AREA DE TECNOLOGIA ELECTRONICA UNIVERSIDAD DE OVIEDO
TEMA I – INTROD. SIST. BASADOS MICROS - 1 F.F. LINERA
TEMA I – INTRODUCCION A LOS SISTEMAS BASADOS EN MICROCONTROLADORES
MICROPROCESADOR: Es un circuito secuencial síncronocomplejo capaz de:• Realizar un tratamiento de la información que recibe• Decodificar las instrucciones• Controlar las unidades relacionadas de acuerdo a esas instrucciones.
CPU
BUS DE DIRECCIONES
MEMORIARAM & ROM
UNIDADES DE ENTRADAY SALIDA
UNIDAD CONTROL
UNIDAD ARIT.
LOGICAALU
BUS DE DATOS
BUS DE CONTROL
SISTEMA MICROPROCESADOR BASICO
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TEMA I – INTROD. SIST. BASADOS MICROS - 2 F.F. LINERA
CPU
ROM
RAM
EEPROM
REGISTROS DE ESTADOY DE CONTROL E/S
REGISTROS DE DATOS E/S
MEMORIABUSDATOS
INTERNOCLOCK
LINEAS
CONTROL
BUFFER DE DATOS
LATCH DIRECCIONES
VDD
BUSDE DIRECCIONES
DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN MICROCONTROLADOR
GND
MICROCONTROLADOR:PEQUEÑO SISTEMA
MICROPROCESADOREN UN UNICO CHIP
BUSDE DATOS
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TEMA I – INTROD. SIST. BASADOS MICROS - 3 F.F. LINERA
MICROCONTROLADORES EN LA INDUSTRIA
• IMAGEN Y SONIDO• AUTOMOVIL• ELECTRODOMESTICOS• MEDICINA Y BIOINGENIERIA• EQUIPOS INFORMATICOS.• COMUNICACIONES• VIDEOJUEGOS• CONTROL INDUSTRIAL
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TEMA I – INTROD. SIST. BASADOS MICROS - 4 F.F. LINERA
MINI-ROBOT CON PIC16F84
TARJETA DE ADQUISICION DE DATOS
CON PHILIPS 80C31
TARJETA DE CONTROL DE UN ASCENSOR BASADO EN UN
MOTOROLA 68HC11DESARROLADO POR ATE-UNIOVI
TARJETA DE CONTROL DE BOTONERA DE ASCENSORY
COMUNICACIÓN CON EL CONTROL PIC16F84
DESARROLADO POR ATE-UNIOVI
EJEMPLOS DE APLICACIONES
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TEMA I – INTROD. SIST. BASADOS MICROS - 5 F.F. LINERA
APLICACIONES DE CONTROL DE ESTADO
Se pasa de un estado a otro en función de cambios en variables externas ó por software.Las salidas tendrán un valor dependiendo del estado o de las transiciones
1NO ROPA, TEMP_CAB,RS\,RB\
2NO ROPA, COMUN_CAB,TEMP_HUE
FIN_TEMP_CAB
FIN_TEMP_HUE
5NO COMUN_HUE\, COMUN_CAB\
,ROPC,ROPA\,OCUPADO
10NO RM,RB y RVR
SERIE_CERRADA, DESTINO<PISO_ACTUALSERIE_CERRADA, DESTINO>PISO_ACTUAL
7NO RM,RS y RVR
9NO RVR\, RM\
PISO_ACTUAL=DESTINO
NIV
LLAMADA_CAB
<>ACTUAL
LLAMADA<>
ACTUAL
REAP
12NO RVR\, RM\
PISO_ACTUAL=DESTINO
1NO
NIV
6NOROPA,ROPC\,
TEMP_PUERTAFIN TEMP
8NORVR\, RM\
PISO=PRIMERO
AFS
NIV
11NORVR\, RM\
PISO=ULTIMO
NIV
AFI
3NO
SERIE PRESENCIAS ABIERTAo
REAP
LLAMADA HUECO=ACTUAL
13NO
TEMP. PUERTASAUTOMATICAS
LLAMADA<>
ACTUAL
ROPC
ASCENSOR ELECTRICO2 velocidades
maniobra universalpuerta ext. automatica
puerta cab. NO bus
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TEMA I – INTROD. SIST. BASADOS MICROS - 6 F.F. LINERA
APLICACIONES DE CONTROL DE LAZO
CERRADO
Se supervisa y mantiene la variable o variables de salida.
