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POFESOR: ING. JAIME FONSECA BELTRAN. ALUMNO: JESÚS ALEJANDRO ÁNGEL VERDUGO.

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE LOS MOCHIS “INVESTIGACIÓN: UNIDAD I Y II”

GRUPO: M71

INDICE INTRODUCCION ................................................................................................................................... 1 1.

CONCEPTOS INTRODUCTORIOS A LOS MCU. ............................................................................. 2 1.1 DIFERENCIA ENTRE MICROPROCESADOR, MICROCOMPURADORA Y MICROCONTROLADOR. ................................................................................................................... 2

2.

1.2

CARECTERISTICAS Y APLICACIONES DE LOS MCU. ........................................................... 4

1.3

TIPOS DE ARQUITECTURAS COMPUTACIONALES. ............................................................. 6

1.4

TIPOS DE MCU Y SUS FABRICANTES (8-BITS). .................................................................... 8

ARQUITECTURA INTERNA DE UN MCU. ..................................................................................... 10 2.1

COMPOTENTES DEL MCU. ................................................................................................. 13

2.2

REGISTROS INTERNOS. ..................................................................................................... 15

2.3

TIPOS Y DISTRIBUCION DE LAS MEMORIAS INTERNAS. ................................................... 17

2.4

PERIFERICOS INTERNOS. .................................................................................................. 20

CONCLUSIONES ................................................................................................................................ 22 REFERENCIAS. .................................................................................................................................. 23

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INTRODUCCION A grandes rasgos un microcontrolador (abreviado µC, UC, MC o MCU) es un circuito integrado, en cuyo interior posee toda la arquitectura de un computador, esto es CPU, memorias RAM (Random Access Memory), EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), y circuitos de entrada y salida. Es importante resaltar que un microcontrolador de fábrica, no realiza tarea alguna, por tanto este debe ser programado para que realice desde un simple parpadeo de un LED hasta un sofisticado control de un robot. Un microcontrolador es capaz de realizar la tarea de muchos circuitos lógicos como compuertas AND, OR, NOT, NAND, conversores: A/D y D/A, temporizadores, decodificadores, etc., simplificando todo el diseño a una placa de reducido tamaño y pocos elementos. Las circunstancias con las que nos encontramos hoy en el campo de los microcontroladores tienen sus raíces en el desarrollo de la tecnología de los circuitos integrados. Este desarrollo ha hecho posible contener cientos de miles de transistores en un solo chip. Ése era uno de los requisitos previos para la producción de los microprocesadores, y las primeras computadoras eran hechas agregando periféricos externos como la memoria o temporizadores, lo que aumentaba el volumen de los circuitos integrados. Estos circuitos integrados contenían procesador y periféricos. Así es cómo se desarrolló el primer chip que contenía una microcomputadora, o lo que después se llegaría a conocer como un microcontrolador.

Composición de un microcontrolador. 1

1. CONCEPTOS INTRODUCTORIOS A LOS MCU. 1.1 DIFERENCIA ENTRE MICROPROCESADOR, MICROCOMPURADORA Y MICROCONTROLADOR. Empecemos describiendo cada uno de estos comenzando con el más general, el microcomputador. Como vemos la Figura 1.1 muestra el esquema general básico de un microcomputador. Se compone de tres bloques fundamentales: CPU (Central Processing Unit), la memoria, y la entrada y salida. Los bloques se conectan entre sí mediante grupos delineas eléctricas denominadas buses. Los buses pueden ser de direcciones (si transportan direcciones de memoria o de entrada y salida), de datos (si transportan datas o instrucciones) o de control (si transportan señales de control diversas).

Figura 1.1 Esquema básico general de un microcomputador. La CPU es el microprocesador. La CPU es el “cerebro” del microcomputador y actúa bajo el 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: Arithmetic and Logic Unit). En un microcomputador, la CPU no es otra cosa que el microprocesador, el circuito integrado capaz de realizar las funciones antes mencionadas. Un microcontrolador es un microcomputador realizado en un circuito integrado (chip). Históricamente, los microcontroladores aparecieron con posterioridad a los microprocesadores y han tenido evoluciones independientes.

