Tópicos Especiales de Mecatrónica

Tópicos Especiales de Mecatrónica
Arquitectura de Microcontroladores II
Memorias y Entradas/Salidas Digitales
Ricardo-Franco Mendoza-Garcia
[email protected]
Escuela Universitaria de Ingeniería Mecánica
Universidad de Tarapacá
Arica, Chile
October 9, 2014
R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA)
Memorias y Digital I/Os
October 9, 2014
1 / 18
Outline
Outline
1
Arquitecturas de Acceso a Memoria e Instrucciones
Buses de address, data y control
Arquitectura Von Newmann
Arquitectura Harvard
Arquitecturas CISC y RISC
2
Entradas y Salidas (I/O) Digitales
Conceptos Básicos
Señales Digitales
Características Eléctricas
Tipos de I/Os
3
Actividad
4
Referencias
R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA)
Memorias y Digital I/Os
October 9, 2014
2 / 18
Outline
The electronics of a computer is nothing more
than a system designed to hold, move and
change numbers.
R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA)
Memorias y Digital I/Os
October 9, 2014
3 / 18
Arquitecturas de Acceso a Memoria e Instrucciones
Outline
1
Arquitecturas de Acceso a Memoria e Instrucciones
Buses de address, data y control
Arquitectura Von Newmann
Arquitectura Harvard
Arquitecturas CISC y RISC
2
Entradas y Salidas (I/O) Digitales
Conceptos Básicos
Señales Digitales
Características Eléctricas
Tipos de I/Os
3
Actividad
4
Referencias
R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA)
Memorias y Digital I/Os
October 9, 2014
4 / 18
Arquitecturas de Acceso a Memoria e Instrucciones
Buses de address, data y control
Buses de address, data y control
Control indica si se lee, escribe, etc.
Address indica dónde se lee, escribe, etc.
Data transporta los operandos de las instrucciones.
R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA)
Memorias y Digital I/Os
October 9, 2014
5 / 18
Arquitecturas de Acceso a Memoria e Instrucciones
Arquitectura Von Newmann
Arquitectura Von Newmann
CPU no distingue entre ROM y RAM; considera bloque único de
memoria. Un address bus, un data bus, y un control bus. Menos
líneas -> microprocesadores.
R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA)
Memorias y Digital I/Os
October 9, 2014
6 / 18
Arquitecturas de Acceso a Memoria e Instrucciones
Arquitectura Harvard
Arquitectura Harvard
Memorias de instrucciones y datos separadas; cada una con
address, data, y control buses. Más líneas -> microcontroladores.
R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA)
Memorias y Digital I/Os
October 9, 2014
7 / 18
Arquitecturas de Acceso a Memoria e Instrucciones
Arquitecturas CISC y RISC
CISC
Complex instruction set computer. Más compleja, resulta en chips
más grandes. Tendencia original.
RISC
Reduced instruction set computer. Más simple, resulta en chips
más pequeños. Todas las instrucciones tienen la misma longitud,
pueden correr a más ciclos/sec.
R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA)
Memorias y Digital I/Os
October 9, 2014
8 / 18
Entradas y Salidas (I/O) Digitales
Outline
1
Arquitecturas de Acceso a Memoria e Instrucciones
Buses de address, data y control
Arquitectura Von Newmann
Arquitectura Harvard
Arquitecturas CISC y RISC
2
Entradas y Salidas (I/O) Digitales
Conceptos Básicos
Señales Digitales
Características Eléctricas
Tipos de I/Os
3
Actividad
4
Referencias
R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA)
Memorias y Digital I/Os
October 9, 2014
9 / 18
Entradas y Salidas (I/O) Digitales
Conceptos Básicos
Conceptos Básicos
Periférico: dispositivo externo, e.g., LED o motor.
R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA)
Memorias y Digital I/Os
October 9, 2014
10 / 18
Entradas y Salidas (I/O) Digitales
Conceptos Básicos
Conceptos Básicos
Periférico: dispositivo externo, e.g., LED o motor.
Puerto: circuito interno del microcontrolador para interactuar con
los periféricos (normalmente a través de registros).
R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA)
Memorias y Digital I/Os
October 9, 2014
10 / 18
Entradas y Salidas (I/O) Digitales
Conceptos Básicos
Conceptos Básicos
Periférico: dispositivo externo, e.g., LED o motor.
