Tema N° 13 Microcontroladores

MICROCONTROLADORES PIC

MICROCONTROLADOR Y MICROPROCESADOR

MICROPROCESADOR.- Es un circuito integrado, comnmente llamado chip, con integracin a gran escala (LSI o VLSI); es la unidad central de proceso de una microcomputadora.

Los microprocesadores sacan al exterior las lneas de sus buses (direccin, data y control) y as poder conectarse con los bancos de memorias y los diferentes mdulos de entrada/salida e implementar un computador de acuerdo a nuestras necesidades.


En conclusin un P es un Sistema Abierto con el que puede construirse un computador con las caractersticas que se deseen, acoplndole los mdulos necesarios como memoria y controladores de perifricos.


MICROCONTROLADOR.- Es un Sistema Cerrado que contiene un computador completo pero de prestaciones limitadas.

Posee lneas se entrada/salida limitadas, memoria de programa y de datos limitados as como recursos auxiliares tambin limitados.


Por ello existen en el mercado una gran variedad de Co con capacidades y recursos variables, donde la seleccin de cual utilizar forma parte importante de la etapa de diseo ya que de ello depende el costo como el funcionamiento ptimo del sistema implementado.

Qu es un Microcontrolador?

Muchos de nosotros sabemos qu apariencia tiene una computadora. Usualmente tiene teclado, monitor, CPU (Unidad de Procesamiento Central), impresora y mouse.

Este tipo de computadoras, como la PC, son diseadas principalmente para comunicarse con humanos.


Manejo de base de datos, anlisis financieros o incluso procesadores de textos, se encuentran todos dentro de la gran caja, que contiene CPU, la memoria, el disco rgido, etc.

El verdadero cmputo, sin embargo, tiene lugar dentro de la CPU.


Si piensa sobre esto, el nico propsito del monitor, teclado, mouse e incluso la impresora, es conectar a la CPU con el mundo exterior.


Pero usted saba que hay computadoras alrededor de nosotros, corriendo programas y haciendo clculos silenciosamente sin interactuar con ningn humano?

Estas computadoras estn en su auto, en el transbordador espacial, en un juguete, e incluso puede haber uno en su secador de pelo.


Llamamos a stos dispositivos microcontroladores. Micro porque son pequeos, y controladores, porque controlan mquinas o incluso otros controladores.


Los Microcontroladores, por definicin entonces, son diseados para comunicarse con mquinas y de forma indirecta con personas en ese orden de prioridad.

Son muy tiles porque usted puede construir una mquina o artefacto, escribir programas para controlarlo, y luego dejarlo trabajar para usted automticamente.

Hay un nmero infinito de aplicaciones para los microcontroladores. Su imaginacin es el limitante!


Algunos microcontroladores:


Microcontrolador, Es un circuito integrado programable que contiene muchos de los componentes de una computadora de escritorio, tales como:

1. CPU

2. Memorias

3. Temporizadores

4. Circuitos de reloj, etc.


Estos microcontroladores no incluyen ningn dispositivo que le permita establecer comunicacin con el hombre, es por ello que estn diseados para ejercer control sobre las mquinas, ms que para interactuar con los usuarios (seres humanos).

Estos chips reciben la denominacin de controlador incrustado debido a su reducido tamao pueden ir incorporados en el propio dispositivo objeto de control.

El Co es un computador dedicado ya que slo realiza una tarea, la cual est almacenada en su memoria de programa.

microcontroladores PIC

La arquitectura del procesador sigue el modelo Harvard.

La arquitectura Harvard permite al CPU acceder simultneamente a las dos memorias.

Se aplica la tcnica de segmentacin ("pipe-line") en la ejecucin de las instrucciones.


La segmentacin permite al procesador ejecutar cada instruccin en un ciclo de instruccin equivalente a cuatro ciclos de reloj.

El formato de todas las instrucciones tiene la misma longitud. Todas las instrucciones de los microcontroladores de la gama baja tienen una longitud de 12 bits. Las de la gama media tienen 14 bits y ms las de la gama alta.


Procesador RISC (Computador de Juego de Instrucciones Reducido).

Todas las instrucciones son ortogonales. Cualquier instruccin puede manejar cualquier elemento de la arquitectura como fuente o como destino.


Arquitectura basada en un banco de registros.

Diversidad de modelos de microcontroladores con prestaciones y recursos diferentes.

