7/18/2019 Micro Control Ad Or

http://slidepdf.com/reader/full/micro-control-ad-or-56d5bf4e6f8c2 1/13

Microcontrolador 

Un microcontrolador (abreviado μC, UC o MCU) es un circuito integrado programable, capaz deejecutar las órdenes grabadas en su memoria. Está compuesto de varios bloques funcionales, los cualescumplen una tarea especfica. Un microcontrolador inclu!e en su interior las tres principales unidades

funcionales de una computadora" unidad central de procesamiento, memoria ! perif#ricos deentrada$salida.

%lgunos microcontroladores pueden utilizar palabras de cuatro bits ! funcionan a velocidad de reloj confrecuencias tan bajas como & 'z, con un consumo de baja potencia ( m o microvatios). *or lo general,tendrá la capacidad para mantener la funcionalidad a la espera de un evento como pulsar un botón o deotra interrupción, el consumo de energa durante el estado de reposo (reloj de la +*U ! los perif#ricos de

la ma!ora) puede ser sólo nanovatios, lo que ace que mucos de ellos mu! adecuados para aplicacionescon batera de larga duración. -tros microcontroladores pueden servir para roles de rendimiento crtico,donde sea necesario actuar más como un  procesador digital de seal (/0*), con velocidades de reloj !consumo de energa más altos.

+uando es fabricado el microcontrolador, no contiene datos en la memoria 1-M. *ara que puedacontrolar alg2n proceso es necesario generar o crear ! luego grabar en la EE*1-M o equivalente del

microcontrolador alg2n programa, el cual puede ser escrito en lenguaje ensamblador  u otro lenguaje paramicrocontroladores3 sin embargo, para que el programa pueda ser grabado en la memoria delmicrocontrolador, debe ser codificado en sistema num#rico e4adecimal que es finalmente el sistema que

ace trabajar al microcontrolador cuando #ste es alimentado con el voltaje adecuado ! asociado adispositivos analógicos ! discretos para su funcionamiento.5

istoria6editar 7

El primer microcontrolador fue el 8ntel &99& de & bits,   lanzado en 5:;5, seguido por el 8ntel <99< !otros más capaces. 0in embargo, ambos procesadores requieren circuitos adicionales para implementar unsistema de trabajo, elevando el costo del sistema total.

El 8nstituto 0mitsoniano dice que los ingenieros de =e4as 8nstruments >ar! ?oone ! Micael+ocran lograron crear el primer microcontrolador, =M0 5999, en 5:;53 fue comercializado en 5:;&.

+ombina memoria 1-M, memoria 1%M, microprocesador  ! reloj en un cip ! estaba destinada a lossistemas embebidos.@

/ebido en parte a la e4istencia del =M0 5999, A 8ntel desarrolló un sistema de ordenador en un cipoptimizado para aplicaciones de control, el 8ntel <9&<, que comenzó a comercializarse en 5:;;. A +ombinamemoria 1%M ! 1-M en el mismo cip ! puede encontrarse en más de mil millones de tecladosde compatible 8?M *+, ! otras numerosas aplicaciones. El en ese momento presidente de 8ntel, Bu'e C.Dalenter, declaró que el microcontrolador es uno de los productos más e4itosos en la istoria de la

compaa, ! amplió el presupuesto de la división en más del @F.

Ba ma!ora de los microcontroladores en este momento tienen dos variantes. Unos tena unamemoria E*1-M reprogramable, significativamente más caros que la variante *1-M que era sólo una

vez programable. *ara borrar la E*1-M necesita e4poner a la luz ultravioleta la tapa de cuarzotransparente. Bos cips con todo opaco representaban un coste menor.

En 5::A, el lanzamiento de la EE*1-M en los microcontroladores (comenzando con el

Microcip *8+5G4<&)&  permite borrarla el#ctrica ! rápidamente sin necesidad de un paquete costosocomo se requiere en E*1-M, lo que permite tanto la creación rápida de prototipos ! la programación enel sistema.   El mismo ao, %tmel lanza el primer microcontrolador que utiliza memoria flas. -trascompaas rápidamente siguieron el ejemplo, con los dos tipos de memoria.

El costo se a desplomado en el tiempo, con el más barato microcontrolador de < bits disponible por menos de 9,@ dólares para miles de unidades en @99:, ! algunos microcontroladores de A@ bits a 5 dólar  por cantidades similares. En la actualidad los microcontroladores son baratos ! fácilmente disponibles para los aficionados, con grandes comunidades en lnea para ciertos procesadores.

En el futuro, la M1%M podra ser utilizada en microcontroladores, !a que tiene resistencia infinita ! elcoste de su oblea semiconductora es relativamente bajo.

+aractersticas6editar 7

7/18/2019 Micro Control Ad Or

http://slidepdf.com/reader/full/micro-control-ad-or-56d5bf4e6f8c2 2/13

Esquema de un microcontrolador. En esta figura, vemos al microcontrolador metido dentro de unencapsulado de circuito integrado, con su procesador (+*U), buses, memoria, perif#ricos ! puertos

deentrada$salida. Huera del encapsulado se ubican otros circuitos para completar perif#ricos internos !dispositivos que pueden conectarse a los pines de entrada$salida. =ambi#n se conectarán a los pines delencapsulado la alimentación, masa, circuito de completamiento del oscilador ! otros circuitos necesarios para que el microcontrolador pueda trabajar.

Bos microcontroladores están diseados para reducir el costo económico ! el consumo de energa de unsistema en particular. *or eso el tamao de la unidad central de procesamiento, la cantidad de memoria !los perif#ricos incluidos dependerán de la aplicación. El control de un electrodom#stico sencillo como una batidora utilizará un procesador mu! pequeo (& u < bits) porque sustituirá a un autómata finito. En

cambio, un reproductor de m2sica !$o vdeo digital (M*A o M*&) requerirá de un procesador de A@ bits ode G& bits ! de uno o más códecs de seal digital(audio !$o vdeo). El control de un sistema de frenos

%?0 (%ntiloc' ?ra'e 0!stem) se basa normalmente en un microcontrolador de 5G bits, al igual que elsistema de control electrónico del motor en un automóvil.

