ü V.L.S.I. (Muy Alta Escala de Integración) Más de 10,000 transistores por circuito.
6.2 DIFERENCIA ENTRE UN MICROPROCESADOR Y UN MICROCONTROLADOR
El microcontrolador (μCC) es un dispositivo electrónico capaz de llevar a cabo procesos lógicos en un solo circuito integrado. Estos procesos o acciones son programados en un Lenguaje Ensamblador (Lenguaje Maquina) por el usuario y son introducidos en el μCC a través de un programador.
El microprocesador (μP) es un sistema abierto con unidades físicamente separadas, esto es, el μP interactúa con memorias RAM (Random Access Memory) (memoria volátil) y ROM (Read Only Memory) y otros equipos periféricos por buses externos al CPU.
Ventajas:
Un microprocesador, contiene un micro de 40 pines, una memoria RAM de 28 pines, una memoria ROM de 28 pines, y un codificador de 18 pines.
Un microcontrolador, contiene todos los elementos anteriores en un solo IC, que implica gran ventaja por su simplificación de circuitería (circuitos), costo y menor tiempo en el desarrollo del proyecto electrónico.
Los siguientes términos nos ayudarán a resumir estos conceptos:
Unidad Central de Proceso (CPU).- Es la parte de una computadora que se encarga
de ordenar y controlar el proceso y la transferencia de información. La CPU interpreta las instrucciones del programa y coordina su ejecución.
Microprocesador (μP).- Es una CPU, memorias, equipo periférico, etc.
6.2.1 PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO
La tarea de un microcontrolador es ejecutar instrucciones que en su conjunto se convierten en un programa. El programa se lee del controlador y realiza las tareas que este le indica. Las instrucciones que tiene cargadas el microcontrolador son simples como sumar, restar, escribir en un puerto, activar un bit… con estas operaciones básicas en conjunto se realizan otras más complejas y así se llega al objetivo deseado.
¿Cómo funciona? Un microcontrolador ejecuta instrucciones. El conjunto de
instrucciones es lo que llamamos programa. Las instrucciones son leídas de la memoria de programa para ejecutarlas, una detrás de otra. La memoria de programa contiene las instrucciones que queremos que el microcontrolador ejecute. Mediante estas instrucciones básicas podemos realizar operaciones más complejas y así llegar al objetivo de la aplicación.
Un controlador es un dispositivo que se utiliza para el gobierno de uno o varios procesos. Es decir, realiza mediciones constantemente para que la máquina o dispositivo este realizando el trabajo bajo los parámetros requeridos y si este sobrepasa estos valores restablece los adecuados (los corrige, de acuerdo a un parámetro o objetivo deseado, por Ej. Mantener una temperatura de 21 grados).
MEMORIAS
La memoria se puede usar para grabar programas o información, como en el caso de la memoria ROM, los discos CD-ROM, el disco duro o los diskettes, o se
puede usar para retener, leer y manipular temporalmente los datos, tal como ocurre con la memoria RAM.
Memoria ROM: (Read Only Memory). Su contenido es inalterable desde que el
fabricante graba información en el chip, este tipo de escritura ocurre una sola vez (grabada en forma permanente). Los tipos de programas adecuados para soportar esta función son: PROM, EPROM, EEPROM Y FLASH, principalmente, a saber:
Memoria PROM: Programable ROM, esta memoria en cripta su trabajo mediante
fusibles para proteger el código del contenido.
Memoria EPROM: (Erasable Programmable Read Only Memory) Memoria que se
puede borrar y volver a grabar varias veces la información mediante luz ultravioleta (Erasable PROM).
Memoria EEPROM: (Electrical EPROM) Similar a la anterior donde los datos se
borran electrónicamente si se aplican entradas de voltaje mas elevados que los de lectura. (Ideal para la enseñanza y la Ingeniería).
