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1. 1
“Microprocesadores y Microcontroladores”.
Dr. Carlos Pérez Méndez

2. 2
Doctorado en Manufactura Avanzada , CIATEQ A.C
Maestría en Electrónica y Telecomunicaciones,
UAG.
Ingeniería en Electrónica, ITSC.
Correo electrónico: cperezm.inelectra@gmail.com

3. 3
Objetivo: Al finalizar el curso, el estudiante identificará
las características dinámicas y el modelado de los
sistemas físicos en los sistemas discretos y continuos a
partir de sus diferentes expresiones matemáticas..

4. Ejercicios y tareas
• Personales.
• Tareas copiadas de otros serán anuladas y ameritan sanción.
• La fecha de entrega se acordará al momento de su asignación.
• Portada
• Encabezado en cada pagina con el nombre del alumno, materia,
grupo, nombre del trabajo y número de página.

5. • Tareas y ejercicios en formatos PDF, DOC & DOCX
u otro si así se indica en su asignación.
• Si se incluyen códigos fuente o simulaciones, incluir las
instrucciones de compilación o ejecución y capturas de
pantalla de muestra del funcionamiento.
• En el caso de tareas y ejercicios con varios archivos
comprimirlos en un único archivo en formato ZIP, RAR, TAR,
JAR o GZIP, sin contraseña.
• Códigos, scripts, gráficos, archivos auxiliares
 Documentados (Nombre del alumno, versión, sinopsis del archivo)
 En el caso de código el nombre de las variables deberá
ser adecuado y entendible (En español)
• Documentación de funciones y partes importantes de los códigos
según el objetivo del programa y la teoría vista en clase.

6. Practicas
• Equipos de 3 a 4 integrantes.
• Las práctica se plantean en clases y se entregan una sesión de
laboratorio acordada, la fecha de entrega del reporte vía Web
se dará una vez entregada la práctica.
• Las simulaciones, programas y diagramas siempre deberán de
estar documentados antes de entregar la práctica.
• Practicas copiadas de otros equipos o grupos serán anuladas y
ameritan sanción.
20
La calificación de la sesión de laboratorio es
la máxima alcanzable con un reporte
correcto, si el reporte no cumple con lo
establecido o es deficiente esta disminuirá.

7. Formato de los reportes de practica
• Portada (*Fotografía del equipo)
• Introducción
• Planteamiento del problema
• Diseño y funcionamiento de la solución (Descripción de la abstracción del
problema y su solución, apoyándose de diagramas y figuras en un lenguaje
claro)
• Implementación de la solución (Según la solución diseñada como se
implemento en el lenguaje de programación)
• Funcionamiento (Resumen de verificación de la solución, pruebas y resultados
de salida *Pantallazos *Tablas *Graficos *Fotografías)
• Errores detectados (Si existe algún error detectado, el cuál no fue posible
resolver o se desconoce el motivo y solo ocurre con ciertas condiciones es
necesario describirlo)
• Posibles mejoras (Describir posibles disminuciones de código en la
implementación o otras posibles soluciones)
• Conclusiones (Por cada integrante del equipo)
• Anexo (Códigos fuente *con colores e instrucciones de compilación)
• Bibliografía
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8. ¿QuéseenvíaporlapáginaWebenunapráctica?
• En un solo archivo (ZIP, RAR, TAR, JAR o GZIP)
• Archivo de observaciones*
• Reporte (DOC, DOCX o PDF)
• Códigos fuente (.C, .H, etc.)
• Código documentado: Titulo, descripción, fecha, versión, autor.
• (Funciones y Algoritmos: ¿Qué hace?, ¿Cómo lo hace?, ¿Qué
recibe?, ¿Qué devuelve?, ¿Causa de errores?).
• OBSERVACIONES
• *NO enviar ejecutables o archivos innecesarios, las instrucciones
de compilación van en el anexo del reporte. (Enviar los archivos
necesarios para la generación de ejecutables)
8

9. Bibliografía
 Hamilton H. Mabie, Charles F. Reinholtz, Mecanismos Y Dinámica
De Maquinaria, 4ª. Edición. México. Ed. Limusa – John Wiley & Sons
 Roque Calero, José Antonio Carta, Fundamentos de Mecanismos y
Máquinas para Ingenieros, Última Edición. Ed. Mc. Graw Hill
 Arthur G. Erdman, George N Sandor, Diseño De Mecanismos,
Análisis Y Síntesis, Última Edición. Ed. Prentice Hall
 Robert L. Norton, Diseño de Maquinaria, Última Edición. Ed: Mc.
Graw Hill
24

