1. IUT Cumaná
MICROCONTROLADORES
Microcontroladores Prof. Luis Zurita
IUT Cumaná
ARQUITECTURA DE LOS MICROCONTROLADORES
Un microcontrolador es un computador dedicado, con limitaciones y
menos prestaciones. Posee básicamente, las mismas partes que un
computador y un controlador lógico programable. Entre ellas tenemos:
– CPU (Unidad Central de Procesamiento)
– ALU (Unidad Lógico - Aritmética)
– Periféricos
Lógica de
Control
ALU
Memoria Memoria
de Datos de Programa
Periféricos
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2. IUT Cumaná
ARQUITECTURA DE LOS MICROCONTROLADORES
Hemos comentado en el tema anterior que los microcontroladores son una
evolución más práctica de los microprocesadores, y esto se fundamenta en dos
aspectos importantes: los microcontroladores albergan en su interior varios
circuitos que los microprocesadores no tienen. Esto se conoce como arquitectura
cerrada (para los primeros) y arquitectura abierta (para los segundos) y la
arquitectura tradicional del procesador del microcontrolador (Tipo Harvard) y de
los microprocesadores (Tipo Von Neumann).
Bus de Direcciones
Bus de Datos
µP
Bus de Control
Memorias Controladores Controladores
Periféricos Periféricos
Microprocesador y su arquitectura abierta
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Microcontrolador y su arquitectura cerrada
µC Periféricos
Arquitectura tipo Von Neumann
Bus común de
direcciones
Memoria
CPU Instrucciones
8
+
Datos
Bus de datos e
instrucciones
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3. IUT Cumaná
ARQUITECTURA TIPO HARVARD
• Este tipo es la tendencia en las versiones modernas de microcontroladores. Se
caracterizan por separar en circuitos diferentes, las memorias de instrucción y
de datos, facilitando acceder a ambas simultáneamente. Permite la técnica de
segmentación.
Bus de Dirección Bus de Dirección
de Instrucciones de Datos
Memoria
de
Memoria
10 CPU 9 de
Instrucciones
Datos
14 8
Bus de Instrucciones Bus de Datos
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¿CÓMO ACTUARÍA UN MICROCONTROLADOR IUT Cumaná
EN UN PROCESO A CONTROLAR?
• Como lo haría cualquier sistema o circuito de control, sensando o tomando
información del proceso, realizando operaciones de comparación, o de acceso, o
de promedio, o de alarma, etc, y actuando sobre el mismo para corregir,
modificar, o mantener valores, según sean las exigencias del diseño. A "grosso
modo", lo podemos ilustrar formando parte de un lazo de control cerrado o uno
abierto:
Información
Proceso
Microcontrolador
que se desea controlar
Microcontrolador
Información
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4. MICROCONTROLADORES PIC DE MICROCHIP
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Existe una amplia gama de casas fabricantes de
microcontroladores, en el mercado: Motorola, Intel, Texas
Instrumens, Hitachi, Parallax, etc, en este curso, se han
adoptado los PIC de la gama o familia media de Microchip (PIC
16F8XX) por las siguientes prestaciones:
• ARQUITECTURA HARVARD
• ARQUITECTURA RISC
La arquitectura RISC (Reduced Instructions Set Computer)
o Juego de Instrucciones Reducidas para Computadoras, posee
un total de 35 instrucciones en lenguaje de máquina o
ensamblador (assembler), con las que se pueden realizar
infinidades de programas para el microcontrolador, lo que
simplifica su uso. Los microprocesadores utilizan arquitectura
CISC (Complex Instructios Set Computers) y están por el orden
de 80 instrucciones.
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MICROCONTROLADORES PIC DE MICROCHIP
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• SEGMENTACIÓN (PIPELINE)
Esta característica se conoce como paralelismo implícito, segmenta
ó separa las funciones del CPU, producto de la arquitectura Harvard,
permitiéndole realizar en etapas, instrucciones diferentes en cada una
de ellas y operar varias a la vez. Aumenta el rendimiento del CPU, lo que
hace que sus operaciones y procesamiento sean más rápidas que la gran
mayoría de los otros microcontroladores.
• INFORMACIÓN AMPLIAMENTE DIFUNDIDA Y DE FÁCIL ACCESO
Quizás una de las principales prestaciones. Esta casa fabricante
proporciona libre acceso a las hojas técnicas (Data Sheet) de sus
diferentes componentes, así como software para programación,
proyectos propuestos, tutoriales, etc mediante su página Web:
www.microchip.com
• COMPATIBILIDAD
• Existen productos de software y hardware, que no pertenecen a
Microchip, pero que son totalmente compatibles con sus productos.
