C21 cm22 eq1-microcontroladores

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍAS Y CIENCIAS
SOCIALES Y ADMINISTRATIVAS

MICROCONTROLADORES
Cisneros Fernández Miguel Osvaldo
Cosió Zermeño Raúl André                                                                                     Coordinador:
Fuentes González Alberto Ángel                                       Cisneros Fernández Miguel Osvaldo
García Cruz Saúl Ricardo
León Velázquez Edgar
Loera Aranda Roberto Bruno                                                                                     23/02/2016
Introducción
Un microcontrolador (abreviado μC, UC o MCU) es un circuito integrado programable, capaz
de ejecutar las órdenes grabadas en su memoria. Está compuesto de varios bloques
funcionales, los cuales cumplen una tarea específica. Un microcontrolador incluye en su
interior las tres principales unidades funcionales de una computadora: unidad central de
procesamiento ,memoria y periféricos de entrada/salida.
Algunos microcontroladores pueden utilizar palabras de cuatro bits y funcionan a velocidad
de reloj con frecuencias tan bajas como 4 kHz, con un consumo de baja potencia (mW o
microvatios). Por lo general, tendrá la capacidad de mantenerse a la espera de un evento
como pulsar un botón o de otra interrupción; así, el consumo de energía durante el estado de
reposo (reloj de la CPU y los periféricos de la mayoría) puede ser sólo de nanovatios, lo que
hace que muchos de ellos sean muy adecuados para aplicaciones con batería de larga
duración. Otros microcontroladores pueden servir para roles de rendimiento crítico, donde
sea necesario actuar más como un procesador digital de señal (DSP), con velocidades de
reloj y consumo de energía más altos
Cuando es fabricado el microcontrolador, no contiene datos en la memoria ROM. Para que
pueda controlar algún proceso es necesario generar o crear y luego grabar en la EEPROM o
equivalente del microcontrolador algún programa, el cual puede ser escrito en lenguaje
ensamblador u otro lenguaje para microcontroladores; sin embargo, para que el programa
pueda ser grabado en la memoria del microcontrolador, debe ser codificado en sistema
numérico hexadecimal que es finalmente el sistema que hace trabajar al microcontrolador
cuando éste es alimentado con el voltaje adecuado y asociado a
dispositivos analógicos y discretos para su funcionamiento.


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Índice

1Antecedentes
2Estructura
3Evolución y tendencias
4Normas aplicables
5Caso práctico


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CAPÍTULO 1 ANTECEDENTES

Las generaciones de estudiantes actuales, han crecido con un dispositivo electrónico, puede
ir desde una computadora de escritorio hasta uno portátil.
Cuya velocidad la tenemos clara cuando compramos el equipo, pero realmente ¿Qué es el
microcontrolador?
Es un elemento electrónico que se encarga de realizar las operaciones que se llevan a cabo
internamente, son controladas por lo que nosotros llamamos “programas” que le indica al
microprocesador exactamente lo que tiene que hacer a partir de ciertas instrucciones de
entrada.
Así  que empezaremos definiendo qué es un MICROPROCESADOR.
El microprocesador es la parte más importante de la computadora, su función es ejecutar
programas. Este viene siendo el cerebro de la computadora, este ha venido evolucionando
desde hace décadas.
Un procesador por sí solo, sería prácticamente inservible. Para que funcione necesita de
todos los periféricos. Como son la Tarjeta madre, así como los buses para operar
correctamente (Buses de Dirección, Buses de Datos, Buses de control, Memoria RAM,
Memoria ROM).


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DIFERENCIA ENTRE MICROCONTROLADOR Y MICROPROCESADOR
En el microcontrolador, internamente ya están implementados los Buses, el CPU, las
memorias, el convertidor analógicoDigital así como los puertos de Entrada y Salida.
Un microcontrolador es un circuito integrado que contiene todos los componentes de un
computador. Se emplea para controlar el funcionamiento de un área determinada, y debido a
su reducido tamaño, suele ir incorporado en el propio dispositivo al que gobierna.