Herramientas de soporte potentes y econmicas.

Estructura y arquitectura

Los microcontroladores de Microchip combinan un alto desempeo a un bajo costo, en un empaquetado pequeo; ofreciendo la mejor relacin precio/rendimiento en la industria.


El alto nivel de integracin reduce notablemente la cantidad de componentes externos y los costos de desarrollo


La arquitectura RISC de 8-bit de los microcontroladores PIC se ha vuelto estndar alrededor del mundo. Todos los microcontroladores PIC emplean una arquitectura RISC modificada y un poderoso set de instrucciones que reduce dramticamente los ciclos de ejecucin y el costo.


Combinando las caractersticas RISC con una arquitectura Harvard de bus-dual, los microcontroladores PIC de 8-bit de Microchip son ms rpidos y flexibles y es el ncleo de la arquitectura ms popular para los nuevos diseos de microcontroladores.

herramientas de ayuda al desarrollo del hardware y software de los proyectos de aplicacin

Entorno de Desarrollo Integrado MPLAB

Ensamblador MPASM.

Compilador de lenguaje C, MP-C.

Simulador software MPSlM.

Programador universal PRO MATE.

Emulador universal PIC MASTER.

Herramienta de desarrollo para Lgica difusa

FUZZY TECH-MP.

Herramienta econmica de desarrollo PICSTART

Diseo de aplicaciones

El primer paso en un diseo basado en microcontrolador habindose ya seleccionado el controlador adecuado de acuerdo a las caractersticas del mismo y las necesidades del problema consiste en escribir el cdigo fuente del programa en el lenguaje seleccionado (en este caso lenguaje ensamblador).


Posteriormente viene la compilacin y ensamblado del programa, siguiendo la depuracin y simulacin del mismo.


metodologa en la creacin de nuestros programas :

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MICROCONTROLADOR PIC16F84A

El PIC16F84A consta de 2 puertas: Puerta A y puerta B.

La Puerta A esta formada de 5 lneas (pines) E/S digitales y la Puerta B constan de 8 lneas.


Descripcin de los pines

RA0-RA4: 5 Lneas de E/S digitales, pertenecientes a la Puerta A. El pin RA4 multiplexa otra funcin expresada por TOCKI.

RB0-RB7: 8 Lneas E/S digitales pertenecientes a la Puerta B.

La lnea RB0 multiplexa otra funcin, sirve como entrada de interrupcin externa.


OSC1/CLKIN: Por este pin se aplica la entrada del circuito oscilador externo.

OSC2/CLKOUT: Pin auxiliar del circuito oscilador por donde se obtiene Fosc/4.

MCLR#: Esta patita se activa con un nivel lgico bajo provocando la reinicializacin del C. Este pin tambin es utilizado para introducir el voltaje de grabacin (Vpp).

MICROCONTROLADOR PIC16F84A VDD: Pin por donde se aplica la tensin positiva de

la alimentacin VSS: Pin conectado a tierra o al negativo de la

alimentacin. Luego el PIC16F84A tiene un encapsulado de 18

pines, dos de ellas soportan la tensin de alimentacin, otras dos reciben la seal del oscilador externo otra es utilizada para generar un reset y las 13 lneas restantes funcionan como lneas de E/S digitales orientadas a controlar las aplicaciones.

DESCRIPCIN GENERAL DEL PIC16F84A

Microcontroladores de 8 bits.

Son PICs de bajo costo, alto desempeo, tecnologa CMOS y completamente esttico.

Emplean una arquitectura RISC avanzada.


Presentan una pila de 8 niveles de profundidad y mltiples fuentes de interrupcin.

Son Co de arquitectura Harvard debido a la separacin de los buses de instruccin y data,

Todas las instrucciones pueden ser ejecutadas en un ciclo instruccin excepto las de salto, las cuales requieren dos ciclos (pipeline).


Requieren slo un total de 35 instrucciones (conjunto de instrucciones reducido).

Poseen un largo conjunto de registros que son usados para realizar un alto nivel de desempeo.


El PIC16F84A tiene hasta 68 bytes de RAM, 64 bytes de memoria EEPROM de datos y 13 pines I/O. Un temporizador/contador tambin est disponible.

Hay cuatro opciones de oscilador


El modo SLEEP ofrece un ahorro de energa. El usuario puede despertar el chip desde sleep a travs de muchas interrupciones internas, externas y reset.