Puerto: circuito interno del microcontrolador para interactuar con
los periféricos (normalmente a través de registros).
Señal digital: conexión eléctrica que adopta (típicamente) sólo dos
valores: high (1) o low (0). Generalmente llamadas
General Purpose I/Os (GPIO).
R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA)
Memorias y Digital I/Os
October 9, 2014
10 / 18
Entradas y Salidas (I/O) Digitales
Conceptos Básicos
Conceptos Básicos
Periférico: dispositivo externo, e.g., LED o motor.
Puerto: circuito interno del microcontrolador para interactuar con
los periféricos (normalmente a través de registros).
Señal digital: conexión eléctrica que adopta (típicamente) sólo dos
valores: high (1) o low (0). Generalmente llamadas
General Purpose I/Os (GPIO).
R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA)
Memorias y Digital I/Os
October 9, 2014
10 / 18
Entradas y Salidas (I/O) Digitales
Señales Digitales
Señales Digitales
Entradas: Leen uno de los siguientes estados high (1) o low (0).
R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA)
Memorias y Digital I/Os
October 9, 2014
11 / 18
Entradas y Salidas (I/O) Digitales
Señales Digitales
Señales Digitales
Entradas: Leen uno de los siguientes estados high (1) o low (0).
Salidas: Proveen uno de los siguientes estados high (1), low (0) o
tri-state (floating).
R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA)
Memorias y Digital I/Os
October 9, 2014
11 / 18
Entradas y Salidas (I/O) Digitales
Señales Digitales
Señales Digitales
Entradas: Leen uno de los siguientes estados high (1) o low (0).
Salidas: Proveen uno de los siguientes estados high (1), low (0) o
tri-state (floating).
R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA)
Memorias y Digital I/Os
October 9, 2014
11 / 18
Entradas y Salidas (I/O) Digitales
Señales Digitales
Consideraciones
estado high corresponde a un voltaje cercano a e.g. 5V o 3V;
R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA)
Memorias y Digital I/Os
October 9, 2014
12 / 18
Entradas y Salidas (I/O) Digitales
Señales Digitales
Consideraciones
estado high corresponde a un voltaje cercano a e.g. 5V o 3V;
estado low corresponde a un voltage cercano a 0V;
R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA)
Memorias y Digital I/Os
October 9, 2014
12 / 18
Entradas y Salidas (I/O) Digitales
Señales Digitales
Consideraciones
estado high corresponde a un voltaje cercano a e.g. 5V o 3V;
estado low corresponde a un voltage cercano a 0V;
normalmente, microcontroladores pueden recibir (sink )
más corriente de la que pueden dar (source); y
R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA)
Memorias y Digital I/Os
October 9, 2014
12 / 18
Entradas y Salidas (I/O) Digitales
Señales Digitales
Consideraciones
estado high corresponde a un voltaje cercano a e.g. 5V o 3V;
estado low corresponde a un voltage cercano a 0V;
normalmente, microcontroladores pueden recibir (sink )
más corriente de la que pueden dar (source); y
tri-state es útil para conectar más de un periférico a una misma
I/O digital.
R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA)
Memorias y Digital I/Os
October 9, 2014
12 / 18
Entradas y Salidas (I/O) Digitales
Señales Digitales
Consideraciones
estado high corresponde a un voltaje cercano a e.g. 5V o 3V;
estado low corresponde a un voltage cercano a 0V;
normalmente, microcontroladores pueden recibir (sink )
más corriente de la que pueden dar (source); y
tri-state es útil para conectar más de un periférico a una misma
I/O digital.
existe un threshold para que las I/Os consideren algo como high
o low. Ojo con la compatibilidad entre distintos dispositivos.