Se denomina RAM (Random Access Memory) que significa "memoria de acceso
directo, es una memoria volátil y se destina a guardar las variables y los datos en forma temporal, o sea retiene temporalmente la información, las instrucciones de los programas y los resultados parciales de operaciones de la CPU. Los tipos de programas para soportar esta función son: DRAM, SRAM y CACHE, principalmente, a saber:
Memoria DRAM: RAM Dinámica. Esta compuesto de micro capacitores que
almacenan la información mediante la carga y descarga
Memoria SRAM: RAM Estática. Se utiliza para manejar datos que varían
continuamente, lo que exige que la memoria sea de lectura y escritura, ej.: Flip Flops basados en transistores que almacenan un 0 o 1 cuando se polariza en corte o saturación
Memoria Cache: Almacena los datos transferidos mas recientemente entre la
memoria RAM y el microprocesador.
Representación de la información. Tanto las instrucciones como los datos se
consideran como información, ésta se representa en un sistema binario. La unidad mínima de información es el bit, que puede tomar sólo 2 posibles valores, cero o uno.
Todas las instrucciones que maneja el controlador están representadas en
sistema binario. Un bit se representa fácilmente por un voltaje, cuando no hay tensión
es cero y cuando hay es uno. Si juntamos ocho bits tendremos un byte. Un byte nos permite representar 256 valores distintos, desde 00000000 hasta 11111111. Los microcontroladores más comunes son de ocho bits, existiendo también de 16, (256 x 256 = 65536) 32 y 64 bits para aplicaciones más potentes.
Sistema decimal, binario y hexadecimal. Un mismo dato puede representarse en
diferentes sistemas o bases. Sin embargo se debe aprender a trabajar en todos estos sistemas u otros, ya que algunos dispositivos o aparatos trabajan en un sistema diferente al que estamos acostumbrados a ver y usar.
El sistema hexadecimal está relacionado con el sistema binario porque cada cifra hexadecimal representa 4 bits del sistema binario. Un byte se representa en hexadecimal con 2 cifras hexadecimales.
En resumen: el sistema hexadecimal es el que más se utiliza en programación. Las direcciones de memoria y los datos suelen representarse en este sistema. La forma de expresar los datos en cada uno de los sistemas, requiere cierta sintaxis.
6.3 FUNDAMENTOS DE PROGRAMACIÓN
Un computador es una máquina que procesa datos de acuerdo con un programa de instrucciones. Estas computadoras saben sumar, pero solamente en sistema binario, porque es una máquina electrónica digital. El sumador de PIC (Circuito Integrado Programable) es capaz de sumar dos datos de 8 bits cada uno. Dicho sumador tiene un registro, llamado W (de trabajo), en donde aloja uno de los sumandos. El otro sumando debemos decir lo que vale (literal) o en qué posición de la memoria de datos está.
Para poder realizar cualquier programa ejecutable en un microcontrolador debemos seguir una pequeña serie de rutinas hasta que el programa que pretendemos crear se transforma en un programa ejecutable en formato .hex que pueda ser cargado en este microcontrolador.
ARQUITECTURA INTERNA
Un microprocesador posee todos los componentes de un computador, pero con unas características fijas que no pueden alterarse. Las partes principales de un microcontrolador son:
1. Procesador
2. Memoria no volátil para contener el programa
3. Memoria de lectura y escritura para guardar los datos 4. Líneas de E/S para los controladores de periféricos:
a) Comunicación paralelo b) Comunicación serie
c) Diversas puertas de comunicación (bus, I²C, USB, etc.) 5. Recursos auxiliares:
a) Circuito de reloj b) Temporizadores c) Conversores AD y DA d) Comparadores analógicos
e) Protección ante fallos de alimentación f) Estado de reposo o de bajo consumo
los comienzos de la Informática tomando como muestra algunos códigos de la transmisión de información de radioteletipo. Se trata de un código de 7 bits con capacidad para 128 símbolos que incluyen todos los caracteres alfanuméricos del inglés, con símbolos de puntuación y algunos caracteres de control de la transmisión. Con posterioridad, con la aparición de los microordenadores y la gran expansión entre ellos de los IBM-PC y compatibles, la ampliación del código ASCII realizada por esta marca a 8 bits, con capacidad para 128 símbolos adicionales, experimenta un considerable auge, siendo en la actualidad muy utilizada (Se observa en el capitulo correspondiente), para ciertas nacionalidades se han diseñado otras páginas específicas que requieren de un software externo. En las lenguas del estado español y en las de la mayoría de los demás países de la UE (Unión Europea), esta tabla cubre todas las necesidades del idioma.