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Figura 1.2 Microprocesador (izquierda) vs Microcontrolador (derecha). Los microprocesadores se han desarrollado fundamentalmente orientados al mercado de los ordenadores personales y las estaciones de trabajo, donde se requiere una elevada potencia de cálculo, el manejo de gran cantidad de memoria y una gran velocidad de procesamiento. Un parámetro importante en los microprocesadores es el tamaño de sus registros internos (8, 16, 32 ó 64 bits), que determina la cantidad de bits que pueden procesar simultáneamente. Así bien, podemos concluir que un microcomputador es la integración de un microprocesador con todos sus aditamentos como lo son la memoria y entradas y salidas, siendo el microprocesador el encargado de dirigir tomar y ejecutar las instrucciones que le son dadas, con la particularidad de que para configurar se necesita implementar varios circuitos integrados, mientras que por otro lado el microcontrolador es un sistema integral y abierto (de configuración variable) siendo este un sistema embebido.

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1.2 CARECTERISTICAS Y APLICACIONES DE LOS MCU. Los microcontroladores se han desarrollado para cubrir las más diversas aplicaciones. Se usan en automoción, en equipos de comunicaciones y de telefonía, en instrumentos electrónicos, en equipos médicos e industriales de todo tipo, en electrodomésticos, en juguetes, etc. Los microcontroladores están concebidos fundamentalmente para ser utilizados en aplicaciones puntuales, es decir, aplicaciones donde el microcontrolador debe realizar un pequeño número de tareas, al menor costo posible. En estas aplicaciones, el microcontrolador ejecuta un programa almacenado permanentemente en su memoria, el cual trabaja con algunos datos almacenados temporalmente e interactúa con el exterior a través de las líneas de entrada y salida que dispone. El microcontrolador es parte de la aplicación: es un controlador incrustado o embebido en la aplicación (embedded controller). En aplicaciones de cierta envergadura se utilizan varios microcontroladores, cada uno de los cuales se ocupa de un pequeño número de tareas. Hay varias características que son deseables en un microcontrolador: 

Recursos de entrada y salida. Más que en la capacidad de cálculo del microcontrolador, muchas veces se requiere hacer énfasis en los recursos de entrada y de salida del dispositivo, tales como el manejo individual de líneas de entrada y salida, el manejo de interrupciones, señales analógicas, etc.



Espacio optimizado. Se trata de tener en el menor espacio posible, y a un coste razonable, los elementos especiales para desarrollar una aplicación. Dado que el número de terminales que puede tener un circuito integrado viene limitado por las dimensiones de su encapsulado, en el espacio de puede optimizar haciendo que unos mismos terminales realicen funciones diferentes.



El microcontrolador idóneo para una aplicación. Se procura que el diseñador disponga del microcontrolador hecho a la medida de su aplicación. Por esto los fabricantes ofrecen familias de microcontroladores, compuestas 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 entrada y salida, etc.), permitiendo así que el diseñador de aplicaciones pueda elegir el microcontrolador idóneo para cada aplicación.



Seguridad en el funcionamiento de un microcontrolador. Una medida de seguridad elemental es garantizar que el programa que esté ejecutando el microcontrolador sea el que corresponde, es decir, que si el microcontrolador se “pierde”, esto pueda ser rápidamente advertido y se tome alguna acción para corregir la situación. Un componente común en los microcontroladores y que contribuye a una operación segura es el perro guardián (WDT: Watchdog Timer), dispositivo que no existe los ordenadores personales.

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

Bajo consumo. Dado que hay muchas aplicaciones donde se desea utilizar baterías como fuente de alimentación, es altamente deseable que el microcontrolador consuma poca energía. También interesa que el microcontrolador consuma muy poco cuando no está realizando ninguna acción. Por ejemplo, si está a la espera de que se pulse una tecla, el microcontrolador debería consumir muy poco durante la espera; para ello conviene paralizar total o parcialmente al microcontrolador, poniéndolo a “dormir” hasta que ocurra la acción esperada.



