Capítulo 1 - Programación en BASIC.pdf

9/4/2014 El mundo de los microcontroladores - Captulo 1 - Libro: Microcontroladores PIC - Programacin en BASIC

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El mundo de los microcontroladores - Captulo 1 - Libro: Microcontroladores PIC -

Programacin en BASIC

Captulo 1: Mundo de los microcontroladores

La situacin actual en el campo de los microcontroladores se ha producido gracias al desarrollo de la tecnologa de fabricacin de los

circuitos integrados. Este desarrollo ha permitido construir las centenas de miles de transistores en un chip. Esto fue una condicin previa

para la fabricacin de un microprocesador. Las primeras microcomputadoras se fabricaron al aadirles perifricos externos, tales como

memoria, lneas de entrada/salida, temporizadores u otros. El incremento posterior de la densidad de integracin permiti crear un

circuito integrado que contena tanto al procesador como perifricos. As es cmo fue desarrollada la primera microcomputadora en un

solo chip, denominada ms tarde microcontrolador.

1.1 Introduccin

1.2 Nmeros, nmeros, nmeros...

1.3 Detalles importantes

1.4 Microcontroladores PIC

Los principiantes en electrnica creen que un microcontrolador es igual a un microprocesador. Esto no es cierto. Difieren uno del otro en

muchos sentidos. La primera y la ms importante diferencia es su funcionalidad. Para utilizar al microprocesador en una aplicacin real,

se debe de conectar con otros componentes, en primer lugar con la memoria. Aunque el microprocesador se considera una mquina de

computacin poderosa, no est preparado para la comunicacin con los dispositivos perifricos que se le conectan. Para que el

microprocesador se comunique con algn perifrico, se deben utilizar los circuitos especiales. As era en el principio y esta prctica sigue

vigente en la actualidad.

Por otro lado, al microcontrolador se le disea de tal manera que tenga todas las componentes integradas en el mismo chip. No necesita

de otros componentes especializados para su aplicacin, porque todos los circuitos necesarios, que de otra manera correspondan a los

perifricos, ya se encuentran incorporados. As se ahorra tiempo y espacio necesario para construir un dispositivo.

Para entender con ms facilidad las razones del xito tan grande de los microcontroladores, vamos a prestar atencin al siguiente

ejemplo. Hace unos 10 aos, disear un dispositivo electrnico de control de un ascensor de un edificio de varios pisos era muy difcil,

incluso para un equipo de expertos. Ha pensado alguna vez en qu requisitos debe cumplir un simple ascensor? Cmo lidiar con la

situacin cuando dos o ms personas llaman al ascensor al mismo tiempo? Cul llamada tiene la prioridad? Cmo solucionar las

cuestiones de seguridad, de prdida de electricidad, de fallos, de uso indebido? Lo que sucede despus de resolver estos problemas

bsicos es un proceso meticuloso de disear los dispositivos adecuados utilizando un gran nmero de los chips especializados. Este

proceso puede tardar semanas o meses, dependiendo de la complejidad del dispositivo. Cuando haya terminado el proceso, llega la

hora de disear una placa de circuito impreso y de montar el dispositivo.Un dispositivo enorme! Es otro trabajo difcil y tardado. Por

ltimo, cuando todo est terminado y probado adecuadamente, pasamos al momento crucial y es cuando uno se concentra, respira

profundamente y enciende la fuente de alimentacin. Esto suele ser el punto en el que la fiesta se convierte en un verdadero trabajo

puesto que los dispositivos electrnicos casi nunca funcionan apropiadamente desde el inicio. Preprese para muchas noches sin

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dormir, correcciones, mejoras... y no se olvide de que todava estamos hablando de cmo poner en marcha un simple ascensor.

Cuando el dispositivo finalmente empiece a funcionar perfectamente y todo el mundo est satisfecho, y le paguen por el trabajo que ha

hecho, muchas compaas de desarrollo estarn interesadas en su trabajo. Por supuesto, si tiene suerte, cada da le traer una oferta de

trabajo de un nuevo inversionista. Sin embargo, si lo requieren para trabajar en el control de los elevadores de un nuevo edificio que

tiene cuatro pisos ms de los que ya maneja su sistema de control. Sabe cmo proceder? Cree acaso que se pueden controlar las

demandas de sus clientes? Pensamos que usted va a construir un dispositivo universal que se puede utilizar en los edificios de 4 a 40

pisos, una obra maestra de electrnica. Bueno, incluso si usted consigue construir una joya electrnica, su inversionista le esperarar

delante de la puerta pidiendo una cmara en el ascensor o una msica relajante en caso de fallo de ascensor. O un ascensor con dos

puertas. De todos modos, la ley de Murphy es inexorable y sin duda usted no podr tomar ventaja a pesar de todos los esfuerzos que ha

hecho. Por desgracia, todo lo que se ha dicho hasta ahora sucede en la realidad. Esto es lo que dedicarse a la ingeniera electrnica

realmente significa. Es as como se hacan las cosas hasta aparicin de los microcontroladores diseados - pequeos, potentes y

baratos. Desde ese momento su programacin dej de ser una ciencia, y todo tom otra direccin ...

El dispositivo electrnico capaz de controlar un pequeo submarino, una gra o un ascensor como el anteriormente mencionado, ahora

est incorporado en un slo chip. Los microcontroladores ofrecen una amplia gama de aplicaciones y slo algunas se exploran

normalmente. Le toca a usted decidir qu quiere que haga el microcontrolador y cargar un programa en l con las instrucciones

apropiadas. Antes de encender el dispositivo es recomendable verificar su funcionamiento con ayuda de un simulador. Si todo funciona

como es debido, incorpore el microcontrolador en el sistema. Si alguna vez necesita cambiar, mejorar o actualizar el programa, hgalo.

Hasta cundo? Hasta quedar satisfecho. Eso puede realizarse sin ningn problema.



Saba usted que todas las personas pueden ser clasificadas en uno de 10 grupos, en los que estn familiarizados con el sistema de

numeracin b inario y en los que no estn familiarizados con l. Si no entendi lo anterior significa que todava pertenece al segundo

grupo. Si desea cambiar su estado, lea el siguiente texto que describe brevemente algunos de los conceptos bsicos utilizados ms

tarde en este libro (slo para estar seguro de que estamos hablando en los mismos trminos).

1.2 NMEROS, NMEROS, NMEROS...

La matemtica es una gran ciencia! Todo es tan lgico y simple... El universo de los nmeros se puede describir con slo diez dgitos.

No obstante, realmente tiene que ser as? Necesitamos exactamente esos 10 dgitos? Por supuesto que no, es slo cuestin del

hbito. Acurdese de las lecciones de la escuela. Por ejemplo, qu significa el nmero 764? Cuatro unidades, seis decenas y siete

centenas. Muy simple! Se podra expresar de una forma ms desarrollada? Por supuesto que s: 4 + 60 + 700. An ms desarrollado?

S: 4*1 + 6*10 + 7*100. Podra este nmero parecer un poco ms cientfico? La respuesta es s otra vez: 4*100 + 6*101 + 7*102. Qu



significa esto realmente? Por qu utilizamos exactamente estos nmeros 100, 101 y 102 ? Por qu es siempre el nmero 10? Es

porque utilizamos 10 dgitos diferentes (0, 1, 2...8, 9). En otras palabras, es porque utilizamos el sistema de numeracin en base 10, es

decir el sistema de numeracin decimal.

SISTEMA DE NUMERACIN BINARIO

Qu pasara si utilizramos slo dos nmeros 0 y 1? Si slo pudiramos afirmar (1) o negar (0) que algo existe. La respuesta es nada

especial, seguiramos utilizando los mismos nmeros de la misma manera que utilizamos hoy en da, no obstante ellos pareceran un

poco diferentes. Por ejemplo: 11011010.Cuntas son realmente 11011010 pginas de un libro? Para entenderlo, siga la misma lgica

como en el ejemplo anterior, pero en el orden invertido. Tenga en cuenta que se trata de aritmtica con slo dos dgitos 0 y 1, es decir, del

sistema de numeracin en base 2 (sistema de numeracin binario).

