MICROCONTROLADORESTEMA 3

Familias, Buses, Memoria

Concepto y caractersticasUn microprocesador es un dispositivo digital diseado para manipular informacinTienen 3 busesDatos: Contiene el flujo de informacinDirecciones: Controla la posicin actual en memoriaControl: Regula el flujo de informacin para evitar conflictos

Arquitecturas segn el HardwareArquitecturaLa arquitectura de un procesador consiste en el conjunto de caractersticas que lo identifican.Describe de manera resumida las capacidades y posibilidades de operacin del microprocesador.Se clasifican segn Hardware y Software:

Von NeumanSegmentadaHardwareArquitecturas segn el SoftwareCISCRISCCRISC

Mquina secuencialEjecuta solo una operacin a la vezBus de datos y direcciones compartidosLentaGeneralmente se combina con software tipo CISCArquitectura Von NeumanArquitectura SegmentadaMquina secuencialBuses de datos y direcciones compartidosDiseo multietapa (Pipeline)El diseo multietapa le permite ejecutar ms de una operacin a la vezSe encuentra combinada con software CISC y en pocas ocasiones con RISCMs rpida que Von Neuman

Arquitectura HarvardSepara los buses de datos, direcciones y control, y los hace totalmente independientes.Lo anterior permite leer instrucciones con mayor velocidadPueden direccionar altas cantidades de memoriaSe combinan con software RISCArquitectura CISCComplex Instruction Set ComputerSet de instrucciones grandeOfrece una amplia gama de operacionesFacilita el trabajo de programacinReduce el tamao del cdigo de programaIncrementa el costo de aprender la programacin

Arquitectura RISCReduced Instructio Set ComputerPocas instruccionesMs fcil de aprender el mtodo de programacinMayor tamao del cdigo de programa

Arquitectura CRISCCombinacin de CISC con RISCComplex-Reduced Instruction Set Computer

Ejemplo de Arquitectura BsicaBus de DireccionesBus de Control

FAMILIA DE MICROCONTROLADORESEstructurada por familias y subfamilias.

Por ejemplo, cada familia tiene el mismo ncleo del procesador (su cdigo ser compatible): 8051,PIC,HC,ARM

O son familias orientadas a la aplicacinO por performance (de diferente tipo)

Oferta de Microcontroladores

Familia de Microcontroladores

Famlia de Microcontroladores

Familia de MicrocontroladoresDentro de cada familia hay mucha variedad de dispositivosPueden estar agrupados en subfamiliasUna forma de clasificacin es en base a los perifricos que integran o memoriaEjemplo: Familia MC9RS08KA

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Actividad: Investigar las diferentes familias en una tabla sobre fabricante, tio de arquitectura y bits que trabaja

MemoriaRegistros (memoria de corto plazo):Pequea (relativamente)Almacenamiento temporario p/CPUMemoria de datosRelativamente GrandeAlmacena datos mientras el MCU funcionaMemoria de programaRelativamente GrandeDe preferencia, mantiene el programa incluso con el MCU apagado.

Hay dos tipos de buses: Bus de direcciones : consiste en tantas lneas como sean necesarias para direccionar la memoria. Se utiliza para transmitir la direccin de la CPU a la memoria.

Bus de datos: es tan ancho como los datos, en este caso es de 8 bits o lneas de ancho. Se utiliza para conectar todos los circuitos dentro del microcontrolador.

COMUNICACIN EN SERIELa conexin paralela entre el microcontrolador y los perifricos a travs de los puertos de entrada/salida es una solucin perfecta para las distancias cortas - hasta varios metros.

No obstante, en otros casos cuando es necesario establecer comunicacin entre dos dispositivos a largas distancias no es posible utilizar la conexin paralela. En vez de eso, se utiliza la conexin en serie.

Hoy en da, la mayora de los microcontroladores llevan incorporados varios sistemas diferentes para la comunicacin en serie, como un equipo estndar. Cul de estos sistemas se utilizar en un caso concreto, depende de muchos factores, de los que ms importantes son:Con cuntos dispositivos el microcontrolador tiene que intercambiar los datos?Cul es la velocidad del intercambio de datos obligatoria?Cul es la distancia entre los dispositivos?Es necesario transmitir y recibir los datos simultneamente?BUS

BUSUna de las cosas ms importantes en cuanto a la comunicacin en serie es el Protocolo que debe ser estrictamente observado. Es un conjunto de reglas que se aplican obligatoriamente para que los dispositivos puedan interpretar correctamente los datos que intercambian mutuamente. Afortunadamente, los microcontroladores se encargan de eso automticamente, as que el trabajo de programador/usuario es reducido a la escritura y lectura de datos.

