APUNTES DE MICROPROCESADORES Y MICROCONTROLADORES
Temario
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Introducción a los microcontroladores (MCU) y Microprocesadores (MPU)
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Estructura de un MPU
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Estructura de un MCU
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Elementos estructurales de la memoria
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Programación del MPU
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Interfase del MCU con dispositivos externos
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Puertos de comunicación E/S paralelo
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Puertos de comunicación serial asíncrona y síncrona
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Temporizadores
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Aplicaciones de los MPU y MCU
BIBLIOGRAFIA
INTEL **MOTOROLA** **TEXAS INSTRUMENT**
NICHO Computadoras personales Control de procesos industriales Procesamiento digital (DSP)
ARQUITECTURA VON NEWMAN
Propuso dos conceptos básicos:
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Utilización del sistema de numeración binaria
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Almacenamiento de la secuencia de instrucciones de que consta el programa de una memoria interna, fácilmente accesible, junto con los datos de referencia, con esto se aumento la velocidad de proceso.
Un solo bus de datos y direcciones, el mismo bus se emplea para enviar y recibir instrucciones y datos. Los datos y las instrucciones son almacenados en una memoria principal, CPU va a la memoria principal, extrae las instrucciones y después los datos.
arquitectura harvard
Esta arquitectura se caracteriza por tener por separado el bus de datos y el bus de direcciones. Esto significa que las instrucciones y los datos son almacenados en memorias diferentes que son accedidas de forma separada por la CPU.
elementos de una computadora
MicroprocesadoRES
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La unión de una Unidad Central de Control y la ALU, junto con algunos registros de transferencia forman la Unidad Central de Procesos o CPU de una computadora.
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El concepto de CPU nace con las computadoras electrónicas de la primera generación fabricadas con tubo de vacío.
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El concepto de Microprocesador nace con las computadoras electrónicas de la tercera generación fabricadas a base de circuitos integrados.
un microprocesador es un cpu integrado
ALU: procesa uno o dos números binarios efectuando operaciones aritméticas y operaciones lógicas.
unidad de control: responsable del control de todo el sistema, se encarga de proporcionar la secuencia y tiempo para el procesamiento de las instrucciones axial como la trayectoria y destino de los datos, se apoya en una señal de reloj el cual sincroniza el desarrollo temporal de todas las señales de control dentro y fuera del microprocesador. El sistema en cada instante en un estado perfectamente definido.
analogia: un policía de transito, dice quien pasa y quien no, su dirección y el momento en que deben hacerlo.
registro de control de condicion de estados (CCR): este registro proporciona información acerca de la última operación efectuada en la ALU, también conocido como registro de banderas.
acumuladores A y b: registros para almacenar operandos para ser procesados por la ALU.
registro de direccionamiento de memoria (MAR): registro para direccionar unívocamente localidades de memoria principal. Si 16 bits, 2^16^= localidades direccionadas.
registro de direccionamiento de datos (MDR): registro para transferir datos desde o hacia la memoria principal.
registro de instrucciones (IR): registro para almacenar el código de la instrucción de cada operación efectuada por el microprocesador.
contador de programa (PC): registro para almacenar el número de la siguiente instrucción a ser procesada por el microprocesador.
registro x: registro para el manejo de índices, es como un directorio, con índice para acceder rápidamente y hacer tareas.
apuntador de pila (SP): registro para el manejo de subrutinas o interrupciones y otras operaciones.
comunicaciÒn entre modulos
La comunicación entre los módulos se efectúa en atención al tipo de información que se procesa. Puede ser de 3 tipos:
CONTROL
DATOS
DIRECCIONES
¿ que es esto ?: se integraron en un solo chip y se le llama microcontrolador μP+RAm+rom+puertos-E/S
apunte anexo para la compreNsion de la mar y la mdr
PROBLEMA:
Para una memoria RAM de 2Kb y una ROM de 4Kb se usan como memoria principal de un microprocesador que tiene una longitud de palabra de 1 byte.
a) Determinar el número de palabras de la memoria RAM
1Kb=1024 bits
#bits totales RAM = 2(1024)=2048 bits --> 2048 [bits]/ 8 [bits/palabra]=256 [palabras]
a) Determinar el número de palabras de la memoria ROM
1Kb=1024 bits
#bits totales ROM= 4(1024)=4096 bits --> 4096 [bits]/ 8 [bits/palabra]=512 [palabras]
a) Numero total de palabras de la memoria total.
#palabras totales = =256+512 = 768 palabras
a) Número de líneas necesarias para el direccionamiento.
