REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD DR. RAFAEL BELLOSO CHACÍN
FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE COMPUTACIÓN
UNIDAD FUNCIONAL MÚLTIPLE BASADA EN TECNOLOGÍA PIC
TRABAJO ESPECIAL DE GRADO PARA OPTAR AL TÍTULO DE INGENIERO EN COMPUTACIÓN
PRESENTADO POR:
Br. CHASSAIGNE, EUGENIO Br. SÁNCHEZ, JOENNY
ASESORADO POR:
ING. FRANCISCO PARRA RUTH VALLEJO
MARACAIBO, AGOSTO 2003
UNIDAD FUNCIONAL MÚLTIPLE BASADA EN TECNOLOGÍA PIC
iii VEREDICTO
iv VEREDICTO
viii
DEDICATORIA
Todos los esfuerzos realizados y las metas alcanzadas que tiene n su tope en este trabajo especial de grado están dedicados a las personas que se nombran a continuación:
A mis padres y hermano, por darme el sustento, la motivación y el amor necesarios para alcanzar las metas; estoy orgulloso de ustedes. A mi tía Jacke y tía Chio, mujeres de gran fuerza e inteligencia que me quieren y me criaron como si fuese su hijo. A mi abuela Judid, que aunque ya no está conmigo en cuerpo, lo sigue estando en mente ya que cada día siento que miras desde el cielo. A mi abuela Dominga, por quererme, apoyarme y nunca olvidarme en cada día de su vida, así mismo a todos sus hijos (mis tío (a)s).
A todos en la casa en Santa Marta, ¡¡Ya tienen un Ingeniero en la familia!!, los quiero a todos. Al Msc Pedro Romero, por la ayuda, motivación y entusiasmo prestado lo cual me ayudo a la culminación de los objetivos planteados y alcanzar las metas trazadas. A todos mis amigos, especialmente a mis mejores amigos (ustedes saben).
LO LOGRAMOS. ESTO ES POR TODOS USTEDES.
Eugenio.
ix
DEDICATORIA
A mis PADRES, porque han sido ellos el pilar de mi vida, guiándome y mostrándome en cada momento, que para llegar donde se quiere, debes luchar, no importa cuántos obstáculos se interpongan.
A mis hermanos, Yadi, Jean Carlos (Coshito), Yoyita y John Eduard; a mis cuñados y muy especialmente, a “mis bebes” Tyron José y Naomy Andreína, que este logro compartido con ustedes, sea motivo para seguir adelante y alcanzar las metas que se propongan. ¡Vale más tarde que nunca!
Y por supuesto, a una MUJER, que más que mi abuela, fue mi Madre y Amiga. “Mi Mami”, sé lo orgullosa que estabas de mí, espero que Dios te de la oportunidad de verme y que dónde estés sepas que este esfuerzo también fue por TI. Te Quiero…
Con Cariño…
Su Barbie!
Joenny Carolina Sánchez Perea
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AGRADECIMIENTO
A Dios ante todo por ser la luz de esperanza que me motiva a nó rendirme en los momentos difíciles.
A mis padres por darme los regalos mas grandes que puede tener un hijo, “la vida” y junto con mi hermano, el amor diario que me consuela y me impulsa a ser mejor día tras día . A mi abuela Judid y mis tías Jacke y Chio, con las que viví gran parte de mi niñez en mi segundo hogar y gracias a eso soy la persona que soy ahora. Así mismo, a todos mis familiares en Riohacha, que me quieren como un hijo mas.
A mi abuelo Correa, por ser una imagen de perseverancia, sabiduría y paciencia constante en el desempeño laboral a lo largo de su vida. De igual forma va dedicado a mi gente querida de Santa Marta, los quiero mucho a todos.
A mi abuela Dominga, por el incansable apoyo brindado que día a día me impulsa a seguir adelante, como también a todos mis tío (a)s a lo largo de todo el territorio Venezolano.
A mi mami Betty, por quererme mucho e inculcar en mi los valores de disciplina, orden y responsabilidad. Te quiero mucho.
