Microcontroladores

MICROCONTROLADORES
*DEFINICION
Un Microcontrolador es un
circuito integrado programable,
capaz de ejecutar las órdenes
grabadas en su memoria.
Está compuesto de varios
bloques funcionales, los cuales
cumplen una tarea específica.

MICROCONTROLADORES
*DEFINICION
Un microcontrolador incluye
en su interior las tres
principales unidades funcionales
de una computadora:
*Unidad Central de
Procesamiento
*Memoria
*Periféricos de Entrada/Salida.

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*CARACTERISTICAS
Cuando es fabricado, el
microcontrolador no contiene
datos en la *Memoria ROM.

*Memoria ROM: Es la memoria que se utiliza para almacenar los programas
que ponen en marcha el ordenador y realizan los diagnósticos.

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*CARACTERISTICAS
Para que pueda controlar
algún proceso es necesario
generar o crear y luego grabar
en la *EEPROM o equivalente del
microcontrolador algún programa,
el cual puede ser escrito en
lenguaje ensamblador u otro
lenguaje para microcontroladores.

*EEPROM: Siglas de Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory (ROM
programable y borrada eléctricamente)

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*CARACTERISTICAS
Sin embargo, para que el programa
pueda ser grabado en la memoria del
microcontrolador, debe ser codificado
en Sistema Numérico Hexadecimal.

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*CARACTERISTICAS
Los microcontroladores son diseñados para
reducir el costo económico y el consumo de
energía de un sistema en particular.

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*CARACTERISTICAS
Por eso el tamaño de la unidad
central de procesamiento, la cantidad
de memoria y los periféricos incluidos
dependerán de la aplicación.

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*ARQUITECTURA
Básicamente existen dos arquitecturas de computadoras, y por
supuesto, están presentes en el mundo de los microcontroladores:
Von Neumann y Harvard.

VON
NEUMANN

HARVARD
VS

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*ARQUITECTURA VON
NUEMANN

La arquitectura Von
Neumann utiliza el mismo
dispositivo de almacenamiento
tanto para las instrucciones como
para los datos, siendo la que se
utiliza en un ordenador
personal porque permite ahorrar
una buena cantidad de líneas de
E/S

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*ARQUITECTURA VON
NUEMANN

Sobre todo para aquellos
sistemas donde el procesador
se monta en algún tipo
de zócalo alojado en una placa
madre. También esta
organización les ahorra a los
diseñadores de placas madre
una buena cantidad de
problemas y reduce el costo de
este tipo de sistemas.

MICROCONTROLADORES
*ARQUITECTURA VON
NUEMANN

Algunas familias de
microcontroladores como la Intel
8051 y la Z80 implementan este tipo
de arquitectura, fundamentalmente
porque era la utilizada cuando
aparecieron los primeros
microcontroladores.

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*ARQUITECTURA HARVARD
La otra variante es la arquitectura
Harvard, y por excelencia la
utilizada en supercomputadoras,
en los microcontroladores, y
sistemas integrados en general.
En este caso, además de la
memoria, el procesador tiene los
buses segregados, de modo que
cada tipo de memoria tiene un
bus de datos, uno de direcciones
y uno de control.

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La ventaja fundamental de
esta arquitectura es que
permite adecuar el tamaño
de los buses a las
características de cada tipo
de memoria; además, el
procesador puede acceder a
cada una de ellas de forma
simultánea, lo que se
traduce en un aumento
significativo de la velocidad
de procesamiento.

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Típicamente los sistemas con esta arquitectura pueden ser dos veces
más rápidos que sistemas similares con arquitectura Von Neumann.

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La desventaja está en que
consume muchas líneas de
E/S del procesador; por lo
que en sistemas donde el
procesador está ubicado en
su propio encapsulado, solo
se utiliza en
supercomputadoras.

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*HERRAMIENTAS
*Registros
Son un espacio de memoria
muy reducido pero necesario
para cualquier
microprocesador, de aquí se
toman los datos para varias
operaciones que debe realizar
el resto de los circuitos del
procesador.

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*HERRAMIENTAS
*Registros
Los registros sirven para
almacenar los resultados de la
ejecución de instrucciones,
cargar datos desde la memoria
externa o almacenarlos en ella.

