el microcontrolador y los componentes electrónicos

El Microcontrolador

Ing. Teófilo Copa F.Dpto. Informática UAJMS

t@uajms.edu.bo

¿Qué es un microcontrolador?

Es un dispositivo electrónico capaz de llevar a cabo procesos lógicos.

Éstos procesos o acciones son programados en lenguaje ensamblador por el usuario.

Un microcontrolador es capaz de controlar un submarino, una grúa, un ascensor, etc.

Definición

Es un circuito integrado que contiene todos los elementos electrónicos que se utilizan para hacer funcionar un sistema basado con un microprocesador.

En un solo chip esta contenido: La CPU, la memoria RAM, ROM, puertos de entrada y salida y otro periféricos.

Diferencias frente al microprocesador

El microprocesador es un sistema abierto, algunas partes se encuentra en el exterior, lo cual le permite configurar a medida de la aplicación

Diferencias frente al microprocesador

El microcontrolador es un sistema cerrado. Todas las partes del procesador están contenidos en su interior y solo salen al exterior la líneas que gobiernan los periféricos.

microcontroladores hoy en día

Están presentes en nuestra casa, en nuestro trabajo, en nuestra vida, en general.

Se encuentran en los ratones, teclados, telefonos, computadoras, impresoras, modems, microondas, tv, juguetes, coches, etc.

Cada vez existen más productos que incorporan un microcontrolador con el fin de mejorar sustancialmente sus prestaciones.

Arquitectura internaArquitectura de Von Neumman

El CPU está conectado a una memoria única donde se guardan las instrucciones del programa y los datos.

Arquitectura internaArquitectura Harvard

El CPU está conectada a dos memorias una con las instrucciones y otra con los datos, por medio de dos buses diferentes.

Elementos del microcontrolador

La Unidad Central de Proceso

Es el elemento mas importante, controla todos los proceso dentro μC.

Elementos del microcontrolador

La Unidad de memoria

Es utilizada para almacenar datos del μC.

Existen varios tipos de memoria en el μC

Tipos de memoriaROM, se utiliza para guardar de manera permanente el programa que se ejecuta. Normalmente son de 64 Kb.

MROM, el contenido es programado por el fabricante del uC.

OTP ROM, Memoria programable una sola vez.

Tipos de memoriaUV EPROM, ROM programable borrable por rayos ultravioleta.

MEMORIA FLASH, es posible escribir y borrar ilimitadas veces.

RAM, al apagar la fuente de alimentación se pierde el contenido de la memoria RAM.

EEPROM, ROM programable y borrable eléctricamente

REGISTROSUn registro o una celda de memoria es un circuito electrónico que puede memorizar el estado de un byte.

Elementos del microcontrolador

Puertos de entrada y Salida

Permiten comunicar al procesador con el mundo exterior a través de interfaces o con otros dispositivos.

Elementos del microcontroladorPuertos de entrada y Salida

Permiten comunicar al procesador con el mundo exterior a través de interfaces o con otros dispositivos.

Elementos del microcontrolador

Reloj Principal

Es el motor del sistema y la que hace que el programa y los contadores avancen.

Elementos del microcontrolador

Juego de instrucciones, es la cantidad de instrucciones que es capaz de entender el uC.

Juego de instrucciones

RISC(Computadora con juego de instrucciones reducidas), el uC sólo reconoce y ejecuta operaciones básicas, las operaciones más complejas lo realiza combinando las básicas.

Juego de instrucciones

CISC(Computadora con juego de instrucciones complejo), el uC es capaz de ejecutar más de 200 instrucciones diferentes.

Juego de instrucciones

SISC(Computadora con juego de instrucciones Especifico), el juego de instrucciones además de ser reducido, es específico, las instrucciones se adaptan a las necesidades de la aplicación prevista.

Recursos especiales

Cada fabricante oferta numerosas versiones de una arquitectura básica de uC,

Algunos tienen mas capacidades de memoria.Otros reducen las prestaciones al mínimo para aplicaciones simples.

De esta manera se minimiza el coste.

Recursos especiales

Algunos recursos especiales que incorporan los uC son:

Temporizadores o Timers

Perro guardian o Watchdog

Proteccción ante fallo de alimentación o Brownout.

Estado de repaso o de bajo consumo(Sleepmode)

Conversor A/D (Analogico -> Digital).

Conversor D/A (Digital -> Analogico).

Comparador analogico.

Modulador de anchura de impulsos PWM

Puertas de E/S digital.

Puertos de comunicación

Temporizadores(Timer)

Se utilizan para controlar periodos de tiempo.

Generalmente son registros SFR de 8 o 16 bits cuyo contenido se aumenta automáticamente con cada pulso.

