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INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE CIUDAD ACUÑA Ingeniería en sistemas computacionales

Materia: Sistemas programables Docente: M.I. José Yahveh Contreras de los Reyes Alumno: Francisco Ramírez González

Investigación Unidad 3 Microcontroladores

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Contenido 3.1 características generales.........................................................................................1 3.1.1 Introducción.............................................................................................................2 3.1.2 Familias....................................................................................................................3 3.1.3 Ancho de buses......................................................................................................4 3.1.4 Memoria...................................................................................................................5 3.2 Circuitería alternativa para entrada/salida.............................................................6 3.1.2 Generalidades.........................................................................................................7 3.2.2 Displays LED, LCD y otros dispositivos de visualización................................8 3.2.3 Codificadores de posición.....................................................................................9 Conclusión.......................................................................................................................10 Fuentes de consulta.......................................................................................................11

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3.1 características generales Los microcontroladores son diseñados para reducir el costo económico y el consumo de energía de un sistema en particular. Por eso el tamaño de la unidad central de procesamiento, la cantidad de memoria y los periféricos incluidos dependerán de la aplicación. El control de un electrodoméstico sencillo como una batidora utilizará un procesador muy pequeño (4 u 8 bits) porque sustituirá a un autómata finito. En cambio, un reproductor de música y/o vídeo digital (MP3 o MP4) requerirá de un procesador de 32 bits o de 64 bits y de uno o más códecs de señal digital (audio y/o vídeo). El control de un sistema de frenos ABS (Antilock Brake System) se basa normalmente en un microcontrolador de 16 bits, al igual que el sistema de control electrónico del motor en un automóvil. Los microcontroladores representan la inmensa mayoría de los chips de computadoras vendidos, sobre un 50% son controladores "simples" y el restante corresponde aDSP más especializados. Mientras se pueden tener uno o dos microprocesadores de propósito general en casa (Ud. está usando uno para esto), usted tiene distribuidos seguramente entre los electrodomésticos de su hogar una o dos docenas de microcontroladores. Pueden encontrarse en casi cualquier dispositivo

electrónico

como

automóviles,

lavadoras,

hornos

microondas,

teléfonos, etc.

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3.1.1 Introducción Los microcontroladores están conquistando el mundo, los puedes ver presentes, en tú trabajo, en tu casa, y en tu vida en general. Los puedes encontrar controlando el funcionamiento de los ratones y teclados de las computadoras, los teléfonos, hornos de microondas, y en los televisores de tu hogar. Un microcontrolador (abreviado μC, UC o MCU) es un circuito integrado programable, capaz de ejecutar las órdenes grabadas en su memoria. Está compuesto de varios bloques funcionales, los cuales cumplen una tarea específica. Un microcontrolador incluye en su interior las tres principales unidades funcionales de una computadora: unidad central de procesamiento, memoria y periféricos de entrada/salida.

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3.1.2 Familias Atmel (AVR ), Hitachi (H8), Intel de 8 bits (8XC42, MCS51, 8xC251) o Intel de 16 bits (MCS96, MXS296), National Semiconductor (COP8), Microchip, Motorolade 8 bits (68HC05, 68HC08, 68HC11) o de 16 bits (68HC12, 68HC16) o de 32 bits (683xx ), NEC (78K), Texas Instruments (TMS370) y Zilog (Z8, Z86E02). Familia de microcontroladores ATMEL Esta empresa maneja microcontroladores basados en arquitectura RISC, las CPUs llegan hasta 32 bits, existen varios grupos de microcontroladores: 

Microcontroladores basados en el 8051 Intel, incorporan una memoria de programa Flash.



Microcontroladores AT91, soportan compilaciones en C, emulator.



Microcontroladores AVR, con arquitectura RISC y CPU de 8 bits, incorpora módulos USART, SPI, ADC, etc. Implementado sobre arquitectura Harvard.

La gama más variada y completa de los PIC. Abarca modelos con encapsulado desde 18 pines hasta 68, cubriendo varias opciones que integran diversos periféricos. En esta gama sus componentes añaden nuevas prestaciones a las que poseían los de la gama baja, haciéndoles más adecuados en las aplicaciones complejas. Admiten interrupciones, poseen comparadores de magnitudes analógicas, convertidores A/D, puertos serie y diversos temporizadores. El repertorio de instrucciones es de 35, compatible con el de la gama baja.

