2015

Alumno: Christian René Guerrero Hernández.

N° de control: 12380909.

Tutor: Ing. Fidel Ángel Martínez Salazar

Unidad Académica: San Fernando.

ACTIVIDAD 3-1

ASESOR:

Ing. Miguel Ángel Macías García

SISTEMAS PROGRAMABLES

Instituto Tecnológico de Ciudad Victoria

Educación a Distancia

MICROCONTROLADORES

Un microcontrolador es un circuito integrado que en su interior contiene una unidad

central de procesamiento (CPU), unidades de memoria (RAM y ROM), puertos de

entrada y salida y periféricos. Estas partes están interconectadas dentro del

microcontrolador, y en conjunto forman lo que se le conoce como microcomputadora. Se

puede decir con toda propiedad que un microcontrolador es una microcomputadora

completa encapsulada en un circuito integrado.

CARACTERÍSTICAS

Son diseñados para disminuir el coste económico y el consumo de energía de un

sistema en particular. El tamaño de la CPU, la cantidad de memoria y los periféricos

incluidos dependerán de la aplicación. El control de un electrodoméstico sencillo como

una batidora, utilizará un procesador muy pequeño 4 u 8 bit por que sustituirá a un

autómata finito. En cambio un reproductor de música y/o vídeo digital requerirá de un

procesador de 32 bit o de 64 bit y de uno o más Códec de señal digital audio o vídeo). El

control de un sistema de frenos ABS (Antilock Brake System) se basa en un

microcontrolador de 16 bit, al igual que el sistema de control electrónico del motor en un

automóvil.

APLICACIÓN DE LOS MICROCONTROLADORES:

Los microcontroladores se encuentran por todas partes:

Sistemas de comunicación: en grandes automatismos como centrales y en teléfonos fijos, móviles, fax, etc.

Electrodomésticos: lavadoras, hornos, frigoríficos, lavavajillas, batidoras, televisores, vídeos, reproductores DVD, equipos de música, mandos a distancia, consolas, etc.

Industria informática: Se encuentran en casi todos los periféricos; ratones, teclados, impresoras, escáner, etc.

Automoción: climatización, seguridad, ABS, etc. Industria: Autómatas, control de procesos, etc. Sistemas de supervisión, vigilancia y alarma: ascensores, calefacción, aire

acondicionado, alarmas de incendio, robo, etc. Otros: Instrumentación, electromedicina, tarjetas (smartcard), sistemas de

navegación, etc.

INTRODUCCION

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. Un microcontrolador incluye en su interior las tres

principales unidades funcionales de una computadora: unidad central de procesamiento,

memoria y periféricos de entrada/salida.

FAMILIA

ANCHO DE BUS

Es la cantidad de datos que la CPU puede transmitir en cada momento hacia la memoria principal y a los dispositivos de entradas y salidas. (Todo camino para conducir bits es un bus).

Un bus de 8 bits mueve en cada instante 8 bits de datos.

El ancho del Bus puede ser de 8, 16, 32, 64, o 128 bits, hasta ahora.

CARACTERÍSTICAS DE UN BUS

Un bus se caracteriza por la cantidad de información que se transmite en forma simultánea. Este volumen se expresa en bits y corresponde al número de líneas físicas mediante las cuales se envía la información en forma simultánea. Un cable plano de 32 hilos permite la transmisión de 32 bits en paralelo. El término "ancho" se utiliza para designar el número de bits que un bus puede transmitir simultáneamente.

La velocidad del bus se define a través de su frecuencia (que se expresa en Hercios o Hertz), es el número de paquetes de datos que pueden ser enviados o recibidos por segundo. Cada vez que se envían o reciben estos datos podemos hablar de ciclo.

Es posible hallar la velocidad de transferencia máxima del bus (la cantidad de datos que puede transportar por unidad de tiempo) al multiplicar su ancho por la frecuencia. Un bus con un ancho de 16 bits y una frecuencia de 133 MHz, tiene una velocidad de transferencia de:

16 * 133.106 = 2128*106 bit/s, o 2128*106/8 = 266*106 bytes/s o 266*106 /1000 = 266*103 KB/s o 259.7*103 /1000 = 266 MB/s

EJEMPLO

Piense en ello como cuántos pasajeros (bits) puede caber en determinado momento, dentro del autobús a fin de trasladarse de una parte de la computadora a otra.

Cuanto más grande sea el número más rápida será la transferencia de datos.

MEMORIA

En los microcontroladores la memoria de instrucciones y datos está integrada en el

propio circuito integrado. Una parte debe ser no volátil, tipo ROM, y se destina a

contener el programa de instrucciones que gobierna la aplicación. Otra parte de memoria

será tipo RAM, volátil, y se destina a guardar las variables y los datos.

Hay dos peculiaridades que diferencian a los microcontroladores de los PC's:

No existen sistemas de almacenamiento masivo como disco duro o disquetes.

