El Mundo de Los Microcontroladores - Capítulo 1 - Libro_ Microcontroladores PIC - Programación en...

14/3/2015 ElmundodelosmicrocontroladoresCaptulo1Libro:MicrocontroladoresPICProgramacinenBASIC

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TOC Capitulo1 Capitulo2 Captulo3 Captulo4 ApndiceA

ElmundodelosmicrocontroladoresCaptulo1Libro:MicrocontroladoresPICProgramacinenBASIC

Captulo1:Mundodelosmicrocontroladores

Lasituacinactualenelcampodelosmicrocontroladoressehaproducidograciasaldesarrollodelatecnologadefabricacindeloscircuitosintegrados.Estedesarrollohapermitidoconstruirlascentenasdemilesdetransistoresenunchip.Estofueunacondicinpreviaparalafabricacindeunmicroprocesador.Lasprimerasmicrocomputadorassefabricaronalaadirlesperifricosexternos,talescomomemoria,lneasdeentrada/salida,temporizadoresuotros.Elincrementoposteriordeladensidaddeintegracinpermiticrearuncircuitointegradoquecontenatantoalprocesadorcomoperifricos.Asescmofuedesarrolladalaprimeramicrocomputadoraenunsolochip,denominadamstardemicrocontrolador.

1.1Introduccin1.2Nmeros,nmeros,nmeros...1.3Detallesimportantes1.4MicrocontroladoresPIC

Losprincipiantesenelectrnicacreenqueunmicrocontroladoresigualaunmicroprocesador.Estonoescierto.Difierenunodelotroenmuchossentidos.Laprimeraylamsimportantediferenciaessufuncionalidad.Parautilizaralmicroprocesadorenunaaplicacinreal,sedebedeconectarconotroscomponentes,enprimer lugarcon lamemoria.Aunqueelmicroprocesadorseconsideraunamquinadecomputacin poderosa, no est preparado para la comunicacin con los dispositivos perifricos que se le conectan. Para que elmicroprocesadorsecomuniqueconalgnperifrico,sedebenutilizarloscircuitosespeciales.Aseraenelprincipioyestaprcticasiguevigenteenlaactualidad.

Porotrolado,almicrocontroladorselediseadetalmaneraquetengatodaslascomponentesintegradasenelmismochip.Nonecesitadeotroscomponentesespecializadosparasuaplicacin,porquetodosloscircuitosnecesarios,quedeotramaneracorrespondanalosperifricos,yaseencuentranincorporados.Asseahorratiempoyespacionecesarioparaconstruirundispositivo.

Para entender con ms facilidad las razones del xito tan grande de los microcontroladores, vamos a prestar atencin al siguienteejemplo.Haceunos10aos,disearundispositivoelectrnicodecontroldeunascensordeunedificiodevariospisoseramuydifcil,inclusoparaunequipodeexpertos.Hapensadoalgunavezenqurequisitosdebecumplirunsimpleascensor?Cmolidiarconlasituacin cuandodosomspersonas llamanal ascensoralmismo tiempo?Cul llamada tiene laprioridad?Cmosolucionar lascuestionesdeseguridad,deprdidadeelectricidad,defallos,deusoindebido?Loquesucededespusderesolverestosproblemasbsicosesunprocesometiculosodedisear losdispositivosadecuadosutilizandoungrannmerode loschipsespecializados.Esteprocesopuedetardarsemanasomeses,dependiendodelacomplejidaddeldispositivo.Cuandohayaterminadoelproceso,llegalahoradedisearunaplacadecircuito impresoydemontareldispositivo.Undispositivoenorme!Esotrotrabajodifcilytardado.Porltimo,cuando todo est terminado y probado adecuadamente, pasamos al momento crucial y es cuando uno se concentra, respiraprofundamenteyenciende la fuentedealimentacin.Estosueleserelpuntoenelque la fiestaseconvierteenunverdadero trabajopuestoquelosdispositivoselectrnicoscasinuncafuncionanapropiadamentedesdeelinicio.Prepreseparamuchasnochessindormir,correcciones,mejoras...ynoseolvidedequetodavaestamoshablandodecmoponerenmarchaunsimpleascensor.

Cuandoeldispositivofinalmenteempieceafuncionarperfectamenteytodoelmundoestsatisfecho,ylepaguenporeltrabajoquehahecho,muchascompaasdedesarrolloestarninteresadasensutrabajo.Porsupuesto,sitienesuerte,cadadaletraerunaofertadetrabajodeunnuevoinversionista.Sinembargo,silorequierenparatrabajarenelcontroldeloselevadoresdeunnuevoedificioquetienecuatropisosmsdelosqueyamanejasusistemadecontrol.Sabecmoproceder?Creeacasoquesepuedencontrolarlasdemandasdesusclientes?Pensamosqueustedvaaconstruirundispositivouniversalquesepuedeutilizarenlosedificiosde4a40pisos,unaobra

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maestradeelectrnica.Bueno,inclusosiustedconsigueconstruirunajoyaelectrnica,suinversionistaleesperarardelantedelapuertapidiendounacmaraenelascensorounamsica relajanteencasode fallodeascensor.Ounascensorcondospuertas.De todosmodos, la ley deMurphy es inexorable y sin duda usted no podr tomar ventaja a pesar de todos los esfuerzos que ha hecho. Pordesgracia,todoloquesehadichohastaahorasucedeenlarealidad.Estoesloquededicarsealaingenieraelectrnicarealmentesignifica.Esascomosehacanlascosashastaaparicindelosmicrocontroladoresdiseadospequeos,potentesybaratos.Desdeesemomentosuprogramacindejdeserunaciencia,ytodotomotradireccin...

Eldispositivoelectrnicocapazdecontrolarunpequeosubmarino,unagraounascensorcomoelanteriormentemencionado,ahoraest incorporado en un slo chip. Los microcontroladores ofrecen una amplia gama de aplicaciones y slo algunas se explorannormalmente. Le toca a usted decidir qu quiere que haga el microcontrolador y cargar un programa en l con las instruccionesapropiadas.Antesdeencendereldispositivoesrecomendableverificarsufuncionamientoconayudadeunsimulador.Sitodofuncionacomoesdebido,incorporeelmicrocontroladorenelsistema.Sialgunaveznecesitacambiar,mejoraroactualizarelprograma,hgalo.Hastacundo?Hastaquedarsatisfecho.Esopuederealizarsesinningnproblema.

Sabaustedque todas laspersonaspuedenserclasificadasenunode10grupos,en losqueestn familiarizadosconelsistemadenumeracinbinarioyen losquenoestn familiarizadosconl.Sinoentendi loanteriorsignificaque todavapertenecealsegundogrupo.Sideseacambiarsuestado,leaelsiguientetextoquedescribebrevementealgunosdelosconceptosbsicosutilizadosmstardeenestelibro(sloparaestarsegurodequeestamoshablandoenlosmismostrminos).

1.2NMEROS,NMEROS,NMEROS...



Lamatemticaesunagranciencia!Todoestanlgicoysimple...Eluniversodelosnmerossepuededescribirconslodiezdgitos.Noobstante,realmentetienequeseras?Necesitamosexactamenteesos10dgitos?Porsupuestoqueno,esslocuestindelhbito.Acurdesedelasleccionesdelaescuela.Porejemplo,qusignificaelnmero764?Cuatrounidades,seisdecenasysietecentenas.Muysimple!Sepodraexpresardeunaformamsdesarrollada?Porsupuestoques:4+60+700.Anmsdesarrollado?S:4*1+6*10+7*100.Podraestenmeroparecerunpocomscientfico?Larespuestaessotravez:4*100+6*101+7*102.Qusignificaesto realmente? Por qu utilizamos exactamente estos nmeros 100, 101 y 102 ? Por qu es siempre el nmero 10? Es porqueutilizamos10dgitosdiferentes(0,1,2...8,9).Enotraspalabras,esporqueutilizamoselsistemadenumeracinenbase10,esdecirelsistemadenumeracindecimal.

