Microprocesadores_y_Microcontroladores

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CARACTERISTICAS GENERALES DE LOS MICROPROCESADORES Y MICROCONTROLADORES:
Hay varias características que son deseables en un microprocesador, nombramos varias a continuación:
Recursos de entrada y salida. Más que en la capacidad de cálculo del mismo micro controlador, muchas veces se requiere hacer énfasis en los recursos de entrada y salida del dispositivo,tales como el manejo individual de líneas de entradas y salida, manejo de interrupciones, señales analógicas, etc…
Espacio optimizado. e trata de tener en el menor tiempo posible, y a un coste razonable, los elementos esenciales que puede tener un circuito integrado que viene limitado por las dimensiones de su encapsulado, el espacio se puede optimizar haciendo que unos mismos terminales realicen funciones diferentes.
El micro controlador idóneo para una aplicación. Se procura que el diseñador disponga del micro controlador hecho a la medida de su aplicación.Por ésto los fabricantes ofrecen familias de micro controladores, compuestos por miembros que ejecutan el mismo repertorio de instrucciones pero que difieren en sus componentes de hardware ( más o menos memoria, más o menos dispositivos de entradas y salidas, etc)permitiendo así al diseñador de la aplicación elegir el que más le convenga para su desarrollo.
segurida en el funcionamiento del microcontrolador, Una medidad de seguridad elemental es garantizar que el programa que esté ejecutando el micro controlador sea el que corresponde, es decir, que si el micro controlador se ” pierda” , esto pueda ser rápidamente advertido y se tome alguna acción para corregirlos. Un componente común en los micro controladores y que contribuye a una operación segura es el perro guardián(WDT: Watchdog Timer), dispositivo que no existe en los ordenadores personales.
Bajo consumo dado que hay muchas aplicaciones donde se desea utilizar baterías como fuente de alimentación, es altamente deseable que el micro controlador consuma muy poco energía. También interesa que el micro controlador debería consumir muy poca energía durante la espera, para ello conviene paralizar total o parcialmente al micro controlador, poniéndolo a dormir, hasta que ocurra la acción esperada.
Protección de los programas frente a copia. Se trata de proteger información almacenada en la memoria, es decir, el programa de la aplicación, contra lecturas furtivas de la memoria del micro controlador. Los micro controladores disponen de mecanismos que les protegen de estas acciones.
Si sólo se dispusiese de un modelo de microcontrolador, éste debería tener muy potenciados todos sus recursos para poderse adaptar a las exigencias de las diferentes aplicaciones. Esta potenciación supondría en muchos casos un despilfarro. En la práctica cada fabricante de microcontroladores oferta un elevado número de modelos diferentes, desde los más sencillos hasta los más poderosos. Es posible seleccionar la capacidad de las memorias, el número de líneas de E/S, la cantidad y potencia de los elementos auxiliares, la velocidad de funcionamiento, etc. Por todo ello, un aspecto muy destacado del diseño es la selección del microcontrolador a utilizar.
 Cada vez existen más productos que incorporan un microcontrolador con el fin de aumentar sustancialmente sus prestaciones, reducir su tamaño y coste, mejorar su fiabilidad y disminuir el consumo.
 Algunos fabricantes de microcontroladores superan el millón de unidades de un modelo determinado producidas en una semana. Este dato puede dar una idea de la masiva utilización de estos componentes.
 Los microcontroladores están siendo empleados en multitud de sistemas presentes en nuestra vida diaria, como pueden ser juguetes, horno microondas, frigoríficos, televisores, ordenadores, impresoras, módems, el sistema de arranque de nuestro coche, etc. Y otras aplicaciones con las que seguramente no estaremos tan familiarizados como instrumentación electrónica, control de sistemas en una nave espacial, etc. Una aplicación típica podría emplear varios microcontroladores para controlar pequeñas partes del sistema. Estos pequeños controladores podrían comunicarse entre ellos y con un procesador central, probablemente más potente, para compartir la información y coordinar sus acciones, como, de hecho, ocurre ya habitualmente en cualquier PC.
 Los microcontroladores se encuentran por todas partes:
Sistemas de comunicación: en grandes automatismos como centrales y en télefonos 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.
 La distribución de las ventas según su aplicación es la siguiente:
Una tercera parte se absorbe en las aplicaciones relacionadas con los ordenadores y sus periféricos.
La cuarta parte se utiliza en las aplicaciones de consumo (electrodomésticos, juegos, TV, vídeo, etc.)
El 16% de las ventas mundiales se destinó al área de las comunicaciones.
Otro 16% fue empleado en aplicaciones industriales.
El resto de los microcontroladores vendidos en el mundo, aproximadamente un 10% fueron adquiridos por las industrias de automoción.