Podemos "bajar" programas adicionales gratis de Internet y realizar
circuitos para programarlos a un bajo coste, exitosamente.
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5. IUT Cumaná
CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LOS
MICROCONTROLADORES
ARQUITECTURA INTERNA DE UN MICROCONTROLADOR PIC
Se dividen en tres grandes áreas:
1) Núcleo
Estas son las características básicas para la operatividad del
microcontrolador. Están constituidas por:
* Oscilador * Reset * CPU * ALU
* Memoria no volátil para programa (ROM)
* Memoria de lecto-escritura para datos (RAM)
* Memoria programable para datos (EEPROM/FLASH)
* Instrucciones
2) Periféricos
Es la parte que los diferencia con los microprocesadores. Permite
la conexión con el "mundo exterior". Destacan:
– Entradas/Salidas de utilidad general
– Módulo de captura, comparación y PWM (1)
– Comunicación serial (1)
– Comunicación paralela (1)
– Comparadores (1)
– Convertidores Analógico/Digital (1)
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CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LOS
MICROCONTROLADORES
3) Características Especiales ó Recursos Auxiliares
Contribuyen a reducir el costo del sistema,
incrementan la flexibilidad de diseño y brindan mayor
fiabilidad. Entre ellas tenemos:
– Bits de configuración
– Reset de encendido
– Temporizador WATCHDOG
– Modo reposo ó de bajo consumo
– Oscilador RC interno
– Programación serie en el propio circuito
– Interrupciones
– Temporizadores (Timer's)
– (1) Algunas de estas características aplican para los
PIC16F87X
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6. Características Valor IUT Cumaná
Memoria de Programa 1k x 14 bits
Memoria de Datos RAM 68 Bytes
Memoria de Datos EEPROM 64 Bytes
Pila de programa 8 Niveles
Interrupciones 4 tipos diferentes
RISC 35
Frecuencia Máxima 10 MHz
Temporizadores 2 (TMR0(3) y WDT(4))
Líneas de Entradas/Salidas
13 (5 Puerto A, 8 Puerto B)
Digitales
Corriente máxima sumidero 80 mA PA/150 mA PB
Corriente máxima fuente 50 mA PA/100 mA PB
Corriente máxima sumidero
25 mA
por línea (Pin)
Corriente máxima fuente por
20 mA
línea (Pin)
Voltaje de alimentación 2 a 6 VDC
Voltaje de programación 12 a 14 VDC
Encapsulado DIP plástico 18 pines
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DIAGRAMA INTERNO DEL PIC 16F84 IUT Cumaná
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7. HARDWARE PIC16F84 IUT Cumaná
HARDWARE PIC16F877
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TIPOS DE OSCILADORES IUT Cumaná
• HS: (High Speed Crystall Resonador): Alta velocidad de 20 MHz a 4 MHz.
• XT: (Crystall//Resonador): Estándar de 4 MHZ máximo.
• LP: (Low Power Crystall): Bajo consumo, 200 KHz a 30 KHz.
• RC: (Resistence/Capacitor): Baja precisión, Tiene una tabla asociada a los
valores de R y C. Muy poco uso. 200 Hz a 32 Hz.
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8. FRECUENCIA DE FUNCIONAMIENTO
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ALGUNOS CONCEPTOS
• Un ciclo de instrucción tarda en ejecutarse cuatro períodos de
reloj.
• Todas las instrucciones del PIC se realizan en un ciclo de
instrucción, exceptuando las de "salto" que tardan dos ciclos.
• Los impulsos de reloj entran por FOSC1/CLKIN y se dividen en
cuatro señales internamente, dando lugar a Q1, Q2, Q3 y Q4.
