Microcontroladores

INTRODUCCINLos microcontroladores estn adquiriendo mayor presencia en nuestra vida cotidiana sin que aparentemente notemos su presencia. Estn presentes en nuestro trabajo, en nuestra casa y en nuestra vida, en general. Se pueden encontrar controlando el funcionamiento de los ratones y teclados de los computadores, en los telfonos, en los hornos microondas, los televisores, los telfonos mviles, las consolas de videojuegos...

QU ES UN MICROCONTROLADOR? Un microcontrolador es un circuito integrado, en cuyo interior posee toda la arquitectura de un computador, esto es CPU, memorias RAM, EEPROM, y circuitos de entrada y salida. Un microcontrolador de fbrica, no realiza tarea alguna, 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 lgicos como compuertas AND, OR, NOT, NAND, conversores A/D, D/A, temporizadores, decodificadores, etc., simplificando todo el diseo a una placa de reducido tamao y pocos elementos.Diferencias entre P y CUn microprocesador es un sistema abierto o genrico, porque su configuracin es variable de acuerdo con la aplicacin a la que se destine.

Diferencias entre P y C El microcontrolador es un sistema cerrado o especfico. Todas las partes del computador estn contenidas en su interior y slo salen al exterior las lneas que gobiernan los perifricos.

MicrocontroladorSistema cerrado (un solo chip que integra:)La CPULa Memoria de datos (RAM EEPROM)La Memoria de programa (ROM, EPROM,FLASH)Unidades de entrada/salida.Timmers y contadores. Opcionalmente tambin pueden integrar: - Controladores de interrupciones. - Clock interno. - Comparadores - PWM - Convertidores A/D y D/A. Generador de impulsos de reloj que sincronizan el funcionamiento de todo el sistema.

Ventajas del uso de los MicrocontroladoresAumento de prestaciones: un mayor control sobre un determinado elemento representa una mejora considerable en el mismo. Aumento de la fiabilidad.Menor riesgo de averasMenos ajustesDisminucin del tamao del producto.Menor volumenMano de obraStocksDisminucin del costo del producto.Aplicaciones de los MicrocontroladoresAparatos electrodomsticos: microondas, frigorficos, hornos, TV, reproductores y grabadores de CD y DVD, equipos de sonido,telfonos,...Equipos informticos: impresoras, mdems, unidades de disco,ratones, teclados,..Automviles: mando de sistemas del automvil (ABS, inyeccin, encendido, climatizador..)Domtica: sistemas antirrobo, climatizadores,..Instrumentacin: equipos de medidaRobticaCaractersticas (arquitectura)Todos los microcontroladores disponen de bloques bsicos:- Procesador (CPU),- Memoria de datos y de instrucciones,- Lneas de E/S,- Oscilador de reloj- Mdulos controladores de perifricos (recursos especiales). Sin embargo, cada fabricante intenta enfatizar los recursos ms idneos para las aplicaciones a las que se destinan preferentemente. En la actualidad la mayora de uC incorporan CPUs cuya arquitectura es de tipo:Von Neumann HarvardArquitecturas: Von Neumann vs. HarvardLa arquitectura de Von Neumann se caracteriza por disponer de una sola memoria principal donde se almacenan datos e instrucciones de forma indistinta. A dicha memoria se accede a travs de un sistema de buses nico (direcciones, datos y control).

Arquitectura de Von Neumann

Arquitectura HARVARDLa arquitectura Harvard dispone de dos memorias independientes,una que contiene slo instrucciones y otra, slo datos. Ambas disponen de sus respectivos sistemas de buses de acceso y es posible realizar operaciones de acceso (lectura o escritura) simultneamente en ambas memorias.|