CAPÍTULO 2 ESTRUCTURA
CPU (unidad central de proceso):
Podemos decir que la CPU, siglas en inglés de unidad central de proceso, es el núcleo del
microcontrolador. Se encarga de ejecutar las instrucciones almacenadas en la memoria, de
la que hablaremos más adelante. Es lo que habitualmente llamamos procesador o
microprocesador, término que a menudo se confunde con el de microcontrolador.
Memoria:
Entendemos por memoria los diferentes componentes del microcontrolador que se emplean
para almacenar información durante un periodo determinado de tiempo. La información que
necesitaremos durante la ejecución del programa será, por un lado, el propio código, y por


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otro, los diferentes datos que usemos durante la ejecución del mismo. Hablaremos por tanto
de memoria de programa y de memoria de datos, respectivamente.
La diferente naturaleza de la información que hay que almacenar hace necesario el uso de
diferentes tipos memorias.
Unidades de entrada/salida:
Las unidades de entrada/salida son los sistemas que emplea el microcontrolador para
comunicarse con el exterior. Imaginemos una televisión: por un lado tiene un dispositivo de
salida, como es la pantalla, y por otro lado, de entrada, como son los botones de subir o bajar
volumen y de cambio de canal. Así, los dispositivos de entrada nos permitirán introducir
información en el microcontrolador y los de salida nos servirán para que éste la saque al
exterior.
La estructura principal de los microcontroladores puede ser dividida por:
∙         Sistemas digitales programables
● Proceso segmentado
● Arquitectura
● Puertos
● Periféricos internos


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Sistemas digitales programables:
∙         Von Neumann
•        Mismo bus  para instrucciones y datos.
• Instrucciones del programa y los datos se guardan conjuntamente en una
memoria común.
• CPU se dirige a la memoria principal, primero accede a la instrucción y
después a los datos necesarios para ejecutarla, esto retarda el funcionamiento∙
         Harvard
•        Bus de datos e instrucciones completamente separados
•        Acceso a memoria en paralelo:
•        Optimiza la ejecución


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Procesador Segmentado:
Es aquel que realiza la ejecución de una instrucción y la búsqueda de código de la siguiente
para así realizar una instrucción por ciclo

Arquitectura:
•    RISC: Juego de instrucciones reducido repertorio de instrucciones maquina reducido y simple
• CISC: Juego de instrucciones completo, siendo estos los más usados para los
microcontroladores
• SISC: juego de instrucciones específicas, poseen instrucciones específicas para cada
instrucción y realiza aplicaciones muy concretas
• Ortogonal: Hace que las instrucciones utilicen elementos de la arquitectura como fuente o
destino
Puertos: Son aquellos dispositivos que pueden ser programados de forma individual, de tipo
entrada o salida, es decir son aquellos que permiten la interacción del microcontrolador con
el mundo exterior


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Periféricos internos:
• Temporizadores: tienen como principal característica el poder controlar periodos de
tiempo y para llevar la cuenta de los procesos del exterior
• WatchDog: temporizador que cuando para por 0 realiza un reset automático en el sistema
, con el fin de seguir funcionando
•        Conversores: sirve para convertir datos de señales analógicas a digital y viceversa
• Sistema de seguridad: Estado en que el reloj se congela y deja al controlador en un
profundo sueño

CAPÍTULO 3 EVOLUCIÓN Y TENDENCIAS
El mercado nacional está lleno de un sinnúmero de ofertas de procesadores, lo que en
realidad no es una excepción o una especie de singularidad dentro del escenario
internacional, porque la oferta mundial de procesadores es igual de extensa. La mayor parte
de las aplicaciones embedded desarrolladas en el mundo se basan en procesadores de 8
bits, siendo el mercado de éstos muy dinámico y extremadamente competitivo.


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El primer microcontrolador
En 1971, el primer microcontrolador fue inventado por dos ingenieros de Texas Instruments,
de acuerdo con el Instituto Smithsoniano. Gary Boone y Michael Cochran crearon el TMS
1000, el cual era un microcontrolador de 4 bits con función de ROM y RAM. El
microcontrolador era utilizado internamente en Texas Instruments en sus productos de
cálculo desde 1972 hasta 1974, y fue refinado con el paso de los años. En 1974, TI puso a la
venta el TMS 1000 para la industria de electrónicos. El TMS 1000 estuvo disponible en varios
tamaños de RAM y ROM. A partir de 1983, cerca de un millón de TMS 1000 fueron vendidos.

Microcontroladores Intel
Además de producir el primer microprocesador, Intel también ha desarrollado muchos
microcontroladores importantes, dos de los cuales son el 8048 y el 8051. Introducido en
1976, el 8048 fue uno de los primeros microcontroladores de Intel y fue utilizado como el
procesador en el teclado de la computadora personal de IBM. Se estima que más de mil
millones de dispositivos del 8048 se vendieron. El 8051 siguió en 1980 y se convirtió en una
de las familias de microcontroladores más populares. Las variaciones de la arquitectura del
8051 se siguen produciendo hoy en día, por lo que el 8051 es uno de los diseños
electrónicos más longevos de la historia.