10. 24
Temario
1. INTRODUCCIÓN A LA DINÁMICA DE SISTEMAS
1.1 Sistemas
1.2 Elaboración de los modelos
1.3 Análisis y diseño de sistemas dinámicos
2. MODELADO DE SISTEMAS FÍSICOS
2.1 Sistemas mecánicos
2.1.1 Leyes de elementos mecánicos
2.1.2 Elaboración de modelos matemáticos
2.1.3 Sistemas mecánicos con dos o más grados de libertad
2.1.4 Sistemas mecánicos con fricción en seco
2.1.5 Trabajo, energía y potencia
2.1.6 Transformadores de movimiento, energía y potencia
2.2 Sistemas eléctricos
2.2.1 Leyes de los circuitos eléctricos

11. 24
Temario
2.2.2 Elaboración de modelos matemáticos y análisis de circuitos
2.2.3 Potencia y energía
2.2.4 Sistemas análogos
2.3 Sistemas hidráulicos
2.3.1 Propiedades de los fluidos hidráulicos
2.3.2 Leyes básicas de flujo de líquidos
2.3.3 Elaboración de modelos matemáticos de sistemas hidráulicos
2.4 Sistemas neumáticos
2.4.1 Propiedades físicas y termodinámicas de los gases
2.4.2 Flujo de gases a través de orificios
2.4.3 Elaboración de modelos matemáticos, de sistemas neumáticos
2.5 Enfoque energético en el modelado de sistemas físicos
2.5.1 Ecuaciones de Euler-Lagrange
2.5.2 Gráficas de enlace (Bond Graphs)

12. 24
Temario
3. REPRESENTACIÓN DE LOS SISTEMAS FÍSICOS
3.1 Representación de sistemas físicos mediante diagramas de bloques
3.1.1 Reglas para la reducción de diagramas de bloques
3.2 Representación de sistemas físicos mediante gráficas de flujo de señal
(reogramas)
3.2.1 Obtención de reogramas a partir de diagramas de bloques
3.2.2 Representación de sistemas mediante reogramas
3.2.3 Fórmula de Mason
3.3 Introducción a la simulación
4. ANÁLISIS DE SISTEMAS LINEALES
4.1 Análisis de sistemas de primer orden
4.1.1 Respuesta a escalón
4.1.2 Respuesta impulso
4.1.3 Función de transferencia y patrón de polos y ceros
4.2 Análisis de sistemas de segundo orden
4.2.1 Respuesta a escalón
4.2.2 Respuesta impulso
4.2.3 Función de transferencia y patrón de polos y ceros
4.3 Respuesta en frecuencia y funciones de transferencia senoidal
4.4 Aislamiento de vibraciones

13. 5. VARIABLES DE ESTADO
5.1 El concepto de estado
5.2 Ecuaciones de estado de sistemas lineales e invariantes en el tiempo
5.2.1 Obtención de las ecuaciones de estado a partir del diagrama
esquemático
5.2.2 Obtención de las ecuaciones de estad a partir de la función de
transferencia
5.2.3 Obtención de la función de transferencia a partir de la representación
en variables de estado
5.3 Formas canónicas de las ecuaciones de estado
5.4 Solución de las ecuaciones de estado
5.4.1 Matriz de transición
5.4.2 Ecuación de transición de estado
Temario

14. Calificaciones
Criterios de Evaluación
Exámenes por escrito 40%
Revisión (Tareas, ejercicios y
prácticas ) 15%
Proyecto (EXPOUMMA) 35%
Asistencia y participación 10%
Total 100%

15. 1. INTRODUCCIÓN A LOS
MICROPROCESADORES Y
MICROCONTROLADORES
1.1. El microprocesador
1.1.1. Evolución de los microprocesadores
1.1.2. Estructura básica de un sistema
microprocesador
1.1.2.1. Unidad central de proceso
(CPU)
1.1.2.2. Módulo de entradas/salidas
(E/S)
1.1.2.3. Buses del sistema
1.2. El microcontrolador
1.3. Diferencias entre microprocesador y
microcontrolador1.4. Ventajas de un microcontrolador frente a un
Microprocesador
1.5. Aplicaciones de los microprocesadores y
microcontroladores
1.6. Clasificación de los microcontroladores
1.7. Microcontroladores de uso común