SISTEMADENUMERACINBINARIO

Qupasarasiutilizramosslodosnmeros0y1?Sislopudiramosafirmar(1)onegar(0)quealgoexiste.Larespuestaesnadaespecial,seguiramosutilizandolosmismosnmerosdelamismamaneraqueutilizamoshoyenda,noobstanteellospareceranunpocodiferentes.Porejemplo:11011010.Cuntassonrealmente11011010pginasdeunlibro?Paraentenderlo,sigalamismalgicacomoenelejemploanterior,peroenelordeninvertido.Tengaencuentaquesetratadearitmticaconslodosdgitos0y1,esdecir,delsistemadenumeracinenbase2(sistemadenumeracinbinario).

Evidentemente,setratadelmismonmerorepresentadoendossistemasdenumeracindiferentes.Lanicadiferenciaentreestasdosrepresentacionesyaceenelnmerodedgitosnecesariosparaescribirunnmero.Undgito(2)seutilizaparaescribirelnmero2enelsistemadecimal,mientrasquedosdgitos(1y0)seutilizanparaescribiraquelnmeroenelsistemabinario.Ahoraestdeacuerdoquehay10gruposdegente?Bienvenidoalmundodelaaritmticabinaria!Tienealgunaideadedndeseutiliza?Exceptoenlascondicionesdelaboratorioestrictamentecontroladas,loscircuitoselectrnicosmscomplicadosnopuedenespecificarconexactitudladiferenciaentredosmagnitudes(dosvaloresdevoltaje,porejemplo),sisondemasiadopequeos(mspequeosqueunospocosvoltios).Laraznson losruidoselctricosy fenmenosquesepresentandentrode loque llamamos entornode trabajoreal(algunosejemplosdeestosfenmenossonloscambiosimprevisiblesdelatensindealimentacin,cambiosdetemperatura,toleranciaalos valores de los componentes etc...) Imagnese una computadora que opera sobre nmeros decimales al tratarlos de la siguientemanera:0=0V,1=5V,2=10V,3=15V,4=20V...9=45V!?

Alguiendijobateras?

Unasolucinmuchomsfcilesunalgicabinariadonde0indicalaausenciadevoltaje,mientrasque1indicalapresenciadevoltaje.Esmsfcildeescribir0o1envezdenohayvoltajeohayvoltaje.Medianteelcerolgico(0)yunolgico(1)laelectrnicaseenfrentaperfectamentey realizacon facilidad todas lasoperacionesaritmticas.Evidentemente, se tratadeelectrnicaqueen realidadaplicaaritmticaenlaquetodoslosnmerossonrepresentadosconslodosdgitosydondesloesimportantesabersihayvoltajeono.Porsupuesto,estamoshablandodeelectrnicadigital.

SISTEMADENUMERACINHEXADECIMAL

Enelprincipiodeldesarrollodelascomputadoraseraevidentequealagentelecostabamuchotrabajarconnmerosbinarios.Poreso,seestableciunnuevosistemadenumeracin,queutilizaba16smbolosdiferentes.Esllamadoelsistemadenumeracinhexadecimal.Estesistemaestcompuestode10dgitosalosqueestamosacostumbrados(0,1,2,3,...9)ydeseisletrasdelalfabetoA,B,C,D,EyF.Culeselpropsitodeestacombinacinaparentementeextraa?Bastaconmirarcmotodoen lahistoriade losnmerosbinariosencajaperfectamenteparalograrunamejorcomprensindeltema.



Elmayornmeroquepuedeserrepresentadocon4dgitosbinarioseselnmero1111.Correspondealnmero15enelsistemadecimal.EnelsistemahexadecimalesenmeroserepresentaconsloundgitoF.Eselmayornmerodeundgitoenelsistemahexadecimal.Sedacuentadelagranutilidaddeestasequivalencias?Elmayornmeroescritoconochodgitosbinariosesalavezelmayornmerodedosdgitosenelsistemahexadecimal.Tengaencuentaqueunacomputadorautilizanmerosbinariosde8dgitos.Acasosetratadeunacasualidad?

CDIGOBCD

ElcdigoBCD(BinaryCodedDecimalCdigobinariodecimal)esuncdigobinarioutilizadopararepresentaralosnmerosdecimales.Consisteennmerosbinariosde4dgitosquerepresentanlosprimerosdiezdgitos(0,1,2,3...8,9).Aunquecuatrodgitospuedenhacer16combinacionesposiblesentotal,elcdigoBCDnormalmenteutilizaalasprimerasdiez.

CNVERSINDESISTEMASDENUMERACIN

Elsistemadenumeracinbinarioeselqueutilizanlosmicrocontroladores,elsistemadecimaleselquenosresultamscomprensible,mientrasqueelsistemahexadecimalpresentaunbalanceentrelosdos.Poreso,esmuyimportanteaprendercmoconvertirlosnmerosdeunsistemadenumeracinaotro,porejemplo,cmoconvertirunaseriedecerosyunosaunaformaderepresentacincomprensibleparanosotros.

ConversindeNmerosBinariosaDecimales

Losmismosdgitosenunnmerobinariotienenponderacionesdiferentesloquedependedesusposicionesdentrodelnmeroqueestnrepresentando.Adems,cadadgitopuedecontener1o0,ysuponderacinsepuededeterminarcon facilidadal contarsuposicinempezandoporladerecha.Parahacerunaconversindeunnmerobinarioadecimalesnecesariomultiplicarlosdgitos(0o1)consuponderacindeposicin(20,21,22,23etc.)ysumartodoslosresultados.Lamagiadelaconversindeunnmerobinarioadecimalfuncionademaravilla...Tieneduda?Veamoselsiguienteejemplo:

Cabedestacarqueesnecesarioutilizarslodosdgitosbinariospararepresentara todos losnmerosdecimalesde0a3.Para losnmerosmayores,sedebenutilizarlosdgitosbinariosadicionales.Porconsiguiente,pararepresentarlosnmerosde0a7esnecesarioutilizartresdgitosbinarios,pararepresentarlosnmerosde0a15cuatrodgitosetc.Dichodemanerasencilla,elmayornmerobinarioquesepuederepresentarutilizandondgitosseobtienealelevarlabase2alapotencian.Luego,alresultadoseleresta1.Porejemplo,sin=4:

241=161=15

Porconsiguiente,alutilizar4dgitosbinarios,esposiblerepresentarlosnmerosdecimalesde0a15,queson16valoresdiferentesentotal.

CONVERSINDENMEROSHEXADECIMALESADECIMALES

Para realizarunaconversindeunnmerohexadecimaladecimal,cadadgitohexadecimaldebesermultiplicadoconelnmero16elevadoalvalordesuposicin.Despus,elresultadoobtenidosedebesumar.Porejemplo:

CONVERSINDENMEROSHEXADCIMALESABINARIOS

No es necesario realizar ningn clculo para convertir un nmero hexadecimal a binario. Los dgitos hexadecimales se reemplazansimplementeporloscuatrodgitosbinariosapropiados.Yaqueeldgitohexadecimalmximoesequivalentealnmerodecimal15,esnecesarioutilizarcuatrodgitosbinariospararepresentarundgitohexadecimal.Porejemplo:

Lasiguienteestablacomparativaquecontienelosvaloresdenmeros0255representadosentressistemasdenumeracindiferentes.Estoesprobablementelamaneramsfcildeentenderlgicacomnaplicadaatodoslossistemasdenumeracin.



MARCARLOSNMEROS

Elsistemadenumeracinhexadecimal,juntoconlossistemasbinarioydecimal,seconsideranlosmsimportantesparanosotros.Esfcilrealizar una conversin de cualquier nmero hexadecimal a binario, ademses fcil de recordarlo.Sin obstante, estas conversionespuedenprovocarunaconfusin.Porejemplo,qusignificaenrealidadlasentencia:Esnecesariocontar110productosenunacadenademontaje?Dependiendodelsistemaencuestin (binario,decimalohexadecimal),el resultadopodraser6,110o272productos,respectivamente.Porconsiguiente,paraevitarequivocaciones,diferentesprefijosysufijosseaadendirectamentea losnmeros.Losprefijos$y0xmarcanlosnmeroshexadecimales.Porejemplo,elnmerohexadecimal10AFsepuedeescribircomo$10AFo0x10AF.Demanerasimilar,losnmerosbinariosnormalmenteobtienenelprefijo%.Siunnmeronotienenisufijoniprefijoseconsideradecimal.Desafortunadamente,estaformademarcarlosnmerosnoesestandarizada,porconsiguientedependedelaaplicacinconcreta.