R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA)
Memorias y Digital I/Os
October 9, 2014
12 / 18
Entradas y Salidas (I/O) Digitales
Señales Digitales
Pull-up and pull-down resistors
R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA)
Memorias y Digital I/Os
October 9, 2014
13 / 18
Entradas y Salidas (I/O) Digitales
Características Eléctricas
Características Eléctricas
datasheets siempre muestran:
I
I
I
absolute maximum ratings;
DC electrical characteristics; y
AC electrical characteristics;
R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA)
Memorias y Digital I/Os
October 9, 2014
14 / 18
Entradas y Salidas (I/O) Digitales
Características Eléctricas
Características Eléctricas
datasheets siempre muestran:
I
I
I
absolute maximum ratings;
DC electrical characteristics; y
AC electrical characteristics;
R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA)
Memorias y Digital I/Os
October 9, 2014
14 / 18
Entradas y Salidas (I/O) Digitales
Características Eléctricas
Características Eléctricas
datasheets siempre muestran:
I
I
I
absolute maximum ratings;
DC electrical characteristics; y
AC electrical characteristics;
R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA)
Memorias y Digital I/Os
October 9, 2014
14 / 18
Entradas y Salidas (I/O) Digitales
Características Eléctricas
Características Eléctricas
datasheets siempre muestran:
I
I
I
absolute maximum ratings;
DC electrical characteristics; y
AC electrical characteristics;
R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA)
Memorias y Digital I/Os
October 9, 2014
14 / 18
Entradas y Salidas (I/O) Digitales
Características Eléctricas
Características Eléctricas
datasheets siempre muestran:
I
I
I
absolute maximum ratings;
DC electrical characteristics; y
AC electrical characteristics;
R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA)
Memorias y Digital I/Os
October 9, 2014
14 / 18
Entradas y Salidas (I/O) Digitales
Características Eléctricas
Características Eléctricas
datasheets siempre muestran:
I
I
I
absolute maximum ratings;
DC electrical characteristics; y
AC electrical characteristics;
R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA)
Memorias y Digital I/Os
October 9, 2014
14 / 18
Entradas y Salidas (I/O) Digitales
Características Eléctricas
Características Eléctricas
datasheets siempre muestran:
I
I
I
absolute maximum ratings;
DC electrical characteristics; y
AC electrical characteristics;
R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA)
Memorias y Digital I/Os
October 9, 2014
14 / 18
Entradas y Salidas (I/O) Digitales
Tipos de I/Os
Tipos de I/Os
Programadas: el procesador decide cuando hacer algo con las I/Os.
R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA)
Memorias y Digital I/Os
October 9, 2014
15 / 18
Entradas y Salidas (I/O) Digitales
Tipos de I/Os
Tipos de I/Os
Programadas: el procesador decide cuando hacer algo con las I/Os.
Manejadas por interrupciones: un dispositivo externo decide
cuando el procesador debe hacer algo (i.e., I/O decide).
R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA)
Memorias y Digital I/Os
October 9, 2014
15 / 18
Entradas y Salidas (I/O) Digitales
Tipos de I/Os
Tipos de I/Os
Programadas: el procesador decide cuando hacer algo con las I/Os.
Manejadas por interrupciones: un dispositivo externo decide
cuando el procesador debe hacer algo (i.e., I/O decide).
De acceso directo a memoria (DMA): la transferencia de
información entre I/O y memoria ocurre sin la
intervención del procesador.
R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA)
Memorias y Digital I/Os
October 9, 2014
15 / 18
Entradas y Salidas (I/O) Digitales
Tipos de I/Os
Tipos de I/Os
Programadas: el procesador decide cuando hacer algo con las I/Os.
Manejadas por interrupciones: un dispositivo externo decide
cuando el procesador debe hacer algo (i.e., I/O decide).
De acceso directo a memoria (DMA): la transferencia de
información entre I/O y memoria ocurre sin la
intervención del procesador.
R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA)
Memorias y Digital I/Os
October 9, 2014
15 / 18
Entradas y Salidas (I/O) Digitales
R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA)
Tipos de I/Os
Memorias y Digital I/Os
October 9, 2014
16 / 18
Actividad
Actividad
Ingresar a http://www.arduino.cc;
bajar hoja de datos del uC de las tarjetas “UNO” y “DUE”;
identificar arquitectura de memoria y de instrucciones;
identificar valores de voltage de las I/Os digitales (high, low, y
thresholds); e
identificar valores máximos de corriente de entrada (sinking) y
salida (sourcing).
R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA)
Memorias y Digital I/Os
October 9, 2014
17 / 18
Referencias
Bibliografía
Valdes-Perez, Fernando, Pallas-Areny, Ramon, Microcontrollers,
Fundamentals and Applications with PIC, 1st edition, CRC PRess.
Catsolis, John, Designing Embedded Hardware, 2nd edition,
O’Reilly Media, Inc.
R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA)
Memorias y Digital I/Os
October 9, 2014
18 / 18