Bos microcontroladores representan la inmensa ma!ora de los cips de computadoras vendidos, sobre un9F son controladores IsimplesI ! el restante corresponde a /0* más especializados. Mientras se puedentener uno o dos microprocesadores de propósito general en casa (Ud. está usando uno para esto), ustedtiene distribuidos seguramente entre los electrodom#sticos de su ogar una o dos docenas demicrocontroladores. *ueden encontrarse en casi cualquier dispositivo electrónico

comoautomóviles, lavadoras, ornos microondas, tel#fonos, etc.

Un microcontrolador difiere de una unidad central de procesamientonormal, debido a que es más fácilconvertirla en una computadora en funcionamiento, con un mnimo de circuitos integrados e4ternos deapo!o. Ba idea es que el circuito integrado se coloque en el dispositivo, engancado a la fuente de energa

! de información que necesite, ! eso es todo. Un microprocesador tradicional no le permitirá acer esto,!a que espera que todas estas tareas sean manejadas por otros cips. a! que agregarle los módulos deentrada ! salida (puertos) ! la memoria para almacenamiento de información.

Un microcontrolador tpico tendrá un generador de reloj integrado ! una pequea cantidad de memoria deacceso aleatorio !$o1-M$E*1-M$EE*1-M$flas,   con lo que para acerlo funcionar todo lo que senecesita son unos pocos programas de control ! un cristal de sincronización. Bos microcontroladoresdisponen generalmente tambi#n de una gran variedad de dispositivos de entrada$salida, comoconvertidor analógico digital, temporizadores, U%1=s ! buses de interfaz serie especializados, como 8@ + ! +%J.Hrecuentemente, estos dispositivos integrados pueden ser controlados por instrucciones de procesadores

especializados. Bos modernos microcontroladores frecuentemente inclu!en un lenguaje de programaciónintegrado, como el lenguaje de programación ?%08+ que se utiliza bastante con este propósito.

Bos microcontroladores negocian la velocidad ! la fle4ibilidad para facilitar su uso. /ebido a que se

utiliza bastante sitio en el cip para incluir funcionalidad, como los  dispositivos de entrada$salida ola memoria que inclu!e el microcontrolador, se a de prescindir de cualquier otra circuitera.

7/18/2019 Micro Control Ad Or

http://slidepdf.com/reader/full/micro-control-ad-or-56d5bf4e6f8c2 3/13

%rquitecturas de computadora6editar 7

 Artículo principal: %rquitectura de computadoras

?ásicamente e4isten dos arquitecturas de computadoras, ! por supuesto, están presentes en el mundo delos microcontroladores" Don Jeumann ! arvard. %mbas se diferencian en la forma de cone4ión de lamemoria al procesador ! en los buses que cada una necesita.

Arquitectura Von Neumann6editar 7 Artículo principal: %rquitectura Don Jeumann

Ba arquitectura Don Jeumann utiliza el mismo dispositivo de almacenamiento tanto para las instrucciones

como para los datos, siendo la que se utiliza en un ordenador personal  porque permite aorrar una buenacantidad de lneas de E$0, que son bastante costosas, sobre todo para aquellos sistemas donde el procesador se monta en alg2n tipo de zócalo alojado en una  placa madre. =ambi#n esta organización lesaorra a los diseadores de placas madre una buena cantidad de problemas ! reduce el costo de este tipode sistemas.

En un ordenador personal, cuando se carga un programa en memoria, a #ste se le asigna un espacio dedirecciones de la memoria que se divide en segmentos, de los cuales tpicamente tenderemos lossiguientes" código (programa), datos ! pila. Es por ello que podemos ablar de la memoria como un todo,aunque e4istan distintos dispositivos fsicos en el sistema (disco duro, memoria 1%M, memoria

flas, unidad de disco óptico...).

En el caso de los microcontroladores, e4isten dos tipos de memoria bien definidas" memoria de datos(tpicamente alg2n tipo de 01%M) ! memoria de programas (1-M, *1-M, EE*1-M, flas u de otro

tipo no volátil). En este caso la organización es distinta a las del ordenador personal, porque a! circuitosdistintos para cada memoria ! normalmente no se utilizan los registros de segmentos, sino que la memoriaestá segregada ! el acceso a cada tipo de memoria depende de las instrucciones del procesador.

% pesar de que en los sistemas integrados con arquitectura Don Jeumann la memoria est# segregada, !e4istan diferencias con respecto a la definición tradicional de esta arquitectura3 los buses para acceder aambos tipos de memoria son los mismos, del procesador solamente salen el bus de datos, el dedirecciones, ! el de control. +omo conclusión, la arquitectura no a sido alterada, porque la forma en quese conecta la memoria al procesador sigue el mismo principio definido en la arquitectura básica.

%lgunas familias de microcontroladores como la 8ntel <95 ! la K<9 implementan este tipo dearquitectura, fundamentalmente porque era la utilizada cuando aparecieron los primerosmicrocontroladores.

Arquitectura Harvard6editar 7 Artículo principal: %rquitectura arvard

Ba otra variante es la arquitectura arvard, ! por e4celencia la utilizada en supercomputadoras, en losmicrocontroladores, ! sistemas integrados en general. En este caso, además de la memoria, el procesador tiene los buses segregados, de modo que cada tipo de memoria tiene un bus de datos, uno de direcciones !uno de control.

Ba ventaja fundamental de esta arquitectura es que permite adecuar el tamao de los buses a lascaractersticas de cada tipo de memoria3 además, el procesador puede acceder a cada una de ellas de

forma simultánea, lo que se traduce en un aumento significativo de la velocidad de procesamiento.=picamente los sistemas con esta arquitectura pueden ser dos veces más rápidos que sistemas similarescon arquitectura Don Jeumann.

Ba desventaja está en que consume mucas lneas de E$0 del procesador3 por lo que en sistemas donde el procesador está ubicado en su propio encapsulado, solo se utiliza en supercomputadoras. 0in embargo, enlos microcontroladores ! otros sistemas integrados, donde usualmente la memoria de datos ! programas

comparten el mismo encapsulado que el procesador, este inconveniente deja de ser un problema serio ! es por ello que encontramos la arquitectura arvard en la ma!ora de los microcontroladores.