16. HISTORIA
1971 Intel fabrica el primer microprocesador (el
4004) de tecnología PMOS.
1972 Las aplicaciones del 4004 estaban muy
limitadas por su reducida capacidad y rápidamente
Intel desarrolló una versión más poderosa (el 8008).
1973 Intel lanza al mercado el 8080 el primer
microprocesador de tecnología NMOS.
1975 Zilog lanza al mercado el Z80, uno de los
microprocesadores de 8 bits más poderosos.
1976 Surgen las primeras microcomputadoras de un
sólo chip, que más tarde se denominarán
microcontroladores.
198x En la década de los 80's comienza la ruptura
entre la evolución tecnológica de los
microprocesadores y la de los microcontroladores.

17. HISTORIA
Se representa esquemáticamente

18. Introducción a los
microcontroladores
Los microcontroladores están conquistando el
mundo. Están presentes en nuestro trabajo, en nuestra
casa y en nuestra vida, en general. Se pueden
encontrar controlando el funcionamiento de los ratones
y teclados de los computadores, en los teléfonos, en los
hornos microondas y los televisores de nuestro hogar.
Pero la invasión acaba de comenzar y el nacimiento del
siglo XXI será testigo de la conquista masiva de estos
diminutos computadores, que gobernarán la mayor
parte de los aparatos que fabricaremos y usamos los
humanos.

19. Controlador y microcontrolador.
Recibe el nombre de
controlador el dispositivo que se
emplea para el gobierno de uno o
varios procesos. En la actualidad,
todos los elementos del controlador
se han podido incluir en un chip, el
cual recibe el nombre de
microcontrolador. Realmente consiste
en un sencillo pero completo
computador contenido en el corazón
(chip) de un circuito integrado.
Un microcontrolador
es un circuito integrado de
alta escala de integración
que incorpora la mayor
parte de los elementos que
configuran un controlador.

20. ¿Que es un Microcontrolador?
Un microcontrolador, es un circuito integrado programable que
contiene los elementos necesarios para controlar un sistema.
PIC significa Peripheral Interface Controler es decir un controlador de
periféricos.
Cuando hablamos de un circuito integrado programable que controla
periféricos, estamos hablando de un sistema que contiene entre otras
cosas una unidad arimético-lógica, unas memorias de datos y programas,
unos puertos de entrada y salida, es decir estamos hablando de un
pequeño ordenador diseñado para realizar unas funciones específicas.

21. ¿Que es un
Microcontrolador?
Podemos encontrar microcontroladores en lavadoras, teclados,
teléfonos móviles, ratones etc.
Hay multitud de microcontroladores con más memoria, entradas y
salidas, frecuencia de trabajo, coste, subsistemas integrados y un largo
entre otros dependiendo de cada tipo de microcontrolador.

22. Diferencia entre microprocesador y
microcontrolador.
El microprocesador: tiene una estructura de un sistema abierto basado
en un microprocesador. La disponibilidad de los buses en el exterior
permite que se configure a la medida de la aplicación. es un circuito
integrado que contiene la Unidad Central de Proceso (UCP), también
llamada procesador, de un computador. La UCP está formada por la
Unidad de Control, que interpreta las instrucciones, y el Camino de Datos,
que las ejecuta.

23. El microcontrolador: es un
sistema cerrado. Todas las partes del
computador están contenidas en su
interior y sólo salen al exterior las
líneas que gobiernan los periféricos.
Si sólo se dispusiese de un modelo
de microcontrolador, éste debería
tener muy potenciados todos sus
recursos para poderse adaptar a las
exigencias de las diferentes
aplicaciones. Si sólo se dispusiese
de un modelo de microcontrolador,
éste debería tener muy potenciados
todos sus recursos para poderse
adaptar a las exigencias de las
diferentes aplicaciones.
Diferencia entre microprocesador y microcontrolador.