MICROCONTROLADORES DE 8 BITS (CARACTERISTICAS)
Microcontroladores de 8-bit PIC son muy adecuadas para una amplia variedad de aplicaciones. Con el fin de ayudar a nuestros clientes en sus esfuerzos de diseño, hemos introducido varios centros de diseño en línea. Microchip centros de diseño de proporcionar toda la información necesaria para empezar a trabajar en un nuevo diseño dentro de un segmento de aplicación específica. Artículos encontrados en los centros de diseño incluyen los productos de apoyo, notas de aplicación, los diseños de referencia y herramientas de desarrollo.
Listado de Aplicaciones:
•	Soluciones de iluminación (Añadir inteligencia a sus aplicaciones de iluminación)
•	Automoción Soluciones(Control embebido para aplicaciones de automoción)
•	Soluciones de control del motor (soluciones de 8-bit para el control de motor)
•	Conectividad por cable (CAN, LIN, USB, Ethernet y TCP / IP)
•	Conectividad inalámbrica (Radiofrecuencia, infrarrojos, y KEELOQ® autenticación)
• Soluciones Medicas (Diseño para los modernos dispositivos médicos)
•	Soluciones Electrodomésticos (Inicio diseño del aparato con Microcontroladores PIC)
•	Utilidad de soluciones de medición (Diseñar para el gas, el agua, la energía y los contadores de calor)
•	Diseño de EMC (Se centra en el diseño de sistemas para la robustez máxima)
•	Diseños 3V sistema (Proporciona asistencia para diseñadores que buscan hacer la transición a 3V diseños)
•	Diseño para Mecatrónica (Añadir inteligencia a los sistemas mecánicos con el fin de reducir el costo y aumentar la funcionalidad)
•	Soluciones de detección (Añadir elegante, robusto botones, interruptores y reguladores para el diseño de una fracción del costo de sus contrapartes mecánicas)
•	Fuentes de alimentación inteligente (Añadir de control digital para mejorar el rendimiento de suministro de energía)
•	Bajo Power Solutions (nanovatio y soluciones analógicas)
•	Segmentado Soluciones LCD (Averigüe qué de 8-bit Microcontroladores PIC son los mejores para conducir segmentado pantallas LCD con bajo consumo de energía)
•	Soluciones de Gestión de la batería (Técnicas para la gestión de energía en aplicaciones portátiles)
DIAGRAMA DE BLOQUES MICROPROCEADOR:
Se compone de tres bloques fundamentales: la CPU ( central Processing Unit), la memoria(RAM y ROM), y la entrada y salida. Los bloquesse conectan entre sí mediante grupos de líneas eléctricas denominadas buses o pistas. Los buses pueden ser de direcciones ( si transportan direcciones de memoria o entrada y salida), de datos( si transportan datos o instrucciones) o de control (si transportan señales de control diversas).
La CPU es el cerebro central del microprocesador y actúa bajo control del programa almacenado en la memoria. La CPU se ocupa básicamente de traer las instrucciones del programa desde la memoria, interpretarlas y hacer que se ejecuten. La CPU también incluye los circuitos para realizar operaciones aritméticas y lógicas elementales con los datos binarios, en la denominada Unidad Aritmética y Lógica (ALU: Aritmetic and Logic Unit).
En un microprocesador, la CPU no es otra cosa que el microprocesador, el circuito integrado capaz de realizar las funciones antes mencionadas.
DIAGRAMA DE BLOQUES DE MICROCONTROLADOR:
- Un set de instrucción de 33 palabras para aprender.
- Todas las instrucciones son de un solo ciclo (200 ns), conexepcion de las desviaciones del programa, que toman 2 ciclos.
- Velocidad de operación DC-20 Mhz. Del reloj de entrada.
- Ancho de la instrucción, 12 bit.
- Línea de data, 8 bit.
- 7 u 8 registros de funciones especiales de hardware.
- 2 niveles de profundidad del stack, en hardware.
- Modos de direccionamiento de datos e instrucción; directo, indirecto y relativo.
Periféricos.-
- Reloj/contador de 8 bit (TMR0), con un prescaler (divisor) programable de 8 bit.
- Reset, cuando se conecta por primera vez (POR).
- Temporizador reset por el dispositivo (DRT).
- Perro guardián integrado, con oscilador RC para adecuada operación.
- Código de protección programable.
- Ahorro de potencia en el modo (sleep).
- Opción de oscilador reseteable:
RC: Oscilador de bajo costo.
XT: Cristal/resonador estándar.
HS: Cristal resonador de alta velocidad.
LP: Cristal de baja frecuencia, y ahorro de potencia.
Arquitectura interna de un microcontrolador
Procesador: Es la parte encargada del procesamiento de las instrucciones.