Protección de los programas frente a copias. Se trata de proteger la información almacenada en la memoria, es decir, el programa de la aplicación, contra lecturas furtivas de la memoria del microcontrolador. Los microcontroladores disponen de mecanismos que les protegen de estas acciones.

El perro guardan es un elemento muy importante en un microcontrolador, pues garantiza la seguridad de su funcionamiento, ya que cualquier fallo es detectado a tiempo y se pueden tomar las medidas necesarias para evitar situaciones que podrían ser catastróficas.

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1.3 TIPOS DE ARQUITECTURAS COMPUTACIONALES.

1.3 Características de las computadoras más comunes. Microcomputadoras. En 1981, IBM llamó a su primera microcomputadora IBM-PC, años más tarde algunas otras compañías habían copiado el diseño de IBM, creando clones o compatibles que funcionaban igual que la original. La popularidad que han tenido las PC (computadora personal), es la velocidad con la que hacen mejoras en la tecnología, los dispositivos tales como microprocesadores, chips de memoria y dispositivos de almacenamiento, siguen aumentando en velocidad y capacidad, mientras que el tamaño físico y el precio seguirán siendo estables. Estas microcomputadoras tienen unidades de procesamiento y de almacenamiento, unidades de salida de visualización y de salida de audio, un teclado y todo ello puede colocarse sobre una mesa en el hogar o bien en la oficina. Minicomputadoras. Digital Equipment Corporation (DEC) comenzó a embarcar sus computadoras serie PDP en la década de los 60, la prensa apodo a estas máquinas como “minicomputadoras”, se le dio este nombre debido al pequeño tamaño. Por la capacidad con la que cuentan estas minicomputadoras se encuentran entre las mainframes y las computadoras personales. Al igual que los mainframes, las minicomputadoras pueden manejar mucho más entradas y salidas que las computadoras personales. Estas minicomputadoras son ideales para empresas y compañías que no pueden adquirir o no necesitan un mainframe. Las minicomputadoras son económicas y tienen la característica deseable de un mainframe. Los principales fabricantes de minicomputadoras incluyen DEC, Data General, IBM y Hewlett-Packard. Maxicomputadoras. Las “maxicomputadoras” son las computadoras más potentes que existen, construidas para procesar cantidades enormes de datos. Se utilizan para el procesamiento de datos de grandes empresas y negocios que requieren mucho más poder de computación y capacidad de almacenamiento que la que puedan dar las estaciones de trabajo. Generalmente, las maxicomputadoras se utilizan para cálculos numéricos a gran escala requeridos en aplicaciones como predicción del tiempo y diseño y simulación de aeronaves. Los científicos elaboran modelos 6

de procesos complejos y simulan estos procesos en una maxicomputadoras. Uno de los procesos es la fisión nuclear, estas maxicomputadoras son capaces de simular la acción y reacción literalmente de millones de átomos en el momento que interactúan. Debido a que en la actualidad la tecnología de las computadoras cambia con mucha rapidez, las capacidades avanzadas de una maxicomputadoras pueden volverse las características estándares de una computadora.

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1.4 TIPOS DE MCU Y SUS FABRICANTES (8-BITS). En la actualidad, gran parte de los fabricantes de circuitos integrados disponen de su propia línea de microcontroladores. Así tendremos Intel, que ha ido siempre por delante presentando nuevos productos, así por ejemplo el 8048 se considera el primer microcontrolador de 8 bits y lo fabricó Intel en la década de los 70. Otra de las principales empresas del mundo de los dispositivos programables es Motorola y los microcontroladores PIC de la empresa americana Microchip han sido conocidos en los últimos años. Su popularidad avanza día a día, siendo incluidos en la mayoría de proyectos debido a su bajo coste, reducido consumo, pequeño tamaño, fácil programación y abundancia de herramientas económicas de soporte. Otras empresas como Hitachi, Texas, Toshiba y Zilog abarcan pequeñas partes del mercado. Todos los microcontroladores que se fabrican en el presente son buenos y el mejor no siempre es el mismo. Cambian el modelo y fabricante según la aplicación y las circunstancias que lo envuelven. Microchip. Los microcontroladores PIC® encuentran su lugar en nuevas aplicaciones como Smartphone, periféricos para juegos de video y desmotivados de medicina avanzada. Microchip provee soluciones de entero rendimiento en el rango de los microcontroladores de 8-bits. Como por ejemplo:

Figura 1.4 Tabla de la serie PIC 18, para alto rendimiento, optimizado para programación en C y periféricos avanzados. Texas Instruments. La familia TMS370 de microcontroladores de 8 bits producidos por TI ya no son recomendados para ser usados en diseños actuales. En realidad una gran cantidad de miembros de esta familia son considerados ya obsoletos, pero TI continua dándoles soporte.