24. Componentes de un Microcontrolador.
Un microcontrolador dispone normalmente de los
siguientes componentes.
• Procesador o UCP (Unidad Central de Proceso).
• Memoria RAM para Contener los datos.
• Memoria para el programa tipo ROM/PROM/EPROM.
• Líneas de E/S para comunicarse con el exterior.
• Diversos módulos para el control de periféricos (temporizadores, Puertas
Serie y Paralelo, CAD: Conversores Analógico/Digital, CDA: Conversores
Digital/Analógico, etc.).
• Generador de impulsos de reloj que sincronizan el funcionamiento de todo el
sistema.

25. CARACTERISTICAS DE UN
MICROCONTROLADOR
1) Alimentación: El PIC se alimenta a 5 V
entre los puntos Vdd (+) y Vss (-). El
consumo del circuito depende de las cargas
en los puertos y de la frecuencia de trabajo.
2) Frecuencia de trabajo:
Los PIC's necesitan un reloj oscilador que marcará la
frecuencia de trabajo.
Estos osciladores pueden ser del tipo :
RC Formado por una resistencia y un condensador
HS seutiliza un cristal de cuarzo o resonador
cerámico (Hasta 10 Mz)
XT Cristal o resonador hasta 4 Mhz
LP Bajo consumo (hasta 200Khz)
Los osciladores se colocan entre las patillas OSC1 y
OSC2.

26. CARACTERISTICAS DE UN
MICROCONTROLADOR
3) Puertos de ENTRADA/SALIDA: Los puertos son entradas y salidas del microcontrolador al
exterior, por ellas enviarnos o introducimos señales digitales TTL (5V) de forma que podemos
comunicar el microcontrolador con el exterior.
En este caso tenemos 2 puertos de entrada y salida E/S. Sus nombres son RA y RB. El puerto RA
tiene 5 pins RA0-RA4, un caso particular es RA4/TOCK1 que puede actuar como pin de entrada o
como entrada de impulsos para un contador denominado TMRO
El puerto B tien 8 líneas que van desde RB-RB7 .Cada línea del RA o del RB se puede configurar
como entrada o salida mediante 2 registros llamados TRISA y TRISB.

27. CARACTERISTICAS DE UN
MICROCONTROLADOR
4) Memorias: Todo dispositivo programable
necesita de una memoria para poder
almacenar el programa, poder manejar
variables y almacenar datos.

28. CARACTERISTICAS DE UN
MICROCONTROLADOR
MEMORIA DE PROGRAMA: En esta memoria
almacenaremos el programa que ejecutará el
microcontrolador
Existe un registro especial llamado contador de
programa PC cuya finalidad es avanzar por las
instrucciones del programa de forma secuencial
excepto cuando se encuentran instrucciones de salto.
La memoria de datos sirve para almacenar variables,
leer puertos de entrada o escribir en los puertos de
salida, podemos también acceder al temporizador o al
registro EEPROM

29. Diseño de proyectos
de un microcontrolador
Frente a un problema
técnico, hay que buscar una
solución de forma barata y
sencilla, en este proceso de
búsqueda de soluciones, los
microcontroladores PIC pueden
ayudarnos a realizar soluciones
sencillas, rápidas y baratas.

30. Ventajas de los Microcontroladores
Los productos que para su regulación incorporan un microcontrolador
disponen de las siguientes ventajas:
• Aumento de prestaciones: un mayor control sobre un determinado
elemento representa una mejora considerable en el mismo.
• Aumento de la fiabilidad: al reemplazar el microcontrolador por un
elevado número de elementos disminuye el riesgo de averías y se precisan
menos ajustes.
• Reducción del tamaño en el producto acabado: La integración del
microcontrolador en un chip disminuye el volumen, la mano de obra y los
stocks.
• Mayor flexibilidad: las características de control están programadas
por lo que su modificación sólo necesita cambios en el programa de
instrucciones.

31. Simbología.
(Pin Diagrams)

32. Aplicaciones de los microcontroladores.
Cada vez existen más productos que incorporan un microcontrolador con
el fin de aumentar sustancialmente sus prestaciones, reducir su tamaño y
coste, mejorar su fiabilidad y disminuir el consumo.

33. Aplicaciones de los microcontroladores.
Algunos fabricantes de microcontroladores superan el millón de
unidades de un modelo determinado producidas en una semana. Este dato
puede dar una idea de la masiva utilización de estos componentes.