Ejemplos:Control de temperaturaControl de presionControl de humedadControl de motores
SISTEMA A CONTROLAR
REGULADOR
REALIMENTACIONDE VARIABLES DE
SALIDA Y DE CONTROL
+
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TEMA I – INTROD. SIST. BASADOS MICROS - 7 F.F. LINERA
EJEMPLO: CONTROL EN LAZO ABIERTO DE UN MOTOR DE CONTINUA
MEDIANTE UN MICROCONTROLADORCOP8782 DE NATIONAL
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TEMA I – INTROD. SIST. BASADOS MICROS - 8 F.F. LINERA
EJEMPLO: CONTROL EN LAZO
CERRADO DE UN MOTOR DE CONTINUA
MEDIANTE UN MICRO
PIC18C452 DE MICROCHIP
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TEMA I – INTROD. SIST. BASADOS MICROS - 9 F.F. LINERA
CPU
ROM
RAM
EEPROM
EJECUTA EL PROGRAMAGESTIONA EVENTOS
CONTIENE EL PROGRAMA Y LOS DATOS DE LA
APLICACION
CONTIENE DATOS TEMPORALES
CONTIENE DATOS PERMANENTES
INTERFACESERIE
CONVERTI-DOR A/D
TEMPO-RIZADOR
PUERTOE/S
ENVIO Y RECEPCION DE DATOS
ADQUISICION DE DATOS ANALOGICOS
GENERA SEÑALESCUENTA EVENTOSBASE DE TIEMPOS
INTERFACE DE PERIFERICOS
DIAGRAMA DE BLOQUES TIPICO DE UN MICROCONTROLADOR
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TEMA I – INTROD. SIST. BASADOS MICROS - 10 F.F. LINERA
•En los sistemas microprocesadores, el objetivo esta fijado en alcanzar la máxima capacidad de procesado de información.
•En los µC el objetivo consiste en implementar un conjunto de funciones de control de la forma más efectiva economicamente.
•Aplicaciones típicas donde el procesado de información no es muy alta.•Como resultado el tamaño y el consumo son muy pequeños, lo que les hace ideales para sistemas portátiles y autónomos.
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TEMA I – INTROD. SIST. BASADOS MICROS - 11 F.F. LINERA
•Cada fabricante ofrece en sus distintas familias una gran variedad de versiones de un mismo µC.
•Se diferencian en:•Capacidad y tipo de memoria.•Encapsulado.•Número y tipo de periféricos incluidos en el chip.
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TEMA I – INTROD. SIST. BASADOS MICROS - 12 F.F. LINERA
•Una posible forma de clasificarlos es atender al numero de bits de sus registros internos, lo que se conoce como ancho de palabra del dispositivo. Así se clasifican en µC de 4, 8, 16 y 32 bits.
•Mayoría de aplicaciones con micros de 4 y 8 bits, 16 y 32 bits en aplicaciones de alta capacidad de procesado.
•Los micros de 4 bits conservan su mercado debido al elevado número de aplicaciones esncillas existentes.
•El sector del automovil es el principal responsable del crecimiento del mercado de µC.
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TEMA I – INTROD. SIST. BASADOS MICROS - 13 F.F. LINERA
CRITERIOS DE SELECCIÓN (I) – TIPO DE MEMORIA
¿Qué cantidad de memoria se necesita para almacenar el programa de control de la aplicación?
¿Qué cantidad de memoria se necesita para almacenar los datos necesarios de la aplicación y su control?
Los micros suelen incorporar memoria, cuyo tamaño y tipo suele variar entre los distintos miembros de una familia.
No obstante, algunos miembros suelen permitir el conexionado de memoria externa como un componente a parte.
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TEMA I – INTROD. SIST. BASADOS MICROS - 14 F.F. LINERA
CRITERIOS DE SELECCIÓN (I) – TIPO DE MEMORIA
EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory)
•Memoria no volatil para guardar código de programa.
•Durante la grabación, los datos se guardan en las direcciones deseadas mediante la aplicación de señales de control y tensiones especiales de programación de valor más elevado al normal.