*or eso es importante recordar que un microcontrolador se puede configurar de diferentes maneras,

siempre ! cuando se respete el tamao de memoria que este requiera para su correcto funcionamiento.

*rocesador en detalle6editar 7

En los aos 5:;9, la electrónica digital no estaba suficientemente desarrollada, pero dentro de laelectrónica !a era una especialidad consagrada. En aquel entonces las computadoras se diseaban para

7/18/2019 Micro Control Ad Or

http://slidepdf.com/reader/full/micro-control-ad-or-56d5bf4e6f8c2 4/13

que realizaran algunas operaciones mu! simples, ! si se quera que estas máquinas pudiesen acer cosasdiferentes, era necesario realizar cambios bastante significativos al ardLare.

% principios de la d#cada de 5:;9, una empresa japonesa le encargó a una joven compaanorteamericana que desarrollara un conjunto de circuitos para producir una calculadora de bajocosto. 8ntel se dedicó de lleno a la tarea ! entre los circuitos encargados desarrolló uno mu! especial, algono creado asta la feca" el primer microprocesador integrado.

El 8ntel &99& salió al mercado en 5:;5, es una máquina digital sincrónica compleja, como cualquier otrocircuito lógico secuencial sincrónico. 0in embargo, la ventaja de este componente está en que alojainternamente un conjunto de circuitos digitales que pueden acer operaciones corrientes para el cálculo ! procesamiento de datos, pero desde una óptica diferente" sus entradas son una serie de códigos biendefinidos, que permiten acer operaciones de carácter especfico cu!o resultado está determinado por el

tipo de operación ! los operandos involucrados.

Disto as, no a! nada de especial en un microprocesador3 la maravilla está en que la combinaciónadecuada de los códigos de entrada, su ejecución secuencial, el poder saltar acia atrás o adelante en la

secuencia de códigos en base a decisiones lógicas u órdenes especficas, permite que la máquina realiceun montón de operaciones complejas, no contempladas en los simples códigos básicos.

o! estamos acostumbrados a los sistemas con microprocesadores, pero en el lejano 5:;5 esta era una

forma de pensar un poco diferente ! asta escandalosa, a tal punto que  ?usicom, la empresa que encargólos cips a 8ntel, no se mostró interesada en el invento, por lo que 8ntel lo comercializó para otros quemostraron inter#s3 el resto es istoria" una revolución sin precedentes en el avance tecnológico de laumanidad.

Es lógico pensar que el invento del microprocesador integrado no fue una revelación divina para suscreadores, sino que se sustentó en los avances, e4istentes asta el momento, en el campo de la electrónicadigital ! las teoras sobre computación. *ero sin lugar a dudas fue la gota que colmó la copa de larevolución cientficot#cnica, porque permitió desarrollar aplicaciones impensadas o acelerar algunas !aencaminadas.

%ora comenzaremos a ver cómo es que está eco un procesador, no será una e4plicación demasiadodetallada porque desde su invención #ste a tenido importantes revoluciones propias, pero a! aspectos básicos que no an cambiado ! que constitu!en la base de cualquier microprocesador. En la Higura

NEsquema de un microcontroladorN podemos ver la estructura tpica de un microprocesador, con suscomponentes fundamentales, claro está que ning2n procesador real se ajusta e4actamente a estaestructura, pero aun as nos permite conocer cada uno de sus elementos básicos ! sus interrelaciones.

Registros6editar 7

0on un espacio de memoria mu! reducido pero necesario para cualquier microprocesador, de aqu setoman los datos para varias operaciones que debe realizar el resto de los circuitos del procesador. Bosregistros sirven para almacenar los resultados de la ejecución de instrucciones, cargar datos desde la

memoria e4terna o almacenarlos en ella.

%unque la importancia de los registros parezca trivial, no lo es en absoluto. /e eco una parte de losregistros, la destinada a los datos, es la que determina uno de los parámetros más importantes de cualquier 

microprocesador. +uando escucamos que un procesador es de &, <, 5G, A@ o G& bits, nos estamos

refiriendo a procesadores que realizan sus operaciones con registros de datos de ese tamao, ! por supuesto, esto determina mucas de las potencialidades de estas máquinas.

Mientras ma!or sea el n2mero de bits de los registros de datos del procesador, ma!ores serán sus prestaciones, en cuanto a poder de cómputo ! velocidad de ejecución, !a que este parámetro determina la potencia que se puede incorporar al resto de los componentes del sistema, por ejemplo, no tiene sentidotener una %BU de 5G bits en un procesador de < bits.

*or otro lado un procesador de 5G bits, puede que aga una suma de 5G bits en un solo ciclo de máquina,mientras que uno de < bits deberá ejecutar varias instrucciones antes de tener el resultado, aun cuandoambos procesadores tengan la misma velocidad de ejecución para sus instrucciones. El procesador de 5G bits será más rápido porque puede acer el mismo tipo de tareas que uno de < bits, en menos tiempo.

Unidad de control6editar 7

Esta unidad es de las más importantes en el procesador, en ella recae la lógica necesaria para ladecodificación ! ejecución de las instrucciones, el control de los registros, la %BU, los buses ! cuantacosa más se quiera meter en el procesador.

7/18/2019 Micro Control Ad Or

http://slidepdf.com/reader/full/micro-control-ad-or-56d5bf4e6f8c2 5/13

Ba unidad de control es uno de los elementos fundamentales que determinan las prestaciones del procesador, !a que su tipo ! estructura, determina parámetros tales como el tipo de conjunto deinstrucciones, velocidad de ejecución, tiempo del ciclo de máquina, tipo de buses que puede tener elsistema, manejo de interrupciones ! un buen n2mero de cosas más que en cualquier procesador van a parar a este bloque.

*or supuesto, las unidades de control, son el elemento más complejo de un procesador ! normalmente

están divididas en unidades más pequeas trabajando de conjunto. Ba unidad de control agrupacomponentes tales como la unidad de decodificación, unidad de ejecución, controladores de memoria

cace, controladores de buses, controlador de interrupciones, pipelines, entre otros elementos,dependiendo siempre del tipo de procesador.