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INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR Sus distintos modelos contienen todos los recursos que se precisan en DE CIUDAD ACUÑA las aplicaciones de los microcontroladores de 8 bits. También dispone de

interrupciones y una pila de 8 niveles que permite el anidamiento de subrutinas.

3.1.3 Ancho de buses El ancho de bus es la cantidad de bits en la que se maneja cada instrucción, como vimos en ensamblador esta capacidad tiene que ver directamente con la longitud de palabra de una instrucción del procesador y operaciones que pueden ser soportadas por este.

Los tres anchos de bus más utilizados en microcontroladores son: 

Microcontroladores de 8-bits



Microcontroladores de 16-bits



Microcontroladores de 32-bits

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3.1.4 Memoria En los microcontroladores la memoria no es abundante, aquí no encontrará Gigabytes de memoria como en las computadoras personales. Típicamente la memoria de programas no excederá de 16 K-localizaciones de memoria no volátil (flash o eprom) para contener los programas. La memoria RAM está destinada al almacenamiento de información temporal que será utilizada por el procesador para realizar cálculos u otro tipo de operaciones lógicas. En el espacio de direcciones de memoria RAM se ubican además los registros de trabajo del procesador y los de configuración y trabajo de los distintos periféricos del microcontrolador. Es por ello que en la mayoría de los casos, aunque se tenga un espacio de direcciones de un tamaño determinado, la cantidad de memoria RAM de que dispone el programador para almacenar sus datos es menor que la que puede direccionar el procesador. El tipo de memoria utilizada en las memorias RAM de los microcontroladores es SRAM, lo que evita tener que implementar sistemas de refrescamiento como en el caso de las computadoras personales, que utilizan gran cantidad de memoria, típicamente alguna tecnología DRAM. A pesar de que la memoria SRAM es más costosa que la DRAM, es el tipo adecuado para los microcontroladores porque éstos poseen pequeñas cantidades de memoria RAM.

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3.2 Circuitería alternativa para entrada/salida También conocidos como puertos de E/S, generalmente agrupadas en puertos de 8 bits de longitud, permiten leer datos del exterior o escribir en ellos desde el interior del microcontrolador, el destino habitual es el trabajo con dispositivos simples como relés, LED, o cualquier otra cosa que se le ocurra al programador. Algunos puertos de E/S tienen características especiales que le permiten manejar salidas con determinados requerimientos de corriente, o incorporan mecanismos especiales de interrupción para el procesador. Típicamente cualquier pin de E/S puede ser considerada E/S de propósito general, pero como los microcontroladores no pueden tener infinitos pines, ni siquiera todos los pines que queramos, las E/S de propósito general comparten los pines con otros periféricos. Para usar un pin con cualquiera de las características a él asignadas debemos configurarlo mediante los registros destinados a ellos. Un sistema empotrado suele tener tres tipos diferentes de entrada:  Módulos de adquisición de datos (sensores).  Entrada de interfaz con el usuario (botones, interruptores, ruedas).  Comunicación con sistemas externos (entrada/salida).

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3.1.2 Generalidades En 1969, ingenieros de la compañía japonesa BUSICOM, buscan soluciones para fabricar con pocos componentes sus dispositivos (calculadoras), esta proposición se le hizo a INTEL quien en un proyecto dirigido por Marcian Hoff y apoyado por Federico

Faggin,

logro

fabricar

un

bloque

integrado

denominado

“microprocesador” adquiriendo los derechos de la compañía BUSICOM y entregando al mercado en 1971 el primer microprocesador el 4004 de 4 bits. Como ya se ha mencionado le siguieron el i8008, i8080, el Motorola 6800, Z80, i8085. En 1976 aparece en el mercado un nuevo dispositivo que incorpora una CPU, memoria RAM - ROM y puertos de I/O, este dispositivo es llamado “microcontrolador” que son microcomputadoras en un solo chip, dos de los más representativos los primeros microcontroladores fueron:  Intel 8048, con arquitectura Harvard modificada con programa ROM en el mismo chip, RAM de 64 a 256 bytes e interfaz I/O (entrada/salida).

