PARTE I: MICROPROCESADORES Concepto y características
Arquitectura Hardware Software Ejemplo de Arquitectura
Básica Programación
Concepto y características Un microprocesador es un
dispositivo digital diseñado para manipular
información Tienen 3 buses Datos: Contiene el flujo de
información Direcciones: Controla la posición
actual en memoria Control: Regula el flujo de información
para evitar conflictos Parte I Microprocesadores
Arquitectura La arquitectura de un procesador consiste en el
conjunto de caracteristicas que lo identifican. Describe de
manera resumida las capacidades y posibilidades de
operación del microprocesador. Se clasifican según
Hardware y Software Ejemplo de arquitectura básica Parte I
Microprocesadores
Arquitecturas según el Hardware Von Neuman Segmentada
Hardware Parte I Microprocesadores Arquitecturas según el
Software CISC RISC CRISC
Máquina secuencial Ejecuta solo una operación a la
vez Bus de datos y direcciones compartidos Lenta Generalmente se
combina con software tipo CISC Arquitectura Von Neuman Parte I
Microprocesadores
Arquitectura Segmentada Máquina secuencial Buses de datos
y direcciones compartidos Diseño multietapa (Pipeline) El
diseño multietapa le permite ejecutar más de una
operación a la vez Se encuentra combinada con software
CISC y en pocas ocasiones con RISC Más rápida que
Von Neuman Parte I Microprocesadores
Arquitectura Harvard Separa los buses de datos, direcciones y
control, y los hace totalmente independientes. Lo anterior
permite leer instrucciones con mayor velocidad Pueden direccionar
altas cantidades de memoria Se combinan con software RISC Parte I
Microprocesadores
Arquitectura CISC Complex Instruction Set Computer Set de
instrucciones grande Ofrece una amplia gama de operaciones
Facilita el trabajo de programación Reduce el
tamaño del código de programa Incrementa el costo
de aprender la programación Parte I
Microprocesadores
Arquitectura RISC Reduced Instructio Set Computer Pocas
instrucciones Más fácil de aprender el
método de programación Mayor tamaño del
código de programa Parte I Microprocesadores
Arquitectura CRISC Combinación de CISC con RISC
Complex-Reduced Instruction Set Computer Parte I
Microprocesadores
Ejemplo de Arquitectura Básica Bus de Direcciones Bus de
Control (Gp:) Bus de Datos (Gp:) BIU (Gp:) Registros de Uso
General (Gp:) Bus Interno (Gp:) Unidad Aritmética
Lógica (Gp:) Unidad de Control (Gp:) Registro de Banderas
Parte I Microprocesadores
Programación El microprocesador no tiene memoria interna
Se debe conectar con una memoria externa que contenga el programa
El programa se guarda como datos en la memoria, un dato leido
puede ser información o un código de
operación El procesador lee de manera ordenada cada punto
de la memoria del programa Parte I Microprocesadores
PARTE II: MEMORIAS Concepto Principio de funcionamiento Tipos RAM
ROM Flash EPROM EEPROM
Concepto Una memoria es un dispositivo capaz de guardar el estado
de un bit durante cierto tiempo Posee casillas o localidades cada
una con la capacidad de almacenar un dato generalmente de
tamaño byte (8 bits) Tiene un bus de direcciones para
identificar cada una de las localidades. Tiene un bus de datos
por donde entran y salen datos a cada una de las casillas o
localidades de la memoria. Parte II Memorias
Principio de funcionamiento CAPACITIVO: Un capacitor se mantiene
cargado y representa un 1 lógico, si se descarga
represente un 0 lógico. FUSIBLES: Un filamento delgado de
semiconductor que se quema o se deja completo para representar un
1 o un 0 ORIENTACIÓN MAGNÉTICA: La
orientación de un dispositivo magnético representa
un 1 o un 0 lógico. Parte II Memorias
Tipos de memorias RAM Random Access Memory Almacenamiento
temporal de datos Pierde la información capturada cuando
se le desconecta alimentación ROM Read Only Memory Memoria
que conserva el contenido aun cuando se desconecta Tipos de
memorias ROM Parte II Memorias
Tipos de memorias ROM EPROM (Erasable-Programable Read Only
Memory) Funciona con el principio de fusibles Puede borrarse
mediante luz ultravioleta Se reprograma eléctricamente
