador programable en muchos
productos industriales.
- Por su coste reducido y su consumo de energía
y velocidad adaptables, son apropiados para
numerosas aplicaciones.
- Poseen mecanismos de seguridad
Fotografía del microcontrolador
de funcionamiento (Safety) y proporcionan
8748 de Intel
protección del equipo electrónico contra copias
y modificaciones del programa no autorizadas (Security).
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MICROCONTROLADORES
Televisor
Microondas
Robot
Microcontrolador
Lavadora
Automóvil
Impresora
Campos de aplicación de los microcontroladores (Microcontrollers) en la década de 1980.
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MICROCONTROLADORES
Nuevas aplicaciones de los microcontroladores (Microcontrollers) a partir de mediados de la década de 1990.
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PROCESADORES DIGITALES SECUENCIALES SÍNCRONOS
UNIDAD OPERATIVA
MEMORIA
SISTEMA
Resultados
SECUENCIAL
Datos externos
SÍNCRONO
ALU
G
Señales de control
Esquema de bloques de un procesador digital secuencial síncrono
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PROCESADORES DIGITALES SECUENCIALES SÍNCRONOS
PROCESADOR DE ARQUITECTURA HARVARD
PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS
G
- Su unidad de control es un sistema secuencial síncrono que posee una memoria de instrucciones
no volátil (EPROM, FLASH) que contiene las direcciones de la memoria de datos (RAM). Esto
hace que el número de bits de las posiciones de la memoria de datos y de la memoria de
instrucciones puedan ser diferentes. Poseen dos barras de direcciones diferentes lo cual complica
el sistema físico, en especial si
UNIDAD DE CONTROL
el procesador no se coloca en
CTR
un único circuito integrado.
M1
UNIDAD OPERATIVA
Variables de control E/S
MEMORIA
- Son capaces, teóricamente, de
C2/1+
VOLÁTIL
Variables de dirección
RAM
realizar una operación y
0
A
tomar una decisión en función
2 -1
MEMORIA
n
n
REGISTRO
NO
1,2D
de su resultado en un solo
VOLÁTIL
ciclo del generador de
impulsos y en la práctica en
un máximo de dos.
MUX
k
- Para que sean programables
0
G
2 -1
0
el circuito combinacional de la
UNIDAD
Resultado
1
unidad de control debe ser
ARITMÉTICA
Y LÓGICA
programable.
m
k
Datos
Esquema de bloques de un procesador digital
secuencial síncrono de arquitectura Harvard
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PROCESADORES DIGITALES SECUENCIALES SÍNCRONOS
PROCESADOR DE ARQUITECTURA HARVARD
Indicadores (Flags)
Barra de direcciones
de la memoria de datos
UNIDAD OPERATIVA
MEMORIA DE
DATOS
UNIDAD
DE
Dirección de
escritura/lectura
RAM
n2
n2
RAM
1A
Dirección de lectura
2A
Señal de control
C3
0
2 n 2 -1
0
2n 2 -1
A
CONTROL
UNIDAD
ARITMÉTICA
G
Barra de
datos
n1
Terminales
de entrada
1A
n1
1A
n1
2A
Esquema de bloques básico de un
procesador de arquitectura Harvard
con memoria de acceso doble
en lectura y escritura simultánea
Memoria de acceso doble en
lectura y escritura simultánea
Terminales
de salida
Terminales
de salida
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Microcontroladores
TIPOS DE MICROCONTROLADORES
MICROCONTROLADOR DE ARQUITECTURA HARVARD
EJEMPLO DE
MICOCONTROLADOR
DE
ARQUITECTURA
HARVARD
(CIDM
NORMALIZADO
PROGRAMABLE
DE ARQUITECTURA FIJA)
Microcontrolador
PIC16C5X
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PROCESADORES DIGITALES SECUENCIALES SÍNCRONOS
PROCESADOR DE ARQUITECTURA VON NEUMANN
UNIDAD DE
MEMORIA DE
DATOS E
INSTRUCCIONES
UNIDAD
E1
Búsqueda de
instrucciones
E2
Ejecución de
instrucciones
Datos
DE
Resultados
CONTROL
UNIDAD
ARITMÉTICA
G
Y LÓGICA
Información: Datos o instrucciones
Señales de control
Esquema de bloques de un procesador digital de arquitectura Von Neumann (Princeton)
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PROCESADORES DIGITALES SECUENCIALES SÍNCRONOS
PROCESADOR DE ARQUITECTURA VON NEUMANN
PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS
- Su unidad de control es un sistema secuencial síncrono que posee solamente dos estados (estado de
búsqueda y estado de ejecución de instrucciones) lo cual permite que la memoria activa de datos
(RAM) y la memoria de instrucciones (EPROM, FLASH) se comuniquen con la unidad de control a
través de una barra única. Esto hace que el número de bits de las posiciones de la memoria de datos y
Barra de dirección
de la memoria de instrucciones
sean idénticos.