Unidad aritmético-lógica6editar 7

+omo los procesadores son circuitos que acen básicamente operaciones lógicas ! matemáticas, se lededica a este proceso una unidad completa, con cierta independencia. %qu es donde se realizan lassumas, restas, ! operaciones lógicas tpicas del álgebra de ?oole.

%ctualmente este tipo de unidades a evolucionado muco ! los procesadores más modernos tienenvarias %BU, especializadas en la realización de operaciones complejas como las operaciones en comaflotante. /e eco en mucos casos le an cambiado su nombre por el de Ocoprocesador matemáticoP,

aunque este es un t#rmino que surgió para dar nombre a un tipo especial de procesador que se conectadirectamente al procesador más tradicional.

0u impacto en las prestaciones del procesador es tambi#n importante porque, dependiendo de su potencia,tareas más o menos complejas, pueden acerse en tiempos mu! cortos, como por ejemplo, los cálculos en

coma flotante.

Buses6editar 7

0on el medio de comunicación que utilizan los diferentes componentes del procesador para intercambiar información entre s, eventualmente los buses o una parte de ellos estarán reflejados en los pines delencapsulado del procesador.

En el caso de los microcontroladores, no es com2n que los buses est#n reflejados en el encapsulado delcircuito, !a que estos se destinan básicamente a las E$0 de propósito general ! perif#ricos del sistema.

E4isten tres tipos de buses"

• /irección" 0e utiliza para seleccionar al dispositivo con el cual se quiere trabajar o en el caso de

las memorias, seleccionar el dato que se desea leer o escribir.

• /atos" 0e utiliza para mover los datos entre los dispositivos de ardLare (entrada ! salida).

• +ontrol" 0e utiliza para gestionar los distintos procesos de escritura lectura ! controlar la

operación de los dispositivos del sistema.

Conjunto de instrucciones6editar 7

%unque no aparezca en el esquema, no podamos dejar al conjunto o repertorio de instrucciones fuera deesta fiesta, porque este elemento determina lo que puede acer el procesador.

/efine las operaciones básicas que puede realizar el procesador, que conjugadas ! organizadas forman loque conocemos como softLare. Elconjunto de instrucciones vienen siendo como las letras del alfabeto, elelemento básico del lenguaje, que organizadas adecuadamente permiten escribir palabras, oraciones !cuanto programa se le ocurra.

E4isten dos tipos básicos de repertorios de instrucciones, que determinan la arquitectura del procesador"+80+ ! 180+.

+80+, del ingl#s +omple4 instruction set computing, +omputadora de +onjunto de 8nstrucciones+omplejo. Bos microprocesadores +80+ tienen un conjunto de instrucciones que se caracteriza por ser mu! amplio ! que permiten realizar operaciones complejas entre operandos situados en la memoria o enlos registros internos. Este tipo de repertorio dificulta el paralelismo entre instrucciones, por lo que en la

actualidad, la ma!ora de los sistemas +80+ de alto rendimiento, convierten las instrucciones complejasen varias instrucciones simples del tipo 180+, llamadas generalmente microinstrucciones.

7/18/2019 Micro Control Ad Or

http://slidepdf.com/reader/full/micro-control-ad-or-56d5bf4e6f8c2 6/13

/entro de los microcontroladores +80+ podemos encontrar a la popular familia  8ntel <95 ! la K<9,aunque actualmente e4isten versiones +80+180+ de estos microcontroladores, que pretenden aprovecar las ventajas de los procesadores 180+ a la vez que se mantiene la compatibilidad acia atrás con lasinstrucciones de tipo +80+.

180+,   del ingl#s 1educed 8nstruction 0et +omputer, +omputadora con +onjunto de 8nstrucciones1educido. 0e centra en la obtención de procesadores con las siguientes caractersticas fundamentales"

• 8nstrucciones de tamao fijo.

• *ocas instrucciones.

• 0ólo las instrucciones de carga ! almacenamiento acceden a la memoria de datos.

•  J2mero relativamente elevado de registros de propósito general.

Una de las caractersticas más destacables de este tipo de procesadores es que posibilitan el paralelismoen la ejecución, ! reducen los accesos a memoria. Es por eso que los procesadores más modernos,tradicionalmente basados en arquitecturas +80+ implementan mecanismos de traducción de instrucciones

+80+ a 180+, para aprovecar las ventajas de este tipo de procesadores.

Bos procesadores de los microcontroladores *8+ son de tipo 180+.

Memoria6editar 7

%nteriormente abamos visto que la memoria en los microcontroladores debe estar ubicada dentro delmismo encapsulado, esto es as la ma!ora de las veces, porque la idea fundamental es mantener el gruesode los circuitos del sistema dentro de un solo integrado.

En los microcontroladores la memoria no es abundante, aqu no encontrará >igab!tes de memoria comoen las computadoras personales. =picamente la memoria de programas no e4cederá de 5G Qlocalizaciones de memoria no volátil (flas o eprom) para contener los programas.

Ba memoria 1%M está destinada al almacenamiento de información temporal que será utilizada por el procesador para realizar cálculos u otro tipo de operaciones lógicas. En el espacio de direcciones dememoria 1%M se ubican además los registros de trabajo del procesador ! los de configuración ! trabajo

de los distintos perif#ricos del microcontrolador. Es por ello que en la ma!ora de los casos, aunque setenga un espacio de direcciones de un tamao determinado, la cantidad de memoria 1%M de que disponeel programador para almacenar sus datos es menor que la que puede direccionar el procesador.

El tipo de memoria utilizada en las memorias 1%M de los microcontroladores es 01%M, lo que evitatener que implementar sistemas derefrescamiento como en el caso de las computadoras personales, queutilizan gran cantidad de memoria, tpicamente alguna tecnologa /1%M. % pesar de que la memoria01%M es más costosa que la /1%M, es el tipo adecuado para los microcontroladores porque #stos poseen pequeas cantidades de memoria 1%M.