EEPROM (Electrically Erasable-Programable Read Only Memory)
Funciona con el principio de fusibles Puede borrarse con impulsos
eléctricos controlados Se reprograma eléctricamente
Flash Funciona igual que la EEPROM pero a una velocidad de
operación y programación mayor. Parte II
Memorias
PARTE III: PERIFÉRICOS Definición Puertos del
procesador Ejemplos Convertidores Analógico a Digital
SalidasEntradas seriales Salidas moduladoras de ancho de pulso
(PWM)
Definición de periférico Dispositivo externo que
intercambia datos con el procesador. La comunicación entre
el procesador y el periférico está regulada por el
procesador de acuerdo con los métodos: POLING: El
procesador revisa ordenadamente todos los periféricos para
atender a cada uno de ellos secuencialemente. INTERRUPCIONES: El
periférico que está listo para ser atendido por el
procesador solicita una “interrupción” de la
ejecución del programa para que el procesador lo atienda.
Parte III Periféricos
Puertos del procesador Ventanas por las cuales el procesador se
comunica con los periféricos. Tienen un canal de datos por
el cual circula la información El procesador genera las
señales de control que permiten habilitar a cada uno de
sus periféricos Cuando un periférico es habilitado,
este pone información en el bus de datos. Esta
información es leida por el puerto correspondiente. Parte
III Periféricos
Ejemplos de periféricos Convertidor analógico a
digital Puerto bidireccional de comunicación serie Salidas
de modulación de ancho de pulso Parte III
Periféricos
Convertidor de analógico a digital Dispositivo que recibe
una señal analógica y la muestrea con cierta
frecuencia para generar un valor digital representativo de la
señal al momento de la toma de la muestra. Tiene un
voltaje de referencia que se utiliza para definir la escala de
valores digitales. La salida se presenta como un código de
varios bits, estos se leen todos al mismo tiempo. Están
diseñados para generar una señal de
interrupción cada vez que han concluido una
conversión a digital. Parte III Periféricos
Puerto de comunicaciones seriales EMISOR: Dispositivo que toma un
dato de “n” bits y lo descompone para extraer el dato
bit por bit por un solo pin. RECEPTOR: Dispositivo que recibe una
secuencia de bits y las almacena hasta componer un código
de “n” bits. PROTOCOLO: Debe ordenarse y marcarse el
tiempo que dura un bit en ser transmitido para interpretar
correctamente la transmisión de los bits, así como
definir mecanismos que marquen el final y el inicio de una
transmisión. Parte III Periféricos
Modulador de ancho de pulso (PWM) Dispositivo que recibe un
código digital de “n” bits, y de acuerdo con
el valor, genera una señal cuadrada con un pulso alto de
duración proporcional al valor recibido. Este dispositivo
se utiliza puesto que la señal de salida (PWM) se utiliza
para controlar dispositivos reguladores de potencia como SCR y
TRIAC Con el uso de ambos dispositivos (TRIAC y PWM) se regula la
potencia que se aplica a una carga de corriente alterna, por
ejemplo motores, bombillas, resistencias de hornos,etc Regular la
potencia de un motor de corriente alterna significa regular la
velocidad de giro del mismo. Parte III Periféricos
PARTE IV: MICROPROCESADORES Y SU INTEGRACIÓN CON LOS
PERIFÉRICOS Se fabrican procesadores y en el mismo
encapsulado se incluyen dispositivos periféricos comunes
como el ADC, PWM, o puerto de comunicación serie Se reduce
la circuitería de soporte para el procesador Se facilita
el desarrollo de aplicaciones específicas Se incluye
memoria interna en el procesador para manejar lso
periféricos integrados Se inicia la programación
del sistema interno del chip para ejecutar una función
particular
PARTE V: Microcontroladores ¿Que son? Ventajas
Arquitecturas Elementos Comunes Fabricantes Aplicaciones
Comunes
¿Que es un microcontrolador? Sistema electrónico
que integra las capacidades de una arquitectura especifica de
microprocesador, junto con las capacidades de acople a otros
sistemas que brindan los periféricos, todo, en un solo
empaquetado. Se logra integración, disminución del
costo en implementación de aplicaciones especificas.