Como el microcontrolador sólo se destina a una tarea en la memoria de programa, sólo

hay que almacenar un único programa de trabajo. La memoria de datos (RAM) en estos

dispositivos es de poca capacidad pues sólo debe contener las variables y los cambios

de información que se produzcan en el transcurso del programa. Sólo existe un

programa activo, no se requiere guardar una copia del mismo en la RAM pues se ejecuta

directamente desde la memoria de programa (ROM).

El usuario de PC está habituado a manejar Megabytes de memoria, pero los

diseñadores con microcontroladores trabajan con capacidades de memoria de programa

de 512 bytes, 1K, 2K (hasta unos 64K) y de RAM de 20 bytes, 68 bytes, 512

(hasta unos 4K).

1º. ROM con máscara

Es una memoria no volátil de sólo lectura cuyo contenido se graba durante la fabricación

del chip. Máscara viene de la forma cómo se fabrican los circuitos integrados. Estos se

fabrican en obleas que contienen varias decenas de chips. Estas obleas se obtienen a

partir de procesos fotoquímicos, donde se impregnan capas de silicio y oxido de silicio, y

según convenga, se erosionan al exponerlos a la luz. Como no todos los puntos han de

ser erosionados, se sitúa entre la luz y la oblea una máscara con agujeros, de manera

que donde deba incidir la luz, esta pasará. Con varios procesos similares pero más

complicados se consigue fabricar los transistores y diodos que componen un circuito

integrado. El elevado coste del diseño de la máscara sólo hace aconsejable el empleo

de los microcontroladores con este tipo de memoria cuando se precisan cantidades

superiores a varios miles de unidades.

2ª. OTP

El microcontrolador contiene una memoria no volátil de sólo lectura "programable una

sola vez" por el usuario. OTP (One Time Programmable). Es el usuario quien puede

escribir el programa en el chip mediante un sencillo grabador controlado por un

programa desde un PC. La versión OTP es recomendable cuando es muy corto el ciclo

de diseño del producto, o bien, en la construcción de prototipos y series muy pequeñas.

Tanto en este tipo de memoria como en la EPROM, se suele usar la encriptación

mediante fusibles para proteger el código contenido.

3ª EPROM

Los microcontroladores que disponen de memoria EPROM

(ErasableProgrammableReadOnIyMemory) pueden borrarse y grabarse muchas veces.

La grabación se realiza, como en el caso de los OTP, con un grabador gobernado desde

un PC. Si se desea borrar el contenido, disponen de una ventana de cristal en su

superficie por la que se somete a la EPROM a rayos ultravioleta durante varios minutos.

Las cápsulas son de material cerámico y son más caros que los microcontroladores con

memoria OTP que están hechos con material plástico. Hoy día se utilizan poco, siendo

sustituidos por memorias EEPROM o Flash.

4ª EEPROM

Se trata de memorias de sólo lectura, programables y borrables eléctricamente

EEPROM (ElectricalErasableProgrammableReadOnIyMemory). Tanto la programación

como el borrado, se realizan eléctricamente desde el propio grabador y bajo el control

programado de un PC. Es muy cómoda y rápida la operación de grabado y la de

borrado. No disponen de ventana de cristal en la superficie. Los microcontroladores

dotados de memoria EEPROM una vez instalados en el circuito, pueden grabarse y

borrarse cuantas veces se quiera sin ser retirados de dicho circuito. Para ello se usan

grabadores en circuito que confieren una gran flexibilidad y rapidez a la hora de realizar

modificaciones en el programa de trabajo. El número de veces que puede grabarse y

borrarse una memoria EEPROM es finito, por lo que no es recomendable una

reprogramación continúa. Hoy día están siendo sustituidas por memorias de tipo Flash.

Se va extendiendo en los fabricantes la tendencia de incluir una pequeña zona de

memoria EEPROM en los circuitos programables para guardar y modificar cómodamente

una serie de parámetros que adecuan el dispositivo a las condiciones del entorno. Este

tipo de memoria es relativamente lenta.

5ª FLASH

Se trata de una memoria no volátil, de bajo consumo, que se puede escribir y borrar.

Funciona como una ROM y una RAM pero consume menos y es más pequeña. A

diferencia de la ROM, la memoria FLASH es programable en el circuito. Es más rápida y

de mayor densidad que la EEPROM. La alternativa FLASH está recomendada frente a

la EEPROM cuando se precisa gran cantidad de memoria de programa no volátil. Es

más veloz y tolera más ciclos de escritura/borrado. Son idóneas para la enseñanza y la

Ingeniería de diseño. Las memorias EEPROM y FLASH son muy útiles al permitir que

los microcontroladores que las incorporan puedan ser reprogramados en circuito, sin

tener que sacar el circuito integrado de la tarjeta. Un dispositivo con este tipo de

memoria incorporado al control del motor de un automóvil permite que pueda

modificarse el programa durante la rutina de mantenimiento periódico, compensando los

desgastes y otros factores tales como la compresión, la instalación de nuevas piezas,

etc. La reprogramación del microcontrolador puede convertirse en una labor rutinaria

dentro de la puesta a punto.