Un temporizador Watchdog altamente confiable con su propio oscilador on chip, provee proteccin contra estancamiento por software.

Los empaquetados de pequea footprint hacen a este microcontrolador perfecto para aplicaciones con limitaciones de espacio.

Caractersticas principales del Co CPU RISC de alto desempeo.

Slo 35 instrucciones de tamao Word simple.

Todas las instrucciones son de ciclo simple excepto para ramificaciones (salto) las cuales son de dos ciclos

Caractersticas principales del Co Velocidad de operacin: - Para entrada de reloj : 20MHz - Ciclo de instruccin : 200ns Explicacin: F : frecuencia de la seal proveniente del circuito oscilador

externo Tosc: Periodo de oscilacin Clculo del Tosc: Tosc = 1/F Tosc = 1/ (20*106) s = 50 ns Clculo del Periodo del ciclo de instruccin: Tc Tc = 4*Tosc = 4*50 ns = 200 ns

Caractersticas principales del Co Hasta 1K x 14 words de Memoria de

Programa FLASH

Hasta 68 bytes de Memoria de Datos (RAM).

Hasta 64 bytes de memoria de datos EEPROM

Capacidad de interrupcin (hasta 4 fuentes)

Caractersticas principales del Co Pila de ocho niveles de profundidad

Modos de direccionamiento directo e indirecto

Reset de encendido

Temporizador de power-up (PWRT) y Temporizadores de arranque de oscilador (OST)

Caractersticas principales del Co Temporizador guardin (WDT) con su

oscilador RC on-chip propio para operacin confiable

Modo SLEEP para ahorro de energa

Opciones de oscilador seleccionable

Tecnologa FLASH/EEPROM CMOS de alta velocidad, de baja potencia

Caractersticas principales del Co Programacin Serial in-circuit (ICSP)

va dos pines

Acceso de lectura/escritura del procesador a la memoria de programa

Rango de voltaje de operacin ancho: 2.0V a 5.5V

Lneas de entrada/salida digitales: 13 (5 Puerta A y 8 Puerta B)

Caractersticas principales del Co Corriente mxima suministrada: 50 mA

Puerta A y 100 mA Puerta B

Corriente mxima absorbida por lnea: 25 mA

Corriente mxima suministrada por lnea: 20 mA

Voltaje de alimentacin (VDD): 2 a 6 VDC

Voltaje de grabacin (VPP): 12 a 14 VDC

TIPOS DE OSCILADORES

La velocidad de ejecucin de las instrucciones depende de la frecuencia de trabajo del C.

Oscilador tipo RC

Oscilador tipo HS

Oscilador tipo XT

Oscilador tipo LP


El oscilador tipo RC

es un oscilador que presenta bajo costo. Est formado por una resistencia y un condensador.

Este tipo de oscilador ofrece una frecuencia con baja estabilidad.


El oscilador tipo HS, ofrece una alta velocidad, variando entre los 4 y 10 MHz y est basado en un cristal de cuarzo o un resonador cermico..

El oscilador tipo XT, es un cristal que proporciona un rango de frecuencias estndar entre 100KHz y 4 MHz.


El oscilador tipo LP, es un oscilador de bajo consumo implementado en base a un cristal o resonador operando en un rango de frecuencias de 35 a 200 KHz.


Todas las instrucciones se ejecutan en un slo ciclo de instruccin excepto las de salto, que tardan dos ciclos de instruccin.

Los impulsos de reloj provenientes del circuito oscilador externo entran por la patita OSC1/CLKIN (Pin 16) y se divide internamente en 4 seales: Q1, Q2, Q3 y Q4.


Consideremos un circuito oscilador XT. F = 4 MHz Tosc = Tclock= 1/F = 0.25 s


La tcnica de la segmentacin hace posible ejecutar una instruccin en un ciclo simple, menos las de salto (dos ciclos de instruccin), aplicando en paralelo las dos fases que comprende cada instruccin:

- Fase de bsqueda de la instruccin en la memoria de programa

- Fase de decodificacin y ejecucin de la instruccin

Debido a que los C PIC incorporan un procesador segmentado, es posible realizar la fase de ejecucin de una instruccin y la bsqueda de la siguiente.

Memoria de programa pic16f84a

Memoria de datos

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