Evidentemente, se trata del mismo nmero representado en dos sistemas de numeracin diferentes. La nica diferencia entre estas dos

representaciones yace en el nmero de dgitos necesarios para escribir un nmero. Un dgito (2) se utiliza para escribir el nmero 2 en el

sistema decimal, mientras que dos dgitos (1 y 0) se utilizan para escribir aquel nmero en el sistema binario. Ahora est de acuerdo

que hay 10 grupos de gente? Bienvenido al mundo de la aritmtica binaria! Tiene alguna idea de dnde se utiliza?

Excepto en las condiciones de laboratorio estrictamente controladas, los circuitos electrnicos ms complicados no pueden especificar

con exactitud la diferencia entre dos magnitudes (dos valores de voltaje, por ejemplo), si son demasiado pequeos (ms pequeos que

unos pocos voltios). La razn son los ruidos elctricos y fenmenos que se presentan dentro de lo que llamamos entorno de trabajo

real (algunos ejemplos de estos fenmenos son los cambios imprevisibles de la tensin de alimentacin, cambios de temperatura,

tolerancia a los valores de los componentes etc...) Imagnese una computadora que opera sobre nmeros decimales al tratarlos de la

siguiente manera: 0=0V, 1=5V, 2=10V, 3=15V, 4=20V... 9=45V!?

Alguien dijo bateras?

Una solucin mucho ms fcil es una lgica binaria donde 0 indica la ausencia de voltaje, mientras que 1 indica la presencia de voltaje.

Es ms fcil de escribir 0 o 1 en vez de no hay voltaje o hay voltaje. Mediante el cero lgico (0) y uno lgico (1) la electrnica se

enfrenta perfectamente y realiza con facilidad todas las operaciones aritmticas. Evidentemente, se trata de electrnica que en realidad

aplica aritmtica en la que todos los nmeros son representados con slo dos dgitos y donde slo es importante saber si hay voltaje o

no. Por supuesto, estamos hablando de electrnica digital.

SISTEMA DE NUMERACIN HEXADECIMAL

En el principio del desarrollo de las computadoras era evidente que a la gente le costaba mucho trabajar con nmeros binarios. Por eso,

se estableci un nuevo sistema de numeracin, que utilizaba 16 smbolos diferentes. Es llamado el sistema de numeracin

hexadecimal. Este sistema est compuesto de 10 dgitos a los que estamos acostumbrados (0, 1, 2, 3,... 9) y de seis letras del alfabeto

A, B, C, D, E y F. Cul es el propsito de esta combinacin aparentemente extraa? Basta con mirar cmo todo en la historia de los

nmeros binarios encaja perfectamente para lograr una mejor comprensin del tema.



El mayor nmero que puede ser representado con 4 dgitos binarios es el nmero 1111. Co-rresponde al nmero 15 en el sistema

decimal. En el sistema hexadecimal ese nmero se representa con slo un dgito F. Es el mayor nmero de un dgito en el sistema

hexadecimal. Se da cuenta de la gran utilidad de estas equivalencias? El mayor nmero escrito con ocho dgitos binarios es a la vez el

mayor nmero de dos dgitos en el sistema hexadecimal. Tenga en cuenta que una computadora utiliza nmeros binarios de 8 dgitos.

Acaso se trata de una casualidad?

CDIGO BCD

El cdigo BCD (Binary-Coded Decimal - Cdigo binario decimal) es un cdigo binario utilizado para representar a los nmeros

decimales. Consiste en nmeros binarios de 4 dgitos que representan los primeros diez dgitos (0, 1, 2, 3...8, 9). Aunque cuatro dgitos

pueden hacer 16 combinaciones posibles en total, el cdigo BCD normalmente utiliza a las primeras diez.

CNVERSIN DE SISTEMAS DE NUMERACIN

El sistema de numeracin binario es el que utilizan los microcontroladores, el sistema decimal es el que nos resulta ms comprensible,

mientras que el sistema hexadecimal presenta un balance entre los dos. Por eso, es muy importante aprender cmo convertir los

nmeros de un sistema de numeracin a otro, por ejemplo, cmo convertir una serie de ceros y unos a una forma de representacin

comprensible para nosotros.

Conversin de Nmeros Binarios a Decimales

Los mismos dgitos en un nmero binario tienen ponderaciones diferentes lo que depende de sus posiciones dentro del nmero que

estn representando. Adems, cada dgito puede contener 1 o 0, y su ponderacin se puede determinar con facilidad al contar su

posicin empezando por la derecha. Para hacer una conversin de un nmero binario a decimal es necesario multiplicar los dgitos (0 o

1) con su ponderacin de posicin (20, 21, 22, 23 etc.) y sumar todos los resultados. La magia de la conversin de un nmero binario a

decimal funciona de maravilla... Tiene duda? Veamos el siguiente ejemplo:

Cabe destacar que es necesario utilizar slo dos dgitos binarios para representar a todos los nmeros decimales de 0 a 3. Para los

nmeros mayores, se deben utilizar los dgitos binarios adicionales. Por consiguiente, para representar los nmeros de 0 a 7 es

necesario utilizar tres dgitos binarios, para representar los nmeros de 0 a 15 - cuatro dgitos etc. Dicho de manera sencilla, el mayor

nmero binario que se puede representar utilizando n dgitos se obtiene al elevar la base 2 a la potencia n. Luego, al resultado se le resta

1. Por ejemplo, si n=4:

24 - 1 = 16 - 1 = 15

Por consiguiente, al utilizar 4 dgitos binarios, es posible representar los nmeros decimales de 0 a 15, que son 16 valores diferentes en

total.

CONVERSIN DE NMEROS HEXADECIMALES A DECIMALES

Para realizar una conversin de un nmero hexadecimal a decimal, cada dgito hexadecimal debe ser multiplicado con el nmero 16

elevado al valor de su posicin. Despus, el resultado obtenido se debe sumar. Por ejemplo:

CONVERSIN DE NMEROS HEXADCIMALES A BINARIOS

No es necesario realizar ningn clculo para convertir un nmero hexadecimal a binario. Los dgitos hexadecimales se reemplazan

simplemente por los cuatro dgitos binarios apropiados. Ya que el dgito hexadecimal mximo es equivalente al nmero decimal 15, es

necesario utilizar cuatro dgitos binarios para representar un dgito hexadecimal. Por ejemplo:



La siguiente es tabla comparativa que contiene los valores de nmeros 0-255 representados en tres sistemas de numeracin diferentes.

Esto es probablemente la manera ms fcil de entender lgica comn aplicada a todos los sistemas de numeracin.

MARCAR LOS NMEROS

El sistema de numeracin hexadecimal, junto con los sistemas binario y decimal, se consideran los ms importantes para nosotros. Es

fcil realizar una conversin de cualquier nmero hexadecimal a binario, adems es fcil de recordarlo. Sin obstante, estas conversiones

pueden provocar una confusin. Por ejemplo, qu significa en realidad la sentencia: Es necesario contar 110 productos en una cadena

de montaje? Dependiendo del sistema en cuestin (binario, decimal o hexadecimal), el resultado podra ser 6, 110 o 272 productos,

respectivamente. Por consiguiente, para evitar equivocaciones, diferentes prefijos y sufijos se aaden directamente a los nmeros. Los

prefijos $ y 0x marcan los nmeros hexadecimales. Por ejemplo, el nmero hexadecimal 10AF se puede escribir como $10AF o 0x10AF.

