Apuntes de Microcontroladores PDF

Microcontroladores Microcontrolador: Es un dispositivo diseñado para realizar un control dependiendo de la programación que se le dé, está constituido principalmente por un CPU. EXPLICACIÓN: Palabras clave: es un circuito integrado.2° Palabra clave: programable. Es un circuito integrado programable....

Microcontroladores Microcontrolador: Es un dispositivo diseñado para realizar un control dependiendo de la programación que se le dé, está constituido principalmente por un CPU. EXPLICACIÓN: Palabras clave: es un circuito integrado.2° Palabra clave: programable. Es un circuito integrado programable. 3°ras Palabras claves: CPU, Memoria, entradas y salidas. Funciones de un microcontrolador monitorias, automatizar y control de procesos. Partes del microcontrolador Donde se encuentran los microcontroladores en la industria automotriz, electrodomésticos, celulares etc. Principales elementos del microcontrolador: -CPU o microprocesador: Su función es ejecutar las tareas o instrucciones. Otro nombre de este elemento es CORE. -MEMORIAS: Sirve para almacenar datos -RAM: se almacenan datos temporales en este se guardan datos(variables). Es una memoria volátil se borra cuando el micro no está trabajando. -ROM (Memoria del programa): se guardan las instrucciones. Es de tipo no volátil tipo flash no se borra hasta cargarle un programa. -Oscilador o reloj: Es un generador de pulsos. Todos los micros lo requieren. La frecuencia de los pulsos varía dependiendo del microcontrolador. -Modulo A/C: Es el convertidor de análogo a digital. -Puertos: Todos los micro tendrán entradas y salidas digitales. -PLL: Este sirve para multiplicar los pulsos del oscilador. Registros: Un registro es el lugar donde se almacenan un dato. Es un espacio de memoria donde se almacena un dato. Es un espacio de memoria RAM. La memoria RAM está dividida en registro. Varía según el micro. El CPU es el encargado de escribirle los datos o leer los registros del CPU. Se comunica por unas líneas llamadas BUS de datos es el medio físico para conectar la CPU a la RAM se conforma de 8 líneas por cada bit es así para que el dato viaje todo al mismo tiempo. Además, contamos con una línea de control bus o una señal de escritura esta es la encargada de tomar la decisión de mandar o leer un registro. Registros SFR (REGISTRO DE FUNCIÓN ESPECIAL): Es un espacio de la memoria RAM son de 8 bits, así como los registros generales. Dependiendo del registro mandado del CPU activan o desactiven los módulos internos del microcontrolador. Memorias del micro: Ahí 3 memorias RAM, ROM y memoria EEPROM. EEPROM: Sirve para almacenar datos. Dentro de esto se guardan datos que no se borraran. El bus de datos es solo entre el CPU y la RAM. La señal de la dirección es para saber a donde enviar nuestros datos generalmente se mandan por la dirección en hexadecimal. La memoria del programa ROM también está dividida en localidades no en registro como en la RAM. Una localidad tiene un tamaño de una instrucción o Word están  equivalen a lo mismo. En nuestro micro una palabra mide 14 bits. En esta se almacenan instrucciones. Para leer la memoria del programa el CPU se comunican el por el Program Bus este tiene 14 bits. CPU La función de este es ejecutar las instrucciones. Este consiste en el ciclo Fetch que consiste en leer la instrucción y por ultimo se ejecuta la función. Ejecutar la instrucción es que el CPU se comunique con la RAM. Elementos del CPU Decodificador de instrucciones: Es encargado de descifrar el código. ALU: Unidad lógica aritmética sirve para realizar operaciones aritméticas y lógicas. Acumulador: El acumulador es un registro o memoria también conocido como registro de trabajo. En este se guardan datos temporalmente. Registro PSW: Es un registro de estado del acumulador. Nos da información de lo que esta pasando dentro del acumulador. A/D Nuestro A/D es de 10 bits, pero lo manejamos a 8 bits. En caso de contar de mas de 8 bits se necesitarán más de un registro. Memorias del microcontrolador -RAM: se almacenan datos temporales en este se guardan datos(variables).Es una memoria volátil se borra cuando el micro no está trabajando. -ROM (Memoria del programa): se guardan las instrucciones. Es de tipo no volátil tipo flash no se borra hasta cargarle un programa. -Oscilador o reloj: Es un generador de pulsos. Todos los micros lo requieren. La frecuencia de los pulsos varía dependiendo del microcontrolador. -Modulo A/C: Es el convertidor de análogo a digital. -Puertos: Todos los micro tendrán entradas y salidas digitales. -PLL: Este sirve para multiplicar los pulsos del oscilador. Registros: Un registro es el lugar donde se almacenan un dato. Es un espacio de memoria donde se almacena un dato. Es un espacio de memoria RAM. La memoria RAM esta dividida en registro. Varía según el micro. El CPU es el encargado de escribirle los datos o leer los registros del CPU. Se comunica por unas líneas llamadas BUS de datos es el medio físico para conectar la CPU a la RAM se conforma de 8 líneas por cada bit es así para que el dato viaje todo al mismo tiempo. Además, contamos con una línea de control bus o un señal de escritura esta es la encargada