En el caso de la memoria de programas se utilizan diferentes tecnologas, ! el uso de una u otra depende

de las caractersticas de la aplicación a desarrollar, a continuación se describen las cinco tecnologase4istentes, que ma!or utilización tienen o an tenido"

• Máscara 1-M. En este caso no se OgrabaP el programa en memoria sino que el microcontrolador 

se fabrica con el programa, es un proceso similar al de producción de los +/ comerciales mediantemasterización. El costo inicial de producir un circuito de este tipo es alto, porque el diseo ! producción de la máscara es un proceso costoso, sin embargo, cuando se necesitan varios miles oincluso cientos de miles de microcontroladores para una aplicación determinada, como por ejemplo,alg2n electrodom#stico, el costo inicial de producción de la máscara ! el de fabricación del circuito

se distribu!e entre todos los circuitos de la serie !, el costo final de #sta, es bastante menor que el desus semejantes con otro tipo de memoria.

• Memoria *1-M (*rogrammable 1ead-nl! Memor!) tambi#n conocida como -=* (-ne =ime

*rogrammable). Este tipo de memoria, tambi#n es conocida como *1-M o simplemente 1-M.

7/18/2019 Micro Control Ad Or

http://slidepdf.com/reader/full/micro-control-ad-or-56d5bf4e6f8c2 7/13

Bos microcontroladores con memoria -=* se pueden programar una sola vez, con alg2n tipo de programador. 0e utilizan en sistemas donde el programa no requiera futuras actualizaciones ! para series relativamente pequeas, donde la variante de máscara sea mu! costosa, tambi#n parasistemas que requieren serialización de datos, almacenados como constantes en la memoria de programas.

• Memoria E*1-M (Erasable *rogrammable 1ead -nl! Memor!). Bos microcontroladores coneste tipo de memoria son mu! fáciles de identificar porque su encapsulado es de cerámica !llevan encima una ventanita de vidrio desde la cual puede verse la oblea de silicio del

microcontrolador.

0e fabrican as porque la memoria E*1-M es reprogramable, pero antes debe borrase, ! paraello a! que e4ponerla a una fuente de luz ultravioleta, el proceso de grabación es similar alempleado para las memorias -=*.

%l aparecer tecnologas menos costosas ! más fle4ibles, como las memorias EE*1-M !

HB%0, este tipo de memoria an cado en desuso, se utilizaban en sistemas que requierenactualizaciones del programa ! para los procesos de desarrollo ! puesta a punto.

• EE*1-M (Electrical Erasable *rogrammable 1ead -nl! Memor!). Hueron el sustituto

natural de las memorias E*1-M, la diferencia fundamental es que pueden ser  borradas el#ctricamente, por lo que la ventanilla de cristal de cuarzo ! losencapsulados cerámicos no son necesarios.

%l disminuir los costos de los encapsulados, los microcontroladores con este tipo de memoria seicieron más baratos ! cómodos para trabajar que sus equivalentes con memoria E*1-M.

-tra caracterstica destacable de este tipo de microcontrolador es que fue en ellos donde

comenzaron a utilizarse los sistemas de programación en el sistema que evitan tener que sacar elmicrocontrolador de la tarjeta que lo aloja para acer actualizaciones al programa.

• Memoria flas. En el campo de las memorias reprogramables para

microcontroladores, son el 2ltimo avance tecnológico en uso a gran escala, !an sustituido a los microcontroladores con memoria EE*1-M.

% las ventajas de las memorias flas se le adicionan su gran densidad respecto a sus predecesoraslo que permite incrementar la cantidad de memoria de programas a un costo mu! bajo. *uedenademás ser programadas con las mismas tensiones de alimentación del microcontrolador, elacceso en lectura ! la velocidad de programación es superior, disminución de los costos de

 producción, entre otras.

Bo más abitual es encontrar que la memoria de programas ! datos estáubicada toda dentro del microcontrolador, de eco, actualmente son pocos

los microcontroladores que permiten conectar memoria de programas en ele4terior del encapsulado. Bas razones para estas OlimitacionesP están dadas porque el objetivo fundamental es obtener la ma!or integración posible !conectar memorias e4ternas consume lneas de E$0 que son uno de losrecursos más preciados de los microcontroladores.

% pesar de lo anterior e4isten familias como la 8ntel <95 cu!osmicrocontroladores tienen la capacidad de ser e4pandidos en una variadagama de configuraciones para el uso de memoria de programas e4terna. Enel caso de los *8+, estas posibilidades están limitadas sólo a algunos

microcontroladores de la gama alta, la Higura muestra algunas de lasconfiguraciones para memoria de programa que podemos encontrar en losmicrocontroladores. Ba configuración (a) es la tpica ! podemos encontrarlacasi en el 599F de los microcontroladores. Ba configuración (b) es pocofrecuente ! generalmente se logra configurando al microcontrolador parasacrificar la memoria de programas interna, sin embargo el 8ntel <9A5 es un

microcontrolador sin memoria de programas interna. Ba configuración (c) esla que se encuentra abitualmente en los microcontroladores que tienen posibilidades de e4pandir su memoria de programas como algunos *8+ de

gama alta.

7/18/2019 Micro Control Ad Or

http://slidepdf.com/reader/full/micro-control-ad-or-56d5bf4e6f8c2 8/13

+uando se requiere aumentar la cantidad de memoria de datos, lo más frecuente es colocar dispositivos dememoria e4terna en forma de perif#ricos, de esta forma se pueden utilizar memorias 1%M, HB%0 oincluso discos duros como los de los ordenadores personales, mientras que para los cálculos ! demásoperaciones que requieran almacenamiento temporal de datos se utiliza la memoria 1%M interna delmicrocontrolador. Esta forma de e4pandir la memoria de datos está determinada, en la ma!ora de lo

casos, por el tipo de repertorio de instrucciones del procesador ! porque permite un elevado n2mero de

configuraciones distintas, además del consiguiente aorro de lneas de E$0 que se logra con el uso dememorias con buses de comunicación serie.

8nterrupciones6editar 7

 Artículo principal: 8nterrupción

Bas interrupciones son esencialmente llamadas a subrutina generadas por los dispositivos fsicos, alcontrario de las subrutinas normales de un programa en ejecución. +omo el salto de subrutina no es partedel ilo o secuencia de ejecución programada, el controlador guarda el estado del procesador en la   pila dememoria ! entra a ejecutar un código especial llamado Imanejador de interrupcionesI que atiende al

 perif#rico especfico que generó la interrupción. %l terminar la rutina, una instrucción especial le indica al procesador el fin de la atención de la interrupción. En ese momento el controlador restablece el estadoanterior, ! el programa que se estaba ejecutando antes de la interrupción sigue como si nada ubiese

 pasado. Bas rutinas de atención de interrupciones deben ser lo más breves posibles para que elrendimiento del sistema sea satisfactorio, por que normalmente cuando una interrupción es atendida,todas las demás interrupciones están en espera.