• El ciclo de instrucción se logra al realizarse las siguientes
operaciones:
– Q1 incrementa el contador de programa (PC)
– Q4 busca el código de la instrucción en la memoria del
programa y se carga en el registro de instrucciones
– Q2 - Q3 decodifican y ejecutan la instrucción respectiva
•
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FRECUENCIA DE FUNCIONAMIENTO
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9. IUT Cumaná
CIRCUITOS DE RESET
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CIRCUITOS DE APOYO (INTRODUCEN IUT Cumaná
DATOS AL MICROCONTROLADOR)
Pulsadores e interruptores
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10. CIRCUITOS DE APOYO (INTRODUCEN IUT Cumaná
DATOS AL MICROCONTROLADOR)
TECLADO
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CIRCUITOS DE APOYO (SACAN IUT Cumaná
DATOS DEL MICROCONTROLADOR)
Visualización
a
Con Display
f
b
g
e
c
d
CATODO COMUN
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11. CIRCUITOS DE APOYO (SACAN IUT Cumaná
DATOS DEL MICROCONTROLADOR)
Con Relé
Con optoacoplador
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CIRCUITOS DE APOYO (SACAN IUT Cumaná
DATOS DEL MICROCONTROLADOR)
LCD
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12. ESTRUCTURA DE DATOS
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• BIT: Unidad mínima de
x
información
• NIBBLE: Grupo de 4 bits x x x x
• BYTE: Grupo de 8 bits x x x x x x x x
• Word: Grupo de 2 BYTES BYTE ALTO BYTE BAJO
(Bit menos significativo) LSB (Bit menos
MSB x x x x x x x significativo)
x
7 0
Rango de los microcontroladores de 8 Bits
28 = 256 posibles valores para operaciones
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ALGUNOS TIPS PARA REPASAR Y RECORDAR IUT Cumaná
• Suma Binaria Aritmética: (add)
0+0 =0 0+ 1+=1
1 +0 =1 1 + 1 = 0 y llevo acarreo (Carry) para
la siguiente cifra MSB
• Suma Binaria Lógica: (ior)
0+0=0 0+1=1
1+0=1 1+1=1
• Resta Binaria Aritmética: (sub)
0–0=0 1–0=1
1–1=0 0 – 1 = 10 y tomo prestado (Borrow)
de la cifra MSB inmediata
• OR Exclusiva: (xor)
Bits iguales producen como resultado un cero (A = B = 0)
Bits diferentes producen como resultado un uno (A ≠ B = 1)
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13. SISTEMAS DE NUMERACIÓN IUT Cumaná
Decimal Hexadecimal Binario
(Formato 4 bits BCD)
0 0 0000
1 1 0001
2 2 0010
3 3 0011
4 4 0100
5 5 0101
6 6 0110
7 7 0111
8 8 1000
9 9 1001
10 A 1010
11 B 1011
12 C 1100
13 D 1101
14 E 1110
15 F 1111
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FORMATO DE SISTEMAS DE NUMERACIÓN
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ADMITIDOS POR EL MICROCONTROLADOR
Tipo de Sistema Formato Sigla Significado
Registro. Puede ser
Decimal D’126’ cualquiera que el
.126 f (File)
programador desee dentro
del rango permitido.
Binario B’10011011’ k Constante. Valor fijo.
Registro de trabajo
w (work)
Hexadecimal H’AE’ principal.
AEH Destino del Registro.
0xAE Si d vale 1, el resultado
se guardará en el Registro
que el programador haya
d (destiny)
escogido.
Si d vale 0, el resultado
se guardará en el Registro
de trabajo principal "w"
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14. REGISTROS Y BANCOS
IUT Cumaná
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MEMORIA RAM DE REGISTROS IUT Cumaná
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15. IUT Cumaná
ESTRUCTURA DE UN PROGRAMA
En general un programa está
estructurado en tres grandes partes:
Encabezado
a) Encabezado: Define el tipo de PIC con
que se está trabajando, Bloque de
Configuración, declaraciones de variables y
Declaración de constantes,
Registros, b) Configuración de registros especiales:
Datos, Registro OPTION, INTCON, TMR0,
Constantes. puertos A y B, EECON, STATUS.
org b) Cuerpo del programa: Aquí están
contenidas todas las instrucciones
Cuerpo del
relacionadas a la ejecución de un
Programa
programa bajo un diseño individual,
end realizado por el programador.
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DIAGRAMA DE FLUJO
• Se recomienda ampliamente que el diseñador/programador, se apoye en
elementos gráficos para determinar y delimitar el funcionamiento del diseño
que está encarando. Los diagramas de flujo permiten visualizar el
funcionamiento lógico de cualquier programa.
Un rectángulo con los extremos redondeados, denota el
inicio y/o el fin de un programa.
Las figuras rectangulares representan acciones
concretas ó procesos a ser ejecutados por el programa.
El rombo representa una toma de decisión sobre una
condición que debe ser evaluada ó analizada. Si la
respuesta es afirmativa ó cumple con la condición, se
toma una dirección y en caso contrario, se toma una
dirección diferente.
Las flechas indican el flujo que debe seguir el programa.
Éstas indican claramente el camino ó dirección a seguir
•Los Conectores son utilizados cuando el diagrama de
flujo es de medianas o grandes dimensiones y su uso A B
evita sobrecargar de flechas al diagrama.
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