Tecnologias microcontroladores
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ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INFORMATICA Y ELECTRONICA ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRONICA ELECTRONICA APLICADA VICTOR MONTES 210064 TONY FLORES 210126
Tecnologas para la fabricacin de microcontroladores. Breve resea histricaEn 1965, la empresa GI cre una divisin de microelectrnica, GI Microelectronics Divisin, que comenz su andadura fabricando memorias EPROM y EEPROM, que conformaban las familias AY3-XXXX y AY5-XXXX. A principios de los aos 70 dise el microprocesador de 16 bits CP1600, razonablemente bueno pero que no manejaba eficazmente las Entradas y Salidas. Para solventar este problema, en 1975 dise un chip destinado a controlar E/S: el PIC (Peripheral Interface Controller). Se trataba de un controlador rpido pero limitado y con pocas instrucciones pues iba a trabajar en combinacin con el CP1600. La arquitectura del PIC, que se comercializ en 1975, era sustancialmente la misma que la de los actuales modelos PIC16C5X. En aquel momento se fabricaba con tecnologa NMOS y el producto slo se ofreca con memoria ROM y con un pequeo pero robusto microcdigo. El mercado, no obstante, no pens as y el PIC qued reducido a ser empleado por grandes fabricantes nicamente. La dcada de los 80 no fue buena para GI, que tuvo que reestructurar sus negocios, concentrando sus actividades en los semiconductores de potencia. La GI Microelectronics Divisin se convirti en una empresa subsidiaria, llamada GI Microelectronics Inc. Finalmente, en 1985, la empresa fue vendida a un grupo de inversores de capital de riesgo, los cuales, tras analizar la situacin, rebautizaron a la empresa con el nombre de Arizona Microchip Technology y orientaron su negocio a los PIC, las memorias EPROM paralelo y las EEPROM serie. Como parte de esta estrategia, la familia NMOS PIC165x fue rediseada para emplear algo que la misma compaa fabricaba bastante bien, memoria EPROM. De esta forma nacin el concepto de basarse en tecnologa CMOS, OTP y memoria de programacin EPROM, naciendo la familia PIC16C5x, considerada como la "clsica". Una de las razones del xito de los PIC se basa en su utilizacin. Cuando se aprende a manejar uno de ellos, conociendo su arquitectura y su repertorio de instrucciones, es muy fcil emplear otro modelo. Microchip cuenta con su factora principal en Chandler, Arizona, en donde se fabrican y prueban los chips con los ms avanzados recursos tcnicos. En 1993 construy otra factora de similares caractersticas en Tempe, Arizona. Tambin cuenta con centros de ensamblaje y ensayos en Taiwan y Tailandia. Para tener una idea de su alta produccin, hay que tener en cuenta que ha superado el milln de unidades por semana en productos CMOS de la familia PIC16CSX.
Tecnologas actualesCon el desarrollo de la tecnologa, se introduce en la programacin la aplicacin de los PIC, los cuales funcionan como un computador, que se programa para que cumpla una funcin especfica. El microcontrolador PIC16C (F) 84, Es un microcontrolador de 18 pines, de 8 bits con tecnologa CMOS. Estos dispositivos semiconductores integrados estn generalmente construidos en tecnologa MOS (Metal-Oxide Semiconductor, Semiconductor de Oxido Metlico) o -ms recientemente- CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconducto o Semiconductor de Oxido Metlico Complementario). Lamentablemente, estos dispositivos RAM adolecen de un ligero inconveniente, que es, como ya se ha comentado, su volatibilidad. En cuanto a las tcnicas de fabricacin, cabe decir que prcticamente la totalidad de los microcontroladores actuales se fabrican con tecnologa CMOS 4 (Complementary Metal Oxide Semiconductor). Esta tecnologa supera a las tcnicas anteriores por su bajo consumo y alta inmunidad al ruido.