 Imagine que está esperando la visita de un amigo, al que llamaremos Juan. Usted y Juan han acordado

que cuando él llegue a su casa esperará pacientemente a que le ara la puerta. Juan no dee tocar a la

 puerta porque alguien en la casa duerme y no quiere que le despierten.

 Ahora usted ha decidido leer un liro mientras espera a que Juan llegue a la

casa, y para comproar si ha llegado, cada cierto tiempo detiene la lectura,

marca la página donde se qued!, se levanta y va hasta la puerta, are y

compruea si Juan ha llegado, si éste todavía no está en la puerta, esperará

unos minutos, cerrará la puerta y regresará a su lectura durante alg"n

tiempo.

+omo verá este es un m#todo poco eficiente para esperar a Cuan porque requiere que deje la lectura cadacierto tiempo ! va!a asta la puerta a comprobar si #l a llegado, además debe esperar un rato si todavano llega. R por si fuera poco, imagine que Cuan no llega nunca porque se le presentó un problema, tuvoque cancelar la cita ! no pudo avisarle a tiempo, o peor, que Cuan a llegado a la puerta un instantedespu#s que usted la cerraba. Cuan, respetando lo acordado, espera un tiempo, pero se cansa de esperar aque le abran ! decide marcarse porque cree que !a usted no está en la casa o no puede atenderlo. % este

m#todo de atender la llegada de Cuan lo llamaremos encuesta.

Deamos aora otro m#todo. En esta ocasión simplemente se recuesta en el sofá de la sala ! comienza aleer su libro, cuando Cuan llegue debe tocar el timbre de la puerta ! esperar unos momentos a que le

atiendan. +uando usted o!e sonar el timbre, interrumpe la lectura, marca la página donde se quedó ! vaasta la puerta para atender a la persona que toca el timbre. Una vez que Cuan o la persona que a tocadoel timbre, se marca, usted regresa a su asiento ! retoma la lectura justo donde la dejó. Este 2ltimo es un

m#todo más eficiente que el anterior porque le deja más tiempo para leer ! elimina algunosinconvenientes como el de que Cuan nunca llegue o se marce antes de que usted abra la puerta. Es, en principio, un m#todo simple pero mu! eficaz ! eficiente, lo llamaremos atención por interrupción.

El primero de ellos, la encuesta, es un m#todo eficaz, pero poco eficiente porque requiere realizar lecturasconstantes ! mucas veces innecesarias del estado del proceso que queremos atender. 0in embargo, esmu! utilizado en la programación de microcontroladores porque resulta fácil de aprender, la

implementación de código con este m#todo es menos compleja ! no requiere de ardLare especial parallevarla adelante. *or otra parte, la encuesta, tiene mucas deficiencias que con frecuencia obligan aldiseador a moverse acia otros orizontes

El mundo está lleno de situaciones3 de las cuales no podemos determinar ni

cuando, ni como ni por qu# se producen, en la ma!ora de los casos lo 2nicoque podemos acer es enterarnos de que determinada situación, asociada a

un proceso, a ocurrido. *ara ello seleccionamos alguna condición o grupode condiciones que nos indican que el proceso que nos interesa debe ser 

7/18/2019 Micro Control Ad Or

http://slidepdf.com/reader/full/micro-control-ad-or-56d5bf4e6f8c2 9/13

atendido, a este fenómeno, en el cual se dan las condiciones que nos interesaconocer, lo llamaremos evento. En el segundo ejemplo vemos que paraatender a Cuan, #ste debe tocar el timbre, por tanto, la llegada de Cuan es el proceso que debemos atender ! el sonido del timbre es el evento que nosindica que Cuan a llegado.

El m#todo de atención a procesos por interrupción, visto desde la óptica del ejemplo que utilic# para

mostrarlo, es más simple que el de la encuesta, pero no es cierto, el m#todo se complica porque requiereque el microprocesador incorpore circuitos adicionales para registrar los eventos que le indican que debe

atender al proceso asociado ! comprender estos circuitos ! su dinámica no es una tarea sencilla.

Bos circuitos para la atención a las interrupciones ! todas las tareas que debe realizar el procesador paraatender al proceso que lo interrumpe son bastante complejos ! requieren una visión diferente de la que

estamos acostumbrados a tener de nuestro mundo.

Bos seres umanos no estamos conscientes de las interrupciones, en nuestro organismo e4istenmecanismos que nos interrumpen constantemente, para ello tenemos a nuestro sistema sensorial, pero no

somos conscientes del proceso de interrupción, aunque s de la atención a las interrupciones. Eso es porque incorporamos mecanismos que nos sacan rápidamente de la tarea que estemos aciendo paraatender una situación que no puede o no debe esperar muco tiempo. ?ien, esa misma es la idea que seincorpora en los microprocesadores para atender procesos que no pueden esperar o que no sabemoscuando deben ser atendidos porque ello depende de determinadas condiciones.

Ba cosa se complica en la secuencia de acciones a realizar desde el momentoen que se desencadena el proceso de interrupción, asta que se ejecuta el programa que lo atiende, ! en la secuencia de acciones posteriores a la atención. *iense en cuantas cosas debe acer su organismo ante una interrupción,utilicemos el segundo ejemplo para atender la llegada de Cuan. *iense en cuantas cosas su cerebro ace a

espaldas de su conciencia, desde el momento en que suena el timbre asta que usted se encuentra listo(consciente de que es probable que Cuan a llegado) para abrir la puerta, ! todo lo que su cerebro debetrabajar para retomar la lectura despu#s que Cuan se a marcado. =odo eso, e4cepto abrir la puerta !atender a Cuan, lo acemos de forma OinconscienteP porque para ello tenemos sistemas dedicados ennuestro organismo, pero en el mundo de los microcontroladores debemos conocer todos esos detalles para poder utilizar los mecanismos de interrupción.

