IntroMicros

14/11/2015
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
1
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PARTE I: MICROPROCESADORES
•Concepto y características
•Arquitectura
•Hardware
•Software
•Ejemplo de Arquitectura Básica
•Programación
Indice
Parte I Microprocesadores
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
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2
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Parte I Microprocesadores
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
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Parte I Microprocesadores
Arquitecturas según
el Hardware



Von Neuman
Segmentada
Hardware
Arquitecturas según
el Software
• CISC
• RISC
• CRISC
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Parte I Microprocesadores
Arquitectura Von Neuman





Máquina secuencial
Ejecuta solo una operación a la vez
Bus de datos y direcciones compartidos
Lenta
Generalmente se combina con software
tipo CISC
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Parte I Microprocesadores
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
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Parte I Microprocesadores
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
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Parte I Microprocesadores
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
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Parte I Microprocesadores
Arquitectura RISC
 Reduced Instructio



Set Computer
Pocas instrucciones
Más fácil de aprender el método de
programación
Mayor tamaño del código de programa
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Parte I Microprocesadores
Arquitectura CRISC

Combinación de CISC con RISC
 Complex-Reduced Instruction
Computer
Set
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Parte I Microprocesadores
Ejemplo de Arquitectura Básica
Bus de Datos
BIU
Bus Interno
Bus de Direcciones
Bus de Control
Unidad
de
Control
Unidad
Aritmética Lógica
Registro de
Banderas
Registros de
Uso General
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Parte I Microprocesadores
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
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PARTE II: MEMORIAS
•Concepto
•Principio de funcionamiento
•Tipos
•RAM
•ROM
•Flash
•EPROM
•EEPROM
Indice
Parte II Memorias
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.
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Parte II Memorias
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.
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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
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Parte II Memorias
Tipos de memorias ROM

EPROM (Erasable-Programable Read Only Memory)




EEPROM (Electrically Erasable-Programable Read Only Memory)




Funciona con el principio de fusibles
Puede borrarse mediante luz ultravioleta
Se reprograma eléctricamente
Funciona con el principio de fusibles
Puede borrarse con impulsos eléctricos
controlados
Se reprograma eléctricamente
Flash

Funciona igual que la EEPROM pero a una
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velocidad de operación y programación mayor.
PARTE III: PERIFÉRICOS
•Definición
•Puertos del procesador
•Ejemplos
•Convertidores Analógico a Digital
•Salidas\Entradas seriales
•Salidas moduladoras de ancho de
pulso (PWM)
Indice
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Parte III Periféricos
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.
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Parte III Periféricos
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.
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Parte III Periféricos
Ejemplos de periféricos



Convertidor analógico a digital
Puerto bidireccional de comunicación serie
Salidas de modulación de ancho de pulso
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Parte III Periféricos
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.
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Parte III Periféricos
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.
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Parte III Periféricos
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.
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PARTE IV:
MICROPROCESADORES Y SU
INTEGRACIÓN CON LOS
PERIFÉRICOS
•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
Indice
PARTE V: Microcontroladores
¿Que son?
Ventajas
Arquitecturas
Elementos Comunes
Fabricantes
Aplicaciones Comunes
Índice
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¿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.
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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
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15
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Siguiente
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.
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Siguiente
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.
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Siguiente
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
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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
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Elementos Comunes en los
microcontroladores






Siguiente
ADC
USART
RTC
Puertos entrada/salida paralelos
PWM
USB
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Siguiente
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
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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.
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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
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Aplicaciones Comunes




Sistemas de Monitoreo y control de
variables analógicas
Computadoras de uso especifico
Sistemas de desarrollo y experimentación
Sistemas embebidos
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