De manera similar, los nmeros binarios normalmente obtienen el prefijo %. Si un nmero no tiene ni sufijo ni prefijo se considera

decimal. Desafortunadamente, esta forma de marcar los nmeros no es estandarizada, por consiguiente depende de la aplicacin

concreta.

BIT

La teora dice que un bit es la unidad bsica de informacin...Vamos a olvidarlo por un momento y demostrar qu es eso en la prctica.

La respuesta es - nada especial- un bit es un slo dgito binario. Similar a un sistema de numeracin decimal en el que los dgitos de un

nmero no tienen la misma ponderacin (por ejemplo, los dgitos en el nmero 444 son los mismos pero tienen los valores diferentes),

el significado de un bit depende de la posicin que tiene en nmero binario. En este caso no tiene sentido hablar de unidades,

centenas etc. en los nmeros binarios, sus dgitos se denominan el bit cero (el primer bit a la derecha), el primer bit (el segundo bit a la

derecha) etc. Adems, ya que el sistema binario utiliza solamente dos dgitos (0 y 1), el valor de un bit puede ser 0 o 1.

No se confunda si se encuentra con un bit que tiene el valor 4, 16 o 64. Son los valores re-presentados en el sistema decimal.

Simplemente, nos hemos acostumbrado tanto a utilizar los nmeros decimales que estas expresiones llegaron a ser comunes. Sera

correcto decir por ejemplo, el valor del sexto bit en cualquier nmero binario equivale al nmero decimal 64. Pero todos somos

humanos y los viejos hbitos mueren difcilmente. Adems, cmo le suena nmero uno-uno-cero-uno-cero...?

BYTE

Un byte consiste en 8 bits colocados uno junto al otro. Si un bit es un dgito, es lgico que los bytes representen los nmeros. Todas las

operaciones matemticas se pueden realizar por medio de ellos, como por medio de los nmeros decimales comunes. Similar a los

dgitos de cualquier nmero, los dgitos de un byte no tienen el mismo significado. El bit del extremo izquierdo tiene la mayor

ponderacin, por eso es denominado el bit ms significativo (MSB). El bit del extremo derecho tiene la menor ponderacin, por eso es

denominado el bit menos significativo (LSB). Puesto que los 8 dgitos de un byte se pueden combinar de 256 maneras diferentes, el

mayor nmero decimal que se puede representar con un byte es 255 (una combinacin representa un cero).

Un nibble o un cuarteto representa una mitad de byte. Dependiendo de la mitad del nmero en cuestin (izquierda o derecha), se les

denomina nibbles altos o bajos, respectivamente.

Usted seguramente ha pensado alguna vez en cmo es la electrnica dentro de un circuito integrado digital, un microcontrolador o un

microprocesador. Cmo son los circuitos que realizan las operaciones matemticas complicadas y toman decisiones? Saba que sus

esquemas, aparentemente complicadas consisten en slo unos pocos elementos diferentes, denominados circuitos lgicos o compuertas

lgicas?

1.3 DETALLES IMPORTANTES



Una compuerta lgica Y dispone de dos o ms

entradas y de una salida. En este caso la compuerta

utilizada dispone de slo dos entradas. Un uno

lgico (1) aparecer en su salida slo en caso de

que ambas entradas (A y B) sean llevadas a alto (1).

La tabla a la derecha muestra la relacin entre las

entradas y salidas de la compuerta Y.

El principio de funcionamiento es el mismo cuando

la compuerta disponga de ms de dos entradas: la

salida proporciona un uno lgico (1) slo si todas

las entradas son llevadas a alto (1). Cualquier otra

combinacin de voltajes de entrada proporcionar

un cero lgico (0) en su salida. Utilizada en el

programa, la operacin Y lgico es realizada por una

instruccin de programa, de la que vamos a hablar

ms tarde. Por ahora basta con conocer que Y

lgico en un programa se refiere a la realizacin de

este tipo de operacin sobre los bits

correspondientes de dos registros diferentes.

De manera similar, la compuerta O tambin dispone

de dos o ms entradas y de una salida. Si la

compuerta dispone de slo dos entradas, es

aplicable lo siguiente: la salida proporciona un uno

lgico (1) si una u otra entrada (A o B) es llevada a

alto (1). En caso de que la compuerta O disponga de

ms de dos entradas, es aplicable lo siguiente: La

salida proporciona un uno lgico (1) si por lo menos

una entrada es llevada a alto (1). Si todas las

entradas estn a cero lgico (0), la salida estar a

cero lgico (0) tambin.

En un programa, la operacin O lgico se realiza de

la misma manera que la operacin Y lgico.

El funcionamiento de estos elementos es basado en los principios establecidos por el matemtico britnico George Boole en la mitad

del siglo 19 - es decir, antes de la invencin de la primera bombilla. La idea principal era de expresar las formas lgicas por medio de las

funciones algebraicas. Tal idea pronto se transform en un producto prctico que se convirti ms tarde en lo que hoy en da conocemos

como circuitos lgicos Y (AND), O (OR) o NO (NOT). El principio de su funcionamiento es conocido como algebra de Boole.

CIRCUITOS LGICOS

Algunas instrucciones de programa funcionan de la misma manera que las compuertas lgicas. A continuacin vamos a explicar el

principio de su funcionamiento.

Compuerta Y (AND)

Compuerta O (OR)

Compuerta NO (NOT)

La compuerta lgica NO dispone de una sola entrada y una sola salida, por lo que funciona muy simplemente. Cuando un cero lgico (0)

aparezca en su entrada, la salida proporciona un uno lgico (1) y viceversa. Esto significa que esta compuerta invierte las seales por s

mismas y por eso es denominada inversor.

En el programa la operacin lgica NO se realiza sobre un byte. El resultado es un byte con los bits invertidos. Si los bits de un byte se



consideran nmero, el valor invertido es un complemento a ese nmero. El complemento de un nmero es el valor que se aade al

nmero hasta llegar al mayor nmero binario de 8 dgitos. En otras palabras, la suma de un dgito de 8 nmeros y de su complemento es

siempre 255.

COMPUERTA XOR (O EXCLUSIVA)

La compuerta XOR (O EXCLUSIVA) es un poco complicada en comparacin con las dems. Representa una combinacin de todas las

compuertas anteriormente descritas. La salida proporciona un uno lgico (1) slo si sus entradas estn en estados lgicos diferentes.

En el programa, esta operacin se utiliza con frecuencia para comparar dos bytes. La resta se puede utilizar con el mismo propsito (si el

resultado es 0, los bytes son iguales). A diferencia de la resta, la ventaja de esta operacin lgica es que no es posible obtener los

resultados negativos.

REGISTRO

Un registro o una celda de memoria es un circuito electrnico que puede memorizar el estado de un byte.

REGISTROS SFR

A diferencia de los registros que no tienen ninguna funcin especial y predeterminada, cada microcontrolador dispone de un nmero de

registros de funciones especiales (SFR), con la funcin predeterminada por el fabricante. Sus bits estn conectados a los circuitos

internos del microcontrolador tales como temporizadores, convertidores A/D, osciladores entre otros. Esto significa que directamente

manejan el funcionamiento de estos circuitos, o sea del microcontrolador. Imagnese ocho interruptores que manejan el funcionamiento

de un circuito pequeo dentro del microcontrolador. Los registros SFR hacen exactamente lo mismo.



En otras palabras, el estado de los bits de registros se fija dentro de programa, los registros SFR dirigen los pequeos circuitos dentro

del microcontrolador, estos circuitos se conectan por los pines del microcontrolador a un dispositivo pe-rifrico utilizado para... Bueno,

depende de usted.