Conceptos de MOS y MNOSMOS, Metal-Oxide Semiconductor, (Semiconductores de xidos Metlicos) Estas son cuatro de las tecnologas bsicas de fabricacin de Semiconductores de xidos Metlicos (MOS - Metal-Oxide Semiconductor). MOS hace referencia a las tres capas usadas en la formacin de una estructura gate (gate structure) de un transistor de efecto de campo (field-effect transistor) (FET). Los circuitos MOS ofrecen baja disipacin de energa y permiten que los transistores sean agrupados, muy prximos entre si, antes de que surja un problema crtico de calentamiento. El PMOS es un proceso MOS de canal P, en gates de silicio, que usa corrientes constituidas por cargas positivas. PMOS es el tipo ms antiguo de circuitos MOS. NMOS es un proceso MOS de canal N, en gates de silicio, que usa corrientes constituidas por cargas negativas. NMOS es, por lo menos, dos veces ms rpido que el PMOS. El CMOS ( Mos Complementario) es virtualmente inmune a los ruidos, funciona casi con cualquier fuente de energa, y es una tcnica de circuitos de energa extremadamente baja. Por estos motivos, la tecnologa CMOS encontr un lugar en el mundo de los microprocesadores y, con este avance, apareci la necesidad de contar con chips de memoria de alta densidad, compatibles con CMOS, lo que se conoce como RAM dinmica (dynamic RAM). MNOS, Metal Nitride-Oxide Semiconductor, (Semiconductor de xidos Nitrados Metlico)
Funcionamiento de la tecnologa Bipolar y la tecnologa MOSUna ROM puede estar fabricada tanto en tecnologa bipolar como MOS. La figura muestra celdas ROM bipolar. La presencia de una unin desde una lnea de fila a la base de un transistor representa un 1 en esa posicin. En las uniones fila/columna en las que no existe conexin de base, las lneas de la columna permanecern a nivel bajo (0) cuando se direccione la fila.
La figura muestra celdas ROM con transistores MOS. Bsicamente son iguales que las anteriores, excepto que estn fabricadas con MOSFETs.
La memoria EPROM, se compone de un arreglo de transistores MOSFET de Canal N de compuerta aislada. En la figura se observa el transistor funcionando como celda de memoria en una EPROM.
Celda de memoria de una EPROMCada transistor tiene una compuerta flotante de SiO2 (sin conexin elctrica) que en estado normal se encuentra apagado y almacena un 1 lgico. Durante la programacin, al aplicar una tensin (10 a 25V) la regin de la compuerta queda cargada elctricamente, haciendo que el transistor se encienda, almacenando de esta forma un 0 lgico. Este dato queda almacenado de forma permanente, sin necesidad de mantener la tensin en la compuerta ya que la carga elctrica en la compuerta puede permanecer por un perodo aproximado de 10 aos. Las EPROMs tambin emplean transistores de puerta dual o FAMOS (Floating Gate Avalanche-Injection Metal-Oxide Semiconductor) de cargas almacenadas. Estos transistores son similares a los transistores de efecto de campo (FETs) canal-P, pero tienen dos compuertas. La compuerta interior o flotante esta completamente rodeada por una capa aislante de dixido de silicio; la compuerta superior o compuerta de control es la efectivamente conectada a la circuitera externa.
Inicialmente, la puerta flotante esta descargada, y el transistor se comporta como un transistor MOS normal. No obstante, mediante un equipo programador, se puede acumular carga en la puerta flotante aplicando una sobre tensin a la puerta y al drenador del transistor. Esta acumulacin de electrones en la segunda puerta tiene el efecto de aumentar el umbral del transistor a un valor tal que no conduce aunque se direccione la celda. As pues la cantidad de carga elctrica almacenada sobre la compuerta flotante determina que el bit de la celda contenga un 1 o un 0; las celdas cargadas son ledas como un 0, mientras que las que no lo estn son ledas como un 1. Tal como las EPROMs salen de la fbrica, todas las celdas se encuentran descargadas, por lo cual el bit asociado es un 1; de ah que una EPROM virgen presente el valor hexadecimal FF en todas sus direcciones.