MEMORIA
MEMORIA
- Poseen una barra de direcciones
ACTIVA
PASIVA
(DATOS)
(INSTRUCCIONES)
única lo cual simplifica el sistema
UNIDAD
físico.
DE
Barra de datos
CONTROL
- No son capaces de realizar una
REGISTRO
ACUMULADOR
operación y tomar una decisión en
Datos
Resultados
UNIDAD
función de su resultado en un
externos
ARITMÉTICA
G
máximo de dos ciclos del
Y LÓGICA
generador de impulsos y por ello
son básicamente más lentos que
los de arquitectura Harvard.
- Son programables aunque el
circuito combinacional de la
Información: Datos o instrucciones
unidad de control sea cableado.
Señales de selección (dirección) y de control
Esquema de bloques de un procesador digital de arquitectura Princeton
con memoria de datos y memoria de instrucciones separadas
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MICROCONTROLADOR
DE ARQUITECTURA VON NEUMANN
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EJEMPLO DE MICROCONTROLADOR
DE ARQUITECTURA VON NEUMANN
Diagrama de bloques simplificado del microcontrolador 8051
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EJEMPLO DE MICROCONTROLADOR
DE ARQUITECTURA VON NEUMANN
Diagrama de bloques ampliado del microcontrolador 8051
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EJEMPLO DE MICROCONTROLADOR
BASADO EN EL 8051: EZ-USB FX2 DE CYPRESS
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PROCESADORES DIGITALES SECUENCIALES SÍNCRONOS
INTERFACES
Los procesadores digitales secuenciales síncronos realizan un proceso de información,
mediante su unidad operativa, con datos que son suministrados por subsistemas externos
que reciben la denominación de periféricos (Peripherals).
Los periféricos son sistemas que se caracterizan en general por:
• Suministran o deben recibir la información en un código diferente del binario natural,
el BCD natural o el ASCII, en los que procesador realiza sus operaciones. Por ejemplo
una pantalla alfanumérica visualiza la información alfanumérica en un código de 5 x 7
puntos y el computador la proporciona en el código ASCII.
• Muchas veces necesitan que se les proporcione periódicamente la información a una
velocidad determinada, en el caso de un periférico de salida, o la proporcionan en
cualquier instante, de forma asíncrona en relación con el generador de impulsos del
procesador.
• Proporcionan señales analógicas o deben recibir señales analógicas. Las primeras
deben ser convertidas en analógicas y las segundas generadas a partir de las digitales.
Conclusión:
NECESIDAD DE UN CIRCUITO QUE ACOPLE EL PERIFÉRICO AL PROCESADOR DIGITAL,
DENOMINADO INTERFAZ (INTERFACE) PORQUE ESTÁ SITUADO EN TRE DOS CARAS.
