Microcontroladores PIC USS

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diapositivas de microcontroladores PIC, definiciones, arquitecturas , aplicaciones,como seleccionar un pic

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<ul><li> 1. MICROCONTROLADORES EXPOSITOR :EXPOSITOR : ING. JUAN GARCIA ANGELESING. JUAN GARCIA ANGELES Telef.: 979560804 Email: juanalberto558@hotmail.com </li></ul><p> 2. Qu es un microcontrolador? Hubo un tiempo en que los sistemas de control se hacan exclusivamente con componentes discretos lgicos, eran cajas grandes, pesadas (antes incluso eran diseos analgicos ms grandes an y ms complejos). Despus se utilizaron microprocesadores y el sistema de control entero poda encajar dentro de una tarjeta de circuito impreso. Esto es comn todava, Vd. puede encontrar muchos sistemas impulsados por uno de los muchos microprocesadores comunes (incluso Zilog Z80, Intel 8088, Motorola 6809, y otros). 3. Como el proceso de miniaturizacin sigui continuando, todos los componentes que se requieren para un sistema de control se construy dentro de un chip, naci el microcontrolador. Un microcontrolador es un circuito integrado que incluye todos (o casi) los componentes necesarios para tener un sistema de control completo. 4. CPU RAM EPROM/PROM/ROM I/O (input/output) - serie y paralelo Temporizadores/Contadores Sistema de interrupciones. Los modelos ms potentes incluyen adems :Sistemas auxiliares (A/D, D/A, dsp ..) Los microcontroladores son "la solucin en un chip", incluyen tpicamente: 5. Mando medioambiental Invernadero, Fbrica, Casa LAS APLICACIONES : Los microcontroladores frecuentemente se encuentran en: Aparatos electrodomsticos: Microondas, Hornos, Frigorficos Televisin ,Vdeos, Equipos sonido Equipos informticos Impresoras, Copiadoras lser, Mdems, Unidades de disco.. Automviles Mando de sistemas del automvil (ABS,Inyeccion,Encendido..), Diagnsticos,Climatizador Instrumentacin, Sistemas aerospaciales .. 6. Una aplicacin especial de los microcontroladores es la captura de datos: Temperatura, humedad, velocidad, etc. El tamao de los microcontroladores es pequeo y consumen muy poco, esto los hace ideales para sistemas porttiles y autnomos. Los microcontroladores se usan tpicamente donde la potencia de procesamiento no es importante. Los sistemas basados en microprocesador y los microcontroladores se usan extensivamente en robtica 7. Los hay de 4, 8, 16, y 32 bits de ancho de palabra. Existen Microcontroladores/Procesadores especializados para: Comunicaciones Manejo del teclado Procesamiento de la seal Proceso vdeo Otras tareas. Tipos de microcontroladores 8. Para decidir el tipo de dispositivo a utilizar para llevar a cabo un proyecto, hemos de considerar lo siguiente: Puedo obtener ayuda cuando tenga problemas? Qu herramientas de desarrollo estn disponibles y cuanto cuestan?. Que clase de documentacin tengo disponible (manuales de referencia, notas de aplicacin, libros) Tiene el fabricante disponibles para ese microcontrolador dispositivos perifricos (conversores A/D, memoria, reguladores de tensin)? Disponen de microcontroladores OTP, grabables por mscara, EPROM, de esa misma familia? Qu microcontrolador usar? 9. Los Fabricantes de uP y uC Intel Microchip AMD Motorola IBM TI Cyrix Hitachi NEC LSI IDT Mitsibishi Philips Matsushita AT&amp;T Toshiba 10. CARACTERISTICAS DE LOS MICROCONTROLADORES Tcnicas de fabricacin CMOS - Semiconductor de Oxido de Metal Complementario Este es el nombre de la tcnica con que se fabrican la mayora (sino todos) los microcontroladores. Los dispositivos CMOS tienen las siguientes caractersticas: Consumen muy poca corriente y pueden ser alimentados por bateras durante mucho tiempo. El reloj del sistema puede detenerse y ponerse el dispositivo "en modo sueo" para bajar ms an su consumo. CMOS