microcontroladores.

microcontroladores.

1. los microcontroladores se pueden encontrar en computadoras, celulares, impresoras, camaras, etc.

2. Inicialmente cuando no existan los microprocesadores se debian utilizar circuitos eléctricos, lo cual era complejo ya que se necesitaba de varios componentes y diferentes cuentas matemáticas.

   • con la aparición de este circuito integrado todo seria mucho mas fácil de entender y los diseños electrónicos serian mucho mas pequeños y simplificados.
     • El funcionamiento y aplicaciones de el microcontrolador y los microprocesadores permite profundizar en los aspectos tecnológicos de las arquitecturas de las nuevas computadoras, convirtiéndose de esta forma en una herramienta útil para el desarrollo de variadas aplicaciones que contribuyen al avance tecnológico y desarrollo integral de la sociedad.
       • En el año 1969, un equipo de ingenieros japoneses de la compañía BUSICOM llegó a Estados Unidos con una idea. La proposición se hizo a INTEL, y Marcian Hoff era el responsable del proyecto, a quien se le ocurrió pensar en una solución fundamentalmente diferente en lugar de la construcción sugerida la cual presumía que la función del circuito integrado se determinaría por un programa almacenado en él. Eso significaba que la configuración sería más simple, pero que requeriría mucho más memoria de lo que requería el proyecto que propusieron los ingenieros japoneses.

3. Un microcontrolador es un circuito integrado que contiene toda la estructura (arquitectura) de un microcomputador, o sea CPU, RAM, ROM y circuitos de entrada y salida

   • CPU: es la unidad central de procesamiento y actua como cerebro de un sistema computacional, administra toda actividad realizada en el sistema y lleva a cabo todas las operaciones sobre los datos. La CPU tiene capacidad para interpretar y ejecutar instrucciones codificadas en forma binaria, cada una de las cuales representa una operación simple. Por lo general, estas instrucciones son aritméticas (suma, resta, multiplicación, división), lógicas (AND, OR, NOT, etc.), de movimiento de datos, o de operaciones de bifurcación, y se representan mediante una serie de códigos binarios llamada conjunto de instrucciones.
     • conjunto de registros para el almacenamiento temporal de información: una unidad ALU para llevar a cabo operaciones sobre esta información: una unidad de decodificación y control de instrucciones que determina la operación a ejecutar e inicia las acciones necesarias para realizarla, y dos registros adicionales.
       • El registro de instrucciones (IR) almacena el código binario para cada instrucción a medida que se ejecuta, y el contador de programa (PC) almacena la dirección de memoria de la siguiente instrucción a ejecutar.
     • La búsqueda de una instrucción en la ROM del sistema es una de las operaciones fundamentales realizadas por la CPU. Involucra los siguientes pasos:
       • a) el contenido del contador de programa se transfiere al bus de direcciones
         • (b) se activa una señal de control de LECTURA
           • (c) los datos (el código de operación de la instrucción) se leen de la ROM y se transfieren al bus de datos
             • (d) el código de operación se almacena en el registro interno de instrucciones de la CPU, y
               • (e) el contador de programa se incrementa como preparación para la siguiente búsqueda en la memoria
     • Un programa, o software, es una serie de instrucciones que se combinan para ejecutar una tarea útil. La calidad del software (y no el grado de sofisticación de la CPU) es lo que determina el nivel de eficiencia y exactitud con que se ejecutan las tareas.
   • Los dispositivos de memoria a los que la CPU puede acceder en forma directa están constituidos por circuitos integrados, a los cuales se conoce como RAM y ROM. Existen dos características que distinguen una RAM de una ROM
     • La RAM es una memoria de lectura/escritura y es volátil.
     • La ROM es memoria solo de lectura y es NO volátil.
   • El acceso a los circuitos que rodean la CPU se lleva a cabo mediante el uso de tres buses: el bus de direcciones, el bus de datos, y el bus de control
     • La mayoría de las computadoras pequeñas cuenta con 16 o 20 líneas de dirección. Dado un número n de líneas de dirección, con la posibilidad para cada línea de estar en un nivel alto (1) o bajo (0), se puede acceder a 2n ubicaciones.
       • El bus de datos transfiere información entre la CPU y la memoria, o entre la CPU y los dispositivos de entrada/salida. aunque exista una gran cantidad de memoria en el sistema y la CPU posea un poder computacional enorme, el acceso a los datos (el movimiento de datos entre la memoria y la CPU a través del bus de datos) puede encontrarse con un embudo, dependiendo de la anchura del bus de datos.
         • El bus de control es una mezcolanza de señales, cada una de las cuales tiene una tarea específica en el ordenado control de actividades del sistema. En general, las señales de control son señales de sincronización que la CPU proporciona para coordinar el movimiento de la información en los buses de direcciones y de datos
         • La frase “computadora de 16 bits" se refiere a una computadora que tiene 16 líneas en su bus de datos. La mayoría de las computadoras cae dentro de las clasificaciones de 4, 8, 16 o 32 bits, donde el poder de cómputo en general aumenta a medida que se incrementa la anchura del bus de datos.
   • Los dispositivos de entrada/salida proveen una ruta para establecer la comunicación entre el sistema computacional y el “mundo real". Sin estos dispositivos, los sistemas computacionales serian maquinas de poca utilidad. Tres clases de dispositivos de entrada/salida son: almacenamiento masivo, interfaz humana, y control/monitoreo
     • Dispositivos de almacenamiento masivo: estos dispositivos almacenan grandes cantidades de información (programas o datos) que no caben en la memoria RAM de la computadora. Esta información debe cargarse en la memoria principal para que la CPU pueda acceder a ella. Los dispositivos de almacenamiento masivo se clasifican de acuerdo con su facilidad de acceso; pueden ser en linea o de archivo.
       • Dispositivos de interfaz humana: La unión del humano y la maquina se implementa mediante el teclado, la terminal de video (VDT) y la impresora. Las impresoras son dispositivos de salida que generan copias impresas. Las VDT también son dispositivos de salida y están constituidas básicamente por un tubo de rayos catódicos (CRT).
         • Dispositivos de control/monitoreo: Los dispositivos de control son salidas, o actuadores, que afectan lo que las rodea cuando se les suministra un voltaje o corriente (por ejemplo, motores y relevadores). Los dispositivos de monitoreo son entradas, o sensores, estimuladas mediante calor, luz, presión, movimiento, etc., y convierten esta energía en voltaje o corriente que una computadora puede leer (por ejemplo, fototransistores, termistores e interruptores).