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PROCESADORES DIGITALES SECUENCIALES SÍNCRONOS
PROCESADOR DE ARQUITECTURA HARVARD
CON PERIFÉRICOS
Indicadores (Flags)
Barra de direcciones
de la memoria de datos
UNIDAD OPERATIVA
MEMORIA DE
DATOS
UNIDAD
DE
A
RAM
CONTROL
UNIDAD
ARITMÉTICA
G
Barra de
datos
INTERFAZ 1
PERIFÉRIC0 1
INTERFAZ N
PERIFÉRICO N
Barra de
direcciones
Esquema de bloques de un procesador de arquitectura Harvard que posee interfaces de acoplamiento con periféricos
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PROCESADORES DIGITALES SECUENCIALES SÍNCRONOS
PROCESADOR DE ARQUITECTURA VON NEUMANN
CON PERIFÉRICOS
UNIDAD
Barra de
datos
CENTRAL DE
PROCESO
G
Barra de
direcciones
UNIDAD DE
MEMORIA DE
ACCESO
ALEATORIO
INTERFAZ 1
PERIFÉRICO 1
INTERFAZ N
PERIFÉRICO N
Esquema de bloques de un procesador de arquitectura Princeton
que posee interfaces de acoplamiento con periféricos
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PROCESADORES DIGITALES SECUENCIALES SÍNCRONOS
CIRCUITOS DE INTERFAZ
- Difieren de un periférico a otro.
- Su complejidad depende de la forma de repartir las tareas de intercambio de
información con el periférico entre el programa (software) del procesador y el
sistema físico (hardware) del propio interfaz (Alternativa hardware-software).
- Todos los circuitos de interfaz están asociados a dos conceptos interrelacionados
que son:
-
La forma de realizar la transferencia de información.
-
La forma de controlar la transferencia.
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PROCESADORES DIGITALES SECUENCIALES SÍNCRONOS
CIRCUITOS DE INTERFAZ
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PROCESADORES DIGITALES SECUENCIALES SÍNCRONOS
CIRCUITOS DE INTERFAZ
Circuito de selección de periférico
Barra de datos
PROCESADOR
DIGITAL
A otros periféricos
Barra de direcciones
Señales de control
INTERFAZ
CIRCUITO DE
CIRCUITO DE
SELECCIÓN DE
INTERFAZ
PERIFÉRICO
PERIFÉRICO
Señal de
transferencia
Detecta la combinación binaria que lo
identifica. Decide con cual de las diferentes
interfaces conectadas a la barra de datos
ejecuta la transferencia de información. Su
salida se activa sólo cuando a su entrada se
aplica la combinación binaria correspondiente al periférico.
Circuito de interfaz propiamente dicho
Barra de datos
PROCESADOR
DIGITAL
A otros periféricos
Barra de direcciones
Señal de control
INTERFAZ
DECODIF.
X/Y
0
1
2
0
1
2
CIRCUITO DE
INTERFAZ
n-1
G
2n-1
A otros circuitos
de interfaz
Diagrama de bloques del circuito de interfaz
entre un procesador y un periférico
a) General; b) Con un decodificador.
PERIFÉRICO
Ejecuta las acciones adecuadas para que se
lleve a cabo la transferencia . Su complejidad depende del tipo de periférico y del
tiempo de que dispone el procesador para
realizar tareas de acoplamiento. Hay unos
recursos mínimos que todos los interfaces
deben tener, que se conocen bajo la denominación de:
- Puertos paralelo
- Puertos serie
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PROCESADORES DIGITALES SECUENCIALES SÍNCRONOS
CIRCUITOS DE INTERFAZ: PUERTO PARALELO
8
Barra de datos
Puerto paralelo (Parallel port)
PROCESADOR
Recibe la información en paralelo
(periférico de salida) o la proporciona en
paralelo (periférico de entrada).
Solo para periféricos próximos al
procesador
Barra de direcciones
n
INTERFAZ
X/Y
0
1
2
Señales de control
Impulso de
transferencia
C
8
2n-1
A otros circuitos
de interfaz
A otros periféricos
Barra de direcciones
Señal de control
0
1
2
n-1
Barra de datos
DIGITAL
REGISTRO
(BUFFER)
DECODIF.
G
PROCESADOR
A otros periféricos
DIGITAL
PERIFÉRICO VISUALIZADOR
ESTÁTICO
INTERFAZ
REGISTRO
(BUFFER)
DECODIF.