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3.2.2 Displays LED, LCD y otros dispositivos de visualización. LCD. Es un dispositivo para la visualización de imágenes compuestas por un número determinado de píxeles alineados entre sí, donde cada píxel tiene tres sub-píxeles de color rojo, verde y azul. Los píxeles no producen su propia luz, por lo tanto, para visualizar la imagen en la pantalla, están iluminados por las luces fluorescentes en general. LED. Son pantallas LCD que emplean tecnología de retroiluminación LED. Las pantallas LED cada vez se emplean más en monitores de ordenador y televisores debido a su diseño ultra plano, imágenes de elevado brillo y contraste y bajo consumo de energía, siendo sus principales desventajas frente a los LCD convencionales el precio, una mayor temperatura del panel y una vida útil de los diodos LED limitada. OLED. Se trata de una variante del LED clásico, pero donde la capa de emisión tiene un componente orgánico. Se sabe que estas pantallas no necesitan luz trasera, con lo que se ahorra mucha más energía que cualquiera otra alternativa.. Además, su costo también es menor. Sin embargo, su tiempo de uso no es tan bueno como el de las anteriores tecnologías que les hemos comentado.

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INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR PLASMA. En este tipo de pantallas la imagen se descompone en DE CIUDAD ACUÑA pixeles que debidamente ordenados conforman la imagen que

percibimos por nuestros ojos. La tecnología en la que se fundamentan estas pantallas es una especie de simbiosis entre los sistemas utilizados por los monitores de tubo y los de cristal líquido (LCD), ya que por una parte mantienen la utilización de fósforo responsable de la iluminación y por otro disponen de una estructura de celdas para la formación punto a punto de las imágenes que se desea representar.

3.2.3 Codificadores de posición Son aquellos que ofrecen directamente una señal digital a partir de una entrada analógica. Sirven para realizar mediciones generalmente de posición lineal o angular y pueden ser incrementales o absolutos. Codificador Incremental de Rotación. Está formado por un disco con ranuras radiales ubicadas por lo general muy juntas en toda su circunferencia, o sino con líneas alternadas en color claro y oscuro, que giran frente a un foto sensor (o un conjunto de éstos, para más precisión), generando un pulso por cada ranura o cambio de color. Codificadores Absolutos. Los codificadores absolutos entregan una salida codificada que indica la posición del elemento móvil con respecto a una referencia. El elemento móvil cuenta con zonas que permiten distinguir y asignárseles valores de uno o cero.

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INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR Principio de funcionamiento de los codificadores de posición DE CIUDAD ACUÑA absolutos.

La principal diferencia con los codificadores incrementales es que cuenta con varias pistas con zonas diferenciadas y agrupadas, de tal forma que el sistema de lectura obtiene directamente, en cada posición del elemento móvil, el número codificado que da su posición. Cada pista representa un bit de la salida, siendo la pista más interior la correspondiente al bit de mayor resolución.

Conclusión 3.1 Características generales Los microcontroladores son diseñados para reducir el costo económico y el consumo de energía de un sistema en particular. Los microcontroladores se utilizan en todos los aparatos electrónicos ya que estos pueden programar de acuerdo a los requerimientos de los distintos aparatos electrónicos. Existen distintos familias de microcontroladores cada uno con distintas características y capacidades

para

cada

aparato

electrónico

se

elige

la

familia

de

microcontroladores que sea apto para su función. 3.2 Circuitería alternativa para entrada/salida

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INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR Conocidos también como puertos de E/S, generalmente agrupadas en DE CIUDAD ACUÑA

puertos de 8 bits de longitud, permiten leer datos del exterior o escribir en ellos desde el interior del microcontrolador. En el año de 1976 aparece en el mercado el dispositivo que incorpora una CPU, memoria RAM - ROM y puertos de I/O, este dispositivo es llamado “microcontrolador” que son microcomputadoras en un solo chip. Los distintos display se utilizan para mostrar en pantalla algún resultado, de acuerdo a las necesidades de lo que se está realizando cada quien elige el tipo de pantalla que le es mejor conveniente para lo que está realizando. Existen diferentes tipos de codificadores de posición Como: Codificador incremental de posición y codificadores absolutos Estos codificadores son aquellos que ofrecen directamente una señal digital a partir de una entrada analógica. Sirven para realizar mediciones generalmente de posición lineal o angular y pueden ser incrementales o absolutos.

Fuentes de consulta http://midiendoenelectronica.blogspot.mx/2008/07/codificadores-deposicin-incrementales.html http://www.itpn.mx/recursosisc/7semestre/sistemasprogramables/Unid ad%20III.pdf https://clagos2008.wordpress.com/2012/11/11/lcd-led-oled-plasma/ http://bibing.us.es/proyectos/abreproy/11141/fichero/PFC %252F3+Microcontroladores.pdf

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