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Figura 1.5 Tabla de la serie TMS370 de microcontroladores de Texas intruments. STMicroelectronics. La plataforma de microcontroladores ST de 8 bits es está pensada para un alto desempeño, con un proceso de manufactura de 130 nm. Los STM8 permiten un fácil y seguro desarrollo a través de las operaciones de puntero mejoradas y nuevas instrucciones. La plataforma STM8 soporta cuatro productos de serie:   

STM8S, mainstream MCUs. STM8L, ultra-low-power MCUs. STM8AF y STM8AL, automotive MCUs.

Figura 1.6 Tabla de la serie STM8 de microprocesadores de STMicroelectronics. Atmel. Fáciles de usar, bajo consumo de energía y un alto nivel de integración es lo que ofrece la familia de microcontroladores Atmel® AVR® de 8bit para sus microcontroladores y microprocesadores. Estos dispositivos ofrecen una combinación única de rendimiento y eficiencia energética, así como flexibilidad.

Figura 1.7 Tabla de la serie ATtiny8 se microprocesadores de Atmel.

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2. ARQUITECTURA INTERNA DE UN MCU. Arquitecturas von Neumann (Princeton) y Harvard En la memoria de un ordenador, un microcomputador o un microcontrolador, se almacenan instrucciones y datos. Las instrucciones deben pasar secuencialmente a la CPU para su decodificación y ejecución, en tanto que algunos datos de memoria son leídos por la CPU y otros son escritos en la memoria desde la CPU. Puede intuirse que la organización de la memoria y su comunicación con la CPU son dos aspectos que influyen en el nivel de prestaciones del ordenador. Las arquitecturas von Neumann y Harvard son modelos generales del hardware de los ordenadores que presentan dos soluciones diferentes al problema de la conexión de la CPU con la memoria y a la organización de la memoria como almacén de instrucciones y datos. La arquitectura von Neumann toma el nombre del matemático John von Neumann que propuso la idea de un ordenador con el programa almacena (stored-program computer). J. von Neumann trabajó en el equipo de diseñadores de la computadora ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Calculator) diseñada en la Universidad de Pennsylvania durante la Segunda Guerra Mundial. El termino arquitectura Harvard se debe al nombre del lugar donde Howard Aiken diseñó los ordenadores Mark I, II, II y IV. Estos ordenadores fueron los primeros en utilizar memorias separadas para instrucciones y datos, una concepciones diferente al ordenador de programa almacenado. Las figuras 2.1 y 2.2 muestran estos dos modelos de ordenadores. La arquitectura von Neumann utiliza una memoria única para instrucciones y datos. Esto significa que con un mismo bus de direcciones se localizan (direccionan) instrucciones y datos y que por un único bus de datos transitan tanto instrucciones como datos. La misma señal de control que emite la CPU para leer un dato, sirve para leer una instrucción. No hay señales de control diferentes para datos e instrucciones. Debe quedar claro que aunque se use memoria ROM para almacenar el programa y RAM para los datos, para la CPU no hay tal distinción, sino que ROM y RAM forman un conjunto único (una memoria de lectura y escritura) para el cual la CPU emite señales de control, de dirección y de datos.

Figura 2.1 Arquitectura von Neumann.