X/Y
0
1
2
0
1
2
BCD/7SEG
Impulso de
transferencia
1
2
4
C
8
Al periférico
G
a◊
b◊
c◊
d◊
e◊
f◊
g◊
BCD/7SEG
n-1
2n-1
1
2
A otros circuitos
de interfaz
4
8
Diagrama de bloques mínimo
de un puerto de salida en paralelo
+V
R
+V
R
a◊
b◊
c◊
d◊
e◊
f◊
g◊
Ejemplo de aplicación de un puerto de salida en
paralelo que conecta un procesador digital y un
visualizador estático
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PROCESADORES DIGITALES SECUENCIALES SÍNCRONOS
CIRCUITOS DE INTERFAZ: PUERTO PARALELO
8
Barra de datos
PROCESADOR
Barra de direcciones
DIGITAL
n
A otros periféricos
Señal de control
8
de entrada
INTERFAZ
Barra de datos
PROCESADOR
DIGITAL
A otros periféricos
Señales de control
0
1
2
0
1
2
n-1
de entrada
G
INTERFAZ
EN
X/Y
n
Barra de direcciones
1
DECODIF.
8
A otros
circuitos
de interfaz
8
2n-1
DECODIF.
X/Y
0
1
2
0
1
2
Al periférico
G
Diagrama de bloques simplificado
de un puerto de entrada en paralelo.
A otros
circuitos
de interfaz
n-1
2n-1
4
Al periférico
EN
1
EN
1
EN
1
EN
1
EN
1
EN
1
EN
1
EN
1
4
Al periférico
Diagrama de bloques de un puerto de entrada en paralelo.
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PROCESADORES DIGITALES SECUENCIALES SÍNCRONOS
CIRCUITOS DE INTERFAZ: PUERTO PARALELO
8
Barra de datos
PROCESADOR
DIGITAL
n
Barra de direcciones
A otros periféricos
8
Señal de control
de entrada
EN
1
INTERFAZ
DECODIF.
X/Y
0
1
2
0
1
2
8
A otros
circuitos
de interfaz
n-1
2n-1
G
+V
R
R
+V
R
R
R
R
R
R
PERIFÉRICO
0V
INTERRUPTORES
0V
Ejemplo de aplicación de un puerto de entrada en paralelo
que conecta un procesador digital y un conjunto de interruptores.
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PROCESADORES DIGITALES SECUENCIALES SÍNCRONOS
CIRCUITOS DE INTERFAZ: PUERTO SERIE
Es un interfaz que realiza la tarea de comunicar en serie el procesador y el periférico a través de un canal de
comunicaciones. Combina un puerto paralelo con un procesador de comunicaciones que realiza dos tareas
principales:
- Convierte la información del formato paralelo al serie
- A la información propiamente dicha le añade una información adicional para establecer un protocolo de
comunicación de acuerdo con alguna de las normas establecidas (RS-232, USB, etc.) a fin de asegurar que
otro procesador de comunicaciones situado próximo al periférico es capaz de interpretarla.
Barra de datos
PROCESADOR
DIGITAL
A otros periféricos
Barra de direcciones
Señal de control
INTERFAZ
CIRCUITO DE INTERFAZ
CIRCUITO DE
SELECCIÓN DE
C1
PERIFÉRICO
PROCESADOR DE
1D
Diagrama de bloques de un puerto
serie de un procesador digital.
COMUNICACIONES
Canal de
comunicaciones
PERIFÉRICO
PROCESADOR DE
COMUNICACIONES
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PROCESADORES DIGITALES SECUENCIALES SÍNCRONOS
CIRCUITOS DE INTERFAZ
FORMA DE CONTROLAR LA TRANSFERENCIA
Forma de llevar a cabo la sincronización de dos sistemas secuenciales síncronos (el
procesador y el periférico) que poseen generadores de impulsos independientes.
Se puede realizar:
- Control síncrono
- Control por paro
- Control por consulta
- Control por interrupción.
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Microcontroladores
PROCESADORES DIGITALES SECUENCIALES SÍNCRONOS
CIRCUITOS DE INTERFAZ: CONTROL SÍNCRONO
8
Barra de datos
PROCESADOR
Barra de direcciones
n
A otros periféricos
DIGITAL
INTERFAZ
REGISTRO
(BUFFER)
DECODIF.
X/Y
Señales de control
0
1
2
0
1
2
Impulso de
transferencia
C
8
n-1
G
Es el más sencillo y solo se puede utilizar
cuando el periférico no realiza un proceso secuencial de la información y por
tanto el procesador puede realizar la
transferencia en cualquier instante sin
necesidad de conocer el estado del
periférico.