tiene una alta inmunidad al ruido elctrico 11. Las CPUs atendiendo al tipo de instrucciones que utilizan pueden clasificarse en: CISC: (Complex Instruction Set Computer) Computadores de juego de instrucciones complejo, que disponen de un repertorio de instrucciones elevado (unas 80), algunas de ellas muy sofisticadas y potentes, pero que como contrapartida requieren muchos ciclos de mquina para ejecutar las instrucciones complejas. RISC: (Reduced Instruction Set Computer) Computadores de juego de instrucciones reducido, en los que el repertorio de instrucciones es muy reducido (en nuestro caso 35), las instrucciones son muy simples y suelen ejecutarse en un ciclo mquina. Adems los RISC deben tener una estructura pipeline y ejecutar todas las instrucciones a la misma velocidad. SISC.(Specific Instriction Set Computer) Computadores de juego de instrucciones especfico. 12. Arquitectura Von-Neuman Los uC. Von-Neuman tienen un solo bus de datos por el cual circulan instrucciones y datos. Las instrucciones del programa y los datos se guardan conjuntamente en una memoria comn. Cuando la CPU se dirige a la memoria principal, primero saca la instruccin y despus saca los datos necesarios para ejecutarla, esto retarda el funcionamiento de la CPU. Arquitectura segn el modelo de Von Neumann Tipos de arquitectura 13. Dispone de dos memorias: Memoria de datos Memoria de Programa Adems cada memoria dispone de su respectivo bus, lo que permite, que la CPU pueda acceder de forma independiente y simultnea a la memoria de datos y a la de instrucciones. Como los buses son independientes stos pueden tener distintos contenidos en la misma direccin . Arquitectura Harvard 14. Opciones avanzadas de Memoria FLASH (EPROM) Las memorias FLASH son mejores que las EEPROM cuando tenemos que almacenar el programa de control en una memoria no voltil. Estas memorias son ms rpidas que las memoria EEPROM y permiten ms ciclos de borrado/grabacin. EEPROM - Memoria (solo de lectura) Programable y Borrable Elctricamente. Muchos microcontroladores tienen incorporada una cantidad limitada de memoria EEPROM dentro del chip, el objetivo es tener una pequea cantidad de memoria donde poner una serie de parmetros que puedan ser cambiados si la aplicacin lo necesita. Este tipo de memoria es relativamente lenta, y el nmero de veces que se puede borrar/grabar est limitado. 15. Memoria "Field programming/reprogramming" Este tipo de memoria no voltil permite ser reprogramada en el sitio sin quitar el microcontrolador del sistema que controla. Una aplicacin tpica de esta memoria es el sector del automvil, pues podemos reprogramar el microcontrolador "in situ". Por ejemplo cambiando los parmetros de la inyeccin electrnica para adaptar el motor a normas de emisin de humos, o ponerlo a punto despus de un periodo de desgaste. Se podra remotamente actualizar su mdem de Vfast a V.34. Memoria RAM con pila Son tiles cuando tenemos un programa de gran tamao, es mucho ms rpida que la memoria no voltil, no hay lmite en el nmero de veces que puede ser grabada, as, es perfecta en aplicaciones donde se cambien cantidades grandes de datos frecuentemente. 16. Memoria OTP - One Time Programmable Un OTP es una memoria PROM (memoria programable de solo lectura). Una vez la grabamos con un grabador de EPROM normal, esta no puede modificarse ni borrarse. Este tipo de memorias se utiliza para hacer series pequeas de produccin (para probar el cdigo de programa) antes de fabricar grandes tiradas de microcontroladores con memorias ROM de mscara. Como los ciclos de desarrollo de productos son cada vez ms cortos, es interesante para los fabricantes de microcontroladores ofrecer OTPs como una opcin. Las memorias de ROM de mscara son interesantes cuando se necesitan un gran nmero de unidades y estemos seguros de que el programa va a ser el definitivo, pero el tiempo de entrega es de 8 a 44 semanas (una eternidad en algunos sectores). 