Figura 2.2 Arquitectura Harvard. 10

La arquitectura Harvard utiliza memorias separadas para instrucciones y datos. En este caso la memoria de programa (que almacena instrucciones) tiene su bus de direcciones (de instrucciones), su propio bus de datos (más bien es un bus de instrucciones) y su bus de control. Por otra parte, la memoria de datos tiene sus propios buses de direcciones, datos y control, independientes de los buses de la memoria de programa. La memoria de programa es solo de lectura, mientras que en la de datos se puede leer y escribir. También es importante mencionar los tipos de arquitectura por instrucciones. CISC. Un gran número de procesadores usados en los microcontroladores están basados en la filosofía CISC (Computadores de Juego de Instrucciones Complejo). Disponen de más de 80 instrucciones máquina en su repertorio, algunas de las cuales son muy sofisticadas y potentes, requiriendo muchos ciclos para su ejecución. Una ventaja de los procesadores CISC es que ofrecen al programador instrucciones complejas que actúan como macros, es decir, que si las tuviésemos que implementar con instrucciones básicas, acabaríamos con dolor de cabeza. SISC. En los microcontroladores destinados a aplicaciones muy concretas, el juego de instrucciones, además de ser reducido, es específico, o sea, las instrucciones se adaptan a las necesidades de la aplicación prevista. Esta filosofía se ha bautizado con el nombre de SISC (Computadores de Juego de Instrucciones Específico). RISC Tanto la industria de los computadores comerciales como la de los microcontroladores están decantándose hacia la filosofía RISC (Computadores de Juego de Instrucciones Reducido). En estos procesadores el repertorio de instrucciones máquina es muy reducido y las instrucciones son simples y, generalmente, se ejecutan en un ciclo. La sencillez y rapidez de las instrucciones permiten optimizar el hardware y el software del procesador.

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Figura 2.3 Diagrama de funcionamiento de CISC y RISC. CISC Instrucciones multí-ciclo Carga/almacenamiento incorporadas en otras instrucciones Arquitectura memoria-memoria Instrucciones largas, código con menos líneas Utiliza memoria de microprograma Se enfatiza la versatilidad del repertorio de instrucciones Reduce la dificultad de implementar compiladores

RISC Instrucciones de único ciclo Carga/almacenamiento son instrucciones separadas Arquitectura registro-registro Instrucciones cortas, código con más líneas Implementa las instrucciones directamente en el hardware Se añaden instrucciones nuevas sólo si son de uso frecuente y no reducen el rendimiento de las más importantes Compiladores complejos

Elimina micro-código y la decodificación de instrucciones complejas Tabla comparativa CISC vs RISC.

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2.1 COMPOTENTES DEL MCU. Los principales componentes de un microcontrolador son: El procesador. Es el elemento más importante del microcontrolador y determina sus principales características, tanto a nivel hardware como software. Se encarga de direccionar la memoria de instrucciones, recibir el código OP de la instrucción en curso, su decodificación y la ejecución de la operación que implica la instrucción, así como la búsqueda de los operandos y el almacenamiento del resultado Memoria. En los microcontrolador es la memoria de instrucciones y datos está integrada en el propio chip. Una parte debe ser no volátil, tipo ROM (o flash), y se destina a contener el programa de instrucciones que gobierna la aplicación. Otra parte de memoria será tipo RAM, volátil, y se destina a guardar las variables y los datos. Hay dos peculiaridades que diferencian a los microcontroladores de los computadores personales: No existen sistemas de almacenamiento masivo como disco duro o disquetes. Como el microcontrolador sólo se destina a una tarea en la memoria ROM, sólo hay que almacenar un único programa de trabajo. La RAM en estos dispositivos es de poca capacidad pues sólo debe contener las variables y los cambios de información que se produzcan en el transcurso del programa. Por otra parte, como sólo existe un programa activo, no se requiere guarda r una copia del mismo en la RAM pues se ejecuta directamente desde la ROM. Los usuarios de computadores personales están habituados a manejar Megabytes de memoria, pero, los diseñadores con microcontroladores trabajan con capacidades de ROM comprendidas entre 512 bytes y 8 k bytes y de RAM comprendidas entre 20 y 512 bytes. Según el tipo de memoria ROM que dispongan los microcontroladores, la aplicación y utilización de los mismos es diferente. OTP. El microcontrolador contiene una memoria no volátil de sólo lectura programable una sola vez por el usuario. OTP (One Time Programmable). Es el usuario quien puede escribir el programa en el chip mediante un sencillo grabador controlado por un programa desde un PC. La versión OTP es recomendable cuando es muy corto el ciclo de diseño del producto, o bien, en la construcción de prototipos y series muy pequeñas. Tanto en este tipo de memoria como en la EPROM, se suele usar la encriptación mediante fusibles para proteger el código contenido. Puertas de entrada y salida (E/S o I/O). Las puertas de entrada y salida permiten comunicar al procesador con el mundo exterior, a través de interfaces, o con otros dispositivos. Estas puertas, también llamadas puertos, son la principal utilidad de las patas o pines de un microprocesador. Según los controladores de periféricos que posea cada modelo de microcontrolador, las líneas de E/S se destinan a proporcionar el soporte a las señales de entrada, salida y control.