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*CARACTERISTICAS
*Memoria
La memoria en los
microcontroladores debe estar
ubicada dentro del mismo
encapsulado, esto es así la mayoría
de las veces, porque la idea
fundamental es mantener el grueso
de los circuitos del sistema dentro de
un solo integrado.

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*CARACTERISTICAS
*Memoria
La memoria RAM está
destinada al almacenamiento
de información temporal que
será utilizada por el
procesador para realizar
cálculos u otro tipo de
operaciones lógicas.

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*CARACTERISTICAS
*Memoria
En el caso de la memoria de
programas se utilizan diferentes
tecnologías, y el uso de una u otra
depende de las características de la
aplicación a desarrollar. Existen cinco
tecnologías existentes que han tenido
mayor utilización

*Mascara ROM
*Memoria PROM
*Memoria EPROM
*EEPROM
*Memoria FLASH

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*CARACTERISTICAS
*Memoria ROM
En este caso no se “graba” el
programa en memoria sino que
el microcontrolador se fabrica
con el programa, es un proceso
similar al de producción de los
CD comerciales mediante
masterización.

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*CARACTERISTICAS
*Memoria PROM (Programmable Read-Only Memory)
Los microcontroladores con
memoria OTP se pueden programar
una sola vez, con algún tipo de
programador. Se utilizan en
sistemas donde el programa no
requiera futuras actualizaciones y
para series relativamente
pequeñas, donde la variante de
máscara sea muy costosa, también
para sistemas que requieren
serialización de datos,
almacenados como constantes en
la memoria de programas.

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*CARACTERISTICAS
*Memoria EPROM (Erasable Programmable Read-Only Memory)
Los microcontroladores con este tipo de
memoria son muy fáciles de identificar
porque su encapsulado es de cerámica y
llevan encima una ventanita de vidrio
desde la cual puede verse la oblea de
silicio del microcontrolador.
Se fabrican así porque la memoria
EPROM es reprogramable, pero antes
debe borrase, y para ello hay que
exponerla a una fuente de luz ultravioleta,
el proceso de grabación es similar al
empleado para las memorias OTP.

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*CARACTERISTICAS
*EEPROM (Electrical Erasable Programmable Read Only Memory)
Fueron el sustituto natural de las
memorias EPROM, la diferencia
fundamental es que pueden ser
borradas eléctricamente, por lo que
la ventanilla de cristal de cuarzo y
los encapsulados cerámicos no son
necesarios. Otra característica
destacable de este tipo de
microcontrolador es que fue en
ellos donde comenzaron a utilizarse
los sistemas de programación en el
sistema que evitan tener que sacar
el microcontrolador de la tarjeta que
lo aloja para hacer actualizaciones
al programa.

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*CARACTERISTICAS
*Memoria FLASH
En el campo de las memorias
reprogramables para
microcontroladores, son el último
avance tecnológico en uso a gran
escala, y han sustituido a los
microcontroladores con memoria
EEPROM. A las ventajas de las
memorias flash se le adicionan su gran
densidad respecto a sus predecesoras
lo que permite incrementar la cantidad
de memoria de programas a un costo
muy bajo.

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*HERRAMIENTAS
*Periféricos
Cuando observamos la
organización básica de un
microcontrolador, señalamos
que dentro de este se ubican
un conjunto de periféricos. A
continuación describiremos
algunos de los periféricos que
con mayor frecuencia
encontraremos en los
microcontroladores.

*ENTRADAS Y SALIDAS DE
PROPOSITO GENERAL
*TEMPORIZADORES Y
CONTADORES
*CONVERSOR
ANALOGICO/DIGITAL
*PUERTOS DE COMUNICACION

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*HERRAMIENTAS
*Periféricos
*Entradas y Salidas de Propósito General
También conocidos como
puertos de E/S, generalmente
agrupadas en puertos de 8 bits
de longitud, permiten leer datos
del exterior o escribir en ellos
desde el interior del
microcontrolador, el destino
habitual es el trabajo con
dispositivos simples como relés,
LED, o cualquier otra cosa que
se le ocurra al programador.

