TEMA I – INTRODUCCION A LOS SISTEMAS BASADOS EN MICROCONTROLADORES

AREA DE TECNOLOGIA ELECTRONICA UNIVERSIDAD DE OVIEDO

TEMA I – INTROD. SIST. BASADOS MICROS - 1 F.F. LINERA

TEMA I – INTRODUCCION A LOS SISTEMAS BASADOS EN MICROCONTROLADORES

MICROPROCESADOR: Es un circuito secuencial síncronocomplejo capaz de:• Realizar un tratamiento de la información que recibe• Decodificar las instrucciones• Controlar las unidades relacionadas de acuerdo a esas instrucciones.

CPU

BUS DE DIRECCIONES

MEMORIARAM & ROM

UNIDADES DE ENTRADAY SALIDA

UNIDAD CONTROL

UNIDAD ARIT.

LOGICAALU

BUS DE DATOS

BUS DE CONTROL

SISTEMA MICROPROCESADOR BASICO



CPU

ROM

RAM

EEPROM

REGISTROS DE ESTADOY DE CONTROL E/S

REGISTROS DE DATOS E/S

MEMORIABUSDATOS

INTERNOCLOCK

LINEAS

CONTROL

BUFFER DE DATOS

LATCH DIRECCIONES

VDD

BUSDE DIRECCIONES

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN MICROCONTROLADOR

GND

MICROCONTROLADOR:PEQUEÑO SISTEMA

MICROPROCESADOREN UN UNICO CHIP

BUSDE DATOS



MICROCONTROLADORES EN LA INDUSTRIA

• IMAGEN Y SONIDO• AUTOMOVIL• ELECTRODOMESTICOS• MEDICINA Y BIOINGENIERIA• EQUIPOS INFORMATICOS.• COMUNICACIONES• VIDEOJUEGOS• CONTROL INDUSTRIAL



MINI-ROBOT CON PIC16F84

TARJETA DE ADQUISICION DE DATOS

CON PHILIPS 80C31

TARJETA DE CONTROL DE UN ASCENSOR BASADO EN UN

MOTOROLA 68HC11DESARROLADO POR ATE-UNIOVI

TARJETA DE CONTROL DE BOTONERA DE ASCENSORY

COMUNICACIÓN CON EL CONTROL PIC16F84

DESARROLADO POR ATE-UNIOVI

EJEMPLOS DE APLICACIONES



APLICACIONES DE CONTROL DE ESTADO

Se pasa de un estado a otro en función de cambios en variables externas ó por software.Las salidas tendrán un valor dependiendo del estado o de las transiciones

1NO ROPA, TEMP_CAB,RS\,RB\

2NO ROPA, COMUN_CAB,TEMP_HUE

FIN_TEMP_CAB

FIN_TEMP_HUE

5NO COMUN_HUE\, COMUN_CAB\

,ROPC,ROPA\,OCUPADO

10NO RM,RB y RVR

SERIE_CERRADA, DESTINO<PISO_ACTUALSERIE_CERRADA, DESTINO>PISO_ACTUAL

7NO RM,RS y RVR

9NO RVR\, RM\

PISO_ACTUAL=DESTINO

NIV

LLAMADA_CAB

<>ACTUAL

LLAMADA<>

ACTUAL

REAP

12NO RVR\, RM\

PISO_ACTUAL=DESTINO

1NO

NIV

6NOROPA,ROPC\,

TEMP_PUERTAFIN TEMP

8NORVR\, RM\

PISO=PRIMERO

AFS

NIV

11NORVR\, RM\

PISO=ULTIMO

NIV

AFI

3NO

SERIE PRESENCIAS ABIERTAo

REAP

LLAMADA HUECO=ACTUAL

13NO

TEMP. PUERTASAUTOMATICAS

LLAMADA<>

ACTUAL

ROPC

ASCENSOR ELECTRICO2 velocidades

maniobra universalpuerta ext. automatica

puerta cab. NO bus



APLICACIONES DE CONTROL DE LAZO

CERRADO

Se supervisa y mantiene la variable o variables de salida.

Ejemplos:Control de temperaturaControl de presionControl de humedadControl de motores

SISTEMA A CONTROLAR

REGULADOR

REALIMENTACIONDE VARIABLES DE

SALIDA Y DE CONTROL

+



EJEMPLO: CONTROL EN LAZO ABIERTO DE UN MOTOR DE CONTINUA

MEDIANTE UN MICROCONTROLADORCOP8782 DE NATIONAL



EJEMPLO: CONTROL EN LAZO

CERRADO DE UN MOTOR DE CONTINUA

MEDIANTE UN MICRO

PIC18C452 DE MICROCHIP



CPU

ROM

RAM

EEPROM

EJECUTA EL PROGRAMAGESTIONA EVENTOS

CONTIENE EL PROGRAMA Y LOS DATOS DE LA

APLICACION

CONTIENE DATOS TEMPORALES

CONTIENE DATOS PERMANENTES

INTERFACESERIE

CONVERTI-DOR A/D

TEMPO-RIZADOR

PUERTOE/S

ENVIO Y RECEPCION DE DATOS

ADQUISICION DE DATOS ANALOGICOS

GENERA SEÑALESCUENTA EVENTOSBASE DE TIEMPOS

INTERFACE DE PERIFERICOS

DIAGRAMA DE BLOQUES TIPICO DE UN MICROCONTROLADOR



•En los sistemas microprocesadores, el objetivo esta fijado en alcanzar la máxima capacidad de procesado de información.