Temporizador Watch Dog

Es un contador que, cuando su valor llega al máximo, provoca un reset automáticamente en el sistema.

Se activa por ejemplo cuando hay un bucle infinito.

Conversor A/D

Es el encargado de convertir señales continua en números digitales discretos.

En otras palabras convierte un número real a número binario.

Se utiliza para medir el voltaje en el pin de entrada el resultado es un numero(10101110) .

Conversor A/D

Conversor D/A

Realiza el proceso inverso del conversor A/D

Puertas de comunicación

Son recursos que permiten comunicarse al uC con otros dispositivos externos.

UART adaptador de comunicación serie asincrónica (Ej.Puerto Serial).USART adaptador de comunicación seria sincrona y asincrona.USBBus I2C, Interfaz en serie de 2 hilosCAN, Permite la conexión con redes conexionado multiplexado.

Microcontrolador PICEs la familia de micro controladores más usado tiene diferentes gamas.

Herramientas

Herramientas básicas

Cautín, es una herramienta que nos permite soldar circuitos electronicos

Herramientas básicas

Estaño, es un material aleación estaño y plomo (60, 40) que permite unir componentes electrónicos.

Herramientas básicas

Desoldador, es una herramienta que absorve el estaño fundiendolo simultaneamente, con lo cual permite desoldar.

Herramientas básicas

Pinzas Destornillador

Herramientas básicas

Alambre/Jumpers

Multimetro

Es una herramienta que se utiliza para medir magnitudes eléctricas como la tensión, la corriente, la resistencia, etc.

ProtoboardEs una placa para construir prototipos de circuitos electrónicos sin la necesidad de soldar

Introducción a la electronica

La ley de ohmEs uno de las leyes básicas de la electricidad, se cimenta en tres partes:

La ley de OhmPor tanto:

si quiero tener más corriente(I) tendré que tener más tensión(V),

Si quiero tener menos, poner una resistencia(R) más grande

Componentes Electronicos

Resistencia

Es un dispositivo que disminuye la corriente que pasa por ella.

El valor de la resistencia se mide en Ohmios(Ω)

Diodo

Es un dispositivo que permite el paso de corriente en un solo sentido

ReléEs un interruptor accionado por un electroimán.

Transistor

Es un dispositivo que cumple la función de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador. Tiene tres partes: la base(B), el emisor(E), y el colector (C).

Condensador o Capacitor

Es un componente capaz de almacenar carga eléctrica, su unidad de medida es en faradio(f)

LED

Es la variante de un diodo que emite luz

Pulsador

Es utilizado para activar o desactivar alguna función, en su interior tiene 2 contactos Normalmente Abierto o Normalmente Cerrado.

Potenciómetro

Es una resistencia cuyo valor de resistencia es variable, de esta manera se puede controlar la intensidad de corriente que fluye por un circuito.

Fotocelda

Es una resistencia cuyo valor varía ante las variaciones de la luz. Presenta un valor bajo de su resistencia ante la presencia de luz y un alto valor de resistencia anta la ausencia de luz.

Zumbador o buzzer

El zumbador, en un transductor electroacústica que produce un sonido o zumbido continuo cuando fluye corriente por ella.

Motor DC

Convierte la energia electrica en mecanica.

Programación

Lenguaje máquina

Es un sistema de códigos directamente interpretable por un circuito programable, como el microprocesador o un microcontrolador.

Esta compuesto de un conjunto de instrucciones que determinan las acciones que debe ser tomados por la maquina.

Trabaja en 2 niveles de voltaje Uno(1) o Cero(0) por esta razon se emplea teorias del algebra booleano en el diseño de circuitos.

Lenguaje ensamblador

Es un lenguaje de programación de bajo nivel para computadores, microcontroladores y otros circuitos integrados programables.

Implementa una representacion simbolica de los códigos de máquina.

Esta representacion es usualmente definida por el fabricante del hardware.

Un lenguaje ensamblador es por lo tanto específico para cada arquitectura de computadora (no es portable).

Lenguaje de alto nivel

Se caracteriza por expresar los algoritmos de una manera adecuada a la capacidad cognitiva humana, en lugar de la capacidad ejecutora de las máquinas

Fue creado para que un usuario común pudiese solucionar un problema de procesamiento de datos de una manera más facil y rapida.

ARDUINO

El proyecto arduino

Arduino es una plataforma de hardware libre, basada en una placa con un microcontrolador y un entorno de desarrollo, diseñada para facilitar el uso de la electrónica en proyectos multidisciplinares.

El hardware consiste en una placa con un microcontrolador Atmel AVR y puertos de entrada/salida

Familia arduino

Partes de la placa

Kit básico

FritzzingEs un software para diseñar los montajes en el protoboard y a partir de ella generar el plano y la PCB(Circuito Impreso).