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Memorias de borrado eléctrico
Durante la década de 1990, los microcontroladores eran memorias ROM (EEPROM) que
pueden programar y borrar eléctricamente, como las memorias flash que aparecieron en el
mercado. Estos microcontroladores pueden ser programados, borrarse y volverse a
programar utilizando sólo señales eléctricas. Antes de los dispositivos eléctricamente
reprogramables, los microcontroladores a menudo necesitaban de programación
especializada y hardware para borrar, lo que requería que el dispositivo se quitara del
circuito, frenando el desarrollo de software y haciendo el esfuerzo más costoso. Cuando se
elimina esta limitación, los microcontroladores fueron capaces de ser programados y
reprogramados mientras que en un circuito los dispositivos con microcontroladores podían
ser actualizados con el nuevo software, sin tener que ser devueltos al fabricante. Muchos
microcontroladores actuales, tales como los disponibles de Microchip y Atmel, incorporan la
tecnología de memoria flash.

Microcontroladores modernos

Además de los dispositivos de propósito general, los microcontroladores especializados se
están produciendo en sectores como el automotriz, iluminación, comunicaciones y
dispositivos de consumo de baja potencia. Los microcontroladores también se han vuelto
más pequeños y más potentes. Por ejemplo, en 2010, Atmel anunció un microcontrolador
flash en un paquete que medía 2 mm por 2 mm. Estos pequeños microcontroladores son lo
suficientemente


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pequeños y baratos para ser utilizados en productos tales como juguetes y cepillos de
dientes.
CAPÍTULO 4 NORMAS APLICABLES
Los microcontroladores a menudo se encuentran en aplicaciones domésticas (microondas,
refrigeradores, televisión, equipos de música), ordenadores con sus componentes
(impresoras, módems, lectores de discos), coches (ingeniería de control, diagnóstico, control
de climatización), control medioambiental (invernaderos, fabricas, casas), instrumentación,
aeronáutica, etc.
CAPÍTULO 5 CASOS PRÁCTICO
El dispositivo electrónico capaz de controlar un pequeño submarino, una grúa o un ascensor
como el anteriormente mencionado, ahora está incorporado en un sólo chip. Los
microcontroladores ofrecen una amplia gama de aplicaciones y sólo algunas se exploran
normalmente. Le toca a usted decidir qué quiere que haga el microcontrolador y cargar un
programa en él con las instrucciones apropiadas. Antes de encender el dispositivo es
recomendable verificar su funcionamiento con ayuda de un simulador. Si todo funciona como
es debido, incorpora el microcontrolador en el sistema. Si alguna vez necesita cambiar,
mejorar o actualizar el programa, hágalo. ¿Hasta cuándo? Hasta quedar satisfecho. Eso
puede realizarse sin ningún problema.


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Conclusiones
Como conclusiones podemos observar que los microcontroladores desde su inicio hacían
funciones muy básicas pero con el pasar del tiempo sus funciones y efectividad fueron
aumentando. Además sus requisitos han ido cambiando ya que han evolucionado de la mano
de los procesadores e innovando los procesos que antes eran manuales hoy en día con la
ayuda de los microcontroladores estos resultan más eficientes, como lo es la implementación
de microcontroladores en el área médica, que debida a la precisión de estos dispositivos y
sus métodos de seguridad facilitan la medicina, y este es uno de los mejores uso que puede
recibir un microcontrolador, más no el único ya que con la actualización de procesos este
tomo posición en todo el mercado electrónico.


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Bibliografía

● https://microcontroladoressesv.wordpress.com/evoluciondelmicrocontrolador/

● http://www.ceduvirt.com/resources/Microcontroladores.pdf

● http://www.monografias.com/trabajos12/microco/microco.shtml.com

● http://galia.fc.uaslp.mx/~cantocar/microcontroladores/SLIDES_8051_PDF/2_INTROD.
PDF

● http://www.exa.unicen.edu.ar/catedras/tmicrocon/Material/1_introduccion_a_los_ucontr
oladores.pdf

● https://microcontroladoressesv.wordpress.com/arquitecturadelosmicrocontroladores/

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