unidad i los microcontroladores clase 2

7/25/2019 Unidad I Los Microcontroladores Clase 2

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Universidad Israel - Carrera de Electrnica Digital y TelecomunicacionesMicrocontroladores

Microcontroladores

1. Los Microcontroladores

1.1. IntroduccinLos microcontroladores estn conquistando el mundo. Estn presentes en nuestrotrabajo, en nuestra casa y en nuestra vida, en general. Se pueden encontrar controlandoel funcionamiento de los ratones y teclados de los computadores, en los telfonos, en loshornos microondas y los televisores de nuestro hogar. Pero la invasin acaba decomenzar y el nacimiento del siglo XXI ser testigo de la conquista masiva de estosdiminutos computadores, que gobernarn la mayor parte de los aparatos que fabricamosy usamos los humanos.Las extensas reas de aplicacin de los microcontroladores, que se pueden considerar

ilimitadas, exigirn un gigantesco trabajo de diseo y fabricacin.

Aprender a manejar y aplicar microcontroladores slo se consigue desarrollando

prcticamente diseos reales. Cuando se conoce un modelo y se han desarrolladoproyectos simples, es inmediato pasar a manejar otros microcontroladores y acometer

(emprender) complejos diseos. En ese momento, las posibilidades slo estn limitadas por

la imaginacin y la capacidad de trabajo.

1.2. Un poco de historiaEl desarrollo de cada nuevo dispositivo electrnico trae consigo tcnicas de diseodiferentes, por lo general, ms simples. En los aos sesenta, para construir un relojdigital se necesitaba acoplar un buen nmero de circuitos lgicos como contadores,divisores, decodifcadores y redes combinatorias. Al mismo tiempo, el diseador debaposeer muy buenos conocimientos sobre cada uno de los elementos.

A partir de 1970, el panorama de la electrnica cambi radicalmente con la aparicin

del microprocesador. Vendra la poca de oro del Z-80, el 8085, el 6800 y otros

microprocesadores utilizados como elementos centrales en aparatos de control, y se

consolidaran las tcnicas de integracin, el estudio de las memorias, la programacin

en lenguaje de mquina y la adaptacin de perifricos de todo tipo.

En 1980, aproximadamente, los fabricantes de circuitos integrados dieron a conocer un

nuevo chip llamado microcontrolador, el cual contena toda la estructura de un

microcomputador, es decir, unidad de proceso (CPU), memoria RAM, memoria ROM y

circuitos de entrada/salida. Este se concibi como un dispositivo programable que

puede ejecutar un sinnmero de tareas y procesos.Desde este momento, el diseo de productos electrnicos cambi radicalmente.

Circuitos lgicos, manejo de perifricos, temporizadores y estructura de computadores,

todo programable y alojado en un solo integrado; es decir, un pequeo computador para

todas las aplicaciones.

1.3. Sistemas microcontroladosHoy en da es comn encontrar microcontroladores en las cafeteras, hornos microondas,videograbadoras, alarmas, automviles, instrumentacin electrnica, control de sistemasen una nave espacial, etc. Cada vez existen ms productos que incorporan unmicrocontrolador con el fin de aumentar sustancialmente sus prestaciones, reducir sutamao y coste, mejorar su fiabilidad y disminuir el consumo. Las aplicaciones soninfinitas, el nico lmite es la imaginacin.


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La posibilidad de manejar seales de entrada y de salida, as como su capacidad para

procesar datos y tomar decisiones, lo convierten en uno de los elementos electrnicos

ms verstiles que existen. El diagrama general de un sistema microcontrolado se

muestra en la siguiente figura:

Figura 1.1. Diagrama general de un sistema microcontrolado.

Cuando se habla de dispositivos de entrada se hace referencia a todos los elementos que

pueden cambiar de estado ante alguna determinada condicin y generan una seal que

puede ser utilizada por el microcontrolador para tomar alguna decisin, por ejemplo unteclado, un interruptor, un sensor, etc. Los dispositivos de salida pueden ser indicadores

visuales (LED's, LCDs), indicadores audibles (zumbadores), interruptores de potencia

que manejan motores, u otros dispositivos como rels, motores, vlvulas etc.

Por ejemplo, veamos el caso de un horno de microondas:

Figura 1.2. Ejemplo del uso de un microcontrolador en un microondas.