BIT

Lateoradicequeunbiteslaunidadbsicadeinformacin...Vamosaolvidarloporunmomentoydemostrarquesesoenlaprctica.Larespuestaesnadaespecialunbitesunslodgitobinario.Similaraunsistemadenumeracindecimalenelquelosdgitosdeunnmeronotienenlamismaponderacin(porejemplo,losdgitosenelnmero444sonlosmismosperotienenlosvaloresdiferentes),elsignificadodeunbitdependedelaposicinquetieneennmerobinario.Enestecasonotienesentidohablardeunidades,centenasetc.enlosnmerosbinarios,susdgitossedenominanelbitcero(elprimerbitaladerecha),elprimerbit(elsegundobitaladerecha)etc.Adems,yaqueelsistemabinarioutilizasolamentedosdgitos(0y1),elvalordeunbitpuedeser0o1.Noseconfundasiseencuentraconunbitquetieneelvalor4,16o64.Sonlosvaloresrepresentadosenelsistemadecimal.Simplemente,noshemosacostumbradotantoautilizarlosnmerosdecimalesqueestasexpresionesllegaronasercomunes.Seracorrectodecirporejemplo,elvalordelsextobitencualquiernmerobinarioequivalealnmerodecimal64.Perotodossomoshumanosylosviejoshbitosmuerendifcilmente.Adems,cmolesuenanmerounounocerounocero...?

BYTE

Unbyteconsisteen8bitscolocadosunojuntoalotro.Siunbitesundgito,eslgicoquelosbytesrepresentenlosnmeros.Todaslasoperacionesmatemticassepuedenrealizarpormediodeellos,comopormediodelosnmerosdecimalescomunes.Similaralosdgitosdecualquiernmero,losdgitosdeunbytenotienenelmismosignificado.Elbitdelextremoizquierdotienelamayorponderacin,poresoesdenominadoelbitmssignificativo(MSB).Elbitdelextremoderechotienelamenorponderacin,poresoesdenominadoelbitmenossignificativo(LSB).Puestoquelos8dgitosdeunbytesepuedencombinarde256manerasdiferentes,elmayornmerodecimalquesepuederepresentarconunbytees255(unacombinacinrepresentauncero).Unnibbleouncuartetorepresentaunamitaddebyte.Dependiendodelamitaddelnmeroencuestin(izquierdaoderecha),selesdenominanibblesaltosobajos,respectivamente.

Ustedseguramentehapensadoalgunavezencmoeslaelectrnicadentrodeuncircuito integradodigital,unmicrocontroladorounmicroprocesador.Cmosonloscircuitosquerealizanlasoperacionesmatemticascomplicadasytomandecisiones?Sabaquesusesquemas,aparentementecomplicadasconsistenenslounospocoselementosdiferentes,denominadoscircuitoslgicosocompuertaslgicas?

1.3DETALLESIMPORTANTES

ElfuncionamientodeestoselementosesbasadoenlosprincipiosestablecidosporelmatemticobritnicoGeorgeBooleenlamitaddelsiglo19esdecir,antesdelainvencindelaprimerabombilla.Laideaprincipaleradeexpresarlasformaslgicaspormediodelasfuncionesalgebraicas.TalideaprontosetransformenunproductoprcticoqueseconvirtimstardeenloquehoyendaconocemoscomocircuitoslgicosY(AND),O(OR)oNO(NOT).ElprincipiodesufuncionamientoesconocidocomoalgebradeBoole.

CIRCUITOSLGICOS

Algunas instrucciones de programa funcionan de lamismamanera que las compuertas lgicas. A continuacin vamos a explicar elprincipiodesufuncionamiento.

CompuertaY(AND)



Una compuerta lgica Y dispone de dos o msentradasydeunasalida.Enestecasolacompuertautilizada dispone de slo dos entradas. Un unolgico (1) aparecer en su salida slo en caso dequeambasentradas(AyB)seanllevadasaalto(1).La tabla a la derechamuestra la relacinentre lasentradasysalidasdelacompuertaY.

Elprincipiodefuncionamientoeselmismocuandolacompuerta disponga de ms de dos entradas: lasalidaproporcionaununolgico(1)slositodaslasentradas son llevadas a alto (1). Cualquier otracombinacin de voltajes de entrada proporcionarun cero lgico (0) en su salida. Utilizada en elprograma,laoperacinYlgicoesrealizadaporunainstruccindeprograma,de laquevamosahablarms tarde. Por ahora basta con conocer que Ylgicoenunprogramaserefierealarealizacindeeste tipo de operacin sobre los bitscorrespondientesdedosregistrosdiferentes.

Demanerasimilar,lacompuertaOtambindisponede dos o ms entradas y de una salida. Si lacompuerta dispone de slo dos entradas, esaplicable losiguiente: lasalidaproporcionaununolgico(1)siunauotraentrada(AoB)esllevadaaalto(1).EncasodequelacompuertaOdispongadems de dos entradas, es aplicable lo siguiente: Lasalidaproporcionaununolgico(1)siporlomenosuna entrada es llevada a alto (1). Si todas lasentradas estn a cero lgico (0), la salida estar acerolgico(0)tambin.

Enunprograma,laoperacinOlgicoserealizadelamismamaneraquelaoperacinYlgico.

CompuertaO(OR)

CompuertaNO(NOT)

LacompuertalgicaNOdisponedeunasolaentradayunasolasalida,porloquefuncionamuysimplemente.Cuandouncerolgico(0)aparezcaensuentrada,lasalidaproporcionaununolgico(1)yviceversa.Estosignificaqueestacompuertainviertelassealesporsmismasyporesoesdenominadainversor.

EnelprogramalaoperacinlgicaNOserealizasobreunbyte.Elresultadoesunbyteconlosbitsinvertidos.Silosbitsdeunbyteseconsiderannmero,el valor invertidoesuncomplementoaesenmero.El complementodeunnmeroesel valorqueseaadealnmerohastallegaralmayornmerobinariode8dgitos.Enotraspalabras,lasumadeundgitode8nmerosydesucomplementoessiempre255.

COMPUERTA XOR (O EXCLUSIVA)

LacompuertaXOR(OEXCLUSIVA)esunpococomplicadaencomparacinconlasdems.Representaunacombinacindetodaslascompuertasanteriormentedescritas.Lasalidaproporcionaununolgico(1)slosisusentradasestnenestadoslgicosdiferentes.



Enelprograma,estaoperacinseutilizaconfrecuenciaparacomparardosbytes.Larestasepuedeutilizarconelmismopropsito(sielresultadoes0, losbytes son iguales).Adiferenciade la resta, la ventajadeestaoperacin lgicaesquenoesposibleobtener losresultadosnegativos.

REGISTRO

Unregistroounaceldadememoriaesuncircuitoelectrnicoquepuedememorizarelestadodeunbyte.

REGISTROSSFR

Adiferenciadelosregistrosquenotienenningunafuncinespecialypredeterminada,cadamicrocontroladordisponedeunnmeroderegistrosdefuncionesespeciales(SFR),conlafuncinpredeterminadaporelfabricante.Susbitsestnconectadosaloscircuitosinternosdelmicrocontroladortalescomotemporizadores,convertidoresA/D,osciladoresentreotros.Estosignificaquedirectamentemanejanelfuncionamientodeestoscircuitos,oseadelmicrocontrolador.Imagneseochointerruptoresquemanejanelfuncionamientodeuncircuitopequeodentrodelmicrocontrolador.LosregistrosSFRhacenexactamentelomismo.

Enotraspalabras,elestadodelosbitsderegistrossefijadentrodeprograma,losregistrosSFRdirigenlospequeoscircuitosdentrodelmicrocontrolador, estos circuitos se conectan por los pines del microcontrolador a un dispositivo perifrico utilizado para... Bueno,dependedeusted.

PUERTOSDEENTRADA/SALIDA(E/S)

Parahacertilunmicrocontrolador,hayqueconectarloaundispositivoexterno,osea,aunperifrico.Cadamicrocontroladortieneunooms registros (denominados puertos) conectados a los pines en el microcontrolador. Por qu se denominan como puertos deentrada/salida?Porqueustedpuedecambiarlafuncindecadapincomoquiera.Porejemplo,usteddeseaquesudispositivoenciendayapaguelostressealesLEDsyquesimultneamentemonitoreeelestadolgicode5sensoresobotonesdepresin.Unodelospuertosdebeestarconfiguradodetalmaneraquehayatressalidas(conectadasalosLEDs)ycincoentradas(conectadasalossensores).Esoserealizasimplementepormediodesoftware,loquesignificaquelafuncindealgnpinpuedesercambiadaduranteelfuncionamiento.