2n-1
A otros circuitos
de interfaz
PERIFÉRICO VISUALIZADOR
ESTÁTICO
BCD/7SEG
1
2
4
8
a◊
b◊
c◊
d◊
e◊
f◊
g◊
BCD/7SEG
1
2
4
8
+V
R
+V
R
a◊
b◊
c◊
d◊
e◊
f◊
g◊
Ejemplo de acoplamiento síncrono: Interfaz de un procesador y un visualizador estático
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Microcontroladores
PROCESADORES DIGITALES SECUENCIALES SÍNCRONOS
CIRCUITOS DE INTERFAZ: CONTROL POR PARO O CONSULTA
Los controles por paro o consulta tienen en común la existencia de un biestable que es activado
(puesto a uno) por el procesador y borrado por el periférico o viceversa según se trate de una
transferencia de salida o entrada respectivamente.
8
Barra de datos
A otros periféricos
INTERFAZ
8
EN
8
Q
CIRCUITO DE
EN
Señal de control
n
1
DIGITAL
Barra de direcciones
1
PROCESADOR
R
1
PERIFÉRICO
C
1D
SELECCIÓN DE
PERIFÉRICO
Acoplamiento en paralelo por paro o por consulta de un periférico a un procesador.
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Microcontroladores
PROCESADORES DIGITALES SECUENCIALES SÍNCRONOS
CIRCUITOS DE INTERFAZ: CONTROL POR INTERRUPCIÓN
Al igual que los acoplamientos por paro y consulta o interrupción tiene un biestable que es activado
(puesto a uno) por el procesador y borrado por el periférico o viceversa según se trate de una
transferencia de salida o entrada respectivamente. Su hardware es mas complejo y existen muchas
alternativas de implementación.
Barra de datos
PROCESADOR
DIGITAL
A otros periféricos
Barra de direcciones
Señal de control
INTERFAZ
CIRCUITO DE INTERFAZ
CIRCUITO DE
SELECCIÓN DE
C1
PERIFÉRICO
PROCESADOR DE
1D
CIRCUITO DE
CONTROL DE
INTERRUPCIONES
Canal de
comunicaciones
COMUNICACIONES
Señal de control
A otros periféricos
acoplados por interrupción
Acoplamiento por interrupción de un procesador de comunicaciones
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Microcontroladores
MICROCONTROLADORES
PARÁMETROS CARACTERÍSTICOS
Los diferentes tipos de aplicaciones exigen requisitos distintos al microcontrolador utilizado para
implementar un sistema electrónico de control o comunicaciones. Esto hace que no sea factible
diseñar un único microcontrolador idóneo para todas ellas. Por ello los fabricantes han
desarrollado el concepto:
FAMILIA
Conjunto de microcontroladores que se caracterizan por poseer una misma arquitectura interna y
un juego de instrucciones compatible y se diferencian en uno o más de los siguientes parámetros:
• La capacidad de operación en paralelo
• La capacidad de memoria
• Los circuitos de interfaz de entrada/salida y los periféricos internos
• El juego de instrucciones
• La arquitectura externa
• Los modos de operación
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Microcontroladores
MICROCONTROLADORES
PARÁMETROS CARACTERÍSTICOS
Capacidad de operación en paralelo
Número de bits de las combinaciones binarias con las que realiza operaciones aritméticas o
lógicas en un solo ciclo de instrucción. Los microcontroladores más utilizados actualmente son
de 8 bits que se denomina octeto (Byte). Los microcontroladores de 16 y 32 bits se utilizan en
las aplicaciones en las que se necesita una gran velocidad de operación.
Capacidad de memoria
Tienen una memoria en la que almacenan los datos y otra en la que almacenan las
instrucciones. Ambas son de acceso aleatorio.