Bos procesos de atención a interrupciones tienen la ventaja de que se implementan por ardLare ubicadoen el procesador, as que es un m#todo rápido de acer que el procesador se dedique a ejecutar un programa especial para atender eventos que no pueden esperar por mecanismos lentos como el de

encuesta.

En t#rminos generales, un proceso de interrupción ! su atención por parte del procesador, tiene la siguiente secuencia de acciones"

En el mundo real se produce el evento para el cual queremos que el procesador ejecute un programaespecial, este proceso tiene la caracterstica de que no puede esperar muco tiempo antes de ser atendidoo no sabemos en que momento debe ser atendido.

El circuito encargado de detectar la ocurrencia del evento se activa, ! como consecuencia, activa la

entrada de interrupción del procesador.

Ba unidad de control detecta que se a producido una interrupción ! OlevantaP una bandera para registrar esta situación3 de esta forma si las condiciones que provocaron el evento desaparecen ! el circuitoencargado de detectarlo desactiva la entrada de interrupción del procesador, #sta se producirá de cualquier modo, porque a sido registrada.

Ba unidad de ejecución termina con la instrucción en curso ! justo antes de comenzar a ejecutar la

siguiente comprueba que se a registrado una interrupción

0e desencadena un proceso que permite guardar el estado actual del programa en ejecución ! saltar a unadirección especial de memoria de programas, donde está la primera instrucción de la subrutina deatención a interrupción.

7/18/2019 Micro Control Ad Or

http://slidepdf.com/reader/full/micro-control-ad-or-56d5bf4e6f8c2 10/13

0e ejecuta el código de atención a interrupción, esta es la parte OconscienteP de todo el proceso porque esdonde se realizan las acciones propias de la atención a la interrupción ! el programador juega su papel.

+uando en la subrutina de atención a interrupción se ejecuta la instrucción de retorno, se desencadena el proceso de restauración del procesador al estado en que estaba antes de la atención a la interrupción.

+omo podemos observar, el mecanismo de interrupción es bastante complicado, sin embargo tiene dosventajas que obligan a su implementación" la velocidad ! su capacidad de ser asncrono. %mbas deconjunto permiten que aprovecemos al má4imo las capacidades de trabajo de nuestro procesador.

Bos mecanismos de interrupción no solo se utilizan para atender eventos ligados a procesos que requierenatención inmediata sino que se utilizan además para atender eventos de procesos asncronos.

Bas interrupciones son tan eficaces que permiten que el procesador act2e como si estuviese aciendovarias cosas a la vez cuando en realidad se dedica a la misma rutina de siempre, ejecutar instrucciones unadetrás de la otra.

*erif#ricos6editar 7

+uando observamos la organización básica de un microcontrolador, sealamos que dentro de este seubican un conjunto de perif#ricos. % continuación describiremos algunos de los perif#ricos que con ma!or 

frecuencia encontraremos en los microcontroladores.

ntradas ! salidas de "ro"ósito general6editar 7

=ambi#n conocidos como puertos de E$0, generalmente agrupadas en puertos de < bits de longitud, permiten leer datos del e4terior o escribir en ellos desde el interior del microcontrolador, el destinoabitual es el trabajo con dispositivos simples como rel#s, BE/, o cualquier otra cosa que se le ocurra al programador.

lgunos puertos de E$0 tienen caractersticas especiales que le permiten manejar salidas con determinadosrequerimientos de corriente, o incorporan mecanismos especiales de interrupción para el procesador.=picamente cualquier pin de E$0 puede ser considerada E$0 de propósito general, pero como

los microcontroladores no pueden tener infinitos pines, ni siquiera todos los pines que queramos, las E$0de propósito general comparten los pines con otros perif#ricos. *ara usar un pin con cualquiera de las

caractersticas a #l asignadas debemos configurarlo mediante los registros destinados a ellos.

#em"ori$adores ! contadores6editar 7

0on circuitos sincrónicos para el conteo de los pulsos que llegan a su poder para conseguir la entrada dereloj. 0i la fuente de un gran conteo es el oscilador interno del microcontrolador es com2n que no tenganun pin asociado, ! en este caso trabajan como temporizadores. *or otra parte, cuando la fuente de conteo

es e4terna, entonces tienen asociado un pin configurado como entrada, este es el modo contador.

Bos temporizadores son uno de los perif#ricos más abituales en los microcontroladores ! se utilizan paramucas tareas, como por ejemplo, la medición de frecuencia, implementación de relojes, para el trabajo

de conjunto con otros perif#ricos que requieren una base estable de tiempo entre otras funcionalidades. Esfrecuente que un microcontrolador tpico incorpore más de un temporizador$contador e incluso algunostienen arreglos de contadores. +omo veremos más adelante este perif#rico es un elemento casi

imprescindible ! es abitual que tengan asociada alguna interrupción. Bos tamaos tpicos de los registrosde conteo son < ! 5G bits, pudiendo encontrar dispositivos que solo tienen temporizadores de un tamao ocon más frecuencia con ambos tipos de registro de conteo.

Conversor analógico%digital6editar 7

+omo es mu! frecuente el trabajo con seales analógicas, #stas deben ser convertidas a digital ! por ellomucos microcontroladores incorporan un conversor analógicodigital, el cual se utiliza para tomar datosde varias entradas diferentes que se seleccionan mediante un multiple4or.

Bas resoluciones más frecuentes son < ! 59 bits, que son suficientes para aplicaciones sencillas. *araaplicaciones en control e instrumentación están disponibles resoluciones de 5@bit, 5Gbit ! @&bit. G =ambi#nes posible conectar un convertidor e4terno, en caso de necesidad

&uertos de comunicación6editar 7

&uerto serie6editar 7

7/18/2019 Micro Control Ad Or

http://slidepdf.com/reader/full/micro-control-ad-or-56d5bf4e6f8c2 11/13

Este perif#rico está presente en casi cualquier microcontrolador, normalmente en formade U%1= (Universal %s!ncronous 1eceiver =ransmitter) o U0%1= (Universal 0!ncronous%s!ncronous 1eceiver =ransmitter) dependiendo de si permiten o no el modo sincrónico decomunicación.