Unadelascaractersticasmsimportantesdelospinesdeentrada/salida(E/S)eslacorrientemximaquepuedenentregar/recibir.EnlamayoradelosmicrocontroladoreslacorrienteobtenidadeunpinessuficienteparaactivarunLEDuotrodispositivodebajacorriente(1020mA).Otracaractersticaimportantedelospinesesquepuedendisponerdelosresistorespullup.Estosresistoresconectanlospinesalpolopositivodelvoltajedelafuentedealimentacinysuefectosepuedeveralconfigurarelpincomounaentradaconectadaauninterruptormecnicooaunbotndepresin.Lasltimasversionesdelosmicrocontroladorestienenlasresistenciaspullupconfigurablesporsoftware.CadapuertodeE/SnormalmenteestbajoelcontroldeunregistroSFRespecializado,loquesignificaquecadabitdeeseregistrodeterminaelestadodelpincorrespondienteenelelmicrocontrolador.Porejemplo,alescribirununolgico(1)aunbitdelregistrodecontrol(SFR),elpinapropiadodelpuertoseconfiguraautomticamentecomosalida.Esosignificaqueelvoltajellevadoaesepinsepuedeleercomo0o1lgico.Encasocontrario,alescribir0alregistroSFR,elpinapropiadodelpuertoseconfiguracomosalida.Suvoltaje(0Vo5V)correspondealestadodelbitapropiadodelregistrodelpuerto(0o1lgico,respectivamente).

UNIDADDEMEMORIA

La unidad dememoria es una parte del microcontrolador utilizada para almacenar los datos. La manera ms fcil de explicarlo escompararloconunarmariograndeconmuchoscajones.Simarcamos loscajonesclaramente,ser fcilaccederacualquieradesuscontenidosalleerlaetiquetaenlapartedelanteradelcajn.Demanerasimilar,cadadireccindememoriacorrespondeaunalocalidaddememoria.Elcontenidodecualquierlocalidadsepuedeleeryselepuedeaccederaldireccionarla.Lamemoriasepuedeescribirenlalocalidadoleer.

Hayvariostiposdememoriadentrodelmicrocontrolador:

MemoriaROM(ReadOnlyMemory)memoriadeslolectura

LamemoriaROMseutilizaparaguardarpermanentementeelprogramaqueseestejecutando.Eltamaodeprogramaquesepuedeescribirdependedeltamaodeestamemoria.Losmicrocontroladoresactualesnormalmenteutilizaneldireccionamientode16bits,quesignificaquesoncapacesdedireccionarhasta64Kbdememoria,osea65535localidades.Porejemplo,siustedesprincipiante,suprogramaexcederpocasvecesellmitedevarioscientosdeinstrucciones.HayvariostiposdememoriaROM.

ROMdemscara(enmascarada)MROM

LaROMenmascaradaesuntipodeROMcuyocontenidoesprogramadoporelfabricante.Eltrminodemscaravienedelprocesodefabricacin,dondelaspartesdelchipseplasmanenlasmascarasutilizadasduranteelprocesodefotolitografa.Encasodefabricacindegrandesseries,elprecioesmuybajo.Olvidelaideademodificarla...

OTPROM(OneTimeProgrammableROM)ROMprogramableunasolavez

Lamemoriaprogramableunasolavezpermitedescargarunprogramaenelchip,perocomodicesunombre,unasolavez.Sisedetectaunerrordespusdedescargarlo,lonicoquesepuedehaceresdescargarelprogramacorrectoenotrochip.



UVEEPROM(ROMErasableprogrammableROM)ROMprogramableborrableporrayosultravioleta

Elencapsuladodeestemicrocontroladortieneunaventanareconocibleenlapartealta.Esopermiteexponerlasuperficiedelchipdesilicioalaluzdeultravioletayborrarelprogramacompletamenteenvariosminutos.Luegoesposibledescargarunnuevoprogramaenl.Lainstalacindeestaventanaescomplicada,loqueporsupuestoafectaalprecio.Desdenuestropuntodevista,desgraciadamente,demaneranegativa...

MemoriaFlash

Estetipodememoriaseinventenlosaos80enloslaboratoriosdelacompaaINTEL,comoformadesarrolladadelamemoriaUVEPROM. Ya que es posible escribir y borrar el contenido de esta memoria prcticamente un nmero ilimitado de veces, losmicrocontroladoresconmemoriaFlashsonperfectosparaestudiar,experimentarypara la fabricacinenpequeaescala.Por lagranpopularidaddeestamemoria,lamayoradelosmicroconroladoressefabricancontecnologaflashhoyenda.Siustedvaacomprarunmicrocontrolador,steesendefinitivalaopcinperfecta!

MEMORIARAM(RandomAcMemoriaRAM(RandomAccessMemory)memoriadeaccesoaleatorio

Alapagarlafuentedealimentacin,sepierdeelcontenidodelamemoriaRAM.Seutilizaparaalmacenartemporalmentelosdatosylosresultadosinmediatoscreadosyutilizadosduranteelfuncionamientodelmicrocontrolador.Porejemplo,sielprogramaejecutalaadicin(decualquiercosa)esnecesariotenerunregistroquerepresentaloquesellamasumaenvidacotidiana.Contalpropsito,unodelosregistrosdelaRAMesdenominadosumayseutilizaparaalmacenarlosresultadosdelaadicin.

MemoriaEEPROM(ElectricallyErasableProgrammableROM)ROMprogramableyborrableelctricamente

ElcontenidodelaEEPROMsepuedecambiarduranteelfuncionamiento(similaralaRAM),perosequedapermanentementeguardadodespusdelaprdidadelafuentedealimentacin(similaralaROM).Porlotanto,laEEPROMseutilizaconfrecuenciaparaalmacenarlosvalorescreadosduranteelfuncionamiento,quetienenqueestarpermanentementeguardados.Porejemplo,siustedhadiseadounallaveelectrnicaounalarma,seraestupendopermitiralusuariocreareintroducirunacontraseaporsucuenta.Porsupuesto,lanuevacontraseatienequeestarguardadaalapagarlafuentedealimentacin.EntalcasounasolucinperfectaeselmicrocontroladorconunaEEPROMembebida.

INTERRUPCIN

Lamayoradeprogramasutilizaninterrupcionesduranteejecucindeprogramaregular.Elpropsitodelmicrocontroladorgeneralmenteconsisteenreaccionaraloscambiosensuentorno.Enotraspalabras,cuandoocurrealgo,elmicrocontroladorreaccionadealgunamanera...Porejemplo,alapretarelbotndelmandoadistancia,elmicrocontroladorloregistrayrespondealcomandocambiandodecanal,subiendoobajandoelvolumenetc.Sielmicrocontroladorpasarlamayoradeltiempocomprobandovariosbotonessinpararlashoras,losdas,estonoseranadaprctico.Porlotanto,elmicrocontroladoraprendiuntrucodurantesuevolucin.Envezdeseguircomprobandoalgnpinobit,elmicroconroladordejasutrabajodeesperaraunexpertoquereaccionarsloencasodequesucedaalgodignodeatencin.LasealqueinformaalprocesadorcentralacercadetalacontecimientosedenominaINTERRUPCIN.

BUS

Elbusestformadopor8,16omscables.Haydostiposdebuses:elbusdedireccionesyelbusdedatos.Elbusdedireccionesconsisteentantaslneascomoseannecesariasparadireccionarlamemoria.SeutilizaparatransmitirladireccindelaCPUalamemoria.Elbusdedatosestananchocomolosdatos,enestecasoesde8bitsocablesdeancho.Seutilizaparaconectartodosloscircuitosdentrodelmicrocontrolador.