PUERTOS DE ENTRADA/SALIDA (E/S)

Para hacer til un microcontrolador, hay que conectarlo a un dispositivo externo, o sea, a un perifrico. Cada microcontrolador tiene uno o

ms registros (denominados puertos) conectados a los pines en el microcontrolador. Por qu se denominan como puertos de

entrada/salida? Porque usted puede cambiar la funcin de cada pin como quiera. Por ejemplo, usted desea que su dispositivo encienda

y apague los tres seales LEDs y que simultneamente monitoree el estado lgico de 5 sensores o botones de presin. Uno de los

puertos debe estar configurado de tal manera que haya tres salidas (conectadas a los LEDs) y cinco entradas (conectadas a los

sensores). Eso se realiza simplemente por medio de software, lo que significa que la funcin de algn pin puede ser cambiada durante

el funcionamiento.

Una de las caractersticas ms importantes de los pines de entrada/salida (E/S) es la corriente mxima que pueden entregar/recibir. En

la mayora de los microcontroladores la corriente obtenida de un pin es suficiente para activar un LED u otro dispositivo de baja corriente

(10-20mA).

Otra caracterstica importante de los pines es que pueden disponer de los resistores pull-up. Estos resistores conectan los pines al polo

positivo del voltaje de la fuente de alimentacin y su efecto se puede ver al configurar el pin como una entrada conectada a un interruptor

mecnico o a un botn de presin. Las ltimas versiones de los microcontroladores tienen las resistencias pull-up configurables por

software.

Cada puerto de E/S normalmente est bajo el control de un registro SFR especializado, lo que significa que cada bit de ese registro

determina el estado del pin correspondiente en el el microcontrolador. Por ejemplo, al escribir un uno lgico (1) a un bit del registro de

control (SFR), el pin apropiado del puerto se configura automticamente como salida. Eso significa que el voltaje llevado a ese pin se

puede leer como 0 o 1 lgico. En caso contrario, al escribir 0 al registro SFR, el pin apropiado del puerto se configura como salida. Su

voltaje (0V o 5V) corresponde al estado del bit apropiado del registro del puerto (0 o 1 lgico, respectivamente).

UNIDAD DE MEMORIA

La unidad de memoria es una parte del microcontrolador utilizada para almacenar los datos. La manera ms fcil de explicarlo es

compararlo con un armario grande con muchos cajones. Si marcamos los cajones claramente, ser fcil acceder a cualquiera de sus

contenidos al leer la etiqueta en la parte delantera del cajn.

De manera similar, cada direccin de memoria corresponde a una localidad de memoria. El contenido de cualquier localidad se puede

leer y se le puede acceder al direccionarla. La memoria se puede escribir en la localidad o leer.



Hay varios tipos de memoria dentro del microcontrolador:

Memoria ROM (Read Only Memory) - memoria de slo lectura

La memoria ROM se utiliza para guardar permanentemente el programa que se est ejecutando. El tamao de programa que se puede

escribir depende del tamao de esta memoria. Los microcontroladores actuales normalmente utilizan el direccionamiento de 16 bits, que

significa que son capaces de direccionar hasta 64 Kb de memoria, o sea 65535 localidades. Por ejemplo, si usted es principiante, su

programa exceder pocas veces el lmite de varios cientos de instrucciones. Hay varios tipos de memoria ROM.

ROM de mscara (enmascarada) - MROM

La ROM enmascarada es un tipo de ROM cuyo contenido es programado por el fabricante. El trmino de mscara viene del proceso de

fabricacin, donde las partes del chip se plasman en las mascaras utilizadas durante el proceso de fotolitografa. En caso de fabricacin

de grandes series, el precio es muy bajo. Olvide la idea de modificarla...

OTP ROM (One Time Programmable ROM) - ROM programable una sola vez

La memoria programable una sola vez permite descargar un programa en el chip, pero como dice su nombre, una sola vez. Si se detecta

un error despus de descargarlo, lo nico que se puede hacer es descargar el programa correcto en otro chip.

UV EEPROM (ROM Erasable programmable ROM) - ROM programable borrable por rayos ultravioleta

El encapsulado de este microcontrolador tiene una ventana reconocible en la parte alta. Eso permite exponer la superficie del chip de

silicio a la luz de ultravioleta y borrar el programa completamente en varios minutos. Luego es posible descargar un nuevo programa en

l.

La instalacin de esta ventana es complicada, lo que por supuesto afecta al precio. Desde nuestro punto de vista, desgraciadamente,

de manera negativa...

Memoria Flash

Este tipo de memoria se invent en los aos 80 en los laboratorios de la compaa INTEL, como forma desarrollada de la memoria UV

EPROM. Ya que es posible escribir y borrar el contenido de esta memoria prcticamente un nmero ilimitado de veces, los

microcontroladores con memoria Flash son perfectos para estudiar, experimentar y para la fabricacin en pequea escala. Por la gran

popularidad de esta memoria, la mayora de los microconroladores se fabrican con tecnologa flash hoy en da. Si usted va a comprar un

microcontrolador, ste es en definitiva la opcin perfecta!

MEMORIA RAM (Random AcMemoria RAM (Random Access Memory) - memoria de acceso aleatorio

Al apagar la fuente de alimentacin, se pierde el contenido de la memoria RAM. Se utiliza para almacenar temporalmente los datos y los

resultados inmediatos creados y utilizados durante el funcionamiento del microcontrolador. Por ejemplo, si el programa ejecuta la adicin

(de cualquier cosa) es necesario tener un registro que representa lo que se llama suma en vida cotidiana. Con tal propsito, uno de los

registros de la RAM es denominado suma y se utiliza para almacenar los resultados de la adicin.

Memoria EEPROM (Electrically Erasable Programmable ROM) - ROM programable y borrable elctricamente

El contenido de la EEPROM se puede cambiar durante el funcionamiento (similar a la RAM), pero se queda permanentemente guardado

despus de la prdida de la fuente de alimentacin (similar a la ROM). Por lo tanto, la EEPROM se utiliza con frecuencia para almacenar



los valores creados durante el funcionamiento, que tienen que estar permanentemente guardados. Por ejemplo, si usted ha diseado

una llave electrnica o un alarma, sera estupendo permitir al usuario crear e introducir una contrasea por su cuenta. Por supuesto, la

nueva contrasea tiene que estar guardada al apagar la fuente de alimentacin. En tal caso una solucin perfecta es el microcontrolador

con una EEPROM embebida.

INTERRUPCIN

La mayora de programas utilizan interrupciones durante ejecucin de programa regular. El propsito del microcontrolador generalmente

consiste en reaccionar a los cambios en su entorno. En otras palabras, cuando ocurre algo, el microcontrolador reacciona de alguna

manera... Por ejemplo, al apretar el botn del mando a distancia, el microcontrolador lo registra y responde al comando cambiando de

canal, subiendo o bajando el volumen etc. Si el microcontrolador pasar la mayora del tiempo comprobando varios botones sin parar -

las horas, los das, esto no sera nada prctico.

Por lo tanto, el microcontrolador aprendi un truco durante su evolucin. En vez de seguir comprobando algn pin o bit, el

microconrolador deja su trabajo de esperar a un experto que reaccionar slo en caso de que suceda algo digno de atencin.

La seal que informa al procesador central acerca de tal acontecimiento se denomina INTERRUPCIN.

BUS

El bus est formado por 8, 16 o ms cables. Hay dos tipos de buses: el bus de direcciones y el bus de datos. El bus de direcciones

consiste en tantas lneas como sean necesarias para direccionar la memoria. Se utiliza para transmitir la direccin de la CPU a la

memoria. El bus de datos es tan ancho como los datos, en este caso es de 8 bits o cables de ancho. Se utiliza para conectar todos los

circuitos dentro del microcontrolador.

UNIDAD CENTRAL DE PROCESAMIENTO (Central processor unit - CPU)

Como indica su nombre, esto es una unidad que controla todos los procesos dentro del microcontrolador. Consiste en varias unidades

ms pequeas, de las que las ms importantes son:

Decodificador de instrucciones. Es la parte que descodifica las instrucciones del programa y acciona otros circuitos

basndose en esto;

Unidad lgica aritmtica (Arithmetical Logical Unit - ALU) realiza todas las operaciones matemticas y lgicas

sobre datos. El conjunto de instrucciones que es diferente para cada familia de microcontrolador expresa las

capacidades de este circuito; y

Acumulador o registro de trabajo. Es un registro SFR estrechamente relacionado con el funcionamiento de la ALU.