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Oscilador interno. Todos los microcontroladores disponen de un circuito oscilador que genera una onda cuadrada de alta frecuencia, que configura los impulsos de reloj usados en la sincronización de todas las operaciones del sistema. Esta señal del reloj es el motor del sistema y la que hace que el programa y los contadores avancen. Generalmente, el circuito de reloj está incorporado en el microcontrolador y sólo se necesitan unos pocos componentes exteriores para seleccionar y estabilizar la frecuencia de trabajo. Dichos componentes suelen consistir en un cristal de cuarzo junto a elementos pasivos o bien un resonador cerámico o una red R-C. Aumentar la frecuencia de reloj supone disminuir el tiempo en que se ejecutan las instrucciones pero lleva aparejado un incremento del consumo de energía y de calor generado.

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2.2 REGISTROS INTERNOS. Un registro o una celda de memoria es un circuito electrónico que puede memorizar el estado de un byte.

Figura 2.4 Representación de un registro. Registros SFR A diferencia de los registros que no tienen ninguna función especial y predeterminada, cada microcontrolador dispone de un número de registros de funciones especiales (SFR), con la función predeterminada por el fabricante. Sus bits están conectados a los circuitos internos del microcontrolador tales como temporizadores, convertidores A/D, osciladores entre otros, lo que significa que directamente manejan el funcionamiento de estos circuitos, o sea del microcontrolador. Imagínese ocho interruptores que manejan el funcionamiento de un circuito pequeño dentro del microcontrolador. Los registros SFR hacen exactamente lo mismo.

Figura 2.5 Representación de un registro SFR

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Figura 2.6 Registros especiales del PIC18F4550.

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2.3 TIPOS Y DISTRIBUCION DE LAS MEMORIAS INTERNAS. La memoria de los microcontroladores se organiza normalmente como un todo único (organización lineal) o por bloques (ver figura 2.6) llamados páginas. En la organización lineal, las direcciones de las celdas son números binarios consecutivos.

Figura 2.7 Estructura por bloques de la memoria de un microcontrolador. La memoria de los microcontroladores PIC se organiza, según la arquitectura Harvad, en dos espacios independientes: uno para la memoria de programa y otro para la memoria de datos. La memoria de programa es básicamente de solo lectura y puede ser ROM, OTP, EPROM o FLASH. En ella se almacenan las instrucciones del programa que ejecuta el microcontrolador. En algunos modelos de PIC, la memoria de programa se puede leer desde el programa que se está ejecutando, por lo que en ellos es posible almacenar datos fijos en dicha memoria. En algunos modelos de PIC con memoria FLASH, se puede incluso escribir datos en la memoria de programa. La memoria de datos está realizada sobre la memoria RAM estática, de modo que es una memoria volátil de lectura y escritura, aunque en algunos modelos de PIC puede existir, adicionalmente en un espacio separado, cierta cantidad de memoria EEPROM, denomidana memoria EEPROM de datos. En esta EEPROM se pueden almacenar datos fijos o que varían un poco.

