microprocesadores

1. Microprocesadores I 1
Versión 1.0 Javier Rambaldo
MICROPROCESADORES I
Año 2000
Bolilla 1:
Controlador y microcontrolador versus microprocesador. Arquitectura cerrada y abierta.
Prestaciones, fiabilidad, flexibilidad, aplicaciones. Recursos comunes. Recursos especiales.
Lenguajes de programación. Herramientas de desarollo.

2. Microprocesadores I 2
Versión 1.0 Javier Rambaldo
Principios, características y aplicaciones generales:
Controlador vs. Microcontrolador:
Controlador: Dispositivo que gobierna uno o varios procesos
Microcontrolador: Circuito integrado de alta escala de integración que incorpora la mayor parte de los
elementos que configuran un controlador.
Componentes que configuran un microcontrolador:
Existen muchos modelos de microcontroladores los cuales se diferencian por su cantidad de entradas/salidas,
si tienen o no conversores analógicos/digitales, puertos de comunicación, temporizadores, etc. También la
memoria de datos y de programa en otra de las diferencias. Todas estas características hacen que uno pueda
seleccionar el más adecuado al proyecto.
Prestaciones:
Su reducido tamaño y bajo costo permiten que se pueda incorporar en sistemas que antes no tenían
controladores. Por ejemplo en automotores.
Fiabilidad:
Al tener menos componentes, se disminuye el riesgo de fallas y precisa menos calibraciones.
Flexibilidad:
Como el control se hace mediante un programa, su modificación solo precisa cambios de programación.
Aplicaciones:
Ejemplos: Periféricos y dispositivos auxiliares de las computadoras. Electrodomésticos. Aparatos portátiles y
de bolsillo. Juguetes. Instrumentación. Autos. Control industrial y robótica. Sistemas de navegación espacial.
Seguridad y alarma. Termoregulación.
Recursos comunes a todos los microcontroladores:
Todos los µC deben disponer de bloque esenciales. Estos son:
Procesador, memoria de datos y de instrucciones, entrada / salida, reloj y módulos controladores de
periféricos.

3. Microprocesadores I 3
Versión 1.0 Javier Rambaldo
Arquitectura Básica:
Inicialmente se había adoptado arquitectura Von Newman:
En el presente se impone la arquitectura Harvard, que es la que utilizan los microcontroladores PIC:
Procesador:
Es el elemento más importante del sistema. Se encarga de direccionar, recibir el código de la instrucción en
curso, su decodificación y la ejecución de la operación, que implica la búsqueda de operandos y
almacenamiento de resultados.
Los procesadores se pueden dividir, según su conjunto de instrucciones, en:
CISC Set de instrucciones complejo (instrucciones
sofisticadas y potentes. Más de 200 instrucciones.)
RISC Set de instrucciones reducido (instrucciones simples y
se ejecutan en un ciclo. Cerca de 30 instrucciones.)
SISC Set de instrucciones específico (y reducido)
Memoria:
Según su uso específico dentro del sistema, a las memorias las podemos llamar RAM para aquellas que
manejan datos y variables, y ROM a las que almacenan el programa. Como los microcontroladores se utilizan
para sistemas pequeños, la cantidad de datos y variables en mucho menor que la cantidad de instrucciones de
programa. En los microcontroladores PIC, las memorias de datos RAM poseen de 20 a 512 bytes, mientras
que las memorias de programa ROM (o EEPROM) poseen 512 bytes a 8K bytes.

