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Microcontroladores

M.C. Jorge Eduardo Ibarra Esquerjorgeeie@uabc.mx

Universidad Autónoma de Baja California

Facultad de Ingeniería Mexicali

Semestre 2008-2

¿¿CuCuáándo fue la ndo fue la úúltima vez que ltima vez que utilicutilicéé una computadora?una computadora?

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Conceptos básicos

ComputadoraMáquina diseñada para procesar, almacenar y recuperar datosLos datos se almacenan como númerosLa manipulación de los datos se efectúa aplicando operaciones sobre los números

Computadoras

De escritorio

Empotradas

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Arquitecturas

De escritorioHardware

ProcesadorMemoriaE/S

SoftwareSistema operativoMúltiples aplicacionesPodemos cambiar de aplicación

EmpotradaHardware

ProcesadorMemoriaE/S

SoftwarePuede tener un sistema operativoAplicación específica

Conceptos básicos

SoftwareControla la operación y funcionalidad de la computadora

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Conceptos básicosFirmware

Está almacenado de manera permanente en la memoria de la computadoraSe ejecuta al encender la computadoraInicializa los subsistemas de hardware a un estado conocidoConfigura la computadora para su correcta operaciónContiene el bootloader

Conceptos básicosSistema operativo

Controla el funcionamiento de la computadoraOrganiza el uso de la memoria y controla los dispositivos de la computadoraNo todos los sistemas empotrados utilizan o necesitan un sistema operativo

AplicacionesProgramas que dan la funcionalidad a la computadora

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Conceptos básicos

ProcesadorEs el componente central de la computadoraDispositivo electrónico capaz de manipular datos de una manera especificada por una secuencia de instrucciones (opcode o código máquina)

La secuencia de instrucciones es lo que se conoce como un programa

ADD #$34AB 34 48 9E EB A0 4F

Conceptos básicos

Arquitectura de una computadora

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Conceptos básicos

MicroprocesadorProcesador implementado en un solo circuito integrado (registros, unidad de control, ALU, unidad de interfaz de bus)Se le conoce también como CPU

MicrocontroladorMicroprocesador, memoria y dispositivos de E/S incluidos en un solo circuito integradoPor lo general se utiliza en sistemas empotrados

Conceptos básicos

MemoriaSe utiliza para almacenar el software y los datosLa memoria no volátil permite almacenar el software y los datos constantesLa memoria de acceso aleatorio (volátil) se utiliza para almacenar datos que están siendo manipulados por un programa

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Conceptos básicos

Espacio de memoria

Conceptos básicos

Dispositivos de E/S (Periféricos)Permiten que el microprocesador se comunique con el mundo exterior para intercambiar datosHay tres formas de hacer dicho intercambio:

E/S ProgramadaE/S controlada por interrupcionesAcceso Directo a Memoria DMA

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Conceptos básicos

Clasificación de interfaces E/SParalelaSerialAnalógicaDe tiempo

Conceptos básicos

InterrupcionesSon una técnica para distraer al procesador del programa que esté ejecutando, para que atienda algún evento que se presenteLe evitan al procesador el tener que estar verificando el estado de cada dispositivo de E/S presente en el sistema

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Sistema basado en microprocesador

Sistema basado en microcontrolador

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Sistemas empotradosUn sistema de microcomputadora empotrado:

Es un dispositivo que tiene una o más microcomputadoras en su interiorEs un sistema informático de uso específico contenido dentro de un dispositivo mayorIncluye una microcomputadora conectada a dispositivos mecánicos, químicos y eléctricos, programada para un propósito dedicado y empacada como un sistema completo

Aplicaciones de los sistemas empotrados

ElectrodomésticosLavadorasEquipo de ejercicioControles remotosJuguetesEquipo de audio y video

Sistemas de comunicaciónTeléfonosFaxes

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Aplicaciones de los sistemas empotrados

Sistemas automotricesFrenos automáticosEncendido electrónicoVentanas y asientos eléctricosControl de velocidad

Sistemas militaresPosicionamiento globalVigilancia

Aplicaciones de los sistemas empotrados

Aplicaciones empresarialesCajas registradorasCajeros automáticosControl de elevadoresRobots

Dispositivos médicosMonitoresPrótesisMarcapasos

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Sistemas empotradosSistemas empotrados

Son sistemas de uso específico construidos dentro de sistemas más grandes.Incluye una computadora conectada a dispositivos mecánicos, químicos y eléctricos, programada para un propósito dedicado y empacada como un sistema completo.

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CaracterCaracteríísticas de los sistemas sticas de los sistemas empotradosempotrados

Por lo general, el usuario no los percibe como una computadora.El software tiene una misión fija.Relación muy estrecha entre hardware y software.El sistema debe ser robusto.Bajo consumo de energía.

Requerimiento de dispositivos de E/S específicos a la aplicación.Funcionamiento autónomo.Funcionamiento en tiempo real.

CaracterCaracteríísticas de los sistemas sticas de los sistemas empotradosempotrados

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¿¿Por quPor quéé utilizar estos utilizar estos sistemas?sistemas?