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Figura 2.8 Mapa de memoria del PIC18F4550. A continuación se citan los tipos de memoria incluidas en los microprocesadores: ROM con máscara. Es una memoria no volátil de sólo lectura cuyo contenido se graba durante la fabricación del chip. Si tenemos idea de cómo se fabrican los circuitos integrados, sabremos de donde viene el nombre. Estos se fabrican en obleas que contienen varias decenas de chips. Estas obleas se fabrican a partir de procesos fotoquímicos, donde se impregnan capas de silicio y oxido de silicio, y según convenga, se erosionan al exponerlos a la luz. Como no todos los puntos han de ser erosionados, se sitúa entre la luz y la oblea una máscara con agujeros, de manera que donde deba incidir la luz, esta pasará. Con varios procesos similares pero más complicados se consigue fabricar los transistores y diodos micrométricos que componen un chip. El elevado coste del diseño de la máscara sólo hace aconsejable el empleo de los microcontroladores con este tipo de memoria cuando se precisan cantidades superiores a varios miles de unidades. EPROM. Los microcontroladores que disponen de memoria EPROM (Erasable Programmable Read OnIy Memory) pueden borrarse y grabarse muchas veces. La grabación se realiza, como en el caso de los OTP, con un grabador gobernado desde un PC. Si, posteriormente, se desea borrar el contenido, disponen de una ventana de cristal en su superficie por la que se somete a la EPROM a rayos ultravioleta durante varios minutos. Las cápsulas son de material cerámico y son más caros que los microcontroladores con memoria OTP que están hechos con material plástico.

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EEPROM, E2PROM o E2PROM. Se trata de memorias de sólo lectura, programables y borrables eléctricamente EEPROM (Electrical Erasable Programmable Read OnIy Memory). Tanto la programación como el borrado, se realizan eléctricamente desde el propio grabador y bajo el control programado de un PC. Es muy cómoda y rápida la operación de grabado y la de borrado. No disponen de ventana de cristal en la superficie. Los microcontroladores dotados de memoria EEPROM una vez instalados en el circuito, pueden grabarse y borrarse cuantas veces se quiera sin ser retirados de dicho circuito. Para ello se usan "grabadores en circuito" que confieren una gran flexibilidad y rapidez a la hora de realizar modificaciones en el programa de trabajo. El número de veces que puede grabarse y borrarse una memoria EEPROM es finito, por lo que no es recomendable una reprogramación continúa. Son muy idóneos para la enseñanza y la Ingeniería de diseño. Se va extendiendo en los fabricantes la tendencia de incluir una pequeña zona de memoria EEPROM en los circuitos programables para guardar y modificar cómodamente una serie de parámetros que adecuan el dispositivo a las condiciones del entorno. Este tipo de memoria es relativamente lenta. Flash. Se trata de una memoria no volátil, de bajo consumo, que se puede escribir y borrar. Funciona como una ROM y una RAM pero consume menos y es más pequeña. A diferencia de la ROM, la memoria FLASH es programable en el circuito. Es más rápida y de mayor densidad que la EEPROM. La alternativa FLASH está recomendada frente a la EEPROM cuando se precisa gran cantidad de memoria de programa no volátil. Es más veloz y tolera más ciclos de escritura/borrado. Las memorias EEPROM y FLASH son muy útiles al permitir que los microcontroladores que las incorporan puedan ser reprogramados en circuito, es decir, sin tener que sacar el circuito integrado de la tarjeta.

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2.4 PERIFERICOS INTERNOS. Los principales periféricos que incorporan los microcontroladores son: 

Temporizadores/Contadores (Timers/Counters). Se emplean para controlar periodos de tiempo (temporizadores) y para contar el número de sucesos que se producen en el exterior (contadores). Para la medida de tiempos se carga un registro con el valor adecuado y a continuación dicho valor se incrementa o se decrementa al ritmo de los impulsos del reloj del microcontrolador, o de algún submúltiplo de él, hasta que rebase y llegue a cero, momento en el que se pone a uno un biestable que esta acoplado a la unidad de control por paro, consulta o interrupción. Cuando se cuentan sucesos que se materializan mediante cambios de nivel o flancos en algún terminal del microcontrolador, el contenido del mencionado registro se incrementa o decrementa al ritmo de los citados flancos.



