INTRODUCCIN A LOS MICROPROCESADORES Y MICROCONTROLADORES

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INTRODUCCIÓN A LOS MICROPROCESADORES Y
MICROCONTROLADORES
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ÍNDICE

• Parte I Microprocesadores
• Parte II Memorias
• Parte III Periféricos
• Parte IV Integración de periféricos, memorias y
  microprocesadores
• Parte V Microcontroladores

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PARTE I MICROPROCESADORES

• Concepto y características
• Arquitectura
• Hardware
• Software
• Ejemplo de Arquitectura Básica
• Programación

Indice
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Concepto y características
Parte I Microprocesadores

• Un microprocesador es un dispositivo digital
  diseñado para manipular información
• Tienen 3 buses
• Datos Contiene el flujo de información
• Direcciones Controla la posición actual en
  memoria
• Control Regula el flujo de información para
  evitar conflictos

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Arquitectura
Parte I Microprocesadores

• La arquitectura de un procesador consiste en el
  conjunto de caracteristicas que lo identifican.
• Describe de manera resumida las capacidades y
  posibilidades de operación del microprocesador.
• Se clasifican según Hardware y Software
• Ejemplo de arquitectura básica

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Arquitecturas según el Hardware
Parte I Microprocesadores
Arquitecturas según el Software

• Von Neuman
• Segmentada
• Hardware

• CISC
• RISC
• CRISC

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Arquitectura Von Neuman
Parte I Microprocesadores

• Máquina secuencial
• Ejecuta solo una operación a la vez
• Bus de datos y direcciones compartidos
• Lenta
• Generalmente se combina con software tipo CISC

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Arquitectura Segmentada
Parte I Microprocesadores

• Máquina secuencial
• Buses de datos y direcciones compartidos
• Diseño multietapa (Pipeline)
• El diseño multietapa le permite ejecutar más de
  una operación a la vez
• Se encuentra combinada con software CISC y en
  pocas ocasiones con RISC
• Más rápida que Von Neuman

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Arquitectura Harvard
Parte I Microprocesadores

• Separa los buses de datos, direcciones y control,
  y los hace totalmente independientes.
• Lo anterior permite leer instrucciones con mayor
  velocidad
• Pueden direccionar altas cantidades de memoria
• Se combinan con software RISC

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Arquitectura CISC
Parte I Microprocesadores

• Complex Instruction Set Computer
• Set de instrucciones grande
• Ofrece una amplia gama de operaciones
• Facilita el trabajo de programación
• Reduce el tamaño del código de programa
• Incrementa el costo de aprender la programación

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Arquitectura RISC
Parte I Microprocesadores

• Reduced Instructio Set Computer
• Pocas instrucciones
• Más fácil de aprender el método de programación
• Mayor tamaño del código de programa

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Arquitectura CRISC
Parte I Microprocesadores

• Combinación de CISC con RISC
• Complex-Reduced Instruction Set Computer

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Ejemplo de Arquitectura Básica
Parte I Microprocesadores
Bus de Direcciones
Bus de Control
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Programación
Parte I Microprocesadores

• El microprocesador no tiene memoria interna
• Se debe conectar con una memoria externa que
  contenga el programa
• El programa se guarda como datos en la memoria,
  un dato leido puede ser información o un código
  de operación
• El procesador lee de manera ordenada cada punto
  de la memoria del programa

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PARTE II MEMORIAS

• Concepto
• Principio de funcionamiento
• Tipos
• RAM
• ROM
• Flash
• EPROM
• EEPROM

Indice
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Concepto
Parte II Memorias

• Una memoria es un dispositivo capaz de guardar el
  estado de un bit durante cierto tiempo
• Posee casillas o localidades cada una con la
  capacidad de almacenar un dato generalmente de
  tamaño byte (8 bits)
• Tiene un bus de direcciones para identificar cada
  una de las localidades.
• Tiene un bus de datos por donde entran y salen
  datos a cada una de las casillas o localidades de
  la memoria.

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Principio de funcionamiento
Parte II Memorias

• CAPACITIVO Un capacitor se mantiene cargado y
  representa un 1 lógico, si se descarga represente
  un 0 lógico.
• FUSIBLES Un filamento delgado de semiconductor
  que se quema o se deja completo para representar
  un 1 o un 0
• ORIENTACIÓN MAGNÉTICA La orientación de un
  dispositivo magnético representa un 1 o un 0
  lógico.