Es un tipo de escritorio de trabajo utilizado para almacenar todos los datos sobre los que se debe realizar alguna

operacin (sumar, mover). Tambin almacena los resultados preparados para el procesamiento futuro. Uno de los

registros SFR, denominado Registro Status (PSW), est estrechamente relacionado con el acumulador. Muestra el

estado de un nmero almacenado en el acumulador (el nmero es mayor o menor que cero etc.) en cualquier

instante dado. El acumulador es denominado registro de trabajo (working register), o sea, registro W o solamente W.

COMUNICACIN SERIE

La conexin paralela entre el microcontrolador y los perifricos a travs de los puertos de entrada/salida es una solucin perfecta para

las distancias cortas - hasta varios metros. No obstante, cuando es necesario establecer comunicacin entre dos dispositivos a largas

distancias no es posible utilizar la conexin paralela. En vez de eso, se utiliza la conexin en serie.

Hoy en da, la mayora de los microcontroladores llevan incorporados varios sistemas diferentes para la comunicacin en serie, como un

equipo estndar. Cul de estos sistemas se utilizar en un caso concreto, depende de muchos factores, de los que ms importantes

son:

Con cuntos dispositivos el microcontrolador tiene que intercambiar los datos?

Cul es la velocidad del intercambio de datos obligatoria?

Cul es la distancia entre los dispositivos?

Es necesario transmitir y recibir los datos simultneamente?



Una de las cosas ms importantes en cuanto a la comunicacin en serie es el Protocolo que debe ser estrictamente observado. Es un

conjunto de reglas que se aplican obligatoriamente para que los dispositivos puedan interpretar correctamente los datos que

intercambian mutuamente. Afortunadamente, los microcontroladores se encargan de eso automticamente, as que el trabajo de

programador/usuario es reducido a la escritura y lectura de datos.

VELOCIDAD DE TRANSMISIN DE DATOS

La velocidad de transmisin de datos (data rate) es el trmino utilizado para denotar el nmero de bits transmitidos por segundo [bps].

Fjese que este trmino se refiere a bits, y no a bytes! El protocolo normalmente requiere que cada byte se transmita junto con varios bits

de control. Eso quiere decir que un byte en un flujo de datos serial puede consistir en 11 bits. Por ejemplo, si velocidad de transmisin

serial es 300 bps un mximo de 37 y un mnimo de 27 bytes se pueden transmitir por segundo.

Los sistemas de comunicacin serial ms utilizados son:

I2C (Inter Integrated Circuit) - Circuito Inter-Integrado

Circuito inter-integrado es un sistema para el intercambio de datos serial entre los microcontroladores y los circuitos integrados de nueva

generacin. Se utiliza cuando la distancia entre ellos es corta (el receptor y el transmisor estn normalmente en la misma placa de

circuito impreso). La conexin se establece por medio de dos lneas - una se utiliza para transmitir los datos, mientras que la otra se

utiliza para la sincronizacin (la seal de reloj). Como se muestra en la figura, un dispositivo es siempre el principal (master - maestro),

el que realiza el direccionamiento de un chip subordinado (slave - esclavo) antes de que se inicie la comunicacin. De esta manera un

microcontrolador puede comunicarse con 112 dispositivos diferentes. La velocidad de transmisin de datos es normalmente 100 Kb/seg

(el modo estndar) o 10 Kb/seg (modo de velocidad de transmisin de datos baja). Recientemente han aparecido los sistemas con la

velocidad de transmisin de datos de 3.4 Mb/sec. La distancia entre los dispositivos que se comunican por el bus I2C est limitada a

unos metros.

SPI (SERIAL PERIPHERAL INTERFACE BUS) - BUS SERIAL DE INTERFAZ DE PERIFRICOS

Un bus serial de interfaz de perifricos es un sistema para la comunicacin serial que utiliza tres de cuatro lneas - para recibir los datos,

para transmitir los datos, para sincronizar y (opcional) para seleccionar el dispositivo con el que se comunica. Esto es la conexin full

duplex, lo que significa que los datos se envan y se reciben simultneamente.

La velocidad de transmisin de datos mxima es mayor que en el mdulo de conexin I2C.

UART (UNIVERSAL ASYNCHRONOUS RECEIVER/TRANSMITTER) - TRANSMISOR - RECEPTOR ASNCRONO UNIVERSAL



Este tipo de conexin es asncrona, lo que significa que no se utiliza una lnea especial para transmitir la seal de reloj. En algunas

aplicaciones este rasgo es crucial (por ejemplo, en mandar datos a distancia por RF o por luz infrarroja). Puesto que se utiliza slo una

lnea de comunicacin, tanto el receptor como el transmisor reciben y envan los datos a velocidad misma que ha sido predefinida para

mantener la sincronizacin necesaria. Esto es una manera simple de transmitir datos puesto que bsicamente representa una

conversin de datos de 8 bits de paralelo a serial. La velocidad de transmisin no es alta, es hasta 1 Mbit/sec.

OSCILADOR

Los pulsos uniformes generados por el oscilador permiten el funcionamiento armnico y sncrono de todos los circuitos del

microcontrolador. El oscilador se configura normalmente de tal manera que utilice un cristal de cuarzo o resonador cermico para

estabilizacin de frecuencia. Adems, puede funcionar como un circuito autnomo (como oscilador RC). Es importante decir que las

instrucciones del programa no se ejecutan a la velocidad impuesta por el mismo oscilador sino varias veces ms despacio. Eso ocurre

porque cada instruccin se ejecuta en varios ciclos del oscilador. En algunos microcontroladores se necesita el mismo nmero de ciclos

para ejecutar todas las instrucciones, mientras que en otros el tiempo de ejecucin no es el mismo para todas las instrucciones. Por

consiguiente, si el sistema utiliza el cristal de cuarzo con una frecuencia de 20 MHZ, el tiempo de ejecucin de una instruccin de

programa no es 50 nS, sino 200, 400 o 800 nS dependiendo del tipo del microcontrolador.

CIRCUITO DE ALIMENTACIN

Hay que mencionar dos cosas dignas de atencin con relacin al circuito de la fuente de alimentacin de microcontroladores:

Brown out es un estado potencialmente peligroso que ocurre al apagar el microcontrolador o en caso de que el voltaje

de la fuente de alimentacin salga de unos mrgenes debido al ruido elctrico. Como el microcontrolador dispone de

varios circuitos que funcionan a niveles de voltaje diferentes, ese estado puede causar un comportamiento

descontrolado. Para evitarlo, el microcontrolador normalmente tiene un circuito incorporado para el brown out reset. El

circuito reinicia inmediatamente el microcontrolador si el voltaje de alimentacin cae por debajo del lmite.

El pin de reset (reinicio), marcado frecuentemente con MCLR (Master Clear Reset), sirve para el reinicio externo del

microcontrolador al aplicar un cero (0) o un uno (1) lgico dependiendo del tipo del microcontrolador. En caso de que el

circuito brown out no est incorporado, un simple circuito externo para el brown out reset se puede conectar al pin

MCLR.

TEMPORIZADORES/CONTADORES

El oscilador del microcontrolador utiliza cristal de cuarzo para su funcionamiento. Aunque no se trata de la solucin ms simple, hay

muchas razones para utilizarlo. La frecuencia del oscilador es definida con precisin y muy estable, as que siempre genera los pulsos

del mismo ancho, lo que los hace perfectos para medicin de tiempo. Tales osciladores se utilizan en los relojes de cuarzo. Si es

necesario medir el tiempo transcurrido entre dos eventos, basta con contar los pulsos generados por este oscilador. Esto es

exactamente lo que hace el temporizador.



