PDF de programación - Microcontroladores (Práctica Introductoria)

Universidad de Los Andes – Táchira
Dr. Pedro Rincón Gutiérrez
Departamento de Ciencias
Cátedra de Física II


MICROCONTROLADORES

(Práctica Introductoria)

Escuela de Educación
Especialidad Matemática
Año 4° Sección: 01
Elaborado por:
• Mendoza Álvaro
• Ramírez Katherine

San Cristóbal, 13 de marzo de 2006



Introducción



funciones específicas. Cuando estas



El circuito integrado es un pequeño circuito eléctrico utilizado para
realizar una función electrónica específica. El circuito eléctrico es un trayecto
continuo compuesto por conductores y dispositivos conductores, que incluye
una fuente de fuerza electromotriz que transporta la corriente por el circuito.
En un circuito integrado está corriente eléctrica activa dispositivos muy
pequeños con
funciones son
programables por medio de instrucciones que definan la actividad a realizar,
y la corriente eléctrica se convierte en medio de comunicación entre
diferentes elementos de un circuito, cumpliendo en conjunto una tarea final,
los circuitos se llaman microcontroladores.



Los microcontroladores están conquistando el mundo. Están presentes
en nuestro trabajo, en nuestra casa y en nuestra vida, en general. Se pueden
encontrar controlando el funcionamiento de los ratones y teclados de los
computadores, en los teléfonos y en los hornos microondas y los televisores
de nuestro hogar. Pero la invasión acaba de comenzar y este siglo será
testigo de la conquista masiva de estos diminutos computadores, que
gobernarán la mayor parte de los aparatos que fabricamos y usamos los
humanos. Las extensas áreas de aplicación de los microcontroladores, que se
pueden considerar ilimitadas, exigirán un gigantesco trabajo de diseño y
fabricación.


El objetivo primordial que nos ha movido al escribir este informe es
facilitar el aprendizaje e iniciar el estimulo en los lectores para que se
entusiasmen, conozcan y utilicen los microcontroladores. Aprender a manejar
y aplicar microcontroladores sólo se consigue desarrollando prácticamente
diseños reales, conociendo las teorías físicas que rigen su funcionamiento y
su aplicabilidad. Sucede lo mismo que con cualquier instrumento musical,
cualquier deporte y con muchas actividades.



Microcontroladores



El microcontrolador es un circuito programable que contiene todos los
componentes de un computador. Se emplea para controlar el funcionamiento
de una tarea determinada y, debido a su reducido tamaño, suele ir
incorporando en el propio dispositivo al que gobierna. Esta última
característica es la que le confiere la denominación de “controlador
incustrado (embedded controller)


El microcontrolador es un computador delicado. En su memoria solo
recide un programa destinado a gobernar una aplicación determinada; sus
líneas de entrada y salida soportan el conexionado de los sensores y
actuadores del dispositivo a controlar y todos los recursos complementarios
disponibles tiene como única finalidad atender sus requerimientos. Una vez
programado y configurado el microcontrolador solamente sirve para gobernar
la tarea asignada.


Un microcontrolador es un computador completo, aunque de limitadas
prestaciones, que esta contenido en el chip de un circuito integrado y se
destina a gobernar una sola tarea.


El número de productos que funciona en base a uno o varios
microcontroladores aumenta de forma exponencial. No es aventurado
pronosticar que en el siglo XXI habrá pocos elementos que carezcan de
microcontroladores, en esta línea de prospección del futuro, la empresa
Dataquets calcula que en cada hogar americano existiría un promedio de 240
microcontroladores para el año 2000.


La industria informática acapara gran parte de microcontroladores que
se fabrican. Casi todos los periféricos del computador, desde el ratón o el
teclado hasta la impresora, son regulados por el programa de un
microcontrolador.


Los electrodomésticos de línea blanca (lavadoras, hornos, lavavajillas,
etc.) y de línea marrón (televisores, video, aparatos musicales, etc.)
incorporan numerosos microcontroladores. Igualmente, los sistemas de
supervisión, vigilancia y alarma en los edificios utilizan estos chips para
optimizar el rendimiento de asesores, calefacción, aire acondicionado,
alarmas de incendio, robo, etc.



Las comunicaciones y sus sistemas de transferencia de información
utilizan profusamente estos pequeños computadores incorporándolos en los
grandes automatismos y en los modernos teléfonos.