El destino com2n de este perif#rico es la comunicación con otro microcontrolador o con una *+ ! en lama!ora de los casos a! que agregar circuitos e4ternos para completar la interfaz de comunicación. Ba

forma más com2n de completar el puerto serie es para comunicarlo con una *+ mediante la interfaz E8%@A@ (más conocida como 10@A@), es por ello que mucas personas se refieren a la U%1= o U0%1=

como puerto serie 10@A@, pero esto constitu!e un error, puesto que este perif#rico se puede utilizar parainterconectar dispositivos mediante otros estándares de comunicación. En aplicaciones industriales seutiliza preferiblemente 10&< por sus superior alcance en distancia, velocidad ! resistencia al ruido.

'&(6editar 7

Este tipo de perif#rico se utiliza para comunicar al microcontrolador con otros microcontroladores o con perif#ricos e4ternos conectados a #l, por medio de una interfaz mu! sencilla. a! solo un nodo

controlador que permite iniciar cualquier transacción, lo cual es una desventaja en sistemas complejos, pero su sencillez permite el aislamiento galvánico de forma directa por medio de optoacopladores.

()C6editar 7

+umple las mismas funciones que el 0*8, pero requiere menos seales de comunicación ! cualquier nodo puede iniciar una transacción. Es mu! utilizado para conectar las tarjetas gráficas de las computadoras personales con los monitores, para que estos 2ltimos informen de sus prestaciones ! permitir laautoconfiguración del sistema de vdeo.

U'B6editar 7

Bos microcontroladores son los que an permitido la e4istencia de este sistema de comunicación. Es unsistema que trabaja por polling(monitorización) de un conjunto de perif#ricos inteligentes por parte de unamo, que es normalmente un computador personal. +ada modo inteligente está gobernadoinevitablemente por un microcontrolador.

t*ernet6editar 7 Artículo principal: Eternet

Es el sistema más e4tendido en el mundo para redes de área local cableadas. Bos microcontroladores más poderosos de A@ bits se usan para implementar perif#ricos lo suficientemente poderosos como para que puedan ser accesados directamente por la red. Mucos de losenrutadores caseros de pequeas empresasestán construidos en base a un microcontrolador que ace del cerebro del sistema.

Can6editar 7

Este protocolo es del tipo +0M%$+/ con tolerancia a elevados voltajes de modo com2n ! orientado altiempo real. Este protocolo es el estándar más importante en la industria automotriz (-?/). =ambi#n seusa como capa fsica del Ifield busI  para el control industrial.

+tros "uertos de comunicación6editar 7

a! una enorme cantidad de otros buses disponibles para la industria automotriz (linbus) o de medios

audiovisuales como el i@s, 8EEE 5A:&.  Es usuario se los encontrará cuando trabaje en alg2n áreaespecializada.

Com"aradores6editar 7

0on circuitos analógicos basados en amplificadores operacionales que tienen la caracterstica de comparar dos seales analógicas ! dar como salida los niveles lógicos S9T o S5T en dependencia del resultado de lacomparación. Es un perif#rico mu! 2til para detectar cambios en seales de entrada de las que solamentenos interesa conocer cuando está en un rango determinado de voltaje.

Modulador de anc*o de "ulsos6editar 7

Bos *M (*ulse idt Modulator ) son perif#ricos mu! 2tiles sobre todo para el control de motores, sinembargo a! un grupo de aplicaciones que pueden realizarse con este perif#rico, dentro de las cuales podemos citar" inversión /+$%+ para U*0,conversión digital analógica /$%, control regulado de luz

(dimming) entre otras.

Memoria de datos no vol,til6editar 7

7/18/2019 Micro Control Ad Or

http://slidepdf.com/reader/full/micro-control-ad-or-56d5bf4e6f8c2 12/13

Mucos microcontroladores an incorporado estos tipos de memoria como un perif#rico más, para elalmacenamiento de datos de configuración o de los procesos que se controlan. Esta memoria esindependiente de la memoria de datos tipo 1%M o la memoria de programas, en la que se almacena elcódigo del programa a ejecutar por el procesador del microcontrolador.

Mucos de los microcontroladores *8+, inclu!en este tipo de memoria, tpicamente en forma dememoria EE*1-M, incluso algunos de ellos permiten utilizar parte de la memoria de programas como

memoria de datos no volátil, por lo que el procesador tiene la capacidad de escribir en la memoria de programas como si #sta fuese un perif#rico más.

Hamilias de microcontroladores6editar 7

m"resa .its /0 .its 1) .its

%tmel%D1 (mega !tin!), <:04444 familia

similar <95

0%M;(%1M;=/M8), 0%MA(%1M +orte4

MA), 0%M:(%1M:@G), %D1A@

Hreescale(antes Motorol

a)

G<+9, G<+9<, G<+55,+09<

G<+5@, G<+05@, G<+05@, G<+5G

G<A44, *oLer*+, +oldHir e

olte'  =<

8ntelM+0&< (familia <9&<)M+05 (familia <95)<4+@5

M+0:G, M0@:G 4

 Jational0emiconductor 

+-*< 4 4

Microcip

Hamilia 59f@44 Hamilia5@+44 Hamilia 5@H44,5G+44 ! 5GH44 5<+44 !5<H44

*8+@&H, *8+@& !ds*8+A9H,ds*8+AAH conmotor dsp integrado

*8+A@

 J*0emiconducto

rs(antes *ilips)

<9+5 %+orte4MA, +orte4M9,

%1M;, %1M:

1enesas(antes itaci,

;<Q , < <0, ;<Q91 , 1<+, 1A@+$MA@ 1, D<9, 0uper, 0

7/18/2019 Micro Control Ad Or

http://slidepdf.com/reader/full/micro-control-ad-or-56d5bf4e6f8c2 13/13

Mitsubisi ! JE+)

+$M5G+ Mobile,<0

0=Microelectr onics 0= G@, 0= ; 0=MA@ (%1M;)

=e4as8nstruments

=M0A;9 M0*&A9+@999, +orte4MA(%1M), =M0;9 (%1M)

Kilog K<, K<GE9@