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MICROCONTROLADORES Introducción Características y Generalidades Conformado por: Lima Alexis C.I.: 21.042.190 Elides Chourio C.I.: 19.248.632 Vicente Colmenares C.I.: 19.156.497 Manuel Briceño: C.I.: 24.609.510 Nehemías Ruiz C.I.: 21.329.231 Frederick Ortiz C.I.: 20.712.437 HISTORIA Breve Esbozo Histórico. 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. HISTORIA se representa esquemáticamente 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. 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. ¿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. 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. 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. Diferencia entre microprocesador y microcontrolador. 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. Componentes de un Microcontrolador. Un microcontrolador dispone siguientes componentes. normalmente de los • 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. 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. CARACTERISTICAS DE UN MICROCONTROLADOR 3) Puertos de ENTRADA/SALIDA: Los puertos son entradas y salidas del microcontrolador al exterior, por ellas enviarmos 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. 4) Memorias: Todo dispositivo programable necesita de una memoria para poder almacenar el programa, poder manejar variables y almacenar datos. 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 tambien acceder al temporizador o al registron EEPROM 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. 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. Simbología. (Pin Diagrams) Aplicaciones de los microcontroladores. Algunos fabricantes de Cada vez existen más microcontroladores superan el millón productos que incorporan de unidades de un modelo un microcontrolador con determinado producidas en una el fin de aumentar semana. Este dato puede dar una sustancialmente sus idea de la masiva utilización de prestaciones, reducir su estos componentes. tamaño y coste, mejorar su fiabilidad y disminuir el consumo. 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. 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 (electrodomésticos, juegos, TV, vídeo, etc.). aplicaciones de consumo 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. ¿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. 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. 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) Recursos comunes a todos los microcontroladores 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 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. Los principales recursos específicos que incorporan 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. los ¡GRACIAS POR SU VALIOSA ATENCIÓN! Libros: Microcontroladores PIC. La Solución en un Chip. J. Mª. Angulo Usategui, E. Martín Cuenca, I. Angulo Martínez - Ed. Paraninfo. ( 1997 ) INTRODUCCIÓN A LA PROGRAMACIÓN Microcontrolador PIC 16F84 - procedencia (Escola Professional Salesians Joan XXIII) - Autor Enric Serra.