Las memorias pueden ser:
- Memorias de datos
- Activas: RAM o NVRAM
- Pasivas: EEPROM
- Memorias de instrucciones: ROM, EPROM, FLASH
-
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MICROCONTROLADORES
PARÁMETROS CARACTERÍSTICOS
INTERFACES DE ENTRADA/SALIDA: PUERTO DE ENTRADA
MICROCONTROLADOR
Barra de datos
PROCESADOR
Barra de direcciones
DIGITAL
DECODIFICADOR
DE POSICIONES
CS
≥1
Señal de lectura (RD)
Figura 1.26 Diagrama de bloques básico de un bit de un puerto paralelo de salida.
Terminal de
entrada
EN
1
INTERFAZ
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MICROCONTROLADORES
PARÁMETROS CARACTERÍSTICOS
INTERFACES DE ENTRADA/SALIDA: PUERTO DE SALIDA
MICROCONTROLADOR
Barra de datos
PROCESADOR
Barra de direcciones
DIGITAL
INTERFAZ
D
BIESTABLE
DECODIFICADOR
DE DIRECCIONES
Señal de escritura (WR)
CS
≥1
CERROJO
LE
Terminal de
salida
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MICROCONTROLADORES
PARÁMETROS CARACTERÍSTICOS
INTERFACES DE ENTRADA/SALIDA: PUERTO DE ENTRADA/SALIDA
MICROCONTROLADOR
Barra de datos
PROCESADOR
Barra de direcciones
DIGITAL
INTERFAZ
1
Señales de control
de entrada y salida
CIRCUITO DE
EN
Al periférico
SELECCIÓN DE
PERIFÉRICO
C
Esquema básico de un puerto de entrada/salida
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MICROCONTROLADORES
PARÁMETROS CARACTERÍSTICOS
INTERFACES DE ENTRADA/SALIDA:
PUERTO DE ENTRADA/SALIDA BIDIRECCIONAL
MICROCONTROLADOR
Barra de datos
A otros periféricos
Barra de direcciones
8
EN
REGISTRO
DE SENTIDO
&
C1
REGISTRO
DE SALIDA
1
EN
INTERFAZ
8
1
Señal
al de lectura (RD)
Señal
al de escritura (WR)
DIGITAL
&
PROCESADOR
C1
CIRCUITO DE
SELECCIÓN DE
PERIFÉRICO
8
1D
8
1D
1
&
EN
1
&
EN
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MICROCONTROLADORES
PARÁMETROS CARACTERÍSTICOS
INTERFACES DE ENTRADA/SALIDA
PUERTO DE ENTRADA/SALIDA SEMIBIDIRECCIONAL (QUASIBIDIRECTIONAL)
MICROCONTROLADOR
Barra de datos
Barra de direcciones
8
INTERFAZ
CIRCUITO DE
8
REGISTRO
DE SALIDA
C
+V
SELECCIÓN DE
R
PERIFÉRICO
8
1D
◊
EN
Señal de lectura (RD)
Señal de escritura (WR)
DIGITAL
1
PROCESADOR
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Microcontroladores
MICROCONTROLADORES
PARÁMETROS CARACTERÍSTICOS
PERIFÉRICOS INTERNOS
Temporizadores/Contadores (Timers/Counters)
Se emplean para establecer periodos de
tiempo (temporizadores) y para contar
el número de sucesos que se producen
en el exterior (contadores). Están
constituidos por un contador, un
multiplexor y un registro de entrada y
salida en paralelo que almacena el
modo de operación
T/C
CTR
G1
M2
C3/1,2+
MUX
G
G
1
Impulsos
de conteo
1
n
1,2,3D
G1
RCO
C2
PROCESADOR
1,2D
DIGITAL
Fin de la temporización/
conteo del máximo
número de impulsos
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PROCESADORES DIGITALES SECUENCIALES SÍNCRONOS
TEMPORIZADOR/CONTADOR
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PROCESADORES DIGITALES SECUENCIALES SÍNCRONOS
TEMPORIZADOR/CONTADOR DEL 8051
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PROCESADORES DIGITALES SECUENCIALES SÍNCRONOS
MICRONTROLADORES QUE SOLO TIENEN TEMPORIZADOR/CONTADOR
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MICROCONTROLADORES
PARÁMETROS CARACTERÍSTICOS
PERIFÉRICOS INTERNOS
Circuito de vigilancia o perro guardián (Watchdog)
En su versión más sencilla es un temporizador que cuando pasa por cero al rebasar su
capacidad, provoca un reinicialización automática del microcontrolador.