•Para su borrado, debe exponerse a rayos ultravioleta que se aplican a través de la ventana que posee en el encapsulado.
•Pueden grabarse y borrarse al menos 100 veces y habitualmente muchas más.
OTP (One Time Programmable)
•Similar a la EPROM pero no dispone de ventana para su borrado.
•Es más barata que la EPROM y, por tanto, una buena opción para almacenar el programa de la aplicación una vez ya finalizado.
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TEMA I – INTROD. SIST. BASADOS MICROS - 15 F.F. LINERA
CRITERIOS DE SELECCIÓN (I) – TIPO DE MEMORIA
EEPROM ó E2PROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)
•Similar a la EPROM pero puede ser borrada electricamente.
•Son de baja velocidad, su coste es elevado y el número de veces que puede ser grabada y borrada es limitado (entre 10.000 y 100.000 veces
ROM (Read Only Memory)
•El proceso de grabación se realiza en fábrica. Una vez grabada no es posible modificar su contenido.
•Solo rentable cuando el número de unidades a producir es elevado.
•Si se descubre un error en el programa habrá que desechar todos los µC que se hayan grabado.
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TEMA I – INTROD. SIST. BASADOS MICROS - 16 F.F. LINERA
CRITERIOS DE SELECCIÓN (I) – TIPO DE MEMORIA
Flash EPROM
•Memoria que se puede borrar electricamente y que está desplazando a las EPROM.
•Mejor solución que las EEPROM, especialmente cuando se trata de grandes cantidades de memoria pues su borrado es más rápido y puede hacers por grandes bloques o bien borrando directamente
todo su contenido.
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TEMA I – INTROD. SIST. BASADOS MICROS - 17 F.F. LINERA
CRITERIOS DE SELECCIÓN (I) – TIPO DE MEMORIA
RAM
•Memoria volátil. Su contenido se pierde cuando se quita la alimentación a menos que se conecte a una batería.
•Se usa para almacenar datos de forma temporal y no para guardar el programa de la aplicación como ocurre en los sistemas
microprocesadores.
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TEMA I – INTROD. SIST. BASADOS MICROS - 18 F.F. LINERA
CRITERIOS DE SELECCIÓN (I) – TIPO DE MEMORIA
EEPROMó
Flash EEPROM
PROTOTIPO Y DISEÑO INICIAL
EPROMu
OTP
PRIMERASSERIES
OTPó
ROM
PRODUCCION EN SERIEGRANDES TIRADAS
(ROM)
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TEMA I – INTROD. SIST. BASADOS MICROS - 19 F.F. LINERA
CRITERIOS DE SELECCIÓN (II) – PERIFERICOS INTERNOS
Los µC suelen incluir en su interior periféricos especiales que facilitan la tarea de control de la aplicación.
El tipo y número varía de un µC a otro según para las necesidades que están pensados.
Un listado de los más comúnes:•Convertidor A/D
•Temporizador/Contador•Temporizador Watchdog
•Puertos de E/S•Unidad de comparación y captura
•Interface serie
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TEMA I – INTROD. SIST. BASADOS MICROS - 20 F.F. LINERA
CRITERIOS DE SELECCIÓN (II) – CONVERTIDOR A/D
Convierte una señal analógico externa (tensión) en una representación digital de 8, 10, 12 o 16 bits.
Se usa en µC orientados a trabajar en instrumentación, registro de datos externos o cualquier aplicación que tenga contacto con el mundo analógico.
CRITERIOS DE SELECCIÓN (II) – TEMPORIZADOR/CONTADOR
Se utiliza para medir el intervalo de tiempo entre dos sucesos, activar/desactivar señales durante un cierto tiempo o bien contar el números de
veces que se produce un suceso (normalmente en forma de flanco de subida o bajada) en una determinasa señal de control.
También existen temporizadores con autorecarga, que se recargan a su valor inicial cuando se alcanza el valor de la cuenta y que liberan así de este trabajo a
la CPU.
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TEMA I – INTROD. SIST. BASADOS MICROS - 21 F.F. LINERA
CRITERIOS DE SELECCIÓN (II) – TEMPORIZADOR WATCHDOG
Es un temporizador de funcionamiento casi totalmente autónomo dentro del µC, que reiniciliza el mismo si el programa no refresca el watchdog a tiempo.