UNIDADCENTRALDEPROCESAMIENTO(CentralprocessorunitCPU)

Comoindicasunombre,estoesunaunidadquecontrolatodoslosprocesosdentrodelmicrocontrolador.Consisteenvariasunidadesmspequeas,delasquelasmsimportantesson:

Decodificadordeinstrucciones.EslapartequedescodificalasinstruccionesdelprogramayaccionaotroscircuitosbasndoseenestoUnidadlgicaaritmtica(ArithmeticalLogicalUnit ALU) realiza todas lasoperacionesmatemticasy lgicassobre datos. El conjunto de instrucciones que es diferente para cada familia de microcontrolador expresa lascapacidadesdeestecircuitoyAcumuladororegistrodetrabajo.EsunregistroSFRestrechamenterelacionadoconelfuncionamientodelaALU.Es un tipo de escritorio de trabajo utilizado para almacenar todos los datos sobre los que se debe realizar algunaoperacin (sumar, mover). Tambin almacena los resultados preparados para el procesamiento futuro. Uno de losregistros SFR,denominadoRegistroStatus (PSW),estestrechamente relacionadoconelacumulador.Muestraelestado de un nmero almacenado en el acumulador (el nmero es mayor o menor que cero etc.) en cualquierinstantedado.Elacumuladoresdenominadoregistrodetrabajo(workingregister),osea,registroWosolamenteW.


http://www.mikroe.com/chapters/view/84/librodelaprogramaciondelosmicrocontroladorespicenbasiccapitulo1mundodelosmicrocontrolador 10/20

COMUNICACINSERIE

Laconexinparalelaentreelmicrocontroladorylosperifricosatravsdelospuertosdeentrada/salidaesunasolucinperfectaparalasdistanciascortashastavariosmetros.Noobstante,cuandoesnecesarioestablecercomunicacinentredosdispositivosalargasdistanciasnoesposibleutilizarlaconexinparalela.Envezdeeso,seutilizalaconexinenserie.

Hoyenda,lamayoradelosmicrocontroladoresllevanincorporadosvariossistemasdiferentesparalacomunicacinenserie,comounequipoestndar.Culdeestossistemasseutilizarenuncasoconcreto,dependedemuchosfactores,delosquemsimportantesson:

Concuntosdispositivoselmicrocontroladortienequeintercambiarlosdatos?Culeslavelocidaddelintercambiodedatosobligatoria?Culesladistanciaentrelosdispositivos?Esnecesariotransmitiryrecibirlosdatossimultneamente?

UnadelascosasmsimportantesencuantoalacomunicacinenserieeselProtocoloquedebeserestrictamenteobservado.Esunconjuntodereglasqueseaplicanobligatoriamenteparaquelosdispositivospuedaninterpretarcorrectamentelosdatosqueintercambianmutuamente.Afortunadamente,losmicrocontroladoresseencargandeesoautomticamente,asqueeltrabajodeprogramador/usuarioesreducidoalaescrituraylecturadedatos.

VELOCIDADDETRANSMISINDEDATOS

Lavelocidaddetransmisindedatos(datarate)eseltrminoutilizadoparadenotarelnmerodebitstransmitidosporsegundo[bps].Fjesequeestetrminoserefiereabits,ynoabytes!Elprotocolonormalmenterequierequecadabytesetransmitajuntoconvariosbitsdecontrol.Esoquieredecirqueunbyteenunflujodedatosserialpuedeconsistiren11bits.Porejemplo,sivelocidaddetransmisinseriales300bpsunmximode37yunmnimode27bytessepuedentransmitirporsegundo.

Lossistemasdecomunicacinserialmsutilizadosson:

I2C(InterIntegratedCircuit)CircuitoInterIntegrado

Circuitointerintegradoesunsistemaparaelintercambiodedatosserialentrelosmicrocontroladoresyloscircuitosintegradosdenuevageneracin.Seutilizacuandoladistanciaentreellosescorta(elreceptoryeltransmisorestnnormalmenteenlamismaplacadecircuitoimpreso).Laconexinseestablecepormediodedoslneasunaseutilizaparatransmitirlosdatos,mientrasquelaotraseutilizaparalasincronizacin(lasealdereloj).Comosemuestraenlafigura,undispositivoessiempreelprincipal(mastermaestro),elquerealizaeldireccionamientodeunchipsubordinado(slaveesclavo)antesdequeseinicielacomunicacin.Deestamaneraunmicrocontroladorpuedecomunicarsecon112dispositivosdiferentes.Lavelocidaddetransmisindedatosesnormalmente100Kb/seg(elmodoestndar)o 10 Kb/seg (modo de velocidad de transmisin de datos baja). Recientemente han aparecido los sistemas con la velocidad detransmisindedatosde3.4Mb/sec.LadistanciaentrelosdispositivosquesecomunicanporelbusI2Cestlimitadaaunosmetros.

SPI(SERIALPERIPHERALINTERFACEBUS)BUSSERIALDEINTERFAZDEPERIFRICOS



Unbusserialdeinterfazdeperifricosesunsistemaparalacomunicacinserialqueutilizatresdecuatrolneaspararecibirlosdatos,para transmitir losdatos,parasincronizary (opcional)paraseleccionareldispositivoconelquesecomunica.Estoes laconexin fullduplex,loquesignificaquelosdatosseenvanyserecibensimultneamente.LavelocidaddetransmisindedatosmximaesmayorqueenelmdulodeconexinI2C.

UART(UNIVERSALASYNCHRONOUSRECEIVER/TRANSMITTER)TRANSMISORRECEPTORASNCRONOUNIVERSAL

Este tipodeconexinesasncrona, loquesignificaquenoseutilizauna lneaespecialpara transmitir la sealde reloj.Enalgunasaplicacionesesterasgoescrucial(porejemplo,enmandardatosadistanciaporRFoporluzinfrarroja).Puestoqueseutilizaslounalneadecomunicacin,tantoelreceptorcomoeltransmisorrecibenyenvanlosdatosavelocidadmismaquehasidopredefinidaparamantenerlasincronizacinnecesaria.Estoesunamanerasimpledetransmitirdatospuestoquebsicamenterepresentaunaconversindedatosde8bitsdeparaleloaserial.Lavelocidaddetransmisinnoesalta,eshasta1Mbit/sec.

OSCILADOR

Los pulsos uniformes generados por el oscilador permiten el funcionamiento armnico y sncrono de todos los circuitos delmicrocontrolador. El oscilador se configura normalmente de tal manera que utilice un cristal de cuarzo o resonador cermico paraestabilizacin de frecuencia. Adems, puede funcionar como un circuito autnomo (como osciladorRC). Es importante decir que lasinstruccionesdelprogramanoseejecutanalavelocidadimpuestaporelmismoosciladorsinovariasvecesmsdespacio.Esoocurreporquecadainstruccinseejecutaenvariosciclosdeloscilador.Enalgunosmicrocontroladoressenecesitaelmismonmerodeciclosparaejecutar todas las instrucciones,mientrasqueenotrosel tiempodeejecucinnoeselmismopara todas las instrucciones.Porconsiguiente, si el sistema utiliza el cristal de cuarzo con una frecuencia de 20MHZ, el tiempo de ejecucin de una instruccin deprogramanoes50nS,sino200,400o800nSdependiendodeltipodelmicrocontrolador.

CIRCUITODEALIMENTACIN

Hayquemencionardoscosasdignasdeatencinconrelacinalcircuitodelafuentedealimentacindemicrocontroladores:

Brown out es un estado potencialmente peligroso que ocurre al apagar el microcontrolador o en caso de que elvoltaje de la fuente de alimentacin salga de unos mrgenes debido al ruido elctrico. Como el microcontroladordisponedevarioscircuitosquefuncionananivelesdevoltajediferentes,eseestadopuedecausaruncomportamientodescontrolado.Paraevitarlo,elmicrocontroladornormalmentetieneuncircuitoincorporadoparaelbrownoutreset.Elcircuitoreiniciainmediatamenteelmicrocontroladorsielvoltajedealimentacincaepordebajodellmite.Elpindereset(reinicio),marcado frecuentementeconMCLR (MasterClearReset),sirveparael reinicioexternodelmicrocontroladoralaplicaruncero(0)oununo(1) lgicodependiendodel tipodelmicrocontrolador.Encasodequeelcircuitobrownoutnoestincorporado,unsimplecircuitoexternoparaelbrownoutresetsepuedeconectaralpinMCLR.