La memoria en los microcontroladores En los microcontroladores, existen dos tipos de memoria: Memoria de programa. Memoria de datos.Ambos tipos de memoria estn integradas dentro del propio chip.La memoria de programa, ha de ser no voltil, y su contenido no sufre modificaciones durante la ejecucin del mismo, es del tipo ROM.La memoria de datos evoluciona segn se ejecuta el programa, ha de ser de tipo lecturaescritura es decir tipo RAM.Tipos de memoria no voltil en los microcontroladoresLos diferentes tipos de memoria no voltil que nos podemos encontrar en un microcontrolador son: ROM CON MSCARA. OTP. EPROM. EEPROM. FLASH.Tipos de memoria no voltil en los microcontroladoresROM CON MSCARA: Es una memoria no voltil de solo lectura, cuyo contenido se graba durante la fabricacin del chip. Es muy cara, por lo cual solo es interesante cuando el numero de chips a fabricar es muy elevado. Este tipo de memoria no se puede volver a programar.OTP: (One Time Programable), o ROM programable una vez. El Microcontrolador posee una memoria ROM que el usuario puede programar una nica vez. Una vez realizada esta funcin, no se puede modificar el programa.EPROM: (Erasable Programmable Read Only Memory y), memoria no voltil, que se puede grabar y borrar muchas veces. Se borra mediante luz ultravioleta y a travs de una ventana de cristal que posee el chip.EEPROM: (Electrical Erasable Programmable Read Only Memory) Tanto la grabacin como el borrado se realiza mediante impulsos elctricos. Estas operaciones se pueden efectuar muchas veces.FLASH: Es una memoria no voltil de bajo consumo, que se puede leer y escribir en el propio circuito. Es mas veloz y de mayor densidad que la EEPROM .Puertos de entrada y salidaSoportan la comunicacin entre el chip y el mundo exterior (actuadores y sensores).Pueden ser digitales o analgicas.Una misma patilla del chip, puede ser entrada o salida, tanto analgica como digital.Las patillas se suelen agrupar en puertos de 8 o 16 bits.Protegidas contra sobreintensidades y sobretensiones.Reloj principal Genera las seales que determinan la velocidad de trabajo del uC.Suele estar integrado en el propio chip, solo necesita unos pocos componentes externos. Cristales de cuarzo.Resonadores cermicos.Circuitos R/C.Oscilador externo.Existen uC, que incluso integran toda la circuiteria necesaria para generar la seal de reloj.Recursos especiales Temporizadores o timers. Perro guardin o watchdog. Proteccin ante fallos de alimentacin o brownout. Estado de bajo consumo o sleep. Convertidor A/D. Convertidor D/A. Control se anchura de pulsos PWM. Puertos de comunicacin. UART USART USB I2C CAN TCP/IPHerramientas de desarrolloLas herramientas de desarrollo estn formadas por un conjunto de programas e interfaces que permiten realizar los proyectos de la forma ms eficiente posible.Ensamblador.Compilador.Simulador.Placas de prototipo + ICD.Emuladores en circuito + ICD.Programador.FAMILIAS DE MICROCONTROLADORES

Porqu PIC?No porque esta familia sea mejor que otras, sino porque presentan diversas caractersticas que los hacen especialmente interesantes:

Facilidad de uso.Gran cantidad de informacin disponible en libros, revistas e Internet.Herramientas de desarrollo muy asequibles.Bajo precio y fcil disponibilidad.

En muchos casos la eleccin de una versin adecuada de PIC es la mejor solucin para resolver un problema. Otras familias de microcontroladores son ms eficaces en aplicaciones concretas, especialmente si predomina una caracterstica especial.Gamas de PICs

EL MICROCONTROLADOR PIC16F628A.Todas estas y otras ventajas ms como el oscilador interno RC de 4MHZ, MCLR programable, mayor capacidad de corriente, Programacin en bajo voltaje, etc.

ARQUITECTURA DEL PIC16F628A.El PIC16F628A utiliza un procesador con arquitectura Harvard, consiguiendo mayor rendimiento en el procesamiento de las instrucciones. (Paralelismo)

LA MEMORIA DE PROGRAMA.Conocido tambin como memoria de instrucciones, aqu se escribe las ordenes para que el CPU las ejecute.Tiene memria de programa no voltil tipo FLASH, este se caracteriza por ser ms rpido en el proceso de escritura/borrado elctrico, adems dispone de mayor capacidad de almacenamiento, esta caracterstica hace que sea ideal para prcticas de laboratorio en donde la grabacin y el borrado son frecuentes (soporta 100.000 ciclos de escritura/borrado).El bus de direcciones de la memoria de programa es de 13 bits, por lo que el Contador de Programa (PC) puede direccionar 8192 posiciones de 14 bits cada una (desde la 0000h hasta 1FFFh), de las cuales slo las primeras 2048 lneas tiene implementadas (desde la 0000h hasta la 07FFh), es decir que el PC slo utiliza los 11 primeros bits de direcciones los dems bits los ignora.LA MEMORIA DE DATOS.El PIC16F628A, tiene dos tipos de memorias de datos, la RAM esttica o SRAM (RandomAccess Memory) o memoria de acceso casual que es un tipo de memoria voltil, es decir sus datos permanecen en la memoria mientras exista alimentacin en el dispositivo y es de vital importancia porque ah residen dos tipos de datos, los registros de propsito general (GPR), en donde se almacenan las variables y los registros especiales (SFR), que son los encargados de llevar el contador de programa, el conteo del Temporizador, el estado de los puertos, la configuracin de las interrupciones, etc.