de tomar la decisión de mandar o leer un registro. Registros SFR (REGISTRO DE FUNCIÓN ESPECIAL): Es un espacio de la memoria RAM son de 8 bits, así como los registros generales. Dependiendo del registro mandado del CPU activan o desactiven los módulos internos del microcontrolador. Arquitectura interna Vamos a hablar como está conectado el CPU con las memorias. Arquitectura von-Neumann Cuenta con un solo bus para datos e instrucciones de 8 bits. Además, las memorias de RAM y ROM están juntas. Es más fácil de desarrollarlo. Tiene una solo memoria para datos e instrucciones. Tiene una velocidad limitada de operación. Arquitectura Harvard Contiene las memorias separadas, así como 2 buses uno de instrucciones y uno de datos. Es más rápido ya que puede realizar intercambio de instrucciones y datos al mismo tiempo. Tiene memorias separadas. Tiene buses separados Tiene buses de tamaños distintos. Juego de instrucciones Son las posibles instrucciones que un micro puede ejecutar. El juego de instrucciones esta dado en lenguaje de alto nivel el ensamblador. RISC (Reduced Instruction Set Computer)- Computadora con juego de instrucciones reducidas. Tiene pocas instrucciones y básicas. Este es de nuestro PIC. CISC (Complex Instruction Set Computer)- Computadoras con un juego de instrucciones complejo. Tiene instrucciones complejas, así como más variedad. Decodificador desglosa las instrucciones para el CPU. Nuestro PIC tiene un máximo de 35 instrucciones. Puertos de entrada y salida digital. Registro Tris: Existe un registro de control de flujo llamado Tris y existe uno por cada puerto es un registro de función especial. Sirve para configurar si el pin funcionara como salida o entrada. 0 corresponde a una salida y 1 a una entrada esto dentro del registro Tris. 0 OUTPUT 1 Input. Registro PORT: Es el que lee o escribe el estado del pin a diferencia del Tris que solo configura los pines. Oscilador de reloj. OSC1 y OSC2 se encuentra el oscilador externo. Oscilador interno: Dentro de este se encuentra otros 2 osciladores uno de (HFIN 8 MHz HIGH) (LFIN 31KHZ LOW) = Es muy comúnmente utilizado como temporizador de arranque además cuenta con temporizador de arranque, perro guardián y monitor de error de reloj. Divisor o pre-escalador: Este selecciona la frecuencia con un registro de función especial llamado OSCCON. Solo funciona con oscilador interno. El registro de es de 3 bits. Modulo selector: Es el encargado de seleccionar el oscilador interno o el externo. También llamado programador. Registro OSCCON: Con el bit selecciona si la señal es externa o interna. Del Bit 4 al 6 estos son los selectores de frecuencia solo aplica con el oscilador interno. R/W Bit de lectura y escritura. (1) Es el valor cuando empieza quiere decir el valor por default. Reinicio El tiempo de reinicio es importante para que se cumplan las condiciones del voltaje en su nivel óptimo. El reinicio dura unos 72ms. Reinicio BLACK-OUT: Ocurre al apagar una fuente correctamente. Este ocurre al desconectar la alimentación. Reinicio BROWN-OUT: Sucede cuando el voltaje de alimentación cae lentamente. Puede causar cambios fatales en el programa ya que se almacena en la memoria flash incorpora el chip. Nosotros no lo usamos ya que cualquier variación puede causar un reinicio del microcontrolador. Ruido eléctrico: Es ocurre en un ambiente industrial cuando el voltaje parpadea por debajo del valor mínimo. La estática puede ser una de estas variaciones de voltaje. Timer y contadores El oscilador: Es un elemento esencial del micro es una señal de reloj. Puede prevenir de manera externa o por medio del módulo interno del micro estos para obtener una señal de reloj. Nuestro micro requiere pulsos para funcionar. El CPU necesita pulsos de reloj para funcionar. La función del CPU es ejecutar instrucciones. 4MHz del oscilador. Elementos Los mips: significa millones de instrucciones por segundo. Son 5 máximos de nuestro oscilador este se calcula con los 20 millones entre 4 porque son los ciclos en un segundo que puede formar. Temporizadores o contadores: un timer es un registro de 8 bits y este incrementa su cuenta hasta 255 iniciando en 0. Avanza cada vez que le llega un pulso de reloj. Un Swich selector selecciona el origen del oscilador ya sea externo o interno El Whachdog timer: temporizador de perro guardián este es un temporizador interno del micro. Los pulsos provienen exclusivamente del oscilador interno. Cuando llega a su capacidad máxima del registro manda un pulso a nuestro reset. CLRWDT: Este es el encargado de resetear el timer. Este puede servir que en caso de Error este reseteará el programa Diferencias del timer y el contador: Timer señal interna y contador señal externa Nuestro oscilador necesita 4 ciclos para ejecutar una instrucción. La velocidad que utilizamos es de 4MHz, pero puede llegar a un máximo de 8MHz. Aunque con un oscilador externo podemos alcanzar una velocidad máxima de 20MHz. Los mips máximos con el oscilador interno son 2 mips ya que el soldador interno tiene 8MHz máximo de velocidad sobre los 4 ciclos para ejecutar instrucciones que debe hacer. Dato extra Lo más común que causa ruido eléctrico son los motores y contiene una bobina.