TEMPORIZADORES/CONTADORES

Elosciladordelmicrocontroladorutiliza cristal de cuarzopara su funcionamiento.Aunquenose tratade la solucinmssimple, haymuchasrazonesparautilizarlo.Lafrecuenciadelosciladoresdefinidaconprecisinymuyestable,asquesiempregeneralospulsosdelmismoancho,loqueloshaceperfectosparamedicindetiempo.Talesosciladoresseutilizanenlosrelojesdecuarzo.Siesnecesariomedireltiempotranscurridoentredoseventos,bastaconcontarlospulsosgeneradosporesteoscilador.Estoesexactamenteloquehaceeltemporizador.



Lamayoradelosprogramasutilizaestoscronmetroselectrnicosenminiatura.GeneralmentesonregistrosSFRde8o16bitscuyocontenidoseaumentaautomticamenteconcadapulso.Unavezquesellenaelregistro,segeneraunainterrupcin!

Sieltemporizadorutilizaelosciladordecuarzointernoparasufuncionamiento,esposiblemedireltiempoentredoseventos(elvalorderegistroenelmomentodeiniciarlamedicinesT1,enelmomentodefinalizarlamedicinesT2,eltiempotranscurridoesigualalresultadodelarestaT2T1).Silosregistrosseaumentanconlospulsosquevienendelafuenteexterna,taltemporizadorseconvierteenuncontador.Estoesunaexplicacinsimpledesufuncionamiento.Esunpocomscomplicadoenprctica.

CMOFUNCIONANLOSTEMRPORIZADORES?

Enprctica,lospulsosgeneradosporelosciladordecuarzosonllevadosalcircuitounavezporcadaciclodemquinadirectamenteoporelpreescalador,loqueaumentaelnmeroenelregistrodeltemporizador.Alincorporaralcuarzoqueoscilaconunafrecuenciade4MHz se aplica lo siguiente:si una instruccin (un ciclo demquina) dura cuatro perodos del oscilador de cuarzo, este nmero sercambiadounmillndevecesporsegundo(cadamicrosegundo).

Es fcil demedir los intervalos de tiempo cortos de lamanera descrita anteriormente (hasta 256microsegundosporquees elmayornmeroqueunregistropuedecontener).Estaobviadesventajasepuedesuperardevariasmaneras:alutilizarelosciladormslento,pormedioderegistrosconmsbits,delpreescaladorodelainterrupcin.Lasprimerasdossolucionestienenalgunasdebilidadesasqueserecomiendautilizarelpreescaladory/olainterrupcin.

UTILIZARUNPREESCALADORENELFUNCIONAMIENTODELTEMPORIZADOR

Unpreescaladoresundispositivoelectrnicoutilizadoparadividirlafrecuenciaporunfactorpredeterminado.Estoquieredecirquesenecesitallevar1,2,4omspulsosasuentradaparagenerarunpulsoalasalida.Lamayoradelosmicrocontroladoresdisponendeunoomspreescaladoresincorporadosysutasadedivisinpuedesercambiadadentrodelprograma.Elpreescaladorseutilizacuandoesnecesariomedirlosperodosdetiempomslargos.



UTILIZARUNAINTERRUPCINENELFUNCIONAMIENTODELTEMPORIZADOR

Sielregistrodeltemporizadoresde8bits,elmayornmeroquesepuedeescribirenles255.Enlosregistrosde16bitseselnmero65.535. Si se excede este nmero, el temporizador se reinicia automticamente y el conteo comienza de nuevo en cero. Esto esdenominadodesbordamientoosobreflujo(overflow).Permitidoporelprograma,eldesbordamientopuedeprovocarunainterrupcin,loqueabrecompletamentenuevasposibilidades.Porejemplo,elestadoderegistrosutilizadosparacontarsegundos,minutosodaspuedeserimplementadoenunarutinadeinterrupcin.Elprocesoentero(exceptolarutinadeinterrupcin)sellevaacabointernamente,loquepermitequeloscircuitosprincipalesdelmicrocontroladorfuncionenregularmente.

La figura anterior describe el uso de una interrupcin en el funcionamiento del temporizador. Al asignarle un preescalador altemporizador,seproducenretrasosdeduracinarbitrariaconmnimainterferenciaenlaejecucindelprogramaprincipal.

CONTADORES

Si un temporizador se suministra por los pulsos ingresados por el pin de entrada en el microcontrolador, se produce un contador.Evidentemente,eselmismocircuitoelectrnicocapazdefuncionarendosmodosdiferentes.Lanicadiferenciaesquelospulsosparacontarse ingresanporelpindeentradayquesuduracin(anchura)noesdefinida.Poreso,nosepuedenutilizarparamedicindetiempo,sinoqueseutilizanparaotrospropsitos,porejemplo:contarlosproductosenlacadenademontaje,nmeroderotacionesdelejedeunmotor,pasajerosetc.(dependiendodelsensorutilizado).

TEMPORIZADORPERROGUARDIN(WATCHDOG)

ElperroguardinesuntemporizadorconectadoaunosciladorRCcompletamenteindependientedentrodelmicrocontrolador.

Sielperroguardinesthabilitado,cadavezquecuentahastaelmximovalorenelqueocurreeldesbordamientodelregistrosegeneraunasealdereiniciodelmicrocontroladorylaejecucindeprogramainiciaenlaprimerainstruccin.Elpuntoesevitarqueesoocurraalutilizarelcomandoadecuado.

Laideasebasaenelhechodequecadaprogramaseejecutaenvariosbucles,mslargosocortos.Silasinstruccionesquereinicianeltemporizadorperroguardinsecolocanenlugaresestratgicosdelprograma,aparteloscomandosqueseejecutanregularmente,elfuncionamientodelperroguardinnoafectaralaejecucindelprograma.Siporcualquierrazn(confrecuenciaporlosruidoselctricos)elcontadordeprogramasequedaatrapadodentrodeunbucleinfinito,elvalordelregistrocontinuaraumentadoporeltemporizadorperroguardinalcanzarelmximovalor,elregistrosedesbordary,aleluya!Ocurreelreinicioyelprogramaserejecutadodesdeelprincipio!



CONVERTIDORA/D

Lassealesexternassonmuydiferentesdelasqueentiendeelmicrocontrolador(solamente0Vy5V),asquedebenserconvertidasparaqueelmicrocontroladorpuedaentenderlas.Unconvertidoranalgicodigitalesuncircuitoelectrnicoencargadodeconvertir lassealescontinuasennmerosdigitalesdiscretos.Enotraspalabras,estecircuitoconvierteunnmerorealenunnmerobinarioyseloenvaalaCPUparaserprocesado.Estemduloseutilizaparamedirelvoltajeenelpindeentrada(voltajeanalgico).Elresultadodeestamedicinesunnmero(elvalordigital)utilizadoyprocesadomstardeenelprograma.

ARQUITECTURAINTERNA

TodoslosmicrocontroladoresactualesutilizanunodedosmodelosbsicosdearquitecturadenominadosHarvardyvonNeumann.SondosmanerasdiferentesdelintercambiodedatosentrelaCPUylamemoria.

ARQUITECTURADEVONNEUMANN



LosmicrocontroladoresqueutilizanlaarquitecturavonNeumanndisponendeunsolobloquedememoriaydeunbusdedatosde8bits.Comotodoslosdatosseintercambianpormediodeestas8lneas,estebusestsobrecargado,ylacomunicacinporsimismaesmuylentaeineficaz.LaCPUpuedeleerunainstruccinoleer/escribirdatosde/enlamemoria.Losdosprocesosnopuedenocurriralavezpuestoquelasinstruccionesylosdatosutilizanelmismobus.Porejemplo,sialgunalneadeprogramadicequeelregistrodelamemoriaRAMllamadoSUMdebeseraumentadoporuno(instruccin:incfSUMA),elmicrocontroladorharlosiguiente:

ElmismobusdedatosseutilizaparatodasestasoperacionesintermediasalintercambiarlosdatosentrelaCPUylamemoria.

ARQUITECTURADEHARVARD

Losmicrocontroladoresqueutilizanestaarquitecturadisponendedosbusesdedatosdiferentes.Unoesde8bitsdeanchoyconectalaCPUconlamemoriaRAM.Elotroconsisteenvariaslneas(12,14o16)yconectaalaCPUylamemoriaROM.Porconsiguiente,laCPUpuedeleerlasinstruccionesyrealizarelaccesoalamemoriadedatosalavez.PuestoquetodoslosregistrosdelamemoriaRAMsonde8bitsdeancho, todos losdatosdentrodelmicrocontroladorquese intercambiansonde lamismaanchura.Duranteelprocesode laescrituradeprograma,slosemanejanlosdatosde8bits.Enotraspalabras,todoloqueustedpodrcambiarenelprogramayaloquepodrafectarserde8bitsdeancho.TodoslosprogramasescritosparaestosmicrocontroladoressernalmacenadosenlamemoriaROMinternadelmicrocontroladordespusdehabersidocompiladosacdigomquina.Noobstante,estaslocalidadesdememoriaROMnotienen8,sino12,14o16bits.4,6o8bitsadicionalesrepresentanunainstruccinqueespecificaalaCPUquhacerconlosdatosde8bits.