Se utiliza para que el microcontrolador no se quede bloqueado de forma indefinida tras un
fallo del programa o una pérdida del control de programa.
Si el circuito de vigilancia está habilitado, se debe diseñar el programa de trabajo que
controla la tarea para que reinicialice el watchdog antes de que se provoque el rebasamiento
ya que en otro caso se producirían reinicializaciones del microcontrolador mientras éste
funciona normalmente. En el caso contrario, si el programa falla o se bloquea el circuito de
vigilancia termina su temporización y provoca la reinicialización.
Se suele combinar con el temporizador/contador.
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MICROCONTROLADORES
PARÁMETROS CARACTERÍSTICOS
Esquema de bloques del circuito de vigilancia y del temporizador/contador de los PIC10F200/202/204/206
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MICROCONTROLADORES
PARÁMETROS CARACTERÍSTICOS
CIRCUITO DE VIGILANCIA Y TEMPORIZADOR/CONTADOR DEL PIC16C5X
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MICROCONTROLADORES
PARÁMETROS CARACTERÍSTICOS
PERIFÉRICOS INTERNOS
Circuito de control de modo de bajo consumo
Para ahorrar energía los microcontroladores poseen una o más instrucciones especiales
que se utilizan cuando el microcontrolador no ejecuta ninguna instrucción mientras
está a la espera de algún acontecimiento externo. Esta instrucción sitúa al
microcontrolador en un modo de bajo consumo, en el cual la energía consumida es
mucho menor que en funcionamiento normal. Al activarse una interrupción
ocasionada por el acontecimiento esperado el microcontrolador recupera su modo de
funcionamiento normal. Pueden existir diversos modos de bajo consumo. Los modos
habituales (de mayor a menor consumo) son:
– Reposo (Idle): El procesador está detenido pero los periféricos están activos.
También llamado dormido (Sleep)
– Detenido (Stop): El procesador y los periféricos están detenidos (excepto el
circuito de vigilancia en algunos micros).
– Mínima potencia (Power down). Sólo se mantiene alimentada parte de la
memoria.
Escuela Técnica de Ingenieros de Telecomunicación
Departamento de Tecnología Electrónica
Universidad de Vigo
Microcontroladores
MICROCONTROLADORES
PARÁMETROS CARACTERÍSTICOS
PERIFÉRICOS INTERNOS
MODOS DE BAJO CONSUMO DEL MICROCONTROLADOR
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Microcontroladores
MICROCONTROLADORES
PARÁMETROS CARACTERÍSTICOS
PERIFÉRICOS INTERNOS
Convertidores analógico/digital y digital/analógico
Los microcontroladores que incorporan un convertidor analógico/digital pueden procesar
señales analógicas, que se utilizan en numerosas aplicaciones. Suelen disponer de un multiplexor
que permite aplicar a la entrada del convertidor diversas señales analógicas procedentes de
terminales diferentes del circuito integrado. Por su parte el convertidor digital/analógico
transforma los datos digitales, obtenidos como resultado de la ejecución del proceso, en una
señal analógica y la aplica al exterior a través de uno de los terminales del microcontrolador.
Convertidor An/Digital
del microcontrolador
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Microcontroladores
MICROCONTROLADORES
PARÁMETROS CARACTERÍSTICOS
PERIFÉRICOS INTERNOS
Procesadores de comunicaciones
Todos los microcontroladores poseen recursos de comunicaciones para transmitir y
recibir información en serie, por ello se les suele denominar puertos serie (Serial ports).
Los recursos físicos (hardware) :
- Almacenan temporalmente la información.
- Pasan la información de paralelo a serie o viceversa.
- Establecen por hardware el protocolo a nivel de enlace.
Existen múltiples normas de comunicaciones serie: UART, I2C, SPI, JTAG, etc.