Debido a la necesidad de conseguir elevados rendimientos en este proceso, se ha desembocado en el empleo generalizado de procesadores de arquitectura Harvard frente a los tradicionales que seguían la arquitectura de von Neumann.
Esta última se caracterizaba porque la CPU se conectaba con una memoria única, donde coexistían datos e instrucciones, a través de un sistema de buses.
En la arquitectura Harvard son independientes la memoria de instrucciones y la memoria de datos y cada una dispone de su propio sistema de buses para el acceso. Esta dualidad, además de propiciar el paralelismo, permite la adecuación del tamaño de las palabras y los buses a los requerimientos específicos de las instrucciones y de los datos.
El procesador de los modernos microcontroladores responde a la arquitectura RISC (Computadores de Juego de Instrucciones Reducido), que se identifica por poseer un repertorio de instrucciones máquina pequeño y simple, de forma que la mayor parte de las instrucciones se ejecutan en un ciclo de instrucción.
Otra aportación frecuente que aumenta el rendimiento del computador es el fomento del paralelismo implícito, que consiste en la segmentación del procesador (pipe-line), descomponiéndolo en etapas para poder procesar una instrucción diferente en cada una de ellas y trabajar con varias a la vez.
Arquitectura interna de un microprocesador:
Unidad Aritmético Lógica ( ALU )
La ALU es la parte del computador que realiza las operaciones aritméticas, como
la suma y la sustracción, y las operaciones lógicas con los datos, como la NOT,
AND, OR y OR-exclusiva. El resto de los elementos del computador ( unidad de
control, registros, memoria y E/S ) están principalmente para suministrar datos a la
ALU y para recuperar los resultados. En síntesis, la ALU se considera el núcleo o
la base del procesamiento matemático del computador.
Una unidad aritmético lógica y, en realidad, muchos de los componentes
electrónicos del computador, se basan en el uso de dispositivos lógicos digitales,
los cuales pueden almacenar dígitos binarios y realizar operaciones lógicas
booleanas elementales. La siguiente figura indica, en términos generales, cómo se
interconecta la ALU con el resto del procesador.
Matriz de registros
Recordemos rápidamente algunas de las funciones que debe realizar la CPU,
como elemento principal de un sistema de cómputo:
 Captar instrucciones: la CPU lee una instrucción de la memoria.
 Interpretar instrucciones: la instrucción se decodifica para determinar que
acciones se deben realizar.
 Captar datos: la ejecución de una instrucción puede exigir leer datos de la
memoria o de un módulo de entrada/salida.
 Procesar datos: la ejecución de una instrucción puede exigir llevar a cabo
alguna operación aritmética o lógica con los datos.
Escribir datos: los resultados de una ejecución pueden exigir escribir datos
en la memoria o en un módulo de entrada/salida.
Para realizar estos procesos, es necesario que la CPU almacene alguna
información de forma temporal. Debe también recordar la posición de la última
instrucción, de forma que pueda saber dónde ir a buscar la siguiente. Necesita
almacenar instrucciones y datos temporalmente mientras una instrucción está
ejecutándose. En otras palabras, la CPU requiere una pequeña memoria interna.
Dentro de la CPU hay entonces, un conjunto de registros que funciona como un
nivel de memoria, por encima de la memoria principal y de la cache. Estos
registros de la CPU pueden ser de dos tipos:
 Registros visibles para el usuario: Permiten al programador de
lenguaje máquina o ensamblador, minimizar las referencias a memoria
principal cuando optimiza el uso de registros.
 Registros de control y de estado: Son utilizados por la unidad de
control para controlar el funcionamiento de la CPU, y por programas
privilegiados del sistema operativo para controlar la ejecución de otros
programas.
CLASIFICACION DE MICROCONTROLADORES.
Existe una gran diversidad de microcontroladores. Quizá la clasificación más importante sea entre microcontroladores de 4, 8, 16 ó 32 bits. Aunque las prestaciones de los microcontroladores de 16 y 32 bits son superiores a los de 4 y 8 bits, la realidad es que los microcontroladores de 8 bits dominan el mercado y los de 4 bits se resisten a desaparecer. La razón de esta tendencia es que los microcontroladores de 4 y 8 bits son apropiados para la gran mayoría de las aplicaciones, lo que hace absurdo emplear micros más potentes y consecuentemente más caros. Uno de los sectores que más tira del mercado del microcontrolador es el mercado automovilístico. De hecho, algunas de las familias de microcontroladores actuales se desarrollaron pensando en este sector, siendo modificadas posteriormente para adaptarse a sistemas más genéricos. El mercado del automóvil es además uno de los más exigentes: los componentes electrónicos deben operar bajo condiciones extremas de vibraciones, choques, ruido, etc. y seguir siendo fiables.