Aprovechar las capacidades de una computadora.Las computadoras se vuelven cada vez más pequeñas y económicas.Hacernos la vida más fácil.

¿¿QuQuéé necesito para desarrollar necesito para desarrollar un sistema empotrado?un sistema empotrado?

MicroprocesadoresMicrocontroladoresDSPASICFPGASensoresActuadores

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MicroprocesadorProcesador implementado en un solo circuito integrado (registros, unidad de control, ALU, unidad de interfaz de bus)Se le conoce también como CPU.

MicrocontroladorMicroprocesador, memoria y dispositivos de E/S incluidos en un solo circuito integrado.Por lo general se utiliza en sistemas empotrados.

Procesadores de señales digitales (DSP)Es un microprocesador especializado en el procesamiento de señales digitales.Funcionamiento en tiempo real.Aplicaciones comunes son el procesamiento de audio y video, así como las comunicaciones digitales.

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Circuitos Integrados Específicos para Aplicación (ASIC)

Son circuitos integrados personalizados para una aplicación en particular, como puede ser el control de un teléfono celular.Su funcionalidad se especifica utilizando algún lenguaje de descripción de hardware (HDL)

Arreglos de Compuertas de Campo Programables (FPGA)

Son circuitos integrados que contienen componentes de lógica programables (bloques lógicos), así como interconexiones programables.Entre sus aplicaciones se encuentra el procesamiento de señales digitales, la emulación de periféricos de computadoras y la elaboración de prototipos para ASIC.Ejecución en paralelo.

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SensoresSon dispositivos que responden ante algún estímulo físico.

Luz (fototransistor, fotodiodo)Temperatura (termopar, termistor)Sonido (micrófono)Contacto, acidez, deformación, proximidad, etc.

Proporcionan entradas de datos hacia los procesadores.

ActuadoresSon elementos que pueden provocar un efecto sobre un proceso automatizado.

MotoresBombasAbanicosLámparasResistenciasVálvulasCompresores

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Fabricantes de dispositivos para Fabricantes de dispositivos para sistemas empotrados sistemas empotrados

FreescaleAlteraAtmelXilinx

FreescaleFreescale SemiconductorSemiconductor

Anteriormente MotorolaFabricantes de microcontroladores, ASIC, DSP, memorias, sensores, entre otros.

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FreescaleFreescale SemiconductorSemiconductor

Aplicaciones orientadas al sector automotriz, electrónica de consumo, industria, redes, conectividad, control de motores y comunicaciones inalámbricas.

FreescaleFreescale SemiconductorSemiconductor

BMW X5Crear vehículos que se adapten de manera automática a las condiciones del camino.Desarrollar una red intravehicular utilizando la tecnología FlexRay.Controlador de comunicaciones FlexRayMFR4200.

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FreescaleFreescale SemiconductorSemiconductor

Lavadoras y secadoras WhirlpoolCrear “green cleaning machines”Obtener un control del agua y energía eficiente.Microcontroladores MC908AX

AlteraAltera

Fabricantes de FPGA, ASIC y CPLD.http://www.altera.comAplicaciones médicas, militares, inalámbricas, automotrices, entre otras.

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AlteraAltera

SanyoTelevisión de retroproyección de 45’’ y 55’’LCD HDTVProcesadores NIOS II y FPGA StratixProcesamiento de imagen inteligente.Reducción de ruido.

AlteraAltera

PanasonicCámara de video digital AG-DVX100A LCD HDTVFPGA Cyclone

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AlteraAltera

LeapfrogPlataforma de aprendizaje Leapster L-MaxCPLD MAX IIConvertir la información de la pantalla en señales para televisión.

AtmelAtmel

Fabricantes de microcontroladores, ASIC, FPGA y memorias.Aplicaciones en comunicaciones, militares, aeroespaciales, industriales, etc.

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AtmelAtmel

AT8xC51SND1CMicrocontrolador diseñado para reproductores MP3 de bajo costo.

AT8xC51SND2CManejo de “ring tones” MP3 para teléfonos celulares, lectura de tarjetas MMC-SD, reproducción MP3 e interfaz USB.

XilinxXilinx

Fabricantes de FPGA, CPLD y procesadores.Aplicaciones orientadas a diversos campos.

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XilinxXilinx

Sistemas de asistencia al conductor.Sistemas de entretenimiento en los vehículos.Redes intravehiculares.Diagnósticos.

XilinxXilinx

Equipo médico.Imágenes: Ultrasonido, rayos X, MRISalud en el hogar: Alcoholímetros, monitores de colesterol.Equipo de hospital: Endoscopías, fisioterapias, monitores para pacientes, incubadoras, etc.

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¿Dónde obtener información?

Sitios Web de las compañías desarrolladoras de dispositivos.www.embedded.comwww.embeddedmarketing.com

ConclusionesConclusiones

El continuo desarrollo de las computadoras, nos permitirá integrarlas en casi cualquier otro artefacto de uso común.El objetivo de desarrollar este tipo de sistemas, es facilitar y hacer más seguras nuestras actividades cotidianas.

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ConclusionesConclusiones

Este es un campo en el cual los programadores pueden interactuar con los diseñadores de hardware.