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Tipos de memorias
Parte II Memorias

• RAM
• Random Access Memory
• Almacenamiento temporal de datos
• Pierde la información capturada cuando se le
  desconecta alimentación

• ROM
• Read Only Memory
• Memoria que conserva el contenido aun cuando se
  desconecta
• Tipos de memorias ROM

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Tipos de memorias ROM
Parte II Memorias

• EPROM (Erasable-Programable Read Only Memory)
• Funciona con el principio de fusibles
• Puede borrarse mediante luz ultravioleta
• Se reprograma eléctricamente
• EEPROM (Electrically Erasable-Programable Read
  Only Memory)
• Funciona con el principio de fusibles
• Puede borrarse con impulsos eléctricos
  controlados
• Se reprograma eléctricamente
• Flash
• Funciona igual que la EEPROM pero a una velocidad
  de operación y programación mayor.

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PARTE III PERIFÉRICOS

• Definición
• Puertos del procesador
• Ejemplos
• Convertidores Analógico a Digital
• Salidas\Entradas seriales
• Salidas moduladoras de ancho de pulso (PWM)

Indice
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Definición de periférico
Parte III Periféricos

• Dispositivo externo que intercambia datos con el
  procesador.
• La comunicación entre el procesador y el
  periférico está regulada por el procesador de
  acuerdo con los métodos
• POLING El procesador revisa ordenadamente todos
  los periféricos para atender a cada uno de ellos
  secuencialemente.
• INTERRUPCIONES El periférico que está listo para
  ser atendido por el procesador solicita una
  interrupción de la ejecución del programa para
  que el procesador lo atienda.

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Puertos del procesador
Parte III Periféricos

• Ventanas por las cuales el procesador se comunica
  con los periféricos.
• Tienen un canal de datos por el cual circula la
  información
• El procesador genera las señales de control que
  permiten habilitar a cada uno de sus periféricos
• Cuando un periférico es habilitado, este pone
  información en el bus de datos. Esta información
  es leida por el puerto correspondiente.

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Ejemplos de periféricos
Parte III Periféricos

• Convertidor analógico a digital
• Puerto bidireccional de comunicación serie
• Salidas de modulación de ancho de pulso

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Convertidor de analógico a digital
Parte III Periféricos

• Dispositivo que recibe una señal analógica y la
  muestrea con cierta frecuencia para generar un
  valor digital representativo de la señal al
  momento de la toma de la muestra.
• Tiene un voltaje de referencia que se utiliza
  para definir la escala de valores digitales.
• La salida se presenta como un código de varios
  bits, estos se leen todos al mismo tiempo.
• Están diseñados para generar una señal de
  interrupción cada vez que han concluido una
  conversión a digital.

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Puerto de comunicaciones seriales
Parte III Periféricos

• EMISOR Dispositivo que toma un dato de n bits
  y lo descompone para extraer el dato bit por bit
  por un solo pin.
• RECEPTOR Dispositivo que recibe una secuencia de
  bits y las almacena hasta componer un código de
  n bits.
• PROTOCOLO Debe ordenarse y marcarse el tiempo
  que dura un bit en ser transmitido para
  interpretar correctamente la transmisión de los
  bits, así como definir mecanismos que marquen el
  final y el inicio de una transmisión.

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Modulador de ancho de pulso (PWM)
Parte III Periféricos

• Dispositivo que recibe un código digital de n
  bits, y de acuerdo con el valor, genera una señal
  cuadrada con un pulso alto de duración
  proporcional al valor recibido.
• Este dispositivo se utiliza puesto que la señal
  de salida (PWM) se utiliza para controlar
  dispositivos reguladores de potencia como SCR y
  TRIAC
• Con el uso de ambos dispositivos (TRIAC y PWM) se
  regula la potencia que se aplica a una carga de
  corriente alterna, por ejemplo motores,
  bombillas, resistencias de hornos,etc
• Regular la potencia de un motor de corriente
  alterna significa regular la velocidad de giro
  del mismo.

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PARTE IV MICROPROCESADORES Y SU INTEGRACIÓN CON
LOS PERIFÉRICOS

• Se fabrican procesadores y en el mismo
  encapsulado se incluyen dispositivos periféricos
  comunes como el ADC, PWM, o puerto de
  comunicación serie
• Se reduce la circuitería de soporte para el
  procesador
• Se facilita el desarrollo de aplicaciones
  específicas
• Se incluye memoria interna en el procesador para
  manejar lso periféricos integrados
• Se inicia la programación del sistema interno del
  chip para ejecutar una función particular

Indice
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PARTE V Microcontroladores

Que son?
Ventajas
Arquitecturas
Elementos Comunes
Fabricantes
Aplicaciones Comunes
Índice
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Que es un microcontrolador?