El otro tipo de memoria es una memoria auxiliar no voltil llamada EEPROM, con capacidad de 128 posiciones de 8 bits cada una. Esta memoria puede ser accedida por el usuario mediante programacin, es muy til para almacenar datos que el usuario necesita que se conserven an sin alimentacin, tal es el caso de la clave de una alarma, esta puede ser modificada, pero no debe perderse por un corte de energa, el fabricante asegura que la serie PIC16F6XXA, tiene una retencin de datos en esta memoria mayor a 100 aos.

Como este microcontrolador es fabricado con tecnologa CMOS, su consumo de potencia es muy bajo (2 mA a 4 Mhz) y adems es completamente esttico, lo que significa que si el reloj se detiene los datos de la memoria RAM no se pierden, esto mientras el micro sigue alimentado.CARACTERSTICAS GENERALES. Velocidad de operacin hasta 20 MHZ con oscilador externo.Oscilador interno RC (resistencia condensador) de 4 MHZ calibrado de fbrica al 1 %. Admite 8 configuraciones de oscilador. 8 niveles de PILA.Procesador con arquitectura HARVARD. Conjunto reducido de instrucciones RISC (35) gama media.Instrucciones de un ciclo excepto los saltos (200nS por instruccin a 20 MHZ).Resistencias PULL-UP programables en el puerto B.Pin RA5 MCLR programable como reset externo o pin de entrada.Rango de operacin desde 3V. hasta 5.5V15 pines de I/O y 1 slo de entrada (RA5).Temporizador Perro guardin WDT independiente del oscilador.

CARACTERSTICAS GENERALES.Programable con bajo voltaje LPV (5V.). Programacin serial en Circuito ICSP por 2 pines: RB6 reloj y RB7 datos. Cdigo de proteccin programable por sectores.Memoria de programa FLASH 2048K. de 100.000 ciclos escritura/borrado.Memoria de datos EEPROM de 1.000.000 ciclos escritura/borrado de 100 aos retencin. 2 circuitos comparadores anlogos con entradas multiplexadas.3 Timers, Timer 0 a 8 bits, Timer 1 a 16 bits y Timer 2 a 8 bits.Mdulos CCP, Captura compara 16 bits, y PWM, modulacin de ancho de pulso 10 bits.10 fuentes de interrupcin.Mdulo de comunicacin serial USART/SCI. Capacidad de corriente para encender leds directamente (25 mA I/O) por cada pin.

DIAGRAMA DE PINES Y FUNCIONESExcluyendo los dos pines de alimentacin, todos los 16 pines restantes pueden ser configurados como entradas o salidas, algunos de ellos tienen funciones especiales.

DIAGRAMA DE PINES Y FUNCIONESSus 2 puertos el A y el B entregan un total de 200mA cada uno, es decir 25 mA cada pin.

CONSIDERACIONES BSICAS Utilizar un regulador de voltaje como el 7805 que nos entrega exactamente 5V o se puede utilizar un circuito con un diodo zener de 5.1 V.No sobrepase los niveles de corriente, tanto de entrada como de salida, (Io/Ii max= 25 mA.)Conectar un capacitor de 0,1uF o 1 uF en paralelo al PIC (teclados matriciales).Utilizar un cristal oscilador externo de 4 MHZ en adelante para mejor precisin.(oscilador RC interno no es preciso).

EJEMPLOConexin para encendido de un Led.

ERRORES COMUNES EN LA PROGRAMACIN

LENGUAJES DE PROGRAMACIN

PROGRAMA 1. Encendido de un Led.inicio: ; nombre de subrutina inicioHIGH portb.1 ; enciende el led que esta conectado en el pin 7PAUSE 1000 ; espera un segundoLOW portb.1 ; apaga el ledPAUSE 1000 ; espera un segundoGOTO inicio ; contina el programa para siempreDECLARACIONES DISPONIBLES EN EL COMPILADOR PBP 2.47Sirven para realizar una tarea especfica, las ms utilizadas son: HIGH, LOW, PAUSE, GOSUB, GOTO, LCDOUT, SERIN, SEROUT, FOR, NEXT, IF, THEN, SOUND, END

PROYECTOS CON PULSADORES

IF . THEN