INTRODUCCIÓN AL LENGUAJE ENSAMBLADOR
Un ensamblador (assembler en inglés) es un programa que crea código objeto traduciendo instrucciones nemócodigos de un programa fuente escrito en ensamblador a códigos ejecutables e interpretando los nombres simbólicos para direcciones de memoria y otras entidades (ensamblado).
Lenguaje
Un programa escrito en lenguaje ensamblador consiste en una serie de instrucciones que corresponden al flujo de órdenes ejecutables que pueden ser cargadas en la memoria de un sistema basado en un microprocesador específico. (Sistema operativo del x86).
Por ejemplo, un procesador x86 puede ejecutar la siguiente instrucción
binaria
como se expresa en código de máquina:* Binario: 0110 0001 (Hexadecimal: 061)
La representación equivalente en lenguaje ensamblador es más fácil de recordar:
* MOV al, 061
Esta instrucción significa:
También en Instrumentos portátiles compactos (telefonía, identificadores). Dispositivos periféricos (plotters, teclado, modems, impresoras, máquinas de escribir), decodificador de TV teléfonos de tarjeta. Aplicaciones automotrices etc.
En resumen los microcontroladores tienen una amplia variedad de aplicaciones, pueden controlar cualquier cosa:
- Maquinas con alto grado de automatismo.
- Controles de acceso tanto de personas como de objetos. - Maquinas herramientas, servomotores, temporizadores.
- sistemas autónomos de control de centrales eléctricas, control de procesos automáticos.
- Telefonía, Automatismos industriales como robots, Medicina nuclear, Líneas de producción de automotores, etc. etc.
Las comunicaciones y los productos de consumo general absorben más de la mitad de la producción de microcontroladores. El resto se distribuye entre el sector automotriz, computadores y la industria en general.
GLOSARIO
DE
TÉRMINOS
Ánodo. Parte positiva del diodo o semiconductor.
Actuador: es un dispositivo capaz de generar una fuerza para abrir o cerrar un circuito
logrando su automatismo, a partir de algunas condiciones físicas, químicas, convertidas en electrones (energía eléctrica). El actuador recibe la orden de un sensor o transductor, regulador o controlador y da una salida necesaria para activar a un elemento final de control como lo son las válvulas e interruptores eléctricos, etc.
Alimentación a corriente constante: El sistema de corriente constante mantiene la
corriente media a un valor fijo, mediante el troceado de la corriente de entrada, conectando y desconectando la alimentación.
Alimentación a dos niveles de tensión: Consiste en aplicar una tensión elevada
durante los avances de paso para, una vez sacado del reposo el rotor, disminuir la tensión a un nivel considerablemente más bajo; con ello se consigue una reducción de la potencia disipada y un aumento del par en el arranque.
Alimentación a tensión fija: Cuando un motor paso a paso se alimenta a tensión
constante, el par decrece al aumentar la frecuencia de paso; ello es debido al aumento de las fuerzas contra electromotrices, produciéndose simultáneamente una pérdida de potencia útil por el retardo que sufre el aumento de corriente hasta alcanzar su valor máximo.
Ángulo de paso: Avance angular producido bajo un impulso de excitación, o sea, los
grados de cada paso.
Algebra de Boole: Álgebra de Boole (también llamada Retículas booleanas) en informática y matemática, es una estructura algebraica que fortalecen las operaciones lógicas Y, O y NO, así como el conjunto de operaciones unión, intersección y complemento.
Ánodo: Parte positiva del diodo.Electrodo (+) hacia donde se dirigen los electrones.
Baja eficiencia: Un motor paso a paso activado disipa una gran cantidad de energía
en la parte resistiva de los arrollamientos del estator. Si se mantiene estacionario el eje, la resistencia es el factor limitador de la corriente de pérdidas; también el par (momento de torsión) a la velocidad crítica es necesariamente alto.
Base: Es la parte intermedia de un transistor, muy estrecha, que separa el emisor del
colector.
Base Común: La terminología de la base común se deriva del hecho de que la base
es común tanto a la entrada como a la salida de la configuración.
Bit: Es un dígito binario, un 0 o un 1, (binary digit).