17. Proteccin del software O por encriptacion o proteccin del fusible, el software programado es protegido contra personal desautorizado (ingeniera inversa, modificaciones, piratera, etc.). sta es slo una opcin en OTPs y dispositivos de ventana (EPROM). En Dispositivos ROM de mscara, la seguridad no se necesita - la nica manera de leer su cdigo sera rasgar el microcontrolador, y examinar con un microscopio electrnico. Cuando le encargamos a un fabricante de microcontroladores nuestro microcontrolador de ROM de mscara ellos tienen que probarlo para asegurarse que se programa correctamente. Para ello deben poder leer desde fuera de la ROM y compararlo al cdigo que Vd. les envi. Este modo de funcionamiento es conocido como modo de prueba. En modo de prueba se puede leer cualquier dispositivo. 18. Temporizadores. Cronmetros "perro guardin". Circuitos para "dormir/despertar" al microcontrolador. Modos potentes de direccionamiento de entrada/salida. Circuitos conversores analgico/digital etc. Estas nuevas caractersticas especficas para control son cada vez ms numerosas y vienen incorporadas sin aumento de precio en los nuevos dispositivos. Los microcontroladores vienen ahora con una series de caractersticas que son de una gran ayuda al ingeniero de control: 19. RECURSOS DE LOS MICROCONTROLADORES SLEEP El dispositivo puede ponerse en el modo de Ocioso/Parada (IDLE /HALT) por medio del software. En estos modos de funcionamiento, en la memoria RAM no se pierde ni ningn otro dato. En modo sleep (ocioso), todas las actividades se detienen excepto: La circuitera de oscilador de asociada La lgica del perro guardin El amonestador del reloj El cronmetro ocioso (un cronmetro corriente libre) Proteccin de Brownout Proteccin de Brownout normalmente es un circuito que protege contra sobretensiones de alimentacin 20. Temporizador Watchdog ("Perro guardian") Un temporizador perro guardin soluciona de una manera elegante la recuperacin del sistema ante un problema. Por ejemplo si un programa entra en un bucle infinito, o si un fallo de hardware le impide funcionar, entonces el temporizador de perro guardin resetear el sistema en un intervalo predeterminado. El problema puede continuar existiendo, pero al menos tenemos una va de solucin (podriamos reiniciar el sistema en un modo de funcionamiento mnimo o auxiliar). Esta caracterstica es muy til para sistemas desatendidos. 21. ENTRADAS y SALIDAS UART Un UART (Unidad Universal de Transmisin Recepcin Asncrona) es un dispositivo adaptador del puerto serie para comunicaciones asncronas. USART Un USART (Unidad Universal de Transmisin Recepcin Sncrona y Asncrona) es un adaptador del puerto de serie para comunicaciones asncronas o sncronas.Los dispositivos que usan un USART son tpicamente ms rpidos (tanto como 16 veces) que con un UART. SPI (Motorola) Un SPI (interface perifrica de serie) es un puerto de serie sncrono. SCI (serial communications interface) Un SCI es un UART reforzado (puerto de serie asncrono). 22. Conversin Analgica Digital (A/D) Ha sido un componente tpicamente externo, convierten tensin analgica a su valor digital, se utiliza para adquisicin de datos del mundo analgico, (temperatura, humedad, etc.) dependiendo del tipo de sensor conectado. Conversores D/A (Digitales/Analgicos) Sirven para sacar una tensin analgica a partir de un valor digital, un ejemplo En un sistema de 8 bits alimentado con una tensin de 5 voltios, el nmero 50 sera convertido a una tensin analgica de 0.9765 voltios (50/256 * 5 voltios)= 0.9765 voltios 23. Interrupciones. Al contrario de la tcnica (Polling) en la que el procesador est continuamente preguntando a los perifricos (temporizadores /UARTS / Conversores