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Microcontroladores
MICROCONTROLADORES
Microcontrolador 80C652 con procesador de comunicaciones I2C (poco utilizado actualmente)
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MICRONTROLADOR
P89LPC952 DE PHILIPS
CON PROCESADORES
DE COMUNICACIONES
UART, I2C, SPI y JTAG
Microcontroladores
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Microcontroladores
MICROCONTROLADORES
PARÁMETROS CARACTERÍSTICOS
PUERTO SERIE (UART)
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Microcontroladores
MICROCONTROLADORES
PARÁMETROS CARACTERÍSTICOS
EJEMPLO DE PUERTO SERIE USB
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Microcontroladores
MICROCONTROLADORES
CLASIFICACIÓN SEGÚN
INTERFACES DE ENTRADA/SALIDA Y LOS PERIFÉRICOS INTERNOS
Microcontroladores de aplicación general
Se caracterizan por poseer un conjunto de circuitos de interfaz de entrada/salida
(puerto serie, puerto paralelo, etc.) y bloques funcionales determinados (por
ejemplo temporizadores /contadores, convertidores analógico/digitales, etc.), que
se pueden utilizar en múltiples aplicaciones. Para adaptar el microcontrolador a
una aplicación específica, los circuitos de interfaz suelen ser configurables
(programables), es decir, su funcionamiento se puede modificar mediante la
ejecución de determinadas instrucciones. Un ejemplo de microcontroladores de
aplicación general son los miembros de la familia de microcontroladores PIC de
arquitectura Harvard y los microcontroladores de las distintas familias basadas
en el 8051.
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Microcontroladores
MICROCONTROLADORES
CLASIFICACIÓN SEGÚN
INTERFACES DE ENTRADA/SALIDA Y LOS PERIFÉRICOS INTERNOS
MICROCONTROLADORES ESPECIALIZADOS
Poseen un hardware y un software especialmente orientados a una determinada área
de la tecnología. A su vez se pueden clasificar en especializados comerciales y de
aplicación específica.
Microcontroladores especializados comerciales
Poseen circuitos de interfaz configurables y periféricos internos, combinados con un
juego de instrucciones, que facilitan la realización de sistemas electrónicos adecuados
para aplicaciones de gran consumo con características normalizadas, como por
ejemplo lectores y grabadores de discos compactos, etc.
Microcontroladores de aplicación específica
Poseen circuitos de interfaz y periféricos internos específicos para resolver un
problema determinado, como por ejemplo el control del encendido de un vehículo. En
general se diseñan y fabrican para un cliente específico y no están disponibles en el
mercado como circuitos integrados normalizados (Standard off the shelf).
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Microcontroladores
MICROCONTROLADORES
CLASIFICACIÓN SEGÚN
EL JUEGO DE INSTRUCCIONES
Microcontroladores orientados a aplicaciones
de tratamiento y transferencia de datos
Son microcontroladores que se caracterizan por tener un juego de instrucciones
orientado al carácter y al tratamiento de tablas y bloques de datos. Son ejemplos de
este tipo de microcontroladores los utilizados para implementar redes de área local o
actuar como controladores de impresoras de alta velocidad.
Microcontroladores orientados a aplicaciones
de control en tiempo real
Son microcontroladores que se caracterizan por tener un juego de instrucciones
orientado al bit y bloques funcionales utilizados en aplicaciones de control como por
ejemplo convertidores analógicos-digitales. Los microcontroladores de este tipo se
utilizan para implementar autómatas programables y procesadores de comunicaciones
industriales (buses de campo, redes de sensores, etc.).
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Microcontroladores
MICROCONTROLADORES
CLASIFICACIÓN SEGÚN
LA ARQUITECTURA INTERNA
Microcontroladores no
ampliables o compactos
UNIDAD
No tienen capacidad para ampliar
los recursos físicos internos
(Hardware interno).
Microcontroladores
ampliables o expansibles
Proporcionan al diseñador de
sistemas la posibilidad de ampliar
tanto la memoria de datos como la
de instrucciones y los interfaces de
periféricos.
DE
MEMORIA
MICROCONTROLADOR
NO AMPLIABLE
A los
periféricos
UNIDAD
CENTRAL DE
Integración en un único
Circuito integrado
PROCESO
MICROCONTROLADOR
AMPLIABLE
INTERFAZ
A los
periféricos
Buses
A los
periféricos