La instrumentación y la electromedicina son des campos idóneos para
la implantación de estos circuitos integrados. Una importante industria
consumidora de microcontroladores es la de automoción, que los aplica en el
control de aspectos tan populares como la climatización, la seguridad y los
frenos ABS.


Las comunicaciones y los productos de consumo general absorben más
de la mitad de la producción de microcontroladores. El resto se distribuye
entre el sector de la automoción, los computadores y la industria.

1.1.1. Diferencia entre microprocesador y microcontrolador


El microprocesador es un circuito integrado que contiene la Unidad
Central de Proceso (UCP), también llamada procesador, de un computador.
La UCP está formada por la Unidad de Control, que interpreta las
instrucciones, y el Camino de Datos, que las ejecuta.


Las patitas de un microprocesador sacan al exterior las líneas de sus
buses de direcciones, datos y control, para permitir conectarle con la
Memoria y los Módulos de E/S y configurar un computador implementado por
varios circuitos integrados. Se dice que un microprocesador es un sistema
abierto porque su configuración es variable de acuerdo con la aplicación a la
que se destine.

Un microprocesador es un sistema abierto con el que puede

construirse un computador con las características que se desee acoplándole
los módulos necesarios

Un microcontrolador es un sistema cerrado que contiene un

computador completo y de prestaciones limitadas que no se pueden modificar


Si sólo se dispusiese de un modelo de microcontrolador, éste debería
tener muy potenciados todos sus recursos para poderse adaptar a las
exigencias de las diferentes aplicaciones. Esta potenciación supondría en
muchos casos un despilfarro. En
fabricante de
microcontroladores oferta un elevado número de modelos diferentes, desde

la práctica cada

Un microcontrolador posee todos los componentes de un computador,


a) Comunicación paralelo.
b) Comunicación serie
e) Diversas puertas de comunicación

los más sencillos hasta los más poderosos. Es posible seleccionar la capacidad
de las memorias, el número de líneas de E/S, la cantidad y potencia de los
elementos auxiliares, la velocidad de funcionamiento, etc. Por todo ello, un
aspecto muy destacado del diseño es la selección del microcontrolador a
utilizar.

1.2. ARQUITECTURA INTERNA


pero con unas características fijas que no pueden alterarse.

Las partes principales de un microcontrolador son:

1, Procesador
2: Memoria no volátil para contener el programa
3. Memoria de lectura, y escritura para guardar los datos
4. Líneas de: E/S para los controladores de periféricos:



5 Recursos auxiliares:



de cada uno de los componentes del microcontrolador.

1.2.1. El Procesador

La necesidad de conseguir elevados rendimientos en el procesamiento

de las instrucciones ha desembocado en el empleo generalizado de
procesadores de arquitectura Harvard frente a los tradicionales que seguían

a) Circuito de reloj
b) Temporizadores,
c) Perro Guardián («watchdog»)
d) Conversores AD y DA
e) Comparadores analógicos
f) Protección ante fallos de la alimentación
g) Estado de reposo o de bajo consumó.

A continuación se pasa revista a las características más representativas

la arquitectura de von Neumann. Esta última se caracterizaba porque la UCP
se conectaba con una memoria única, donde coexistían datos e instrucciones,
a través de un sistema de buses.


En la arquitectura Harvard son independientes la memoria de
instrucciones y la memoria de datos y cada una dispone de su propio sistema
de buses para el acceso. Esta dualidad, además de propiciar el paralelismo,
permite la adecuación del tamaño de las palabras y los buses a los
requerimientos específicos de las instrucciones y de los datos. También la
capacidad de cada memoria es diferente.


El procesador de los modernos microcontroladores responde a la
arquitectura RISC (Computadores de Juego de instrucciones Reducido), que
se identifica por poseer un repertorio de instrucciones máquina pequeño y
simple, de forma que la mayor parte de las instrucciones se ejecuta en un
ciclo de instrucción.


Otra aportación frecuente que aumenta el rendimiento del computador
es el fomento del paralelismo implícito, que consiste en la segmentación del
procesador (pipe-line), descomponiéndolo en etapas para poder procesar una
instrucción diferente en cada una de ellas y trabajar con varias a la vez.


El alto rendimiento y elevada velocidad que alcanzan los modernos
procesadores como el que poseen los microcontroladores PIC, se debe a la
conjunción de tres técnicas:

—Arquitectura Harvard
— Arquitectura RISC
— Segmentación

1.2.2. Memoria de programa


El m