Cuando un dado bit de una celda debe ser cambiado o programado de un 1 a un 0, se hace pasar una corriente a travs del canal de transistor desde la fuente hacia la compuerta (obviamente, los electrones siguen el camino inverso). Al mismo tiempo se aplica una relativamente alta tensin sobre la compuerta superior o de control del transistor, crendose de esta manera un campo elctrico fuerte dentro de las capas del material semiconductor. Ante la presencia de este campo elctrico fuerte, algunos de los electrones que pasan el canal fuente-compuerta ganan suficiente energa como para formar un tnel y atravesar la capa aislante que normalmente asla la compuerta flotante. En la medida que estos electrones se acumulan en la compuerta flotante, dicha compuerta toma carga negativa, lo que finalmente produce que la celda tenga un 0.
PRINCIPALES FABRICANTES DE MICROCONTROLADORES
CI
FLASH (Kbytes)
SRAM (bytes)
GPIO (pins)
ADC Resolucin (bits)
ADC Velocidad (KSPS)
ADC Canales
12 bit DAC Salidas
ADUC7019 ADUC7020 ADUC7021 ADUC7022 ADUC7024
62 62 62 62 62
8192 8192 8192 8192 8192
14 14 13 13 30
12 12 12 12 12
1,000 1,000 1,000 1,000 1,000
5 5 8 10 10
3 4 2 2
CI
FLASH (Kbytes)
SRAM (Kbytes)
EEPROM (Kbytes)
SCI
SPI
CPU Perifricos (bits)
MC9S12DT256CCI
256ROM (bytes)
12SRAM (bytes)
4Lneas I/O
2SCI
3SPI
16Vcc (V)
MC68HC05C4A
4160
176
24
3.0 - 5.5
CI
Tiempo instrucc/ ciclo (nseg)
SRAM (bytes)
Vcc (V)
ADC Resolucin (bits)
Lneas I/O
Temporizadores contadores
Reloj en tiempo real
TC1100 6 TC1115 6 144 144
TC1130
6
144
TC1910
15
144
TC1912
15
144
1.8 3.3 1.8 3.3 1.8 3.3 1.8 3.3 1.8 3.3
-
72
3X GPT
-
-
72
3X GPT
-
-
72
3X GPT
-
-
40
3X GPT
-
40
3X GPT
CI
Memoria interna (Kbytes)
SRAM (bytes)
Vcc (V)
ADC Resolucin (bits)
ADC Velocidad (KSPS)
Puertos seriales
MAXQ3120 MAXQ2000RBX MAXQ2000RAX MAXQ2000KIT DS80CH11*memoria FLASH
32 64* 64* 64* -
512 2K 2K 2K 256
3 - 3.6 3 - 3.6 1.8 2.75 1.8 2.75 4.5 5.5
16 -
20.8 -
5 1 2 2 1
PIC16F83Mxima frecuencia de operacin (MHz) Memoria FLASH Memoria ROM Memoria de datos (bytes) EEPROM Pines I/O Rango de voltaje (V) Encapsulado
PIC16CR8310 512 36 64 13 2.0 6.0 18-pin DIP
PIC16F8410 1K 68 64 13 2.0 6.0 18-pin DIP
PIC16CR8410 1K 68 64 13 2.0 6.0 18-pin DIP
10 512 36 64 13 2.0 6.0 18-pin DIP
S3C9234Mxima frecuencia de operacin (MHz) Memoria FLASH Memoria ROM(Kbytes) RAM (bytes) Pines I/O Rango de voltaje (V) Encapsulado
S3C940410 S3P9404 4 208 22 2.7 5.5 30SDIP
S3C942816 S3P9428 4.8 208 24 1.8 5.5 28SOP
S3C943416 S3P9434 4 112 11/13 3.0 5.5 18DIP
8 S3P9234 4 208 52 2.0 5.5 QFP
CI
Encapsulado
Pines
Memoria (bytes)
Memoria (tipo)
RAM (bytes)
I/O
COP8TAC9 COP8AME9 COP8CBE9 COP8CCE9 COP8CBR9
LLP SOIC WIDE TSSOP PLCC TSSOP PLCC TSSOP