La mayora de los programas utiliza estos cronmetros electrnicos en miniatura. Generalmente son registros SFR de 8 o 16 bits cuyo

contenido se aumenta automticamente con cada pulso. Una vez que se llena el registro, se genera una interrupcin!

Si el temporizador utiliza el oscilador de cuarzo interno para su funcionamiento, es posible medir el tiempo entre dos eventos (el valor de

registro en el momento de iniciar la medicin es T1, en el momento de finalizar la medicin es T2, el tiempo transcurrido es igual al

resultado de la resta T2 - T1). Si los registros se aumentan con los pulsos que vienen de la fuente externa, tal temporizador se convierte

en un contador.

Esto es una explicacin simple de su funcionamiento. Es un poco ms complicado en prctica.

CMO FUNCIONAN LOS TEMRPORIZADORES?

En prctica, los pulsos generados por el oscilador de cuarzo son llevados al circuito una vez por cada ciclo de mquina directamente o

por el pre-escalador, lo que aumenta el nmero en el registro del temporizador. Al incorporar al cuarzo que oscila con una frecuencia de 4

MHz se aplica lo siguiente:si una instruccin (un ciclo de mquina) dura cuatro perodos del oscilador de cuarzo, este nmero ser

cambiado un milln de veces por segundo (cada microsegundo).

Es fcil de medir los intervalos de tiempo cortos de la manera descrita anteriormente (hasta 256 microsegundos porque es el mayor

nmero que un registro puede contener). Esta obvia desventaja se puede superar de varias maneras: al utilizar el oscilador ms lento,

por medio de registros con ms bits, del pre-escalador o de la interrupcin. Las primeras dos soluciones tienen algunas debilidades as

que se recomienda utilizar el pre-escalador y/o la interrupcin.

UTILIZAR UN PRE-ESCALADOR EN EL FUNCIONAMIENTO DEL TEMPORIZADOR

Un pre-escalador es un dispositivo electrnico utilizado para dividir la frecuencia por un factor predeterminado. Esto quiere decir que se

necesita llevar 1, 2, 4 o ms pulsos a su entrada para generar un pulso a la salida. La mayora de los microcontroladores disponen de

uno o ms pre-escaladores incorporados y su tasa de divisin puede ser cambiada dentro del programa. El pre-escalador se utiliza

cuando es necesario medir los perodos de tiempo ms largos.



UTILIZAR UNA INTERRUPCIN EN EL FUNCIONAMIENTO DEL TEMPORIZADOR

Si el registro del temporizador es de 8 bits, el mayor nmero que se puede escribir en l es 255. En los registros de 16 bits es el nmero

65.535. Si se excede este nmero, el temporizador se reinicia automticamente y el conteo comienza de nuevo en cero. Esto es

denominado desbordamiento o sobreflujo (overflow). Permitido por el programa, el desbordamiento puede provocar una interrupcin, lo

que abre completamente nuevas posibilidades. Por ejemplo, el estado de registros utilizados para contar segundos, minutos o das

puede ser implementado en una rutina de interrupcin. El proceso entero (excepto la rutina de interrupcin) se lleva a cabo internamente,

lo que permite que los circuitos principales del microcontrolador funcionen regularmente.

La figura anterior describe el uso de una interrupcin en el funcionamiento del temporizador. Al asignarle un pre-escalador al

temporizador, se producen retrasos de duracin arbitraria con mnima interferencia en la ejecucin del programa principal.

CONTADORES

Si un temporizador se suministra por los pulsos ingresados por el pin de entrada en el microcontrolador, se produce un contador.

Evidentemente, es el mismo circuito electrnico capaz de funcionar en dos modos diferentes. La nica diferencia es que los pulsos para

contar se ingresan por el pin de entrada y que su duracin (anchura) no es definida. Por eso, no se pueden utilizar para medicin de

tiempo, sino que se utilizan para otros propsitos, por ejemplo: contar los productos en la cadena de montaje, nmero de rotaciones del

eje de un motor, pasajeros etc. (dependiendo del sensor utilizado).

TEMPORIZADOR PERRO GUARDIN (WATCHDOG)

El perro guardin es un temporizador conectado a un oscilador RC completamente independiente dentro del microcontrolador.

Si el perro guardin est habilitado, cada vez que cuenta hasta el mximo valor en el que ocurre el desbordamiento del registro se

genera una seal de reinicio del microcontrolador y la ejecucin de programa inicia en la primera instruccin. El punto es evitar que eso

ocurra al utilizar el comando adecuado.

La idea se basa en el hecho de que cada programa se ejecuta en varios bucles, ms largos o cortos. Si las instrucciones que reinician el

temporizador perro guardin se colocan en lugares estratgicos del programa, aparte los comandos que se ejecutan regularmente, el

funcionamiento del perro guardin no afectar a la ejecucin del programa. Si por cualquier razn (con frecuencia por los ruidos

elctricos) el contador de programa se queda atrapado dentro de un bucle infinito, el valor del registro continuar aumentado por el

temporizador perro guardin alcanzar el mximo valor, el registro se desbordar y, aleluya! Ocurre el reinicio y el programa ser

ejecutado desde el principio!



CONVERTIDOR A/D

Las seales externas son muy diferentes de las que entiende el microcontrolador (solamente 0V y 5V), as que deben ser convertidas

para que el microcontrolador pueda entenderlas. Un convertidor analgico-digital es un circuito electrnico encargado de convertir las

seales continuas en nmeros digitales discretos. En otras palabras, este circuito convierte un nmero real en un nmero binario y se lo

enva a la CPU para ser procesado. Este mdulo se utiliza para medir el voltaje en el pin de entrada (voltaje analgico).

El resultado de esta medicin es un nmero (el valor digital) utilizado y procesado ms tarde en el programa.

ARQUITECTURA INTERNA



Todos los microcontroladores actuales utilizan uno de dos modelos bsicos de arquitectura denominados Harvard y von-Neumann.

Son dos maneras diferentes del intercambio de datos entre la CPU y la memoria.

ARQUITECTURA DE VON-NEUMANN

Los microcontroladores que utilizan la arquitectura von-Neumann disponen de un solo bloque de memoria y de un bus de datos de 8 bits.

Como todos los datos se intercambian por medio de estas 8 lneas, este bus est sobrecargado, y la comunicacin por si misma es muy

lenta e ineficaz. La CPU puede leer una instruccin o leer/escribir datos de/en la memoria. Los dos procesos no pueden ocurrir a la vez

puesto que las instrucciones y los datos utilizan el mismo bus. Por ejemplo, si alguna lnea de programa dice que el registro de la

memoria RAM llamado SUM debe ser aumentado por uno (instruccin: incf SUMA), el microcontrolador har lo siguiente:

El mismo bus de datos se utiliza para todas estas operaciones intermedias al intercambiar los datos entre la CPU y la memoria.

ARQUITECTURA DE HARVARD

Los microcontroladores que utilizan esta arquitectura disponen de dos buses de datos diferentes. Uno es de 8 bits de ancho y conecta la

CPU con la memoria RAM. El otro consiste en varias lneas (12, 14 o 16) y conecta a la CPU y la memoria ROM. Por consiguiente, la CPU

puede leer las instrucciones y realizar el acceso a la memoria de datos a la vez. Puesto que todos los registros de la memoria RAM son

de 8 bits de ancho, todos los datos dentro del microcontrolador que se intercambian son de la misma anchura. Durante el proceso de la

escritura de programa, slo se manejan los datos de 8 bits. En otras palabras, todo lo que usted podr cambiar en el programa y a lo que

podr afectar ser de 8 bits de ancho. Todos los programas escritos para estos microcontroladores sern almacenados en la memoria

ROM interna del microcontrolador despus de haber sido compilados a cdigo mquina. No obstante, estas localidades de memoria

ROM no tienen 8, sino 12, 14 o 16 bits. 4, 6 o 8 bits adicionales representan una instruccin que especifica a la CPU qu hacer con los

datos de 8 bits.