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*HERRAMIENTAS
*Periféricos
*Entradas y Salidas de Propósito General
Algunos puertos de E/S tienen
características especiales que
le permiten manejar salidas
con determinados
requerimientos de corriente, o
incorporan mecanismos
especiales de interrupción para
el procesador.

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*HERRAMIENTAS
*Periféricos
*Temporizadores y Contadores
Son circuitos sincrónicos para el
conteo de los pulsos que llegan a su
poder para conseguir la entrada de
reloj.

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*HERRAMIENTAS
*Periféricos
Si la fuente de un gran conteo es el
oscilador interno del
microcontrolador es común que no
tengan un pin asociado, y en este
caso trabajan como temporizadores.

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*HERRAMIENTAS
*Periféricos
Los temporizadores son uno de los
periféricos más habituales en los
microcontroladores y se utilizan
para muchas tareas, como por
ejemplo, la medición de frecuencia,
implementación de relojes, para el
trabajo de conjunto con otros
periféricos que requieren una base
estable de tiempo entre otras
funcionalidades.

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*HERRAMIENTAS
*Periféricos
*Conversor Analógico/Digital
Como es muy frecuente el trabajo
con señales analógicas, éstas
deben ser convertidas a digital y
por ello muchos
microcontroladores incorporan
un conversor analógico-digital, el
cual se utiliza para tomar datos
de varias entradas diferentes que
se seleccionan mediante un
multiplexor.

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*HERRAMIENTAS
*Periféricos
*Conversor Analógico/Digital
Las resoluciones más frecuentes
son 8 y 10 bits, que son suficientes
para aplicaciones sencillas. Para
aplicaciones en control e
instrumentación están disponibles
resoluciones de 12bit, 16bit y 24bit.

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*HERRAMIENTAS
*Periféricos
*Puertos de Comunicación
Puerto serie:
Este periférico está presente
en casi cualquier
microcontrolador, normalmente
en forma de *UART o *USART
dependiendo de si permiten o
no el modo sincrónico de
comunicación.

*UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter)
*USART (Universal Synchronous Asynchronous Receiver Trasnmitter)

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*HERRAMIENTAS
*Periféricos
*SPI
SPI
Este tipo de periférico se utiliza para comunicar
al microcontrolador con otros
microcontroladores o con periféricos externos
conectados a él, por medio de una interfaz muy
sencilla. Hay solo un nodo controlador que
permite iniciar cualquier transacción, lo cual es
una desventaja en sistemas complejos, pero su
sencillez permite el aislamiento galvánico de
forma directa por medio de optoacopladores.

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*HERRAMIENTAS
*Periféricos
*I2C
Cumple las mismas funciones que
el SPI, pero requiere menos
señales de comunicación y
cualquier nodo puede iniciar una
transacción. Es muy utilizado para
conectar las tarjetas gráficas de las
computadoras personales con los
monitores, para que estos últimos
informen de sus prestaciones y
permitir la autoconfiguración del
sistema de vídeo.

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*Periféricos
*USB
Los microcontroladores son los que
han permitido la existencia de este
sistema de comunicación. Es un
sistema que trabaja
por polling (monitorización) de un
conjunto de periféricos inteligentes por
parte de un amo, que es normalmente
un computador personal. Cada modo
inteligente está gobernado
inevitablemente por un
microcontrolador.

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*HERRAMIENTAS
*Periféricos
*Ethernet
Es el sistema más extendido en el mundo
para redes de área local cableadas. Los
microcontroladores más poderosos de 32
bits se usan para implementar periféricos
lo suficientemente poderosos como para
que puedan ser accesados directamente
por la red. Muchos de
los enrutadores caseros de pequeñas
empresas están construidos en base a un
microcontrolador que hace del cerebro
del sistema.

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*HERRAMIENTAS
*Periféricos
*Can
Este protocolo es del tipo CSMA/CD con
tolerancia a elevados voltajes de modo
común y orientado al tiempo real. Este
protocolo es el estándar más importante en
la industria automotriz (OBD). También se
usa como capa física del "field bus" para el
control industrial.

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Notas del editor