Lasventajasdeestaarquitecturasonlassiguientes:

Todos losdatosenel programasondeunbyte (8bits) deancho.Comounbusdedatosutilizadopara lecturadeprograma tieneunas lneasms(12,14o16), tanto la instruccincomoeldatosepueden leersimultneamentealutilizar estos bits adicionales. Por eso, todas las instrucciones se ejecutan en un ciclo salvo las instrucciones desaltoquesondedosciclos.Elhechodequeunprograma(laROM)y losdatostemporales(laRAM)estnseparados,permitea laCPUpoderejecutardosinstruccionessimultneamente.Dichodemanerasencilla,mientrasqueserealizalalecturaoescrituradelaRAM(quemarcaelfindeunainstruccin),lasiguienteinstruccinseleepormediodeotrobus.EnlosmicrocontroladoresqueutilizanlaarquitecturadevonNeumann,nuncasesabecuntamemoriaocuparalgnprograma. Generalmente, la mayora de las instrucciones de programa ocupan dos localidades de memoria (unacontieneinformacinsobreQUsedeberealizar,mientrasquelaotracontieneinformacinsobreCULdatosedeberealizar). Sin embargo, esto no es una frmula rgida, sino el casoms frecuente. En losmicrocontroladores queutilizanunaarquitecturaHarvard,elbusdelapalabradeprogramaesmsanchoqueunbyte,loquepermiteque cada palabra de programa est compuesto por una instruccin y un dato. En otras palabras, una localidad dememoriaunainstruccindeprograma.

JUEGODEINSTRUCCIONES

1. Leer la parte de la instruccin de programa que especifica QU es lo que debe realizar (en este caso es lainstruccinparaincrementarincf)

2. Seguir leyendo la misma instruccin que especifica sobre CUL dato lo debe realizar (en este caso es elcontenidodelregistroSUMA)

3. Despus de haber sido incrementado, el contenido de este registro se debe escribir en el registro del que fueledo(direccindelregistroSUMA)



ElnombrecolectivodetodaslasinstruccionesquepuedeentenderelmicrocontroladoresllamadoJuegodeInstrucciones.Cuandoseescribeunprogramaenensamblador,enrealidadseespecificaninstruccionesenelordenenelquedebenserejecutadas.Larestriccinprincipaleselnmerodeinstruccionesdisponibles.Losfabricantesnormalmenteelijenentreunadedossolucionesopuestasydiseanlosmicrocontroladoresqueaplicanelmayoroelmenornmeroposibledeinstrucciones.Enotraspalabras,elijenentredosjuegosdeinstruccionesRISCoCISC,respectivamente.

RISC(REDUCEDINSTRUCTIONSETCOMPUTER)COMPUTADORACONJUEGODEINSTRUCCIONESREDUCIDAS

Enestecasolaideaesqueelmicrocontroladorreconoceyejecutaslooperacionesbsicas(sumar,restar,copiaretc...)Lasoperacionesmscomplicadasserealizanalcombinarstas.Porejemplo,multiplicacinsellevaacaboalrealizaradicinsucesiva.Escomointentarexplicarleaalguienconpocaspalabrascmollegaralaeropuertoenunanuevaciudad.Sinembargo,notodoestanoscuro.Porltimo,no es tan difcil explicar dnde est el aeropuerto si se utilizan las palabras adecuadas tales como: a la derecha, a la izquierda, elkilmetroetc.

CISC(COMPLEXINSTRUCTIONSETCOMPUTER)COMPUTADORASCONJUEGODEINTRUCCIONESCOMPLEJO

CISC es opuesto aRISC! Losmicrocontroladores diseados para reconocerms de 200 instrucciones diferentes realmente puedenrealizarmuchascosasaaltavelocidad.Noobstante,unodebesabercmoutilizartodaslasposibilidadesqueofreceunlenguajetanrico,loquenoessiempretanfcil...

CMOELEGIRUNMICROCONTROLADOR?

Bueno,siustedesprincipiante,yhatomadodecisindetrabajarconlosmicrocontroladores.Felicitacionesporlaeleccin!Noobstante,aprimeravista,noesfcillaeleccindelmicrocontroladormsadecuadocomoparecealaprimeravista.Elproblemanoeselpequeorangodedispositivosaelegir,sinotodolocontrario!

Antesdeempezaradisearundispositivobasadoenunmicrocontrolador,tomeencuentalosiguiente:cuntasentradas/lneassonnecesariasparasufuncionamiento,realizaraeldispositivootrasoperacionesademsencender/apagarunrel,necesitaalgnmoduloespecializadotalcomoeldecomunicacinenserie,convertidorA/Detc.Cuandoustedtieneunaclaraimagendeloquequiere,elrangodeseleccinsereduceconsiderablemente,ylequedapensarenelprecio.Vaatenervariosdispositivos?Varioscientos?Unmilln?Detodosmodosahoraesmsclaro.Siestpensandoentodasestascosasporprimeravez,todoleparecerunpococonfuso.Poresarazn,vayapasoapaso.Antesquenada,seleccionealfabricante,esdecir,lafamiliademicrocontroladoresqueofrece.Luego,aprendaatrabajarconunmodeloparticular.Sloaprendaloquenecesiteaprender,noentredemasiadoendetalles.Resuelvaelproblemaespecficoylepasarunacosaincreblesercapazdemanejarcualquiermodeloquepertenecealamismafamilia...

Msomenos,todosepareceamontarenbicicleta:despusdevariascadasinevitablesenelprincipio,sercapazdemantenerelequilibrioymontarencualquierotrabicicleta.Porsupuesto,nuncaseolvidatantodemontarenbicicleta,comodeladestrezadeprogramacin!

1.4MICROCONTROLADORESPIC

ElnombreverdaderodeestemicrocontroladoresPICmicrocontroladordeinterfazperifrico(PeripheralInterfaceController),conocidobajoelnombrePIC.Suprimerantecesorfuecreadoen1975porlacompaaGeneralInstruments.EstechipdenominadoPIC1650fuediseadoparapropsitoscompletamentediferentes.Aproximadamentediezaosmstarde,alaadirunamemoriaEEPROM,estecircuitoseconvirtienunverdaderomicrocontroladorPIC.

Siestinteresadoenaprendermssobreeso,sigaleyendo.

Laideaprincipaldeestelibroesproporcionarlainformacinnecesariaalusuarioparaqueseacapazdeutilizarlosmicrocontroladoresenlaprctica.Paraevitarexplicacionespesadasylashistoriasinfinitassobrelascaractersticastilesdelosmicrocontroladoresdiferentes,estelibrodescribeelfuncionamientodeunmodeloparticularquepertenecealaclasemediaalta.EsPIC16F887bastantepoderosopara ser digno de atencin y bastante simple para poder ser utilizado por cualquiera. As, los siguientes captulos describen estemicrocontroladorendetalleytambinserefierenalafamiliaPICentera..

TodoslosmicrocontroladoresPICutilizanunaarquitecturaHarvard,loquequieredecirquesumemoriadeprogramaestconectadaalaCPUpormsde8lneas.Haymicrocontroladoresde12,14y16bits,dependiendodelaanchuradelbus.LasiguientetablarmuestralascaractersticasprincipalesdeestastrescategorasdelosmicrocontroladoresPIC.