•En los µC el objetivo consiste en implementar un conjunto de funciones de control de la forma más efectiva economicamente.

•Aplicaciones típicas donde el procesado de información no es muy alta.•Como resultado el tamaño y el consumo son muy pequeños, lo que les hace ideales para sistemas portátiles y autónomos.



•Cada fabricante ofrece en sus distintas familias una gran variedad de versiones de un mismo µC.

•Se diferencian en:•Capacidad y tipo de memoria.•Encapsulado.•Número y tipo de periféricos incluidos en el chip.



•Una posible forma de clasificarlos es atender al numero de bits de sus registros internos, lo que se conoce como ancho de palabra del dispositivo. Así se clasifican en µC de 4, 8, 16 y 32 bits.

•Mayoría de aplicaciones con micros de 4 y 8 bits, 16 y 32 bits en aplicaciones de alta capacidad de procesado.

•Los micros de 4 bits conservan su mercado debido al elevado número de aplicaciones esncillas existentes.

•El sector del automovil es el principal responsable del crecimiento del mercado de µC.



CRITERIOS DE SELECCIÓN (I) – TIPO DE MEMORIA

¿Qué cantidad de memoria se necesita para almacenar el programa de control de la aplicación?

¿Qué cantidad de memoria se necesita para almacenar los datos necesarios de la aplicación y su control?

Los micros suelen incorporar memoria, cuyo tamaño y tipo suele variar entre los distintos miembros de una familia.

No obstante, algunos miembros suelen permitir el conexionado de memoria externa como un componente a parte.




EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory)

•Memoria no volatil para guardar código de programa.

•Durante la grabación, los datos se guardan en las direcciones deseadas mediante la aplicación de señales de control y tensiones especiales de programación de valor más elevado al normal.

•Para su borrado, debe exponerse a rayos ultravioleta que se aplican a través de la ventana que posee en el encapsulado.

•Pueden grabarse y borrarse al menos 100 veces y habitualmente muchas más.

OTP (One Time Programmable)

•Similar a la EPROM pero no dispone de ventana para su borrado.

•Es más barata que la EPROM y, por tanto, una buena opción para almacenar el programa de la aplicación una vez ya finalizado.




EEPROM ó E2PROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)

•Similar a la EPROM pero puede ser borrada electricamente.

•Son de baja velocidad, su coste es elevado y el número de veces que puede ser grabada y borrada es limitado (entre 10.000 y 100.000 veces

ROM (Read Only Memory)

•El proceso de grabación se realiza en fábrica. Una vez grabada no es posible modificar su contenido.

•Solo rentable cuando el número de unidades a producir es elevado.

•Si se descubre un error en el programa habrá que desechar todos los µC que se hayan grabado.




Flash EPROM

•Memoria que se puede borrar electricamente y que está desplazando a las EPROM.

•Mejor solución que las EEPROM, especialmente cuando se trata de grandes cantidades de memoria pues su borrado es más rápido y puede hacers por grandes bloques o bien borrando directamente

todo su contenido.




RAM

•Memoria volátil. Su contenido se pierde cuando se quita la alimentación a menos que se conecte a una batería.

•Se usa para almacenar datos de forma temporal y no para guardar el programa de la aplicación como ocurre en los sistemas

microprocesadores.




EEPROMó

Flash EEPROM

PROTOTIPO Y DISEÑO INICIAL

EPROMu

OTP

PRIMERASSERIES

OTPó

ROM

PRODUCCION EN SERIEGRANDES TIRADAS

(ROM)



CRITERIOS DE SELECCIÓN (II) – PERIFERICOS INTERNOS

Los µC suelen incluir en su interior periféricos especiales que facilitan la tarea de control de la aplicación.

El tipo y número varía de un µC a otro según para las necesidades que están pensados.

Un listado de los más comúnes:•Convertidor A/D

•Temporizador/Contador•Temporizador Watchdog

•Puertos de E/S•Unidad de comparación y captura

•Interface serie



CRITERIOS DE SELECCIÓN (II) – CONVERTIDOR A/D

Convierte una señal analógico externa (tensión) en una representación digital de 8, 10, 12 o 16 bits.