Las ventajas de esta arquitectura son las siguientes:

Todos los datos en el programa son de un byte (8 bits) de ancho. Como un bus de datos utilizado para lectura de

programa tiene unas lneas ms (12, 14 o 16), tanto la instruccin como el dato se pueden leer simultneamente al

utilizar estos bits adicionales. Por eso, todas las instrucciones se ejecutan en un ciclo salvo las instrucciones de salto

que son de dos ciclos.

El hecho de que un programa (la ROM) y los datos temporales (la RAM) estn separados, permite a la CPU poder

ejecutar dos instrucciones simultneamente. Dicho de manera sencilla, mientras que se realiza la lectura o escritura

de la RAM (que marca el fin de una instruccin), la siguiente instruccin se lee por medio de otro bus.

En los microcontroladores que utilizan la arquitectura de von-Neumann, nunca se sabe cunta memoria ocupar algn

programa. Generalmente, la mayora de las instrucciones de programa ocupan dos localidades de memoria (una

contiene informacin sobre QU se debe realizar, mientras que la otra contiene informacin sobre CUL dato se debe

realizar). Sin embargo, esto no es una frmula rgida, sino el caso ms frecuente. En los microcontroladores que

utilizan una arquitectura Harvard, el bus de la palabra de programa es ms ancho que un byte, lo que permite

que cada palabra de programa est compuesto por una instruccin y un dato. En otras palabras, una localidad de

memoria - una instruccin de programa.

1. Leer la parte de la instruccin de programa que especifica QU es lo que debe realizar (en este caso es la

instruccin para incrementar incf)

2. Seguir leyendo la misma instruccin que especifica sobre CUL dato lo debe realizar (en este caso es el

contenido del registro SUMA)

3. Despus de haber sido incrementado, el contenido de este registro se debe escribir en el registro del que fue ledo

(direccin del registro SUMA)



JUEGO DE INSTRUCCIONES

El nombre colectivo de todas las instrucciones que puede entender el microcontrolador es llamado Juego de Instrucciones. Cuando se

escribe un programa en ensamblador, en realidad se especifican instrucciones en el orden en el que deben ser ejecutadas. La

restriccin principal es el nmero de instrucciones disponibles. Los fabricantes normalmente elijen entre una de dos soluciones

opuestas y disean los microcontroladores que aplican el mayor o el menor nmero posible de instrucciones. En otras palabras, elijen

entre dos juegos de instrucciones - RISC o CISC, respectivamente.

RISC (REDUCED INSTRUCTION SET COMPUTER) - COMPUTADORA CON JUEGO DE INSTRUCCIONES REDUCIDAS

En este caso la idea es que el microcontrolador reconoce y ejecuta slo operaciones bsicas (sumar, restar, copiar etc...) Las

operaciones ms complicadas se realizan al combinar stas. Por ejemplo, multiplicacin se lleva a cabo al realizar adicin sucesiva. Es

como intentar explicarle a alguien con pocas palabras cmo llegar al aeropuerto en una nueva ciudad. Sin embargo, no todo es tan

oscuro. Por ltimo, no es tan difcil explicar dnde est el aeropuerto si se utilizan las palabras adecuadas tales como: a la derecha, a la

izquierda, el kilmetro etc.

CISC (COMPLEX INSTRUCTION SET COMPUTER) - COMPUTADORAS CON JUEGO DE INTRUCCIONES COMPLEJO

CISC es opuesto a RISC! Los microcontroladores diseados para reconocer ms de 200 instrucciones diferentes realmente pueden

realizar muchas cosas a alta velocidad. No obstante, uno debe saber cmo utilizar todas las posibilidades que ofrece un lenguaje tan

rico, lo que no es siempre tan fcil...

CMO ELEGIR UN MICROCONTROLADOR?

Bueno, si usted es principiante, y ha tomado decisin de trabajar con los microcontroladores. Felicitaciones por la eleccin! No obstante,

a primera vista, no es fcil la eleccin del microcontrolador ms adecuado como parece a la primera vista. El problema no es el pequeo

rango de dispositivos a elegir, sino todo lo contrario!

Antes de empezar a disear un dispositivo basado en un microcontrolador, tome en cuenta lo siguiente: cuntas entradas/lneas son

necesarias para su funcionamiento, realizara el dispositivo otras operaciones adems encender/apagar un rel, necesita algn modulo

especializado tal como el de comunicacin en serie, convertidor A/D etc. Cuando usted tiene una clara imagen de lo que quiere, el rango

de seleccin se reduce considerablemente, y le queda pensar en el precio. Va a tener varios dispositivos? Varios cientos? Un milln?

De todos modos ahora es ms claro.

Si est pensando en todas estas cosas por primera vez, todo le parecer un poco confuso. Por esa razn, vaya paso a paso. Antes que

nada, seleccione al fabricante, es decir, la familia de microcontroladores que ofrece. Luego, aprenda a trabajar con un modelo particular.

Slo aprenda lo que necesite aprender, no entre demasiado en detalles. Resuelva el problema especfico y le pasar una cosa increble -

ser capaz de manejar cualquier modelo que pertenece a la misma familia...

Ms o menos, todo se parece a montar en bicicleta: despus de varias cadas inevitables en el principio, ser capaz de mantener el

equilibrio y montar en cualquier otra bicicleta. Por supuesto, nunca se olvida tanto de montar en bicicleta, como de la destreza de

programacin!

1.4 MICROCONTROLADORES PIC

El nombre verdadero de este microcontrolador es PICmicro - controlador de interfaz perifrico (Peripheral Interface Controller), conocido

bajo el nombre PIC. Su primer antecesor fue creado en 1975 por la compaa General Instruments. Este chip denominado PIC1650 fue

diseado para propsitos completamente diferentes. Aproximadamente diez aos ms tarde, al aadir una memoria EEPROM, este

circuito se convirti en un verdadero microcontrolador PIC.

Si est interesado en aprender ms sobre eso, siga leyendo.

La idea principal de este libro es proporcionar la informacin necesaria al usuario para que sea capaz de utilizar los microcontroladores

en la prctica. Para evitar explicaciones pesadas y las historias infinitas sobre las caractersticas tiles de los microcontroladores

diferentes, este libro describe el funcionamiento de un modelo particular que pertenece a la clase media alta. Es PIC16F887 - bastante

poderoso para ser digno de atencin y bastante simple para poder ser utilizado por cualquiera. As, los siguientes captulos describen

este microcontrolador en detalle y tambin se refieren a la familia PIC entera..

Todos los microcontroladores PIC utilizan una arquitectura Harvard, lo que quiere decir que su memoria de programa est conectada a la

CPU por ms de 8 lneas. Hay microcontroladores de 12, 14 y 16 bits, dependiendo de la anchura del bus. La siguiente tabla rmuestra

las caractersticas principales de estas tres categoras de los microcontroladores PIC.