CIRCUITERÍA ALTERNATIVA PARA ENTRADA/SALIDA EN MICROCONTROLADORES

Conocida como puertos de E/S, 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. 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. Típicamente cualquier pin de E/S puede ser considerada E/S de propósito general, pero como los microcontroladores no pueden tener infinitos pines, ni siquiera todos los pines que queramos, las E/S de propósito general comparten los pines con otros periféricos. Para usar un pin con cualquiera de las características a él asignadas debemos configurarlo mediante los registros destinados a ellos.

Un sistema empotrado suele tener tres tipos diferentes de entrada: Módulos de adquisición de datos (sensores). Entrada de interfaz con el usuario (botones, interruptores, ruedas). Comunicación con sistemas externos (entrada/salida).

• La comunicación con sistemas externos se realizará mediante alguno de los sistemas de comunicación que implementan los PIC (USART). No vamos a entrar en detalles.

• Para el resto de entradas vamos a ver los esquemas de conexionado de las entradas más habituales hacia un microcontrolador PIC:

Interruptores. Teclados. Potenciómetros. Sensores.

GENERALIDADES

Origen En 1969, ingenieros de la compañía japonesa BUSICOM, buscan soluciones para fabricar con pocos componentes sus dispositivos (calculadoras), esta proposición se le hizo a INTEL quien en un proyecto dirigido por MarcianHoff y apoyado por Federico Faggin, logro fabricar un bloque integrado denominado “microprocesador” adquiriendo los derechos de la compañía BUSICOM y entregando al mercado en 1971 el primer microprocesador el 4004 de 4 bits. Como ya se ha mencionado le siguieron el i8008, i8080, el Motorola 6800, Z80, i8085. En 1976 aparece en el mercado un nuevo dispositivo que incorpora una CPU, memoria RAM-ROM y puertos de I/O, este dispositivo es llamado “microcontrolador” que son microcomputadoras en un solo chip, dos de los más representativos y primeros microcontroladores fueron: · Intel 8048, con arquitectura Harvard modificada con programa ROM en el mismo chip, RAM de 64 a 256 bytes e interfaz I/O (entrada/salida). Motorola 6805R2. En la década de los 80’s comienza la ruptura de desarrollo y evolución tecnológico entre microprocesadores y microcontroladores. Los microprocesadores han evolucionado buscando la solución al manejo de grandes volúmenes de información, mientras los microcontroladores incorporan unidades funcionales con capacidades superiores de interacción con el medio físico en tiempo real, un mejor desempeño y robustez en aplicaciones industriales. En los años posteriores apareces nuevos microcontroladores que son utilizados para controlar dispositivos periféricos de computadores y algunas aplicaciones de control particulares.

DISPLAYS LED, LCD, Y OTROS DISPOSITIVOS DE VISUALIZACIÓN

Displays LED: los visualizadores que empleadores diodos LED se conoce como

Displays de 7 segmentos y viene en 2 configuraciones básicas de ánodo común y

cátodo común.

Ánodo Común: es aquel donde los ánodos de todos los leds se conectan internamente

al punto de unión U y los cátodos se encuentran disponibles desde afuera del integrado.

Cátodo Común: es aquel donde los cátodos de todos los leds se conectan internamente

al punto de unión U y los ánodos se encuentran disponibles desde afuera del integrado.

LCD: conocido como liquid cristal display basa su funcionamiento en la disposición de

algunas sustancias que se encuentran en una fase liquida y solida a la vez. Los Displays

LCD son visualizadores pasivos esto es que no emiten luz como el display alfanumérico

hecho a base de un arreglo de diodos LEDS. Es por esa razón que los relojes necesita

una luz adicional cuando se intenta ver la luz.

CODIFICADORES DE POSICIÓN

Son aquellas que ofrecen una señal digital a partir de una entrada analógica. Sirve para

realizar mediciones generalmente de posición lineal o angular y pueden ser

incrementales o absolutos.

CODIFICADOR DE POSICIÓN INCREMENTAL: un sensor de este tipo consiste en una

regla lineal o en un disco, el cual es movido por la parte cuya posición o velocidad va

hacer determinante.

CODIFICADOR DE POSICIÓN ABSOLUTO: similares a los incrementales pero con

marcas en círculos concéntricos, cada uno de menor resolución. Cada círculo posee un

sensor y la posición queda codificada como un número formados unos y ceros.

REFERENCIAS

http://perso.wanadoo.es/pictob/microcr.htm

http://microcontroladores-e.galeon.com/

http://www.electronicaestudio.com/microcontrolador.htm

http://www.jegsworks.com/Lessons-sp/lesson4/lesson4-6.htm

http://es.ccm.net/contents/364-que-es-un-bus-informatico

http://www.itpn.mx/recursosisc/7semestre/sistemasprogramables/Unidad%20III.pdf

https://prezi.com/8viznycyaoa1/sistemas-programables/

https://prezi.com/ajes_j3_eoec/322-displays-led-lcd-y-otros-dispositivos-de-visualizaci/

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http://tecnoface.com/tutoriales/12-practicando-con-displays-de-7-segmentos/19-

conceptos-basicos-de-un-display-de-7-segmentos