• Sistema electrónico que integra las capacidades
  de una arquitectura especifica de
  microprocesador, junto con las capacidades de
  acople a otros sistemas que brindan los
  periféricos, todo, en un solo empaquetado.
• Se logra integración, disminución del costo en
  implementación de aplicaciones especificas.

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Ventajas del uso de microcontroladores

• Reducción de la cantidad de espacio en la
  implementación de un diseño dado.
• Reduce el costo de implementación.
• Permite desarrollo de aplicaciones especificas de
  manera mas rápida y eficiente.
• Los fabricantes dan mucho soporte sobre las
  aplicaciones más comunes.
• Se adaptan mejor a aplicaciones especificas

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31
Arquitecturas(1)
Siguiente

• La arquitectura de un procesador define el modo
  de operación del mismo en cuanto a conjunto de
  instrucciones y modo de ejecución de las mismas.
• En cuanto al conjunto de instrucciones, se
  clasifican en dos grupos principalmente
  CISC(Complex Instruction Set Computer ),
  RISC(Reduced Instruction Set Computer )

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CISC
Siguiente

• Instrucciones especializadas
• se requieren un set de instrucciones amplio para
  dar soporte a una arquitectura
• Duración de la ejecución de las instrucciones no
  es homogéneo.
• programas requieren menos código fuente.

33
RISC
Siguiente

• Set de instrucciones reducido
• Instrucciones de carácter general
• Duración homogénea de la ejecución de las
  instrucciones.
• Se requiere mas código para describir una
  operación que con una arquitectura CISC

34
Arquitecturas(2)
Siguiente

• En cuanto al modo de ejecución de las
  instrucciones las arquitecturas se clasifican en
  Von neuman, Segmentada, paralela.
• En esta clasificación es importante conocer como
  esta dispuesto el bus de direcciones y el bus de
  datos.

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Von Neuman
Siguiente

• Ejecución secuencial de las instrucciones
• Existe solo una unidad de búsqueda y una unidad
  de ejecución
• La instrucción siguiente se busca hasta que se
  ejecute la instrucción actual

36
Segmentada
Siguiente

• Divide la búsqueda de las instrucciones de manera
  que cuando se ejecute la instrucción actual, ya
  se este buscando la siguiente.
• Multiplica la velocidad de ejecución al doble
  que la Von Neuman

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Harvard

• Conocida como arquitectura de ejecución paralela.
• Posee varias unidades de ejecución
• Divide los procesos
• Orientada a sistema multitarea
• Bus de direcciones y de datos separados en la
  arquitectura

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38
Elementos Comunes en los microcontroladores
Siguiente

• ADC
• USART
• RTC
• Puertos entrada/salida paralelos
• PWM
• USB

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ADC(Convertidor analógico Digital)
Siguiente

• Permite que el sistema microcontrolador pueda
  procesar una variable analógica
• Valor mínimo y máximo ajustable
• Resolución indica la precisión de la conversión
  realizada
• Entre más cantidad de bits, más es la resolución
  del convertidor
• Requieren configuración a través de registros
  especiales del microntrolador

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USART(ADDRESSABLE UNIVERSAL SYNCHRONOUSASYNCHRONO
US RECEIVER TRANSMITTER)
Siguiente

• Permite conexión serie a otros dispositivos
• Se configura a través de registros internos.
• Velocidad de transferencia variable
• Formato de la trama variable
• Puede manejarse a través de interrupciones

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Puertos entrada Salida

• Unidireccionales o bidireccionales
• Se configuran a través de un registro especifico
• Debe estar mapeados
• Se accesan por medio de una dirección
• Pueden ser TTL, CMOS, ST, según sea el
  dispositivo con el que se comunican.

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Fabricantes Comunes de Microcontradores

• Microchip Familas de PICs
• Arquitecturas RISC, Harvard
• Motorola Familia 68XX
• Arquitecturas CISC, segmentada
• Intel Familias 80XX
• Arquitecturas CISC, Von neuman
• NEC

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Aplicaciones Comunes

• Sistemas de Monitoreo y control de variables
  analógicas
• Computadoras de uso especifico
• Sistemas de desarrollo y experimentación
• Sistemas embebidos

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