FamiliaROM

[Kbytes]RAM

[bytes]Pines

Frecuencia

de reloj[MHz]

Entradas

A/D

Resolucindel

convertidorA/D

Compar-adores

Temporizadores

de 8/16 bits

Com.

serial

Salidas

PWMOtros

Arquitectura de la gama baja de 8 bits, palabra de instruccin de 12 bits

PIC10FXXX0.375 -

0.7516 - 24 6 - 8 4 - 8 0 - 2 8 0 - 1 1 x 8 - - -

PIC12FXXX 0.75 - 1.5 25 - 38 8 4 - 8 0 - 3 8 0 - 1 1 x 8 - - EEPROM

PIC16FXXX 0.75 - 3 25 - 13414 -44

20 0 - 3 8 0 - 2 1 x 8 - - EEPROM

PIC16HVXXX 1.5 2518 -20

20 - - - 1 x 8 - -Vdd =15V

Arquitectura de la gama media de 8 bits, palabra de instruccin de 14 bits

PIC12FXXX 1.75 - 3.5 64 - 128 8 20 0 - 4 10 1 1 - 2 x 8 1 x 16 - 0 - 1 EEPROM

PIC12HVXXX 1.75 64 8 20 0 - 4 10 1 1 - 2 x 8 1 x 16 - 0 - 1 -

PIC16FXXX 1.75 - 14 64 - 36814 -64

20 0 - 13 8 or 10 0 - 2 1 - 2 x 8 1 x 16USARTI2C SPI

0 - 3 -

PIC16HVXXX 1.75 - 3.5 64 - 12814 -20

20 0 - 12 10 2 2 x 8 1 x 16USARTI2C SPI

- -

Arquitectura de la gama alta de 8 bits, palabra de instruccin de 16 bits

PIC18FXXX 4 - 128256 -3936

18 -80

32 - 48 4 - 16 10 or 12 0 - 3 0 - 2 x 8 2 - 3 x 16

USB2.0CAN2.0USARTI2C SPI

0 - 5 -

PIC18FXXJXX 8 - 1281024 -3936

28 -100

40 - 48 10 - 16 10 2 0 - 2 x 8 2 - 3 x 16

USB2.0USART

EthernetI2C SPI

2 - 5 -

PIC18FXXKXX 8 - 64768 -3936

28 -44

64 10 - 13 10 2 1 x 8 3 x 16USARTI2C SPI

2 -

Como se puede ver en la tabla de la pgina anterior, salvo los monstruos de 16 bits PIC 24FXXX y PIC 24HXXX - todos los

microcontroladores tienen la arquitectura Harvard de 8 bits y pertenecen a una de las tres grandes grupos. Por eso, dependiendo del

tamao de palabra de programa existen la primera, la segunda y la tercera categora de microcontroladores, es decir microcontroladores

de 12, 14 o 16 bits. Puesto que disponen del ncleo similar de 8 bits, todos utilizan el mismo juego de instrucciones y el esqueleto

bsico de hardware conectado a ms o menos unidades perifricas.

Los microcontroladores PIC con palabras de programa de 14 bits parecen ser la mejor opcin para los principiantes. Aqu est el

porqu...

JUEGO DE INSTRUCCIONES

El juego de instrucciones para los microcontroladores 16F8XX incluye 35 instrucciones en total. La razn para un nmero tan reducido de

instrucciones yace en la arquietectura RISC. Esto quiere decir que las instrucciones son bien optimizadas desde el aspecto de la

velocidad operativa, la sencillez de la arquitectura y la compacidad del cdigo. La desventaja de la arquitectura RISC es que se espera del

programador que haga frente a estas instrucciones. Por supuesto, esto es relevante slo si se utiliza el lenguaje ensamblador para la

programacin. Este libro se refiere a la programacin en el lenguaje de alto nivel Basic, lo que significa que la mayor parte del trabajo ya

fue hecho por alguien ms. As, slo se tienen que utilizar instrucciones relativamente simples.

TIEMPO DE EJECUCIN DE INSTRUCCIONES

Todas las instrucciones se ejecutan en un ciclo. La nicas excepciones pueden ser las instrucciones de ramificacin condicional o las

instrucciones que cambian el contenido del contador de programa. En ambos casos, dos ciclos de reloj son necesarios para la

ejecucin de la instruccin, mientras que el segundo ciclo se ejecuta como un NOP (No operation). Las instrucciones de un ciclo

consisten en cuatro ciclos de reloj. Si se utiliza un oscilador de 4 MHz, el tiempo nominal para la ejecucin de la instruccin es 1mS. En

cuanto a las instrucciones de ramificacin, el tiempo de ejecucin de la instruccin es 2S.

Juego de instrucciones de los microcontroladores PIC de 14 bits:

I NS T RUC C I N DES C RI P C I N OP ERA C I N BA NDERA C L K *

Instrucciones para la transmisin de datos

MOVLW k Mover literal a W k -> w 1

MOVWF f Mover el contenido de W a f W -> f 1

MOVF f,d Mover el contenido de f a d f -> d Z 1 1, 2

CLRW Borrar el contenido de W 0 -> W Z 1

CLRF f Borrar el contenido de f 0 -> f Z 1 2

SWAPF f,d Intercambiar de nibbles en f f(7:4),(3:0) -> f(3:0),(7:4) 1 1, 2

Instrucciones aritmtico - lgicas

ADDLW k Sumar literal a W W+k -> W C, DC, Z 1

ADDWF f,d Sumar el contenido de W y f W+f -> d C, DC ,Z 1 1, 2

SUBLW k Restar W de literal k-W -> W C, DC, Z 1



SUBWF f,d Restar W de f f-W -> d C, DC, Z 1 1, 2

ANDLW k AND W con literal W AND k -> W Z 1

ANDWF f,d AND W con f W AND f -> d Z 1 1, 2

IORLW k OR inclusivo de W con literal W OR k -> W Z 1

IORWF f,d OR inclusivo de W con f W OR f -> d Z 1 1, 2

XORWF f,d OR exclusivo de W con literal W XOR k -> W Z 1 1, 2

XORLW k OR exclusivo de W con f W XOR f -> d Z 1

INCF f,d Sumar 1 a f f+1 -> f Z 1 1, 2

DECF f,d Restar 1 a f f-1 -> f Z 1 1, 2

RLF f,dRotar F a la izquierda a travs del bit de Acarreo

C 1 1, 2

RRF f,dRotar F a la derecha a travs del bit de

AcarreoC 1 1, 2

COMF f,d Complementar f f -> d Z 1 1, 2

Instrucciones orientadas a bit

BCF f,b Poner a 0 el bit b del registro f 0 -> f(b) 1 1, 2

BSF f,b Poner a 1 el bit b del registro f 1 -> f(b) 1 1, 2

Instrucciones de control de programa

BTFSC f,b Saltar si bit b de registro f es 0 Skip if f(b) = 0 1 (2) 3

BTFSS f,b Saltar si bit b de reg. f es 1 Skip if f(b) = 1 1 (2) 3

DECFSZ f,d Disminuir f en 1. Saltar si el resultado es 0. f-1 -> d skip if Z = 1 1 (2)1, 2,

3

INCFSZ f,d Incrementar f en 1. Saltar si el resultado es 1. f+1 -> d skip if Z = 0 1 (2)1, 2,

3

GOTO k Saltar a una direccin k -> PC 2

CALL k Llamar a una subrutina PC -> TOS, k -> PC 2

RETURN Retornar de una subrutina TOS -> PC 2

RETLW k Retornar con literal en W k -> W, TOS -> PC 2

RETFIE Retornar de una interupcin TOS -> PC, 1 -> GIE 2

Otras instrucciones

NOP No operacin TOS -> PC, 1 -> GIE 1

CLRWDT Reiniciar el temporizador perro guardin0 -> WDT, 1 -> TO, 1 ->

PDTO, PD 1

SLEEP Poner en estado de reposo0 -> WDT, 1 -> TO, 0 ->

PDTO, PD 1

*1 Si un registro de E/S est modificado, el valor utilizado ser el valor presentado en los pines del microcontrolador.

*2 Si la instruccin se ejecuta en el registro TMR y si d=1, el pre-escalador ser borrado.

*3 Si el contador de programa est modificado o el resultado de prueba es un uno lgico (1), la instruccin tiene una duracin de dos

ciclos. El segundo ciclo se ejecuta como un NOP



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Arquitectura de los microcontroladores PIC de 8 bits. Cules de estos mdulos pertenecern al microcontrolador, depender del tipo de

microcontrolador.

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