primer libro electronica

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  • ndice general

    1 Sistema programado 11.1 Vase tambin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

    2 Microcontrolador 22.1 Historia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32.2 Caractersticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32.3 Arquitecturas de computadora . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

    2.3.1 Arquitectura Von Neumann . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42.3.2 Arquitectura Harvard . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

    2.4 Procesador en detalle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.4.1 Registros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.4.2 Unidad de control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62.4.3 Unidad aritmtico-lgica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62.4.4 Buses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62.4.5 Conjunto de instrucciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

    2.5 Memoria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72.6 Interrupciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82.7 Perifricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

    2.7.1 Entradas y salidas de propsito general . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102.7.2 Temporizadores y contadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102.7.3 Conversor analgico/digital . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112.7.4 Puertos de comunicacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112.7.5 Comparadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122.7.6 Modulador de ancho de pulsos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122.7.7 Memoria de datos no voltil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

    2.8 Familias de microcontroladores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122.9 Vase tambin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122.10 Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

    3 Sistema secuencial 13

    i

  • ii NDICE GENERAL

    4 Sistema combinacional 144.1 Funciones combinacionales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144.2 Vase tambin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144.3 Origen del texto y las imgenes, colaboradores y licencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

    4.3.1 Texto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154.3.2 Imgenes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154.3.3 Licencia del contenido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

  • Captulo 1

    Sistema programado

    Un sistema programado es un circuito electrnico quecontiene un microprocesador o un microcontrolador inte-grado en el mismo. Mediante un programa informtico al-macenado en una memoria interna, se realiza el control y lagestin del sistema.Este tipo de circuitos son, funcionalmente, idnticos a unsistema cableado, con la diferencia fundamental de que enun sistema programado, modicar su funcionamiento lgi-co se reduce a un simple cambio del programa (software)del circuito microprogramado, con la reduccin de costesque ello supone. Realizar un cambio similar en un sistemacableado requiere un cambio parcial o completo de su es-tructura fsica (cables o componentes que contiene).De esta forma, automatismos que emplean un sistema pro-gramado son menos costosos de reutilizar que aquellos queestn constituidos por un sistema cableado.Las desventajas principales de este tipo de sistemas son:

    Velocidad

    Coste

    La velocidad de un sistema programado puede ser un pro-blema dependiendo de la velocidad crtica del sistema com-pleto. Si un sistema debe de responder ante una seal deentrada con un tiempo de reaccin muy reducido (del or-den de microsegundos o menos) es posible que un sistemaprogramado tenga un coste demasiado elevado para cum-plir este requisito. En la mayora de los casos esto no esnecesario.En la actualidad, el coste es cada vez un problema menordebido a la disminucin de los costes de produccin comoconsecuencia de la gran demanda de la electrnica digitalen el mundo. Sin embargo, para sistemas muy simples, conuna funcionalidad muy concreta, puede resultar ms caroemplear un sistema programado.

    1.1 Vase tambin Microcontrolador Sistema secuencial Sistema combinacional

    1

  • Captulo 2

    Microcontrolador

    Microcontrolador Motorola 68HC11 y chips de soporte.

    Die del microcontrolador de 8 bits Intel 8742, con CPU a 12 MHz,128 bytes de memoria RAM, 2048 bytes de EPROM, y E/S en unchip.

    Un microcontrolador (abreviado C, UC o MCU) es uncircuito integrado programable, capaz de ejecutar las r-denes grabadas en su memoria. Est compuesto de va-rios bloques funcionales, los cuales cumplen una tarea es-

    Microcontrolador PIC 18F8720 en encapsulado TQFP de 80 pines.

