introducciÓn a las herramientas de diseÑo con pic

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INTRODUCCIÓN A LAS HERRAMIENTAS DE DISEÑO CON PIC

"Hay 10 tipos de personas: las que entienden binario y las que no" -Anónimo-

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INTRODUCCIÓN A LOS MICROCONTROLADORES

• Características de los Microcontroladores

2. Tipo de Arquitectura

– Arquitectura Von-Neuman• Un único bus de datos para instrucciones y datos.• Las instrucciones del programa y los datos se guardan

conjuntamente en una memoria común.• Cuando la CPU se dirige a la memoria principal, primero

accede a la instrucción y después a los datos necesarios para ejecutarla, esto retarda el funcionamiento.

– Arquitectura Harvard• El bus de datos y el bus de instrucción están separados• Acceso en paralelo:

– Cuando se está leyendo una instrucción, la instrucción actual está utilizando el bus de datos. Una vez finalizada la instrucción actual, la siguiente ya está disponible en la CPU.

– Permite una ejecución más rápida.

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Arquitectura Von-Neumann

• El programa de instrucciones y los datos comparten la misma memoria

C P U C P U

8 = 8

Program& DataMemory

Program& DataMemory

Arquitectura Harvard

• Utiliza dos espacios de memoria distintos para las instrucciones y los datos. Esto permite utilizar distinto ancho de bus en ambos buses.

DataMemory

DataMemory C P U C P U

816

ProgramMemory

ProgramMemory

12141624

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CISC (Complex Instruction Set Computer)– El conjunto de instrucciones es bastante heterogéneo:

• Instrucciones son muy potentes. En algunos casos equivalen a muchas instrucciones simples.

• Instrucciones especializadas para una tarea concreta.• Facilita la programación.

RISC (Reduced Instruction Set Computers)– Al tener un conjunto de instrucciones reducido:

– El controlador es más sencillo y el chip es más pequeño.– Es más rápido.– Tiene un consumo menor.

SISC (Specific Instruction Set Computer)– Incluyen instrucciones específicas para control:

• Instrucciones de entrada/salida eficaces y sencillas.• Instrucciones específicas para operar a nivel de bit.

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3. Opciones de Memoria

– EEPROM (Electrically Erasable PROM)• Muchos microcontroladores incorporan una pequeña memoria

EEPROM dentro del chip (Contiene parámetros que pueden cambiarse si la aplicación lo necesita).

• Es lenta.• El número de veces que se puede borrar/grabar está limitado.

– FLASH (EPROM)• Son más rápidas que las memoria EEPROM.• Permiten más ciclos de borrado/grabación.

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– Memoria RAM• Útiles para programas de gran tamaño.• Más rápida que las memorias no volátiles.• Número ilimitado de veces que puede grabarse.• Apropiada para aplicaciones con grandes cantidades de datos que

cambian contínuamente.

– Memoria Field programming/reprogramming• Memoria no volátil.• Puede reprogramase sin desconectar el microcontrolador.• Permite actualizaciones remotas.

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– Memoria OTP (One Time Programmable)• Un OTP es una memoria PROM que sólo puede grabarse una vez.• Se utiliza para pequeñas series.• Para probar el programa; antes de fabricar grandes cantidad de

microcontroladores con memorias ROM de máscara.• Como los ciclos de desarrollo de productos son cada vez más

cortos, es interesante para los fabricantes de microcontroladores ofrecer OTPs como una opción.

– ROM de máscara• Son interesantes para un gran número de unidades cuando el

programa va a ser el definitivo.

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5. Entradas y Salidas– Comunicación serie

• UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter)– Un UART es un adaptador serie para comunicaciones asíncronas.

• USART – Un USART (Unidad Universal de Transmisión Recepción Síncrona y

Asíncrona) es un adaptador serie para comunicaciones asíncronas o síncronas.

– Los dispositivos que usan USART suelen ser más rápidos (hasta 16 veces) que un adaptador UART.

• SPI (Serial Peripheral Interface)– El SPI permite la comunicación serie, duplex y asícrona.– Dispone de modo de bajo consumo.

• SCI (Serial Communicactions Interfaces)– Un SCI es un UART reforzado, permite la comunicación serie asícrona full-

duplex.– Dispone de dos modos de bajo consumo: wait y stop.