Ventajas del uso de microcontroladores Reducción de la
cantidad de espacio en la implementación de un
diseño dado. Reduce el costo de implementación.
Permite desarrollo de aplicaciones especificas de manera mas
rápida y eficiente. Los fabricantes dan mucho soporte
sobre las aplicaciones más comunes. Se adaptan mejor a
aplicaciones especificas
Arquitecturas(1) La arquitectura de un procesador define el modo
de operación del mismo en cuanto a conjunto de
instrucciones y modo de ejecución de las mismas. En cuanto
al conjunto de instrucciones, se clasifican en dos grupos
principalmente CISC(Complex Instruction Set Computer ),
RISC(Reduced Instruction Set Computer )
CISC Instrucciones especializadas se requieren un set de
instrucciones amplio para dar soporte a una arquitectura
Duración de la ejecución de las instrucciones no es
homogéneo. programas requieren menos código
fuente.
RISC Set de instrucciones reducido Instrucciones de
carácter general Duración homogénea de la
ejecución de las instrucciones. Se requiere mas
código para describir una operación que con una
arquitectura CISC
Arquitecturas(2) En cuanto al modo de ejecución de las
instrucciones las arquitecturas se clasifican en: Von neuman,
Segmentada, paralela. En esta clasificación es importante
conocer como esta dispuesto el bus de direcciones y el bus de
datos.
Von Neuman Ejecución secuencial de las instrucciones
Existe solo una unidad de búsqueda y una unidad de
ejecución La instrucción siguiente se busca hasta
que se ejecute la instrucción actual
Segmentada Divide la búsqueda de las instrucciones de
manera que cuando se ejecute la instrucción actual, ya se
este buscando la siguiente. Multiplica la velocidad de
ejecución al doble que la Von Neuman
Harvard Conocida como arquitectura de ejecución paralela.
Posee varias unidades de ejecución Divide los procesos
Orientada a sistema multitarea Bus de direcciones y de datos
separados en la arquitectura
Elementos Comunes en los microcontroladores ADC USART RTC Puertos
entrada/salida paralelos PWM USB
ADC(Convertidor analógico Digital) Permite que el sistema
microcontrolador pueda procesar una variable analógica
Valor mínimo y máximo ajustable Resolución:
indica la precisión de la conversión realizada
Entre más cantidad de bits, más es la
resolución del convertidor Requieren configuración
a través de registros especiales del microntrolador
USART(ADDRESSABLE UNIVERSAL SYNCHRONOUSASYNCHRONOUS RECEIVER
TRANSMITTER) Permite conexión serie a otros dispositivos
Se configura a través de registros internos. Velocidad de
transferencia variable Formato de la trama variable Puede
manejarse a través de interrupciones
Puertos entrada Salida Unidireccionales o bidireccionales Se
configuran a través de un registro especifico Debe estar
mapeados Se accesan por medio de una dirección Pueden ser
TTL, CMOS, ST, según sea el dispositivo con el que se
comunican.
Fabricantes Comunes de Microcontradores Microchip: Familas de
PIC´s Arquitecturas RISC, Harvard Motorola: Familia 68XX
Arquitecturas CISC, segmentada Intel: Familias 80XX Arquitecturas
CISC, Von neuman NEC
Aplicaciones Comunes Sistemas de Monitoreo y control de variables
analógicas Computadoras de uso especifico Sistemas de
desarrollo y experimentación Sistemas embebidos