A/D / Componentes externos) cuando tienen un dato disponible para hacer la transferencia de entrada salida (y perdiendo la mayora del tiempo en preguntar), una tcnica ms eficiente es dejar a los perifricos comunicar cuando deben ser atendidos: El procesador puede estar ejecutando su programa principal, y solo responder a los perifricos cuando ellos lo necesiten. Cuando el procesador recibe una interrupcin, abandona el programa principal, identifica al perifrico que ha producido la interrupcin y ejecuta la subrutina de atencin a la interrupcin adecuada, para despus volver al programa principal. 24. LENGUAJES DE PROGRAMACIN PARA MICROCONTROLADORES LENGUAJE ENSAMBLADOR El lenguaje mquina es la representacin del programa tal como la entiende el microcontrolador. El lenguaje ensamblador es una representacin alfanumrica del lenguaje mquina, lo que facilita su lectura.Cada instruccin en lenguaje ensamblador corresponde a una instruccin en cdigo mquina (sin tener en cuenta macros ni directivas). Un programa en lenguaje ensamblador es rpido y corto. Esto es porque el programador genera el cdigo ms ptimo posible, el programador se adapta al microcontrolador. Programando en ensamblador Vd. aprender la arquitectura y estructura del chip 25. Intrpretes Un Intrprete es un lenguaje traductor de alto nivel (prximo al lenguaje natural) a cdigo mquina. El Intrprete est residente en el microcontrolador. Ejecuta el programa leyendo cada sentencia en alto nivel una a una y traducindolas y ejecutndolas (traduce y ejecuta al mismo tiempo). Los dos intrpretes ms populares que hay para microcontroladores son el BASIC y el FORTH. El BASIC es conocido por su sencillez, legibilidad y por supuesto porque todo el mundo ha programado en BASIC alguna vez que otra.. Una idea comn es que el BASIC (interpretado) es lento, esto puede ser mejorado usando diferentes tcnicas. 26. El FORTH tiene muchos fans debido a su velocidad (se aproxima al lenguaje ensamblador) y su afinidad para construir un sistema con partes reemplazables de software. Muchos sistemas FORTH vienen con un programa monitor que transforma su PC en un sistema de desarrollo. Puede ser difcil escribir en FORTH (sino se tiene experiencia con l) e incluso es duro de leer. Sin embargo, es muy til y productivo como lenguaje para control de sistemas y para robtica. Una cosa interesante de los Intrpretes es que se puede construir y desarrollar un programa interactvamente. Vd. escribe primero un trozo pequeo de programa y a continuacin puede probarlo para ver inmediatamente cmo funciona. Cuando los resultados son satisfactorios, vd. puede agregar entonces las partes adicionales que necesite y as consecutivamente. 27. Los Compiladores Un compilador es un lenguaje de alto nivel que combina la programacin fcil de un intrprete con una grn velocidad de proceso. Esto se hace traduciendo todo el programa de alto nivel directamente a cdigo mquina. El cdigo mquina se pasa a una memoria EPROM o se carga en la memoria RAM del microcontrolador. El microcontrolador entonces ejecuta el programa traducido directamente, sin haberlo interpretado primero. Los compiladores ms conocidos para microcontroladores son "C", BASIC compilado y el "PL/M" de Intel, Mdula-2 tiene tambin un seguimiento relativo debido a su eficiente cdigo y alta productividad. Para grandes chips algunos programadores siguen programando en ADA (16 bits o ms). 28. HERRAMIENTAS DE DESARROLLO Simuladores Un simulador ejecuta su programa de microcontrolador en un ordenador (como su PC). Se puede ejecutar el programa paso a paso y ver exactamente qu pasa segn el programa se ejecuta Vd. puede ver y modificar el contenido de los registros, memoria, variables y ver como responde el programa. Elimina (o al menos retarda) el ciclo borrado/programado de la EPR...</p>