Se usa en µC orientados a trabajar en instrumentación, registro de datos externos o cualquier aplicación que tenga contacto con el mundo analógico.

CRITERIOS DE SELECCIÓN (II) – TEMPORIZADOR/CONTADOR

Se utiliza para medir el intervalo de tiempo entre dos sucesos, activar/desactivar señales durante un cierto tiempo o bien contar el números de

veces que se produce un suceso (normalmente en forma de flanco de subida o bajada) en una determinasa señal de control.

También existen temporizadores con autorecarga, que se recargan a su valor inicial cuando se alcanza el valor de la cuenta y que liberan así de este trabajo a

la CPU.



CRITERIOS DE SELECCIÓN (II) – TEMPORIZADOR WATCHDOG

Es un temporizador de funcionamiento casi totalmente autónomo dentro del µC, que reiniciliza el mismo si el programa no refresca el watchdog a tiempo.

Proporciona un método de recuperación del control del programa de la aplicación en el caso de producirse un fallo de funcionamiento.

Es de especial interés en µC que trabajen en entornos con fuertes interferencias electromagnéticas o sistemas de control autónomos que no están sometidos a

una vigilancia continua.

CRITERIOS DE SELECCIÓN (II) – PUERTOS DE E/S

Los µC suelen disponer de varios puertos de entrada/salida digitales que permiten gestionar LEDs, teclados, LCDs, relés, etc.

Generalmente un puerto consiste en 8 o menos bits que se pueden programar como entrada o salida



CRITERIOS DE SELECCIÓN (II) – UNIDAD DE COMPARACION Y CAPTURA

Se usa para generar cualquier tipo de señales digitales y captura de sucesos:Generacion de pulsos, modulación de anchura de pulsos, medida de anchura de

pulsos, etc...

De amplio uso en el sector del automovil (control de inyección, ABS, etc) y en aplicaciones industriales (control de motores paso a paso, motores de continua,

generación de frecuencias, conversiones digitales-analógicas, etc..

CRITERIOS DE SELECCIÓN (II) – INTERFACE SERIE

Se usan para intercambiar datos con el exterior. El intercambio puede ser con comunicaciones asíncronas (SCI o UART) o sincronas (SPI)

La fuerte implantacion en el sector del automovil y en la industría han hecho que muchos µC incorporen buses específicos : I2C o CAN



CRITERIOS DE SELECCIÓN (III) – HERRAMIENTAS DE DESARROLLO

La elección del µC no solo se basa en cubrir las necesidades de la aplicación. En muchas ocasiones, la mayor influencia viene dada

por la existencia de un conjunto completo de herramientas de desarrollo a buen precio y una buena documentación: manuales y

notas de aplicación.

HERRAMIENTAS DE SOFTWARE

EnsambladorLinker o enlazador

SimuladorCompilador

HERRAMIENTAS DE HARDWARE

EmuladorPlacas de evaluación.

Analizador lógico



CRITERIOS DE SELECCIÓN (IV) – OTROS

Disponibilidad del µC en todas sus versiones (OTP, ventana y máscara).

Disponer de programas o subprogramas ya realizados que se puedan aprovechar en nuestra aplicación.

A veces escoger un µC más barato puede encarecer el coste de los demás componentes de la aplicación, aumentar el tamaño de la placa y por lo tanto de

su coste.

Es importante conocer la precisión necesaria de los datos a manejar para escoger entre µC de 4, 8 16 y 32 bits. También si hay partes de programa que tienen un tiempo limitado de ejecución y por lo tanto se deben escoger micros

de mayor frecuencia o mayor capacidad de procesado.

Si el sistema va a ser portátil, debemos asegurar la posibilidad de funcionamiento en modo de bajo consumo.



SECUENCIA DE DISEÑO

ELECCION DEL MICROCONTROLADOR

PLANTEAMIENTO DE TAREAS A EJECUTAR

IMPLEMENTACION DE PROGRAMAS

ERRORES?

GRABACION EN EPROM

VERIFICACION

ERRORES?

GRABACION EN ROM

VERIFICACION

ERRORES?

FABRICACION SERIE

NO

NO

NO

SI

SI

SI



FABRICANTES DE MICROCONTROLADORES

FABRICANTE MODELOS DE MICROCONTROLADORES

INTEL 8048,8051, 80c196, 80186, 80188, 80386EX

MOTOROLA 68HC05, 68HC08, 68HC11, 68HC12, 68HC16, MCORE

HITACHI H8/300, H8/300L, H8/500, H8/300H

TOSHIBA TLCS-47, TLCS-870, TLCS-900

PHILIPS 80C51

SIEMENS C500, C166

ZILOG Z8, Z86XX

TEXAS TMS370

Documents

TEMA I – INTRODUCCION A LOS SISTEMAS BASADOS EN MICROCONTROLADORES