También quiero agradecer a todos los profesores por enseñarme la forma en la que debo y no debo hacer la cosas. Dentro de estos puedo mencionar:
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• Msc Pedro Romero (Jaimico, Bobería, Pedro Pica piedra, pare de
contar…), amigo y profesor exitoso, del que aprendí muchas cosas importantes como el respeto, amistad y que cualquier persona es exitosa solo si quiere serlo.
• Ing. Francisco Parra, por guiarme y orientarme en el desarrollo del trabajo de grado .
• Lic. Ruth Vallejo, por la ayuda prestada para la correcta organización y corrección de la información presentada.
• Ing. Luis Díaz, por su valiosa colaboración como asesor en el
desarrollo del proyecto.
También quiero dar gracias especiales a todos mis amigos pertenecientes a la gran familia, con los que estudie a lo largo de la carrera, ya que ellos ocupan un lugar muy importante en mi vida y en mi corazón y con los que compartí momentos buenos y malos, de alegría y también de tristeza;
especialmente a mis mejores amigos: Daniel, Henybett, Julio, Seily, Johana y El Negro
A TODOS MUCHAS GRACIAS ...
Eugenio.
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AGRADECIMIENTO
Principalmente a DIOS, por ser Él origen y destino de mi Vida, GRACIAS!, porque tú abres mis caminos y me haces recorrerlos con éxito;
por el ejemplo que tengo en mis padres, quienes formaron mi carácter y moldearon mi alma. GRACIAS!, porque estás conmigo, me escuchas y me proteges cada día.
A mis PADRES, por cada desvelo, por cada día en que se levantaron junto a mi en la madrugada, por su paciencia ante mi terquedad; por esa noche “Mi Papi”, en la que te encontré casi dormido por el cansancio, esperándome fuera de la universidad; por esa persistencia “Mi Mami” de enseñarme a hacer las cosas bien GRACIAS!; porque han estado conmigo en cada lágrima, cada sacrificio y en cada sonrisa. Si tuviera la oportunidad de nacer de nuevo pediría que fuese de ustedes. Por su nobleza y su AMOR, GRACIAS!!!,
A mis hermanos, porque me apoyaron en todo momento y me ayudaron a transitar con paso firme durante esta etapa de mi Vida.
Gracias Yoyi y Yadi, por su ayuda en las ocasiones en que sentía que ya no podía más…
A todos aquellos tíos (as), primos (as) y abuelas que en su momento supieron darme una mano.
A los profesores en general, quienes me ayudaron a adquirir conocimientos y desarrollar mis destrezas, especialmente, a aquellos que
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mostraron preocupación por mí y me brindaron su amistad: Ing. María Eugenia Fossi, Ing. José Linares, Ing. Alexis Landaeta, Ing. Jema Saloum, Ing. Johana Alvarado, Ing. Yasmir y Yadira Matos, Ing. Angel Villalobos, Ing.
Belkis Vera, Ing. Luis Díaz y todos aquellos a quienes no he nombrado.
Al profesor Pedro Romero (Bobería), quien nos condujo a realizar este proyecto y ha sido base fundamental para su total desarrollo.
Y por supuesto, a todos aquellos amigos que vivieron junto a mí esta experiencia, espero que aún fuera de la universidad, sigamos siendo “LA FAMILIA” que siempre fuimos. Sé que no soy una persona fácil de entender pero, a pesar de ello, siempre estuvieron allí para mí. GRACIAS, especialmente a Nery, Jennifer, Mónica, Joshe, Ramón, Chinitos, Totumos, Joha, Jima, Mike, Yuri, Carlos, Daniel, Nando, Leo y Patrick, porque todos y cada uno de ustedes supo, a su manera, celebrar mis virtudes y hacerme reconocer mis defectos; durante este tiempo, se convirtieron en personas muy especiales para mí y me alegra haber tenido la oportunidad de conocerles y ser su AMIGA.