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– Comunicación serie (cont.)• I2C bus (Inter-Integrated Circuit Bus.)

– Es un bus de 2 hilos para comunicación serie desarrollador por PHILIPS.– Existen multitud de periféricos con este bus integrado.

• MICROWIRE/PLUS– Es una interface de comunicación serie síncrona bidireccional.– Desarrollada por NATIONAL, su línea de dispositivos suele tenerla

integrada.• CAN & J1850

– CAN (Cotroller Area Network) –conocido también como BUS CAN-.– Desarrollador por BOSH-INTEL. Se utiliza mayoritariamente en

aplicaciones de automoción.• 1-WIRE

– Es un interface de comunicación serie de un solo cable.

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– Conversor Analógico Digital (A/D).• Convierte la tensión analógica a su valor digital.

– Pueden ser externos o internos al micro.– Existen, en general, tres tipos integrados:

» Aproximaciones sucesivas (común en micro).» Delta-Sigma » Flash (rápido pero menos habitual).

– Conversores D/A.– Obtienen una tensión analógica a partir de un valor digital. – Conversor D/A con Modulador de ancho de Pulso (PWM).

– Otros Dispositivos.– Contador de pulsos: cada pulso incrementa un contador.– Entrada de Captura: sirve para medir intervalos de tiempo entre

eventos.– Comparadores analógicos.

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– Salidas en paralelo.• Son las más comunes y se suelen utilizar para controlar relés, led, displays,

LCD, transistores, etc.– Se caracterizan por una corriente máxima individual y una máxima

común.

– Salidas de Potencia.• Montaje Darlington.• Control de relé.• Control de triacs.

– Entradas en paralelo.• Son las comunes y se utilizan para lectura de pulsadores, teclados, en

general para leer el nivel lógico de la entrada. Pueden estas optoaisladas.

– Entradas/Salidas.– Permiten cambiar la patilla como salida o entrada en cada instante.

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6. Interrupciones y Polling– Transferencia de E/S por consulta (Polling)

• El polling es una técnica software en la que el microcontrolador pregunta constantemente al periférico si necesita ser atendido.

– Interrupciones• Cuando los periféricos necesitan ser atendidos por el microcontrolador se lo

comunican; de esta forma el micro puede atender a un programa principal (a diferencia del polling).

• Es una técnica más rápida en atender al periférico que el polling.

• El micro recibe la interrupción, identifica quién la ha provocado, ejecuta la rutina para atenderla y vuelve al programa principal.

• Disparo de interrupciones:

– Por flanco (de subida o bajada).

– Por nivel.

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– Interrupciones (cont.)• Interrupciones enmascarables

– Se pueden habilitar o inhibir de forma global o individual.

• Interrupciones No enmascarables

– No se pueden inhibir, son de obligada atención.

• Interrupciones vectorizadas

– Cuando se recibe una interrupción el micro debe localizar al periférico:

» Preguntando a cada uno (modo muy lento).

» Con las int. Vectorizadas donde cada uno se identifica por el bus de datos.

» Los micros de 4 bits no tiene interrupciones vectorizadas, los de 8, 16 y 32 tienen vectorizadas con jerarquía de prioridad.º

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7. Reset y Reloj– Inicialización o reset

• La mayoría de los micros disponen de un sistema de inicialización cuando se conectan a alimentación.

• Poseen, además, de una entrada de reset sensible a nivel

– Reloj• Todos los micros tienen integrado un oscilador y sólo necesitan un

elemento externo para fijar la frecuencia dentro del margen indicado.

• Puede ser interno o externo con ayuda de un cristal de cuarzo, resonador cerámico o una red RC.

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8. Características especiales– Watchdog (Perro Guardian).

• Un temporización que permite la recuperación del sistema ante un bloqueo. • Si el programa entra en bucle infinito o si deja de funcionar el watchdog

provoca un reset tras un tiempo predeterminado.

– Monitor de reloj (Clock Monitor).• Permite apagar el micro si la señal de reloj varia.

– Cargador del programa residente.• Al inicializar, el micro carga automáticamente el programa a ejecutar por un

puerto desde un lugar remoto (o desde el mismo micro).

– Programa Monitor.• Un programa instalado en el micro que permite desarrollos básicos y

depuración de programas.• Pueden comunicarse con un PC para ser ejecutado desde el mismo.

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