MICROPROCESADORESConceptos Básicos

PARTES QUE FORMAN UN MICROCONTROLADOR:

VENTAJAS DE LOS MICROPROCESADORES:

Aumento de prestaciones

Mayor flexibilidad

Aumento de fiabilidad

Menor consumo de energía

Reducción del precio del producto terminado (en volumen de producción)

CAMPOS DE APLICACIÓN:

Electrodomésticos

Robótica

Sistemas de seguridad

Sistemas de navegación

Adquisición de señales y procesamiento

Biomedicina, etc

CLASIFICACIÓN DE LOS MICROCONTROLADORES:

Por el tamaño del bus de datos:

a) µC de 4 bits

b) µC de 8 bits

c) µC de 16 bits

d) µC de 32 bits, etc.

Por la arquitectura interna de la memoria:

a) Arquitectura Von Neumann

b) Arquitectura Harvard

Por el tipo de microprocesador:

a) CISC

b) RISC

La CPU está conectada a una única memoria donde se almacenan las

instrucciones y los datos

Fácil implementación de la arquitectura

Costos bajos de fabricación

La longitud de las instrucciones está limitada por la longitud de los datos

La ejecución de una instrucción compleja requiere que el CPU realice

varios accesos a la memoria y por ende limita la velocidad de operación

VENTAJAS

DESVENTAJAS

Tiene dos memorias independientes, una memoria de programa (instrucciones) y

una memoria de datos, que permiten acceso independiente y simultáneo a

ambas memorias

Estos buses pueden ser de diferente tamaño (distinta longitud para la instrucción y

el dato)

Mayor velocidad de operación

Uso de la segmentación (pipeline), la CPU accesa a la memoria de datos para

completar una operación y al mismo tiempo accesa a la memoria de programa

para leer la siguiente instrucción a ejecutar

Mayor costo de implementación y fabricación

V

E

N

T

A

J

A

S

DESVENTAJA

CISC: COMPLEX INSTRUCTION SET COMPUTER

Se traduce como conjunto complejo de instrucciones para computadora

Son procesadores que tienen un juego de instrucciones muy sofisticadas y

poderosas.

Su repertorio de instrucciones es grande, generalmente mayor a 200 instrucciones

Requieren de varios ciclos de reloj para la ejecución de una instrucción

(decodificación y realización)

Tiene muchos modos de direccionamiento

RISC: REDUCED INSTRUCTION SET COMPUTER

Se traduce como conjunto reducido de instrucciones para computadora

Son procesadores que tienen un juego de instrucciones sencillas

Su repertorio de instrucciones es pequeño, generalmente menor a 200

instrucciones

Requieren de un ciclo de reloj para la ejecución de una instrucción en la mayoría

de los casos

Tiene pocos modos de direccionamiento

Aprovecha la segmentación

MICROCONTROLADOR PIC

PIC: Peripheral Interface Controller

Esta familia de microcontroladores es fabricada por la empresa Microchip Technology

Se diseño en un inicio como circuito auxiliar en el manejo de periféricos para otros

microprocesadores

Famlia PIC:

Gama Base

Gama Media

Gama Alta (mejorada)

GAMA BASE: Tiene una CPU de 12 bits

Consta de un repertorio de 33 instrucciones

Tiene una pila de 2 niveles

Memoria interna mínima (menos de 1KB)

Recursos internos básicos (puertos E/S)

GAMA MEDIA: Tiene una CPU de 14 bits

Consta de un repertorio de 35 instrucciones

Tiene una pila de 8 niveles

Memoria interna mayor de 1KB

Varios puertos E/S)

Temporizadores

Convertidor A/D

Comparadores analógicos

Un vector de interrupción

GAMA ALTA: Tiene una CPU de 16 bits

Consta de un repertorio de 77 instrucciones

Tiene una pila de 8 niveles

Memoria interna de hasta 128KB

Varios puertos E/S

Dos vectores de interrupción

Convertidor A/D

Comparadores analógicos

Varias interfaces de comunicación (usb, can, usart, I2C, etc.)