    pecca. Un microcontrolador incluye en su interior lastres principales unidades funcionales de una computadora:unidad central de procesamiento, memoria y perifricos deentrada/salida.Algunos microcontroladores pueden utilizar palabras decuatro bits y funcionan a velocidad de reloj con frecuenciastan bajas como 4 kHz, con un consumo de baja potencia(mW o microvatios). Por lo general, tendr la capacidad demantenerse a la espera de un evento como pulsar un botno de otra interrupcin; as, el consumo de energa duranteel estado de reposo (reloj de la CPU y los perifricos dela mayora) puede ser slo de nanovatios, lo que hace quemuchos de ellos sean muy adecuados para aplicaciones conbatera de larga duracin. Otros microcontroladores puedenservir para roles de rendimiento crtico, donde sea necesa-rio actuar ms como un procesador digital de seal (DSP),con velocidades de reloj y consumo de energa ms altos.Cuando es fabricado el microcontrolador, no contiene da-

    2

  • 2.2. CARACTERSTICAS 3

    tos en la memoria ROM. Para que pueda controlar algnproceso es necesario generar o crear y luego grabar en laEEPROM o equivalente del microcontrolador algn pro-grama, el cual puede ser escrito en lenguaje ensambladoru otro lenguaje para microcontroladores; sin embargo, pa-ra que el programa pueda ser grabado en la memoria delmicrocontrolador, debe ser codicado en sistema numri-co hexadecimal que es nalmente el sistema que hace tra-bajar al microcontrolador cuando ste es alimentado conel voltaje adecuado y asociado a dispositivos analgicos ydiscretos para su funcionamiento.[1]

    2.1 HistoriaEl primer microcontrolador fue el Intel 4004 de 4 bits, lan-zado en 1971, seguido por el Intel 8008 y otrosms capaces.Sin embargo, ambos procesadores requieren circuitos adi-cionales para implementar un sistema de trabajo, elevandoel costo del sistema total.El Instituto Smithsoniano dice que los ingenieros de TexasInstruments Gary Boone y Michael Cochran lograron crearel primer microcontrolador, TMS 1000, en 1971; fue co-mercializado en 1974. Combina memoria ROM, memoriaRAM, microprocesador y reloj en un chip y estaba destina-da a los sistemas embebidos.[2]

    Debido en parte a la existencia del TMS 1000,[3] Intel desa-rroll un sistema de ordenador en un chip optimizado paraaplicaciones de control, el Intel 8048, que comenz a co-mercializarse en 1977.[3] Combina memoria RAM y ROMen el mismo chip y puede encontrarse en ms de mil millo-nes de teclados de compatible IBM PC, y otras numerosasaplicaciones. El en ese momento presidente de Intel, Lu-ke J. Valenter, declar que el microcontrolador es uno delos productos ms exitosos en la historia de la compaa, yampli el presupuesto de la divisin en ms del 25%.La mayora de los microcontroladores en este momento tie-nen dos variantes. Unos tena una memoria EPROM re-programable, signicativamente ms caros que la variantePROM que era slo una vez programable. Para borrar laEPROM necesita exponer a la luz ultravioleta la tapa decuarzo transparente. Los chips con todo opaco representa-ban un coste menor.En 1993, el lanzamiento de la EEPROM en los micro-controladores (comenzando con el Microchip PIC16x84)[4]permite borrarla elctrica y rpidamente sin necesidadde un paquete costoso como se requiere en EPROM, loque permite tanto la creacin rpida de prototipos y laprogramacin en el sistema. El mismo ao, Atmel lanza elprimer microcontrolador que utiliza memoria ash.[5] Otrascompaas rpidamente siguieron el ejemplo, con los dos ti-pos de memoria.

    El costo se ha desplomado en el tiempo, con el ms baratomicrocontrolador de 8 bits disponible por menos de 0,25dlares para miles de unidades en 2009, y algunos micro-controladores de 32 bits a 1 dlar por cantidades similares.En la actualidad los microcontroladores son baratos y fcil-mente disponibles para los acionados, con grandes comu-nidades en lnea para ciertos procesadores.En el futuro, la MRAM podra ser utilizada en microcon-troladores, ya que tiene resistencia innita y el coste de suoblea semiconductora es relativamente bajo.

    2.2 Caractersticas

    Esquem