GRACIAS!!! y hasta siempre…
Joe
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ÍNDICE GENERAL
ÍNDICE GENERAL PÁG.
VEREDICTO III AGRADECIMIENTO IV DEDICATORIA VIII ÍNDICE GENERAL X ÍNDICE DE CUADROS XIII
ÍNDICE DE FIGURAS XIV ÍNDICE DE ANEXOS XV
RESUMEN XVII
INTRODUCCIÓN 1
CAPÍTULO I. EL PROBLEMA 5
A. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 5
1. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA 8
B. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN 9
1. OBJETIVO GENERAL 9
2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS 9
C. JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN 9
D. DELIMITACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN 11
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II. MARCO TEÓRICO 13
A. ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN. 13
B. BASES TEÓRICAS 20
1. UNIDAD FUNCIONAL MÚLTIPLE. 20
2. UNIDAD PROCESADORA. 21
3. ORGANIZACIÓN DEL BUS DE DATOS. 24
4. UNIDAD ARITMÉTICO LÓGICA. 26
5. REGISTROS DE DESPLAZAMIENTO. 28
6. REGISTROS DE CONDICIÓN. 29
7. SEGMENTACIÓN DE INSTRUCCIONES. 31
8. PROCESAMIENTO EN PARALELO. 33
8.1 MULTIPROCESAMIENTO. 35
8.2 COMPUTACIÓN VECTORIAL. 38
8.3 ARQUITECTURA PARALELA. 42
8.3.1 ARQUITECTURA PARALELA RISC. 45
8.4 PROCESADORES PARALELOS. 49
9. UNIDAD DE CONTROL CENTRAL. 60
10. MICROCONTROLADOR PIC 61
11. ARQUITECTURA INTERNA 63
11.1 PROCESADOR 63
11.2 MEMORIA DE PROGRAMA 65
11.3 MEMORIA DE DATOS 66
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11.4 LÍNEAS DE E/S PARA CONTROLADORES PERIFÉRICOS 67
12. FAMILIA DE LOS PIC 67
13. RECURSOS FUNDAMENTALES 75
13.1 TEMPORIZADOR 76
13.2 PUERTOS DE E/S 77
C. DEFINICIÓN DE TÉRMINOS BÁSICOS 78
D. SISTEMA DE VARIABLES 82
III. MARCO METODOLÓGICO 85
A. TIPO DE INVESTIGACIÓN 86
B. TÉCNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS. 87
C. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN. 88
D. HERRAMIENTAS Y EQUIPOS. 92
IV. RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN 93
A. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS. 94
B. D ISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS. 109
CONCLUSIONES 111
RECOMENDACIONES 115
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 119
ANEXOS 122
xiii
ÍNDICE DE CUADROS
CUADRO Pág.
1. Contraste de Clasificación de Flynn con otros Autores. 53
2. Características de la Gama Enana. 68
3. Características de la Gama Baja. 70
4. Características de la Gama Media. 70
5. Características de la Gama Alta. 71
6. Características de los modelos PIC16F87x 95
7. Codificación de Colores de los Segmentos en Display y Pines Asociados 111
xiv
ÍNDICE DE FIGURAS
FIGURA Pág.
1. Bus de Datos para un Procesador. 25
2. Circuito de Desplazamiento de Cuatro Registros. 28
3. Procesador con su Palabra de Control. 30
4. Procesamiento en Paralelo. 43
5. Ejemplo de una Unidad Funcional Múltiple 57
6. Sistema de buses de memoria. 64
7. Memoria de Programa. 65
8. Gama Enana. 68
9. Gama Baja. 69
10. Gama Media. 71
11. Diagrama de Pines del PIC16F877 72
12. Recursos Fundamentales. 78
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ÍNDICE DE ANEXOS
ANEXOS Pág.