Bulbo: Diodo al vacío, produce calor al rectificar la C.A. (inventado/Thomas A. Edison) Bus: Conjunto de conductores o lineales que se utilizan para intercambiar la
Brake: Dispositivo de protección que corta el paso de corriente eléctrica sin destruirse
(se bota), para posteriormente restablecerse.
Byte: Son 8 bits.
Capacitancia: Es una propiedad de los capacitores para regir la relación existente
entre la diferencia de potencial existente entre las placas de estos capacitores y la carga eléctrica almacenada en este.
Cátodo: Parte negativa del diodo o semiconductor (k).
Circuitos Integrados: Es un chip (ficha o lámina) o una pastilla muy delgada en la
que se encuentra una enorme cantidad (del orden de miles o millones) de dispositivos microelectrónicos interconectados, principalmente diodos y transistores, además de componentes pasivos como resistencias o condensadores. Su área es de tamaño reducido, del orden de un cm² o inferior. Los circuitos integrados se producen cada vez con mayor confiabilidad y con menor tamaño y costo.
Chipset: Tipo de memoria que agiliza las operaciones que ejecuta el microprocesador
y estas montada en algunos modelos sobre una pequeña tarjeta que se inserta en una ranura especial para ella.
Código Binario: Lenguaje máquina (0,1).
Colector Común: La configuración de colector común se utiliza sobre todo para
propósitos de acoplamiento de impedancia, debido a que tiene una alta impedancia de entrada y una baja impedancia de salida.
Compilador: Programa que permite convertir un código de alto nivel a un código
binario ejecutable.
Compuertas lógicas: Una compuerta lógica es la representación física de un
operador booleano. Ddispositivos electrónicos conformados a partir de otros componentes electrónicos discretos, y son la expresión física de los operadores booleanos.
Compuerta AND: Operador a nivel de bits, producto lógico, que da como resultado 1
si los dos bits son 1 y 0 si uno de los bits es 0 (su circuito eléctrico se comporta como un diagrama en serie).
Compuerta NAND: Es una compuerta AND con una compuerta NOT a la salida. Esto
modifica su tabla de verdad, quedando que la salida solo será un “0” cuando todas sus entradas estén en “1”.
Compuerta XOR: Operador a nivel de bits: suma lógica exclusiva, que da como resultado 1 si los dos bits son distintos y 0 si los dos bits son iguales (ej.; canta o chifla).
Compuerta NAND: Es una compuerta AND con una compuerta NOT a la salida. Esto
modifica su tabla de verdad, quedando que la salida solo será un “0” cuando todas sus entradas estén en “1”.
Compuerta NOR: Es la negación de una compuerta OR.
Compuerta NXOR: Se refiere a una XOR con su salida negada exclusiva, (canta o
chifla).
Computadora: Es un ordenador de datos con un sistema secuencial síncrono
programable.
Conmutación: Cambio en la dirección de la corriente en un circuito.
Conmutador: Dispositivo de contactos múltiples con el cual se puede substituir una
porción de circuito por otra o bien modificar sucesivamente las conexiones de varios circuitos.
Control: Es el gobierno de las maquinas por el hombre (termostato, fusibles) Control electrónico: Tiristor, SCR, Triac´s, (dispositivos con compuerta)
Corriente Alterna (CA): Es el movimiento de electrones en una misma dirección
donde esta tendencia de partículas se alterna en forma periódicamente en forma senoidal.
Corriente de desplazamiento. En los semiconductores la corriente eléctrica es el
resultado del movimiento de ambas cargas, esto está asociado a dos fenómenos físicos, el primero es la corriente de Desplazamiento (fuga).
Corriente de difusión: Las concentraciones de impurezas (huecos y electrones) se
desplazan u orientan formando regiones de polarización para lograr así obtener un equilibrio. En principio, de unir estos dos semiconductores comienza un movimiento de portadores, de una región a otra, se puede observar que los electrones o portadores mayoritarios de la región N pasan a la región P y viceversa.
Corto circuito: Circuito producido por el contacto entre los conductores (con una
alimentar por ejemplo un motor eléctrico. (Un CR funciona como un electroimán donde su núcleo o martillo abre u cierra un contacto [NA o NC] o circuito de protección o control).
CR DE CORRIENTE: cuando el CR se conecta en serie con la carga. CR DE POTENCIAL: cuando el CR se conecta en paralelo a la carga.