Familia ROM[Kbytes]RAM

[bytes] PinesFrecuenciadereloj[MHz]

EntradasA/D

Resolucindel

convertidorA/D

Comparadores

Temporizadoresde8/16bits

Com.serial

SalidasPWM

Otros

Arquitecturadelagamabajade8bits,palabradeinstruccinde12bits

PIC10FXXX 0.3750.75 1624 68 48 02 8 01 1x8

PIC12FXXX 0.751.5 2538 8 48 03 8 01 1x8 EEPROM



PIC16FXXX 0.753 251341444 20 03 8 02 1x8 EEPROM

PIC16HVXXX 1.5 25 1820 20 1x8 Vdd=15V

Arquitecturadelagamamediade8bits,palabradeinstruccinde14bits

PIC12FXXX 1.753.564128 8 20 04 10 1 12x81x16 01 EEPROM

PIC12HVXXX 1.75 64 8 20 04 10 1 12x81x16 01

PIC16FXXX 1.7514 643681464 20 013 8or10 02 12x81x16

USARTI2CSPI 03

PIC16HVXXX 1.753.564128

1420 20 012 10 2 2x81x16

USARTI2CSPI

Arquitecturadelagamaaltade8bits,palabradeinstruccinde16bits

PIC18FXXX 4128 25639361880 3248 416 10or12 03 02x823x16

USB2.0CAN2.0USARTI2CSPI

05

PIC18FXXJXX 8128 1024393628100 4048 1016 10 2 02x823x16

USB2.0USARTEthernetI2CSPI

25

PIC18FXXKXX 864 76839362844 64 1013 10 2 1x83x16

USARTI2CSPI 2

Como se puede ver en la tabla de la pgina anterior, salvo los monstruos de 16 bits PIC 24FXXX y PIC 24HXXX todos losmicrocontroladores tienen laarquitecturaHarvardde8bitsypertenecenaunade las tresgrandesgrupos.Poreso,dependiendodeltamaodepalabradeprogramaexistenlaprimera,lasegundaylaterceracategorademicrocontroladores,esdecirmicrocontroladoresde12,14o16bits.Puestoquedisponendelncleosimilarde8bits,todosutilizanelmismojuegodeinstruccionesyelesqueletobsicodehardwareconectadoamsomenosunidadesperifricas.

LosmicrocontroladoresPICconpalabrasdeprogramade14bitsparecenserlamejoropcinparalosprincipiantes.Aquestelporqu...

JUEGODEINSTRUCCIONES

Eljuegodeinstruccionesparalosmicrocontroladores16F8XXincluye35instruccionesentotal.LaraznparaunnmerotanreducidodeinstruccionesyaceenlaarquietecturaRISC.Estoquieredecirquelasinstruccionessonbienoptimizadasdesdeelaspectodelavelocidadoperativa, la sencillez de la arquitectura y la compacidad del cdigo. La desventaja de la arquitectura RISC es que se espera delprogramadorquehaga frenteaestas instrucciones.Porsupuesto,estoesrelevanteslosiseutilizael lenguajeensambladorpara laprogramacin.EstelibroserefierealaprogramacinenellenguajedealtonivelBasic,loquesignificaquelamayorpartedeltrabajoyafuehechoporalguienms.As,slosetienenqueutilizarinstruccionesrelativamentesimples.

TIEMPODEEJECUCINDEINSTRUCCIONES

Todaslasinstruccionesseejecutanenunciclo.Lanicasexcepcionespuedenserlasinstruccionesderamificacincondicionalolasinstruccionesquecambianelcontenidodelcontadordeprograma.Enamboscasos,dosciclosderelojsonnecesariosparalaejecucindelainstruccin,mientrasqueelsegundocicloseejecutacomounNOP(Nooperation).Lasinstruccionesdeuncicloconsistenencuatrociclos de reloj. Si se utiliza un oscilador de 4MHz, el tiempo nominal para la ejecucin de la instruccin es 1mS. En cuanto a lasinstruccionesderamificacin,eltiempodeejecucindelainstruccines2S.

JuegodeinstruccionesdelosmicrocontroladoresPICde14bits:

I N ST RUCC I N DESCR I PC I N O PERAC I N BANDERA CLK *

Instruccionesparalatransmisindedatos

MOVLWk MoverliteralaW k>w 1

MOVWFf MoverelcontenidodeWaf W>f 1

MOVFf,d Moverelcontenidodefad f>d Z 1 1,2

CLRW BorrarelcontenidodeW 0>W Z 1

CLRFf Borrarelcontenidodef 0>f Z 1 2

SWAPFf,d Intercambiardenibblesenf f(7:4),(3:0)>f(3:0),(7:4) 1 1,2

Instruccionesaritmticolgicas

ADDLWk SumarliteralaW W+k>W C,DC,Z 1

ADDWFf,d SumarelcontenidodeWyf W+f>d C,DC,Z 1 1,2

SUBLWk RestarWdeliteral kW>W C,DC,Z 1

SUBWFf,d RestarWdef fW>d C,DC,Z 1 1,2

ANDLWk ANDWconliteral WANDk>W Z 1

ANDWFf,d ANDWconf WANDf>d Z 1 1,2

IORLWk ORinclusivodeWconliteral WORk>W Z 1

IORWFf,d ORinclusivodeWconf WORf>d Z 1 1,2

XORWFf,d ORexclusivodeWconliteral WXORk>W Z 1 1,2

XORLWk ORexclusivodeWconf WXORf>d Z 1

INCFf,d Sumar1af f+1>f Z 1 1,2

DECFf,d Restar1af f1>f Z 1 1,2

RLFf,d RotarFalaizquierdaatravsdelbitdeAcarreo C 1 1,2

RRFf,d RotarFaladerechaatravsdelbitdeAcarreo C 1 1,2



COMFf,d Complementarf f>d Z 1 1,2

Instruccionesorientadasabit

BCFf,b Ponera0elbitbdelregistrof 0>f(b) 1 1,2

BSFf,b Ponera1elbitbdelregistrof 1>f(b) 1 1,2

Instruccionesdecontroldeprograma

BTFSCf,b Saltarsibitbderegistrofes0 Skipiff(b)=0 1(2) 3

BTFSSf,b Saltarsibitbdereg.fes1 Skipiff(b)=1 1(2) 3

DECFSZf,d Disminuirfen1.Saltarsielresultadoes0. f1>dskipifZ=1 1(2) 1,2,3

INCFSZf,d Incrementarfen1.Saltarsielresultadoes1. f+1>dskipifZ=0 1(2) 1,2,3

GOTOk Saltaraunadireccin k>PC 2

CALLk Llamaraunasubrutina PC>TOS,k>PC 2

RETURN Retornardeunasubrutina TOS>PC 2

RETLWk RetornarconliteralenW k>W,TOS>PC 2

RETFIE Retornardeunainterupcin TOS>PC,1>GIE 2

Otrasinstrucciones

NOP Nooperacin TOS>PC,1>GIE 1

CLRWDT Reiniciareltemporizadorperroguardin 0>WDT,1>TO,1>PD TO,PD 1

SLEEP Ponerenestadodereposo 0>WDT,1>TO,0>PD TO,PD 1

*1SiunregistrodeE/Sestmodificado,elvalorutilizadoserelvalorpresentadoenlospinesdelmicrocontrolador.*2SilainstruccinseejecutaenelregistroTMRysid=1,elpreescaladorserborrado.*3Sielcontadordeprogramaestmodificadooelresultadodepruebaesununolgico(1), la instruccintieneunaduracindedosciclos.ElsegundocicloseejecutacomounNOP



tableofcontents|nextchapter

ArquitecturadelosmicrocontroladoresPICde8bits.Culesdeestosmdulospertenecernalmicrocontrolador,dependerdeltipodemicrocontrolador.

MikroElektronika Embedded SolutionsPICSolutionPICDev.BoardsPICCompilersPICProgrammersPICKitsPICBooks

PIC32SolutionPIC32Dev.BoardsPIC32CompilersPIC32ProgrammersPIC32Kits

dsPICSolutiondsPICDev.BoardsdsPICCompilersdsPICProgrammersdsPICKitsdsPICBooks

AVRSolutionAVRDev.BoardsAVRCompilersAVRProgrammersAVRKits

STM32SolutionSTM32Dev.BoardsSTM32CompilersSTM32ProgrammersSTM32Kits

TivaCSeriesSolutionTivaCDev.BoardsTivaCCompilersTivaCProgrammersTivaCKits

8051Solution8051Dev.Boards8051Compilers8051Programmers8051Books8051Kits

FT90xSolutionFT90xDev.BoardsFT90xCompilersFT90xProgrammersFT90xKits

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El Mundo de Los Microcontroladores - Capítulo 1 - Libro_ Microcontroladores PIC - Programación en...

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