44 28 48 44 - 48 44 - 48
4000 8000 8000 8000 32000
Flash Flash Flash Flash Flash
128 512 256 256 1000
21 40 37 37 37
CI
Comunicacin ASCII - Decimal Binaria ASCII - BINARIA
Vcc (V)
Comandos Lenguaje de alto nivel Lenguaje de alto nivel Lenguaje de alto nivel
Programacin (va)
Instrucciones /segundo
CY500 CY233LINC CYB233
5 5 5
Teclado ASCII Puerto serial (RS232) Puerto serial (RS232)
3300 -
-
LPC 2104 Mxima frecuencia de operacin (MHz) Memoria FLASH (Kbytes) Memoria RAM (Kbytes) Rango de voltaje (V) Encapsulado
LPC2105
LPC2106
LPC2119
LPC2129
60
60
60
60
60
128 16 3.0 3.6 LQFP48
128 32 3.0 3.6 LQFP48
128 64 3.0 3.6 LQFP48
128 16 3.0 3.6 LQFP64
256 16 3.0 3.6 LQFP64
FAMILIAS DE MICROCONTROLADORES PIC (PERIPHERAL INTERFACE CONTROLLER)GAMA ENANA
PIC12C508 (MICROCHIP)Mxima frecuencia de operacin (MHz) Memoria ROM(Kbytes) RAM (bytes) EPROM Rango de voltaje (V) Pines I/O Instrucciones Encapsulado
4 25 512 x 12 3.0 5.5 5 33DIP-JW -SOIC 8 pines
GAMA BAJA
PIC16C505 (MICROCHIP)Mxima frecuencia de operacin (MHz) Memoria ROM(bytes) RAM (bytes) EPROM Rango de voltaje (V) Pines I/O Instrucciones Encapsulado
20 72 25 1024 3.0 5.5 11 33DIP-JW -SOIC 14 pines
GAMA MEDIA
PIC16F84 (MICROCHIP)Mxima frecuencia de operacin (MHz) Memoria ROM(bytes) Memoria FLASH EPROM (bytes) Rango de voltaje (V) Pines I/O Interrupciones Encapsulado
10 1K 1K 64 2.0 6.0 4 4DIP- SOIC 18 pines
GAMA ALTA
PIC17C752 (MICROCHIP)Mxima frecuencia de operacin (MHz) Memoria ROM (bytes) Memoria FLASH EPROM (bytes) Rango de voltaje (V) Pines I/O Interrupciones Encapsulado
33 8K 3.0 5.5 50 18TQFP 64 pines PLCC 68 pines
BIBLIOGRAFIAhttp://pomelo.ivia.es/mecanizacion/www/Manual_Electronica/micros/pic1.html http://eya.swin.net/ http://www.monografias.com/trabajos12/decibin/decibin.shtml http://www.monografias.com/trabajos/eproms/eproms.shtml http://ilustrados.com/publicaciones/EpyVFpAppyVWlriaRk.php http://es.tldp.org/Otros/diccionario-us-es/diccionario-us-es-0.1.6/M.html http://www.monografias.com/trabajos18/memorias-programables/memoriasprogramables.shtml http://www.dbup.com.ar/link-fabricantes.htm http://www.analog.com/ http://www.infineon.com/cgi-bin/ifx/portal/ep/home.do?tabId=1 http://www.maxim-ic.com/products/microcontrollers/user_guides.cfm http://www.freescale.com/ http://www.freescale.com/files/shared/doc/package_info/thermal_addendums/908E625A CDWBTAD.pdf http://www.national.com/catalog/MicrocontrollerProducts.html http://www.semiconductors.philips.com/markets/mms/products/microcontrollers/product _catalog/16_32bit/lpc/index.html http://www.samsung.com/Products/Semiconductor/common/product_list.aspx?family_cd =LSI060101 ftp://download.intel.com/design/mcs51/SPECUPDT/27283609.pdf