4. Microprocesadores I 4
Versión 1.0 Javier Rambaldo
Hay dos particularidades que diferencian a los microcontroladores de las PC:
1. En los µC no existen sistemas de almacenamiento masivo (cintas, discos rígidos, diskettes, etc)
2. Como el µC solo se destina a una tarea en la memoria ROM, solo hay que almacenar un único programa
de trabajo.
Según el tipo de memoria de programa, la aplicación y utilización es diferente. Existen 5 tipos de ROM:
1. ROM con máscara: se graba durante la fabricación del chip. Se fabrican más de 1000 unidades.
2. OTP (One Time Programming): permiten una única grabación. Se utilizan para series pequeñas de
fabricación (prototipos). Tienen muy bajo costo.
3. EPROM: también llamadas UV-PROM. Se borran mediante luz ultravioleta. Son relativamente más caras
que las OTP pero son más veloces en la lectura.
4. EEPROM: Borrables eléctricamente. Pueden grabarse sin retirarse del circuito. Son más lentas que las
EPROM.
5. FLASH: Similar a las EEPROM pero de mayor densidad (más capacidad) y más veloces.
Puertas de Entrada / Salida:
La mayoría de las patitas que posee un µC son de E/S y se destinan a proporcionar el soporte a las señales de
entrada, salida y de control.
Reloj Principal:
Todos los µC disponen de un circuito oscilador que genera una onda cuadrada de alta frecuencia que se utiliza
para sincronizar todas las operaciones del sistema.
Generalmente, el reloj está incorporado en el µC y solo se necesitan unos pocos componentes externos: cristal
de cuarzo, resonador cerámico o una red R-C.
Aumentar la frecuencia del reloj implica disminuir el tiempo de ejecución de las instrucciones pero lleva
aparejado un incremento de la temperatura.
Recursos Especiales:
Cada fabricante oferta numerosas versiones de una arquitectura básica de µC.
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. La labor del diseñador es encontrar el modelo
mínimo que satisfaga todos los requerimientos de su aplicación. De esta forma, minimizará el costo, el
hardware y el software.
Los principales recursos que incorporan los µC son:
• Timers o temporizadores
• Watchdog o perro guardián
• Brownout o protección ante fallo de alimentación
• Sleep o estado de reposo o bajo consumo
• Conversor analógico a gitital
• Conversor gitital a analógico
• Comparador analógico
• PWM o Modulador de anchura de pulso
• Puertas de E/S digitales
• Puertos de cominucación serial
• Protección de código
Timers:
Controlan períodos de tiempo (temporizadores).
Llevan la cuenta de acontecimientos que suceden en el exterior (contadores).
Watchdog:
Los programas frecuentemente pueden fallar, tanto por problemas de diseño o por ruidos externos al sistema.
Por lo general, el procesador queda en un lazo infinito dejando de atender al resto del programa. La única
alternativa que nos queda en estos casos es resetear el sistema.

5. Microprocesadores I 5
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El perro guardián o watchdog se encarga de resetar al sistema automáticamente, en el momento que el sistema
quede “colgado”.
Brownout:
Es un circuito de protección que resetea al µC cuando la tensión de alimentación es inferior a un mínimo.
Si el µC no posee este recurso, se puede construir uno externo:
Sleep o Bajo consumo:
Son abundantes las situaciones reales de trabajo en que el µC debe esperar sin hacer nada, a que se produzca
algún acontecimiento externo que lo ponga de nuevo en funcionamiento. Para ahorrar energía, los µC
disponen de una instrucción especial que los pasa a este modo de reposo. En dicho estado se detien el reloj
principal y se congelan los circuitos asociados. Sale de este estado al interrumpirse por el acontecimiento
esperado.
En los PIC se ingresa a este modo ejecutando la instrucción SLEEP.
Si está habilitado, el watchdog se resetea pero continúa activo y el oscilador del reloj se detiene. Los puertos
de E/S mantienen su estado.
Para despertar al µC y sacarlo de este estado deberá ocurrir uno de estos eventos:
1- Un RESET externo en el pin MCLR.
2- Un RESET interno producido por el watchdog.
Ambos eventos causan un reset del dispositivo (µC).
Conversor A/D y D/A:
Los µC que poseen conversores, pueden manejar estas señales analógicas. Suelen disponer de un multiplexor
para manejar varias entradas analógicas.
Comparador analógico:
Algunos µC poseen un amplificador operacional que actúa como comparador entre una señal fija de
referencia y otra variable. La salida del comparador proporciona un 0 o un 1 según la señal sea mayor o
menor que la de referencia.
PWM:
Son circuitos que proporcionan en su salida impulsos de ancho variable, que se ofrecen al exterior a traves de
las patitas del encapsulado.
Puertas digitales de E/S:
Todos los µC disponen de algunas patitas de E/S digitales. Por lo general se agrupan de a 8 formando puertas.
Pueden configurarse como entrada o salida cada patita independientemente de las otras.
Este circuito activa el reset
cuando Vdd se va por
debajo de Vz + 0,7V.
Vdd
MCLR
PIC
Vdd
10K
33K
40K