4. Tipos de arquitectura:

   • La arquitectura de Von Neumann es una arquitectura que describe el diseño para un computador digital electrónico con partes que constan de una unidad de procesamiento que contiene una unidad aritmético lógica y registros del procesador, una unidad de control que contiene un registro de instrucciones y un contador de programa, una memoria para almacenar tanto datos como instrucciones, almacenamiento masivo externo, y mecanismos de entrada y salida
     • ¡La desventaja de esta arquitectura es que el canal de transmisión de los datos compartido entre CPU y memoria genera un cuello de botella de Von Neumann, un rendimientolimitado entre la CPU y la memoria en comparación con la cantidad de memoria. !
   • La arquitectura Harvard es una arquitectura de computadora con pistas de almacenamiento y de señal físicamente separadas para las instrucciones y para los datos.
     • Estas primeras máquinas tenían almacenamiento de datos totalmente contenido dentro la unidad central de proceso, y no proporcionaban acceso al almacenamiento de instrucciones como datos. Los programas necesitaban ser cargados por un operador; el procesador no podría arrancar por sí mismo.

5. Los set de instrucciones tradicionalmente se clasificaron en dos tipos:

   • CISC: Los microprocesadores CISC tienen un conjunto de instrucciones que se caracteriza por ser muy amplio y permitir operaciones complejas entre operandos situados en la memoria o en los registros internos
   • RISC: es un tipo de diseño de CPU generalmente utilizado en microprocesadores o microcontroladores con las siguientes características fundamentales: 1. Instrucciones de tamaño fijo y presentadas en un reducido número de formatos. 2. Sólo las instrucciones de carga y almacenamiento acceden a la memoria de datos.

6. Perifericos:

   • Entradas y salidas de propósito general - GPIO: agrupadas en puertos de 8 bits permiten leer datos del exterior o escribir en ellos desde el interior del microcontrolador, el destino habitual es el trabajo con dispositivos simples como relés, LED, o cualquier otra cosa que se le ocurra al programador.
     • Temporizadores y contadores:Son circuitos sincrónicos para el conteo de los pulsos que llegan a su poder para conseguir la entrada de reloj. Si la fuente de un gran conteo es el oscilador interno del microcontrolador es común que no tengan un pin asociado, y en este caso trabajan como temporizadores.
       • Los temporizadores son uno de los periféricos más habituales en los microcontroladores y se utilizan para muchas tareas, como por ejemplo, la medición de frecuencia, implementación de relojes, para el trabajo de conjunto con otros periféricos que requieren una base estable de tiempo entre otras funcionalidades.
       • Conversor analógico/digital: como es muy frecuente el trabajo con señales analógicas, éstas deben ser convertidas a digital y por eso muchos microcontroladores incorporan un conversor analógico-digital, el cual se utiliza para tomar datos de varias entradas diferentes que se seleccionan mediante un multiplexor
         • Puertos de comunicación:
           • Puerto serie: Este periférico está presente en casi cualquier microcontrolador, normalmente en forma de UART o USART dependiendo de si permiten o no el modo sincrónico de comunicación. El destino común de este periférico es la comunicación con otro microcontrolador o con una PC y en la mayoría de los casos hay que agregar circuitos externos para completar la interfaz de comunicación.
           • Comparadores: son circuitos analógicos basados en amplificadores operacionales que tienen la característica de comparar dos señales analógicas y dar como salida los niveles lógicos ‘0’ o ‘1’ en dependencia del resultado de la comparación.
           • Memoria de datos no volátil: muchos microcontroladores incorporaron estos tipos de memoria como periférico , para el almacenamiento de datos de configuración o de los procesos que se controlan. Esta memoria es independiente de la memoria de datos tipo RAM o la memoria de programas, en la que se almacena el código del programa a ejecutar por el procesador del microcontrolador.

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