34. Aplicaciones de los microcontroladores.
Los microcontroladores están siendo empleados en multitud de
sistemas presentes en nuestra vida diaria, como pueden ser juguetes,
horno microondas, frigoríficos, televisores, computadoras, impresoras,
módems, el sistema de arranque de nuestro coche, entro otros. Y otras
aplicaciones con las que seguramente no estaremos tan familiarizados
como instrumentación electrónica, control de sistemas en una nave
espacial, entro otros.

35. El mercado de los microcontroladores.
La distribución de las ventas según su aplicación es la siguiente:
 Una tercera parte se absorbe en las aplicaciones relacionadas con los
computadores y sus periféricos.
 La cuarta parte se utiliza en las aplicaciones de consumo (electrodomésticos,
juegos, TV, vídeo, etc.).
 El 16% de las ventas mundiales se destinó al área de las comunicaciones.
 Otro 16% fue empleado en aplicaciones industriales.
 El resto de los microcontroladores vendidos en el mundo, aproximadamente un
10 % fueron adquiridos por las industrias de automoción.
También los modernos microcontroladores de 32 bits van afianzando sus
posiciones en el mercado, siendo las áreas de más interés el procesamiento de
imágenes, las comunicaciones, las aplicaciones militares, los procesos industriales
y el control de los dispositivos de almacenamiento masivo de datos.

36. ¿Qué microcontrolador emplear?
A la hora de escoger el microcontrolador a emplear en un diseño
concreto hay que tener en cuenta multitud de factores, como la
documentación y herramientas de desarrollo disponibles y su precio, la
cantidad de fabricantes que lo producen y por supuesto las
características del microcontrolador (tipo de memoria de programa,
número de temporizadores, interrupciones, entre otros.):
Costes. Como es lógico, los fabricantes de microcontroladores compiten
duramente para vender sus productos.
Aplicación. Antes de seleccionar un microcontrolador es imprescindible
analizar los requisitos de la aplicación:
• Procesamiento de datos.
• Entrada Salida.
• Consumo.
• Memoria.
• Ancho de palabra.
• Diseño de la placa.

37. Recursos comunes a todos
los microcontroladores
1. Arquitectura básica: Aunque inicialmente todos los
microcontroladores adoptaron la arquitectura clásica de von
Neumann, en el momento presente se impone la arquitectura
Harvard.

38. Recursos comunes a todos
los microcontroladores
2. El procesador o UCP: Es el elemento más importante del microcontrolador
y determina sus principales características, tanto a nivel hardware como
software.
Existen tres orientaciones en cuanto a la arquitectura y funcionalidad
de los procesadores actuales:
• CISC (Computadores de Juego de Instrucciones Complejo)
• RISC (Computadores de Juego de Instrucciones Reducido)
• SISC (Computadores de Juego de Instrucciones Específico)

39. 3. Memoria: En los microcontroladores 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.
4. Puertas de Entrada y Salida: La principal utilidad de las patitas
que posee la cápsula que contiene un microcontrolador es soportar
las líneas de E/S que comunican al computador interno con los
periféricos exteriores.
5. Reloj principal: Todos los microcontroladores disponen de un
circuito oscilador que genera una onda cuadrada de alta frecuencia,
que configura los impulsos de reloj usados en la sincronización de
todas las operaciones del sistema. Generalmente, el circuito de
reloj está incorporado en el microcontrolador y sólo se necesitan
unos pocos componentes exteriores para seleccionar y estabilizar
la frecuencia de trabajo.
Recursos comunes a todos
los microcontroladores

40. RECURSOS ESPECIALES
Cada fabricante oferta numerosas versiones de una arquitectura
básica de microcontrolador. 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 coste, el hardware y el software.

41. RECURSOS ESPECIALES
Los principales recursos específicos que incorporan los
microcontroladores son:
• Temporizadores o “Timers”.
• Perro guardián o “Watchdog”.
• Protección ante fallo de alimentación o “Brownout”.
• Estado de reposo o de bajo consumo.
• Conversor A/D.
• Conversor D/A.
• Comparador analógico.
• Modulador de anchura de impulsos o PWM.
• Puertas de E/S digitales.
• Puertas de comunicación.