6. Microprocesadores I 6
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Puertos de comunicación:
Con el objeto de dotar al µC de la posibilidad de cominicarse con otros dispositivos externos, otros buses de
microprocesadores, buses de sistemas, redes, etc, algunos modelos disponen de estos recursos entre los que se
destacan:
• UART: Adaptador de Comunicación Serie Asincrónica.
• USART: Adaptador de Comunicación Serie Sincrónica y Asincrónica.
• USB (Universal Serial Bus): Moderno bus serie para los PC.
• Bus I2C: Interfaz serie a dos hilos (Philips).
• CAN (Controller Area Network): Interfaz utilizada por automóviles.
Protección de código:
El código o programa ingresado en los µC puede ser protegido contra lectura por razones de seguridad.
También posee 4 bytes destinados a identificación, donde el usuario puede colocar una palabra única de
identificación. Esta palabra se puede leer durante el proceso de verificación de la grabación.
Lenguajes de programación:
Se han desarrollado todo tipo de lenguajes de programación para los µC, pero los más usados son el
ensamblador, Basic y el C.
Como toda máquina digital, el µC es capaz de entender exclusivamente el lenguaje binario grabado en la
memoria. El lenguaje ensamblador es una forma más humana de escribir programas.
Los programas escritos en ensamblador son compactos y rápidos puesto que realizan un completo control de
la máquina. Sin embargo, si no están bien confeccionados resultarán de gran tamaño y lentos.
Los intérpretes son programas residentes en el µC que permiten la ejecución línea a línea. Loa más populares
son el Basic y el Forth. El primero más facil y simple pero lento su interpretado y el segundo de difícil
escritura pero muy apropiado para control industrial y robótica.
Los compiladores son programas que se encargan de traducir el programa de trabajo escrito en cualquier
lenguaje a código de máquina, para luego grabarlo en la memoria del µC.
Los más populares son el C y el Basic.
Proyectos con microcontroladores:
Realmente se fabrica un integrado propio, hecho a medida, donde se verán reflejadas todas nuestras ideas y
conceptos.
En este proceso se deben seguir los siguientes pasos:
1- Planear el comportamiento del circuito, pensando en los elementos que es necesario controlar.
2- Diseñar el circuito. Tener en cuenta características eléctricas (capacidades, corrientes por puerto,
velocidades, etc).
3- Hacer el prototipo en protoboard o circuito impreso universal.
4- Elaborar un diagrama de flujo del programa.
5- Escribir el programa (tener siempre presente el circuito eléctrico).
6- Compilar el programa.
7- Usar un simulador para verificar su buen funcionamiento.
8- Pasar el programa al microcontrolador.
9- Montar el microcontrolador y probar todo el proyecto.
10- Si fuera necesario, repetir los últimos pasos, hasta obtener el funcionamiento buscado.
11- Superando todas las etapas anteriores, armar el impreso final y, si desea hacer varios en serie, usar
microcontroladores tipo OTP (One Time Programing).
Herramientas de desarrollo:
Además de el lenguaje de programación y su compilador o intérprete, se precisan otras herramientas para
depurar y poner a punto los diseños basados en µC. Estos pueden ser:
• Grabadores o programadores
• Simuladores
• Emuladores en circuito

7. Microprocesadores I 7
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Mercado mundial en los PICs:
Algunos Fabricantes de Microcontroladores:
INTEL 8048, 8051, 80C196, 80186,80188, 80386EX
MOTOROLA 6805, 68HC11, 68HCXX, 68705XX, 683XX
HITACHI HD64180
PHILIPS CLONES DEL 8051
S6S THOMSON ST-62XX
MICROCHIP PICs
NATIONAL COP400, COP800
ZILOG Z8, Z86XX
TEXAS TMS370
TOSHIVA 68HC11