En este ejemplo se tienen tres clases de dispositivos de entrada: el teclado por medio del

cual se programa la funcin que se desea, los sensores internos para controlar variables

como la temperatura y, si el horno tiene la posibilidad, un receptor remoto para ejecutar

las rdenes dadas por el usuario desde el control.

Como dispositivos de salida se tienen: el display, que puede ser de LED's o de cristal

lquido, el motor que hace girar los alimentos y algunos relevos que se encargan de

controlar o desactivar algunos componentes del hormo, lo cual permite, por ejemplo,

cambiar la potencia de coccin, entre otros.

Otra aplicacin tpica de microcontroladores podra emplear varios de estos para

controlar pequeas partes de un sistema. Estos pequeos controladores podran

comunicarse entre ellos y con un procesador central, probablemente ms potente, para

compartir la informacin y coordinar sus acciones, como, de hecho, ocurre ya

habitualmente en cualquier PC.


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1.4. Diseo con microprocesador vs. microcontroladorAntes de existir el microcontrolador, se utilizaban para control los sistemas conmicroprocesador, el cual necesitaba de varios elementos externos o mdulos para llevara cabo sus funciones.El microprocesador es un circuito integrado que contiene la Unidad Central de Proceso

(CPU), tambin llamada procesador que es el encargado de controlar el sistema yejecutar las funciones escritas en la memoria de programa. La CPU est formada por la

Unidad de Control, que interpreta las instrucciones, y el Camino de Datos, que las

ejecuta. Las patitas de un microprocesador sacan al exterior las lneas de buses de

direcciones, datos y control, para permitir conectarle con la memoria y los mdulos de

E/S y configurar un computador implementado por varios circuitos integrados. Se dice

qu un microprocesador es un sistema abierto porque su configuracin es variable de

acuerdo con la aplicacin a la que se destine, con las caractersticas que se desee y

acoplndole los mdulos necesarios.

Figura 1.3. Estructura de un sistema abierto basado en un microprocesador. La disponibilidad de los busesen el exterior permite que se configure a la medida de la aplicacin.

Lo que muestra la explicacin anterior es el carcter constante de la estructura de un

sistema con microprocesador en un circuito de control. No es difcil comprender

entonces por qu los fabricantes de circuitos integrados decidieron producir un chip

conteniendo toda la estructura necesaria para tener un microcomputador completo. Este

chip es el que se ha llamado microcontrolador.

Un microcontrolador es un sistema cerrado que contiene un computador completo y de

restaciones limitadas que no se pueden modificar.

Figura 1.4. Idea general de un microcontrolador. El microcontrolador es un sistema cerrado. Todas laspartes del computador estn contenidas en su interior y slo salen al exterior las lneas que gobiernan los

perifricos.


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La idea de un microcomputador se limita al esquema mostrado en la figura anterior,

donde se tiene una fuente de alimentacin, un circuito de reloj y el chip

microcontrolador. Solamente se requiere grabar el programa en la memoria ROM; los

puertos ya estn listos para conectarse al mundo exterior.

Si slo se dispusiese de un modelo de microcontrolador, ste debera tener muypotenciados todos sus recursos para poderse adaptar a las exigencias de las diferentes

aplicaciones. Esta potenciacin supondra en muchos casos un despilfarro. En la

prctica cada fabricante de microcontroladores oferta un elevado nmero de modelos

diferentes, desde los ms sencillos hasta los ms poderosos.

Es posible seleccionar la capacidad de las memorias, el nmero de lneas de E/S, la

cantidad y potencia de los elementos auxiliares, la velocidad de funcionamiento, etc.

Por todo ello, un aspecto muy destacado del diseo es la seleccin del microcontrolador

a utilizar.

1.5. Ventajas del microcontrolador sobre el microprocesadorComo se puede ver, existen algunas ventajas importantes cuando se realiza el diseo deun circuito utilizando un microcontrolador:

El circuito impreso es mucho ms pequeo ya que muchos de los componentes se

encuentran dentro del circuito integrado.

El costo del sistema total es mucho menor, al reducir el nmero de componentes.

Los problemas de ruido que pueden afectar los sistemas con microprocesador se

eliminan, debido a que todo el sistema principal se encuentra en un slo

encapsulado.

El tiempo de desarrollo de un sistema se reduce notablemente.

Aumento de la fiabilidad, al reemplazar un elevado nmero de elementos por elmicrocontrolador disminuye el riesgo de averas y se precisan menos ajustes.

Mayor flexibilidad, las caractersticas de control estn programadas por lo que su

modificacin slo necesita cambios en el programa de instrucciones.

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