MICROCONTROLADOR PIC 16F84A:

Es un microcontrolador de gama media que consta de las siguientes características:

CPU de 8 bits

Memoria de programa de 1024 palabras

Memoria RAM de 68 bytes

Memoria EEPROM de 68 bytes

Los códigos de instrucciones son de 14 bits y los datos de 8 bits

Todas las instrucciones se ejecutan en un ciclo-máquina a excepción de las

instrucciones de salto que necesitan dos ciclos-máquina

Dos puertos E/S, uno de 5 bits (PORTA) y otro de 8 bits (PORTB), configurables

individualmente los pines

Tiene una pila de 8 niveles

Tiene tres modos de direccionamiento: Directo, Indirecto y Relativo

Contiene 16 registros de funciones especiales (SFR) y 68 registros de propósito

general (GPR)

Tiene cuatro fuentes de interrupción:

• Por pin externo RB0/INT

• Desbordamiento del temporizador TMR0

• Cambio de estado de PORTB<7:4>

• Escritura completa de la EEPROM

Temporizador/contador de 8 bits

10,000 ciclos de borrado para la memoria de programa (FLASH)

ICSP (In-Circuit Serial Programming)

Perro guardian con su propio oscilador RC

Protección de código

Modo SLEEP para ahorro de energía

Opciones de selección del tipo de oscilador a usar

Rango de operación en CD de 2 a 5.5 volts

Consumo menor a 2 mA con 5 V y 4 MHz

ARQUITECTURA

INTERNA DEL

PIC 16F84A:

PINES DEL MICROCONTROLADOR PIC 16F84A:

Pines 3-1,18-17: Pines E/S del puerto A, siendo RA4 el MSB

Pines 13-6: Pines E/S del puerto B, siendo RB7 el MSB

Pin 4: Master Clear: Pin que produce un RESET del µC

Pin 5: VSS: Terminal de referencia de tierra (GND)

Pin 14: VDD: Terminal para la alimentación del µC,

generalmente con 5 volts

Pines 15 y 16: OSC1 y OSC2: Conexión de un cristal o

resonador para generar la señal de reloj que requiere el µC.

Cuando se usa un circuito RC, la señal se conecta al pin 15

mientras que en el pin 16 se obtiene la misma señal del

circuito RC pero con una frecuencia igual a 1/4 de la

entrada

Lista de material para el laboratorio:

1 Microcontrolador PIC 16F84A-04 (4 MHz)

1 Dip switch con 8 interruptores

8 Resistores de 1 kΩ @ ¼ W

8 Resistores de 220 Ω ó 330 Ω @ ¼ W

8 Leds cualquier color (excepto infrarrojo) o 1 barra de leds con 10 o 12 leds

1 Cristal de cuarzo de 4 MHz

2 Capacitores cerámicos de 15 a 33 pF

2 Displays de 7 segmentos de cátodo/ánodo común

2 Transistores 2N2222A o BC547A,B,C

1 Matriz de leds de 5x7

2 circuitos integrados CD4511

1 Motor de CD de 5v

1 Programador de PIC

1 Laptop

Varios protoboard

Pinzas de punta y de corte

Varios kilos de alambre para protoboard o “jumpers”

CIRCUITO OSCILADOR

Es un circuito que genera una señal cuadrada de alta frecuencia que se usa como señal para

sincronizar todas las operaciones del sistema.

Existen dos tipos de oscilador que se pueden conectar al microcontrolador:

a) Oscilador tipo RC. Es un oscilador de bajo costo formado por una red R-C. El fabricante

recomienda que 5 kΩ < REXT < 100 k Ω y CEXT>20 pF. La frecuencia de oscilación se calcula

como:

1

2osc

EXT EXT

fR C