1. Familia de los PIC al Completo 123
2. Conjunto de Instrucciones 126
3. Estructura Interna del PIC16f874/877 127
4. Key Features 128
5. Pinout Description 129
6. Organizacion de Memória 131
7. Mapa de Registros 132
8. Registro Status 133
9. Registro Option 134
10. Registro Intcon 135
11. Registro Pie1 136
12. Registro Pie2 137
13. Pcl y Pclath 138
14. Puertos de E/S 139
15. Funciones del Puerto A 140
16. Puerto B 141
17. Funciones del Puerto B 142
18. Puerto C 143
19. Funciones del puerto C 144
20. Puerto D 145
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21. Puerto E 146 22. Trise 147 23. Módulos de las operaciones lógicas y aritméticas del programa
para la unidad funcional múltiple 148 24. Módulos para la muestra en display de los resultados de la
unidad funcional múltiple 150 25. Diseño de una unidad funcional múltiple basada en tecnología PIC152 26. Diagrama de flujo 153
27. Cuestionario empleado en la entrevista 155
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CHASSAIGNE CORREA, EUGENIO AUGUSTO Y SÁNCHEZ PEREA, JOENNY CAROLINA. “Diseño De Una Unidad Funcional Múltiple Basada En Tecnología PIC.” Trabajo Especial de Grado. Universidad Dr. Rafael Belloso Chacín. Facultad de Ingeniería. Escuela de Computación. Maracaibo, 2003.
RESUMEN
El propósito de esta investigación fue Diseñar una Unidad Funcional Múltiple Basada en Tecnología PIC, que proporcione las facilidades básicas de un procesador: suma, resta, AND, OR XOR, con la menor circuitería posible, tomando como base, la información proporcionada por autores como: Morris Mano (1985, 1999), Angulo (1999, 2001), Stallings (2000) y otros. Para tal fin, se llevó a cabo un estudio de tipo Proyectivo, exploratorio y documental, utilizando una metodología propia, basada en el cumplimiento de cinco fases.
La primera fase, estudio preliminar, desarrollada a través de la búsqueda de información en documentos existentes y mediante un cuestionario; la segunda fase, estudio de requerimientos, procediendo a la selección de los elementos necesarios para la propuesta. Una tercera fase, diseño de la unidad, donde se establece el cumplimiento al propósito descrito inicialmente, considerando la interconexión de los dispositivos y las rutinas de software que los controlarán. Sin embargo, se plantea una cuarta fase, en la que se propone materializar el diseño y verificar su funcionalidad, realizando la programación a través de un lenguaje máquina, con el editor MPLAB, lo que conlleva a una quinta fase en la que se ejecutan pruebas para verificar los resultados obtenidos como la transmisión de datos entre registros, el correcto funcionamiento de las herramientas empleadas y la visualización de los datos. Al finalizar esta investigación, se logró diseñar una unidad que cumple con las expectativas creadas inicialmente.
Palabras Claves: Microcontrolador, PIC, Unidad Procesadora.
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CHASSAIGNE CORREA, EUGENIO AUGUSTO Y SÁNCHEZ PEREA, JOENNY CAROLINA. “Multiple Functional Unity Design Based on PIC Tecnology.” Special work of Degree. University Dr. Rafael Belloso Chacín.
Engeneering Faculty. Computation School. Maracaibo, 2003.
ABSTRACT
The purpose of this investigation was to Design a Multiple Functional Unity based on PIC Technology, in order to get the basic functions of the processor: ADD, SUB, AND, OR, XOR, using just a little bit of the chip circuits and taking in account the Morris Mano (1985, 1999), Angulo (1999, 2001), Stallings (2000) and others authors books. In this case, was done a deeply study about it, that can be classified as: Projective, exploratory and documental, by means of our own methodology with the fulfillment of five phases. The first one, was a preliminary study developed trough previous documents, looking for information by a cuestionary and web sites; the second one, was a study about project requirements, going up with the necessary elements selection for the proposed. A third phase, Unity Design, where can make possible everything was described initially, taking in account the chips interconnection and the steps oh the software, who will have to control them. By the other hand, there is a fourth phase that suggest to get a physical design and check out his functionality, making a program with the machine language trough MPLAB editor and the last one, where the investigators can eject some tests, in order to verify if the originally intention was gotten like the data transmission trough the registers, the circuit tools working properly and the data visualization. This was confirmed at the end of the exploration because all the functions were predicted in a right way.
