26/03/2015 INTRODUCCIÓN A LOS MICROCONTROLADORES Ing. Lenin Llanos León Los Microcontroladores Circuitos Integrados (CIs) programables. Control y sensado ¿Qué son? Los Microcontroladores ¿Cómo son? Como cualquier otro CI que ya conozcan. Estructura similar a una computadora. Ejecución secuencial de instrucciones. 1 26/03/2015 Los Microcontroladores Los Microcontroladores ¿Cómo son internamente? ¿Para qué sirven? • Automatizar • Supervisar • Controlar Ing. Lenin Llanos León Los Microcontroladores Los Microcontroladores Recursos de entrada/salida (I/O). En la figura anterior mostramos un esquema básico de un uC, el cual está compuesto de tres bloques fundamentales: CPU, la memoria, y la interfaz de entrada y salida. Los bloques se conectan entre sí mediante buses. Los buses se clasifican de acuerdo a la información que transportan pueden ser de direcciones, de datos o de control. Periféricos incorporados. Espacio optimizado. Capacidad de MIPS. ¿Qué debe tener? Protección de los programas frente a copias. El uC idóneo para una aplicación. Bajo consumo. Seguridad en el funcionamiento del uC. Ing. Lenin Llanos León 2 26/03/2015 Los Microcontroladores Los Microcontroladores Un microcontrolador combina los recursos fundamentales disponibles en un microcomputador, es decir, la CPU, la memoria y los recursos de entrada y salida, en un único circuito integrado. El oscilador Todos los uC disponen de un circuito oscilador que genera una onda cuadrada de alta frecuencia, que genera los pulsos de reloj que sincronizan todas las operaciones internas del sistema (Fosc). Los Microcontroladores La CPU Generalmente, el circuito de reloj está incorporado en el uC y sólo se necesitan unos pocos componentes exteriores para seleccionar y estabilizar la frecuencia de trabajo La CPU es el “cerebro” del uC y es manejado por el programa almacenado en la memoria. La tarea del CPU básicamente es traer las instrucciones, una a una del programa almacenado en la memoria, interpretarlas y hacer que se ejecuten. El oscilador Al aumentar la frecuencia de reloj (fosc) se disminuye el tiempo de instrucción pero se produce un incremento en el consumo de energía. 3 26/03/2015 LA MEMORIA En los uC la memoria de instrucciones y datos está integrada en el propio chip. Una parte debe ser no volátil, tipo ROM, y se destina a contener el programa de instrucciones que gobierna la aplicación. Otra parte de memoria será tipo RAM, volátil, y se destina a guardar las variables y los datos. RECURSOS ESPECIALES Cada fabricante oferta numerosas versiones de una arquitectura básica de uC. En algunas amplía las capacidades de las memorias, en otras incorpora nuevos recursos, en otras reduce las prestaciones al mínimo para aplicaciones muy simples, etc. Los principales son: Temporizadores o "Timers". Conversor A/D. Comparador analógico. Modulador de anchura de impulsos o PWM. Puertas de E/S digitales. Puertas de comunicación. Etc. PUERTAS DE ENTRADA Y SALIDA I/O La principal utilidad de las patitas que posee la cápsula que contiene un uC es soportar las líneas de I/O que comunican al computador interno con los periféricos externos. Según los controladores de periféricos que posea cada modelo de uC, las líneas de E/S se destinan a proporcionar el soporte a las señales de entrada, salida y control. ARQUITECTURAS DE HARDWARE La arquitectura de Von Neumann se caracteriza por disponer de una sola memoria principal donde se almacenan datos e instrucciones de forma indistinta. A dicha memoria se accede a través de un sistema de buses único (direcciones, datos y control). 4 26/03/2015 CUAL ES LA MAS APROPIADA? ARQUITECTURAS DE HARDWARE La arquitectura Harvard dispone de dos memorias independientes una, que contiene sólo instrucciones y otra, sólo datos. Ambas disponen de sus respectivos sistemas de buses de acceso y es posible realizar operaciones de acceso (lectura o escritura) simultáneamente en ambas memorias. ARQUITECTURA CISC O RISC Al aparecer los microprocesadores y los microcontroladores, la tendencia inicial fue el CISC. Las instrucciones tenían diferente longitud y los modos de direccionamiento se hicieron cada vez más elaborados. Este aumento en la complejidad de las instrucciones se reflejo en la complejidad del hardware de la CPU, en el que se hacía necesario dedicar un gran espacio del circuito integrado a la decodificación y ejecución de las instrucciones. En un uC, los componentes del sistema se encuentran en el mismo chip integrado y por lo tanto, no hay necesidad de minimizar la cantidad de pines. Por esta razón, la Arquitectura Harvard ha sido la arquitectura elegida para la mayoría de microcontroladores a pesar de que necesita mas terminales de interconexión. ARQUITECTURA CISC O RISC En la arquitectura RISC, la CPU dispone de un repertorio corto de instrucciones sencillas. Cada instrucción puede realizar una operación muy simple, pero a alta velocidad. Se puede lograr que todas las instrucciones tengan la misma longitud. 5 26/03/2015 FABRICANTES DE uP, uC, DSP INTEL (MCS51, MCS151, MCS251) ATMEL (Marc 4, AVR, 8051, ARM7-9-11, PowerPC) FREESCALE (68HC05-08-11-12-6 DSPs) MICROCHIP (PICmicro, dsPIC, PIC24,PIC32) ANLOG DEVICES (8052, ARM7) DALLAS SEMICONDUCTOR (8051) TEXAS INSTRUMENTS (DSP TMS370-470, MSP430) ACTEL (FPGA with 8051 and ARM7 cores) ALTERA (FPGA with Nios II core) uC 6