2^#lineas^=768
#lineas pertenece a los enteros.
#lineas = 10
MICROCONTROLADOR Mcu UNIDAD DE CONTROL ES UN SISTEMA COMPLETO QUE INCLUYE EN UN SOLO chip: para que sea MCU debe tener al menos estos elementos la memoria no es masiva ya que solo se requiere para control de procesos. ESTRUCTURA DE UN MICROPROPROCESADOR es el centro nervioso del mPU, proporciona la secuencia y tiempo para el procesamiento de las instrucciones, asi como para el control de la trayectoria y el destino de los datos. ¿Cómo ES LA SECUENCIA? CICLO DE PROCESAMIENTO (consta de dos etapas) El formato para especificar una instrucción esta compuesto por dios campos fundamentalmente Cada operador y operando ocupan un lugar especifico en la memoria principal de forma tal que c/u de ellos, tiene que ser direccionado en forma secuencial y uno a la vez
CICLO DE PROCESAMIENTO Y CICLO DE RELOJ DEL MPU
Sea F=2[MHz]=(1/4)*8[MHz]
T=0.5[μs]
0.5 [μs] 0.5 [μs] FETCH EXECUTE 1 [μs] CICLO DE PROCESAMIENTO
El ciclo de procesamiento se ejecuta en 1[μs]
No confundir el ciclo de procesamiento con el ciclo de reloj del mpu
EJEMPLO:
De acuerdo a la siguiente instrucción del μP especificado determinar el número de ciclos necesarios para que se efectúe la instrucción y lo que sucede en cada ciclo.
mPU 8 bits
memoria principal 65kBYTE
instrucción: suma contenido de la localidad de memoria $04b5 al contenido del acumulador y coloca el resultado en el acumulador
FALTA DIAGRAMA ILUSTRATIVO DE LAS OPERACIONES
4 ciclos de trabajo
FETCH
Pc direcciona localidad 65 via MAR pc 0065 y su contenido se va al registro de instrucciones via MDR
ciclo de PROCESAMIENTO 1
t1
Señal: cualquier magnitud física de naturaleza eléctrica codificada en código binario.
Este código puede ejecutarse directamente en el microprocesador.
Lenguaje maquina:
Una reducción significativa en la dificultad de programación se consiguió con la ejecución de los lenguajes ensambladores.
Lenguaje ensamblador: el lenguaje que permite escribir instrucciones en forma simbólica utilizando nombres fácilmente recordables (nemotécnicos).
ESTRUCTURA DE LOS ELEMENTOS DE MEMORIA
ESTADO ACTUAL DE LA TECNOLOGÍA
Esquema básico de una memoria
{width="3.7291666666666665in" height="1.75in"}
{width="6.678472222222222in"
height="3.9583333333333335in"}
MEMORIA DE SEMICONDUCTOR
MEMORIA RAM MEMORIA ROM MEMORIA SERIE
{width="6.680555555555555in"
height="2.9583333333333335in"}
MODOS EN QUE TRABAJA EL MICROCONTROLADOR HC11
MODO MODO B MODO A ¿QUE HACE? single chip 1 0 El mC funciona como tal, es decir, con toda la disponibilidad de sus puertos y con un alcance para el usuario definido por su memoria interna EXPANDED MODE 1 1 El mC funciona como microprocesador, direccionando una memoria externa, la cual s direcciona vía el bus de expansión de direcciones, perdiéndose por lo tanto los puertos D y C del mP. Así, quedan disponibles 16 pines para direccionar una memoria exterior hasta 64Kb BOOTSTRAP 0 0 Variación del modo single chip, modo que ejecuta un programa bootloader en una memoria ROM interna llamada bootstrap. La memoria contiene el programa bootloader y conjunto especial de vectores de interrupción y reset. TEST 0 1 Modo especial de prueba para los recursos del mC, ejecutado por el fabricante.
MODOS EN QUE TRABAJA EL MICROCONTROLADOR HC12
programacion del microcontrolador y el microprocesador
formato de instrucciones
Mnemónico
Código de
Operación
Numero de
Bits
{width="6.677083333333333in"
height="4.760416666666667in"}
MODELO DE PROGRAMACION DEL HC12
{width="6.489583333333333in" height="5.96875in"}
cosas interesantes acerca de un microprocesador.
una forma tipica de medir el rendimiento es por el tiempo de ejecucion de los programas:
rendimiento = 1/(tiempo de ejecución)
mips: millones de instrucciones por segundo
mflops: millones de operaciones en coma flotante por segundo
existen una serie de test que permiten medir el rendimiento de todo el sistema en conjunto.