Proporciona un método de recuperación del control del programa de la aplicación en el caso de producirse un fallo de funcionamiento.
Es de especial interés en µC que trabajen en entornos con fuertes interferencias electromagnéticas o sistemas de control autónomos que no están sometidos a
una vigilancia continua.
CRITERIOS DE SELECCIÓN (II) – PUERTOS DE E/S
Los µC suelen disponer de varios puertos de entrada/salida digitales que permiten gestionar LEDs, teclados, LCDs, relés, etc.
Generalmente un puerto consiste en 8 o menos bits que se pueden programar como entrada o salida
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TEMA I – INTROD. SIST. BASADOS MICROS - 22 F.F. LINERA
CRITERIOS DE SELECCIÓN (II) – UNIDAD DE COMPARACION Y CAPTURA
Se usa para generar cualquier tipo de señales digitales y captura de sucesos:Generacion de pulsos, modulación de anchura de pulsos, medida de anchura de
pulsos, etc...
De amplio uso en el sector del automovil (control de inyección, ABS, etc) y en aplicaciones industriales (control de motores paso a paso, motores de continua,
generación de frecuencias, conversiones digitales-analógicas, etc..
CRITERIOS DE SELECCIÓN (II) – INTERFACE SERIE
Se usan para intercambiar datos con el exterior. El intercambio puede ser con comunicaciones asíncronas (SCI o UART) o sincronas (SPI)
La fuerte implantacion en el sector del automovil y en la industría han hecho que muchos µC incorporen buses específicos : I2C o CAN
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TEMA I – INTROD. SIST. BASADOS MICROS - 23 F.F. LINERA
CRITERIOS DE SELECCIÓN (III) – HERRAMIENTAS DE DESARROLLO
La elección del µC no solo se basa en cubrir las necesidades de la aplicación. En muchas ocasiones, la mayor influencia viene dada
por la existencia de un conjunto completo de herramientas de desarrollo a buen precio y una buena documentación: manuales y
notas de aplicación.
HERRAMIENTAS DE SOFTWARE
EnsambladorLinker o enlazador
SimuladorCompilador
HERRAMIENTAS DE HARDWARE
EmuladorPlacas de evaluación.
Analizador lógico
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TEMA I – INTROD. SIST. BASADOS MICROS - 24 F.F. LINERA
CRITERIOS DE SELECCIÓN (IV) – OTROS
Disponibilidad del µC en todas sus versiones (OTP, ventana y máscara).
Disponer de programas o subprogramas ya realizados que se puedan aprovechar en nuestra aplicación.
A veces escoger un µC más barato puede encarecer el coste de los demás componentes de la aplicación, aumentar el tamaño de la placa y por lo tanto de
su coste.
Es importante conocer la precisión necesaria de los datos a manejar para escoger entre µC de 4, 8 16 y 32 bits. También si hay partes de programa que tienen un tiempo limitado de ejecución y por lo tanto se deben escoger micros
de mayor frecuencia o mayor capacidad de procesado.
Si el sistema va a ser portátil, debemos asegurar la posibilidad de funcionamiento en modo de bajo consumo.
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TEMA I – INTROD. SIST. BASADOS MICROS - 25 F.F. LINERA
SECUENCIA DE DISEÑO
ELECCION DEL MICROCONTROLADOR
PLANTEAMIENTO DE TAREAS A EJECUTAR
IMPLEMENTACION DE PROGRAMAS
ERRORES?
GRABACION EN EPROM
VERIFICACION
ERRORES?
GRABACION EN ROM
VERIFICACION
ERRORES?
FABRICACION SERIE
NO
NO
NO
SI
SI
SI
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TEMA I – INTROD. SIST. BASADOS MICROS - 26 F.F. LINERA
FABRICANTES DE MICROCONTROLADORES
FABRICANTE MODELOS DE MICROCONTROLADORES
INTEL 8048,8051, 80c196, 80186, 80188, 80386EX
MOTOROLA 68HC05, 68HC08, 68HC11, 68HC12, 68HC16, MCORE
HITACHI H8/300, H8/300L, H8/500, H8/300H
TOSHIBA TLCS-47, TLCS-870, TLCS-900
PHILIPS 80C51
SIEMENS C500, C166
ZILOG Z8, Z86XX
TEXAS TMS370
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