Key Words: Microcontroller, PIC, Process Unity.
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INTRODUCCION
Actualmente existe un constante crecimiento profesional y tecnológico que exige, a los investigadores la creación de elementos que permitan optimizar recursos, ya sea por la vía económica u operacional del mismo. Por tal motivo, se está sujeto a los permanentes cambios sociales, que cada vez más, sugieren respuestas inmediatas a sus necesidades y las someten a las más duras pruebas de comercialización y calidad.
Son miles los dispositivos de Hardware, que el hombre ha elaborado desde los inicios del avance tecnológico, para cubrir sus requerimientos mínimos de procesamiento de la información que maneja. No obstante, varían en tamaño, capacidad, costo, de forma muy considerable, produciendo en ocasiones resultados no tan satisfactorios como se espera de ellos.
El hecho de contar con un mecanismo que proporcione ventajas similares a otro, logrando maltratar en lo menor posible, la economía del individuo, se ha convertido en factor fundamental al momento de diseñar para una sociedad que demanda eficacia, pero que a la vez está envuelta en una situación como la de hoy en día. Estas, son algunas de las razones que conllevan al diseño de un nuevo elemento de hardware que realice las operaciones básicas de un procesador: Suma, Resta, OR, XOR, AND, pero con una disponibilidad totalmente accesible al usuario final, que además sea
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de fácil implementación y uso, consistente en una unidad funcional múltiple basada en tecnología PIC.
Este último elemento, se convierte en pieza fundamental de la propuesta, ya que en él radica la responsabilidad de manejar el diseño a proponer, así como ejecutar eficientemente todas y cada una de las operaciones asignadas con previa anticipación; permitiendo además la reducción de gastos, al concentrar en un solo dispositivo, la tarea de varios chips integrados.
Para la realización de esta investigación, se hizo necesario el desarrollo de cuatro capítulos, que brindaran la oportunidad de lograr las expectativas creadas en base a la propuesta, dichos capítulos se describen a continuación:
El capítulo I titulado El Problema, está formado por el Planteamiento del mismo, dónde se explica la situación actual de manera que conduzca a la formulación final de dicho problema; los objetivos de la investigación, tanto en general como específicos, con los cuales se observa hasta dónde se pretende llegar; además de la justificación, que se convierte en la o las razones por las que ésta se hace necesaria.
En el capítulo II, conocido como Marco Teórico, se encuentran los antecedentes de la investigación, es decir, referencias tomadas de trabajos relacionados con el que se está desarrollando; las bases teóricas, que sirven de apoyo y documentación para el mismo; así como la definición de términos básicos que contribuyen al mejor entendimiento de las ideas planteadas en la
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obra y por último, el sistema de variables con el que se explica tanto conceptual como operacionalmente cada una de ellas.
No obstante, un tercer capítulo titulado Marco Metodológico, describe el tipo de investigación a realizar, para luego establecer las técnicas o herramientas de recolección de datos, así como las fases o etapas implementadas para lograr los objetivos propuestos inicialmente.
En el capítulo IV, se dan a conocer los resultados de la investigación, para poder así evaluar la labor realizada y discutir las observaciones que haya referente a la misma, lo que conlleva al establecimiento de conclusiones sólidas y fundamentadas, además de recomendaciones del proyecto.
Posteriormente, se presentan las conclusiones de la investigación, conjuntamente con las principales recomendaciones que los autores proporcionan al lector, a fin de contribuir en su orientación, al llevar a cabo obras de este tipo, citando además, los textos vinculados y las gráficas que se consideran necesarias para mayor referencia, haciendo entrega del trabajo especial de grado titulado “Diseño de una Unidad Funcional Múltiple basada en Tecnología PIC”.