DIAC: (Diodo para Corriente Alterna) es un dispositivo semiconductor de dos
conexiones. Es un diodo bidireccional disparable que conduce la corriente sólo tras haberse superado su tensión de disparo, y mientras la corriente circulante no sea inferior al valor característico para ese dispositivo (Es un diodo bidireccional, El comportamiento es el mismo para ambas direcciones de la corriente).
Digito: Es la unidad mínima básica, no es una combinación de otros y representa un
número entero positivo. Bit: es un dígito binario, un 0 o un 1, (binary digit). Byte: son 8 bits. Word: son 16 bits (Es la unidad numérica mínima básica).
Diodo. Es un dispositivo semiconductor, rectificador de corriente alterna en directa,
que permite el paso de la corriente eléctrica en una única dirección con características similares a un interruptor cuando se invierte su polaridad.
Diodo al vacío o bulbo. Rectificador de CA a CD, trabaja su emisión de electrones
con calor.
Diodo Tiristor o Diodo Shockley: El tiristor (griego: puerta) es un componente
electrónico constituido por elementos semiconductores que utiliza realimentación interna para producir una conmutación. Se emplea generalmente para el control de potencia eléctrica.
Diodo Tiristor Bidireccional: (SYDAC: Bidireccional Diode Thyristors) tienen una
banda de color la cual indica el rango de voltaje a que pertenece VBO; Rojo de 45 a
60, dorado de 55 a 65, Naranja de 95 a 113, azul de 104 a 118 y verde de 110 a 125 voltios.
Diodo Zener: Es un diodo de silicio que se ha construido para que funcione en las zonas de rupturas. Mantienen la tensión entre sus terminales prácticamente constante en un amplio rango de intensidad y temperatura, cuando están polarizados inversamente, por ello, este tipo de diodos se emplean en circuitos estabilizadores o reguladores de la tensión.
Dopar: Añadir impurezas al cristal del semiconductor.
Electrónica: La rama de la Ciencia y la Técnica que se ocupa, por un lado, del estudio
del funcionamiento de los electrones en el vacío, en gases, en semiconductores, etc. en presencia de campos eléctricos y magnéticos y de las interacciones; electrón— materia y electrón—radiación. Por otro lado, se ocupa del diseño de los dispositivos y
Electrónica Digital: Rama de la electrónica que estudia las funciones discretas, ceros
y unos, abierto o cerrado, compuertas lógicas, código Morse, etc.
Electromecánico: Dícese de un dispositivo que combina dos estas dos partes de la
física para un fin prefijado.
Emisor Común: Se le denomina configuración de emisor común debido a que el
emisor es común o hace referencia a las terminales tanto de entrada como de salida (en este caso, es común tanto a la terminal de base como a la de colector).
Emuladores de microcontrolador: es una computadora que imita (o simula) las
funciones de un microcontrolador de la manera más fiel posible y en tiempo real.
Ensamblador: Programa que permite convertir código escrito en nemónico a código
binario ejecutable por la CPU.
Estado de Corte: El estado de corte es el punto donde la recta de carga corta a la
zona de corte de las curvas de salida.
Estado de Saturación: Estado de una cámara de ionización en la que prácticamente
todos los iones formados son capturados.
Estator: Construida a base de cavidades en las que van depositadas las bobinas.
Factor de potencia: Es la potencia real entre la potencia aparente de entrada
(ƒρ = cosƟ = Watts / Volts Amperes). Es una medida de la calidad de la energía eléctrica.
Frecuencia: Números de periodos por segundo.
Frecuencia de paso máxima: Es el máximo número de pasos por segundo que el
rotor puede efectuar obedeciendo a los impulsos de control.
Fuentes de alimentación: Es un dispositivo o subsistema que transforma la corriente
alterna de la red de distribución (primaria) de energía eléctrica en otro tipo de corriente eléctrica adecuado para la aplicación que se le vaya a dar (secundaria).
Fusible: Dispositivo utilizado para proteger dispositivos eléctricos y electrónicos,
permite el paso de la corriente mientras ésta no supere un valor establecido.
Lenguaje de PROGRAMACIÓN LADDER: El lenguaje de programación LADDER (escalera) permite representar gráficamente el circuito de control de un proceso dado