Circuito de vigilancia (Watchdog). Consiste en un temporizador que pasa por cero cuando rebasa su capacidad y provoca una reinicialización automática del microcontrolador. Su funcionalidad se basa en el carácter cíclico del programa que ejecuta cualquier microcontrolador. Se utiliza para que el microcontrolador no se quede bloqueado de forma indefinida tras un fallo del programa o un fallo no permanente del sistema físico. El programa de trabajo se debe diseñar para que reinicialice el circuito de vigilancia, en el caso de estar habilitado, antes de que se produzca el rebasamiento de su temporizador. Si no se hace se hace así, se producen reinicializaciones del microcontrolador aunque esté funcionando correctamente. Si por el contrario, el programa falla o se bloque, el circuito de vigilancia termina su temporización y provoca la reinicialización.



Protección ante fallo de alimentación o Brownout. Se trata de un circuito que resetea al microcontrolador cuando el voltaje de alimentación (VDD) es inferior a un voltaje mínimo (brownout). Mientras el voltaje de alimentación sea inferior al de brownout el dispositivo se mantiene reseteado, comenzando a funcionar normalmente cuando sobrepasa dicho valor. Esto es muy útil para evitar datos erróneos por transiciones y ruidos en la línea de alimentación



Circuito de control del modo de bajo consumo de energía. Para ahorrar energía los microcontroladores poseen una o más instrucciones especiales (como por ejemplo SLEEP en los PIC) que se utilizan cuando el microcontrolador no ejecuta ninguna instrucción mientras está a la espera de algún acontecimiento externo. Esta instrucción sitúa al microcontrolador en un modo de bajo consumo, en el que la energía consumida es mucho menor que en funcionamiento normal. Al activarse una interrupción ocasionada por el acontecimiento esperado el microcontrolador recupera su modo de funcionamiento normal.

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

Convertidores A/D (Analógico/Digital) y D/A (Digital/Analógico). Los microcontroladores que incorporan un convertido A/D pueden procesar señales analógicas, que se utilizan en numerosas aplicaciones. Suelen disponer de un multiplexor que permite aplicar a la entrada del convertidor diversas señales analógicas procedentes de terminales diferentes del circuito integrado. Por su parte el convertidor D/A transforma los datos digitales, obtenidos como resulta de la ejecución del proceso, en una señal analógica y la aplica al exterior a través de uno de los terminales del microcontrolador.

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CONCLUSIONES 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 la vida diaria, como pueden ser juguetes, horno microondas, frigoríficos, televisores, computadoras, impresoras, módems, el sistema de arranque de nuestro coche, 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. Así vemos su importancia y el avance tecnológico que han tenido que sufrir para adaptarse a las nuevas necesidades.

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REFERENCIAS. [1] Valdés P. Fernando y Pallàs A. Ramón. (2007). Microcontroladores: Fundamentos y aplicaciones con PIC. España: 3Q Editorial. [2] Mandado P. Enrique, Menéndez F. Luis, Ferreira F. Luis y López M. Emilio. (2007). Microcontroladores PIC. Sistema integrado para el autoaprendizaje. Barcelona-España: MARCOMBO. [3] Vázquez G. Juan. (2012). Arquitectura de computadoras I. Estado de México-México: TERCER MILENIO S.C. [4] Microchip Technology Inc. (2006). Microcontroladores PIC Programación en Basic. Quito-Ecuador: RISPERGRAF. [5] Microchip Technology Inc. (2006). PIC18F2455/2550/4455/4550 Data Sheet. U.S.A. [6] Aguayo S. Paul. (2004). Introducción al microcontrolador. Sitio web: http://www.olimex.cl/tutorial/tutorial1.pdf [7] Canto Q. Carlos. Microcontroladores. Universidad Autónoma de San Luis Potosí, sitio web: http://galia.fc.uaslp.mx/~cantocar/microcontroladores/SLIDES_8051_PDF/2_INTROD.PDF [8] Microchip Technology Inc. Microcontroladores de 8bits, sitio web: http://www.microchip.com/ [9] Texas Instruments. Microprocesadores de 8bits, sitio web: http://www.ti.com/ [10] STMicroelectronics. Microprocesadores de 8bits, sitio web: http://www.st.com/web/en/home.html [11] Atmel. Microprocesadores de 8bits, sitio web: http://www.atmel.com/default.aspx

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