VELOCIDAD DE TRANSMISIN SERIALLa velocidad de transmisin serial (baud rate) es el trmino utilizado para denotar el nmero de bits transmitidos por segundo [bps]. Fjese que este trmino se refiere a bits, y no a bytes! El protocolo normalmente requiere que cada byte se transmita junto con varios bits de control. Eso quiere decir que un byte en un flujo de datos serial puede consistir en 11 bits. Por ejemplo, si velocidad de transmisin serial es 300 bps un mximo de 37 y un mnimo de 27 bytes se pueden transmitir por segundo.

BUSLos sistemas de comunicacin serial ms utilizados son:

I2C (INTER INTEGRATED CIRCUIT) - CIRCUITO INTER-INTEGRADOCircuito inter-integrado es un sistema para el intercambio de datos serial entre los microcontroladores y los circuitos integrados especializados de generacin. Se utiliza cuando la distancia entre ellos es corta (el receptor y el transmisor estn normalmente en la misma placa de circuito impreso). La conexin se establece por medio de dos lneas - una se utiliza para transmitir los datos, mientras que la otra se utiliza para la sincronizacin (la seal de reloj). Como se muestra en la figura, un dispositivo es siempre el principal (master - maestro), el que realiza el direccionamiento de un chip subordinado (slave - esclavo) antes de que se inicie la comunicacin. De esta manera un microcontrolador puede comunicarse con 112 dispositivos diferentes. La velocidad de transmisin serial es normalmente 100 Kb/seg (el modo estndar) o 10 Kb/seg (modo de velocidad de transmisin baja). Recientemente han aparecido los sistemas con la velocidad de transmisin serial 3.4 Mb/sec. La distancia entre los dispositivos que se comunican por el bus I2C est limitada a unos metros.

BUSSPI (SERIAL PERIPHERAL INTERFACE BUS) - BUS SERIAL DE INTERFAZ DE PERIFRICOSUn bus serial de interfaz de perifricos es un sistema para la comunicacin serial que utiliza hasta cuatro lneas (normalmente solo son necesarias tres) - para recibir los datos, para transmitir los datos, para sincronizar y (opcional) para seleccionar el dispositivo con el que se comunica. Esto es la conexin full duplex, lo que significa que los datos se envan y se reciben simultneamente.La velocidad de transmisin mxima es mayor que en el sistema de conexin I2C.

BUSUART (UNIVERSAL ASYNCHRONOUS RECEIVER/TRANSMITTER) - TRANSMISOR-RECEPTOR ASNCRONO UNIVERSALEste tipo de conexin es asncrona, lo que significa que no se utiliza una lnea especial para transmitir la seal de reloj. En algunas aplicaciones este rasgo es crucial (por ejemplo, en mandar datos a distancia por RF o por luz infrarroja). Puesto que se utiliza slo una lnea de comunicacin, tanto el receptor como el transmisor reciben y envan los datos a velocidad misma que ha sido predefinida para mantener la sincronizacin necesaria. Esto es una manera simple de transmitir datos puesto que bsicamente representa una conversin de datos de 8 bits de paralelo a serial. La velocidad de transmisin no es alta, es hasta 1 Mbit/sec.

Memoria: Tipo fsicos

Actividad: Investigar los diferentes tipos de memoria

Memoria: AtencinS/DRAM: sin limite de escriturasEEPROM: 100.000 ciclos de borradoFlash: 10.000 ciclos de borrado

Memoria: DireccionamientoSeparado:Cada tipo fsico se direcciona por separado (por ejemplo, usando diferentes registros ndices)Hay direcciones repetidasContnuo:Se accede siempre igual y la logica interna accede a la memoria que correspondeNo hay direcciones repetidas

Memoria: DireccionamientoSeparado

Memoria: DireccionamientoContinuo

Memoria: ejercicioFor (i=100;i>=0;i--)Inadvertidamente i es almacenada en EEPROMInadvertidamente i esta implementada como unsignedComo la EEPROM es lenta, cada iteracin lleva, digamos, 10 msQue pasa al conectar el MCU?:el programa se cuelgaMe doy cuenta, digamos, a los 10 segundosEmpiezo a debuggear el programa (pero no apago el MCU)En cuanto tiempo me quedo sin microcontrolador?

***Ver aqu el catlogo

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