Estructuras Y Caracteristicas De Un PIC

ESTRUCTURA Y CARACTERISTICAS

DE UN PIC

¿QUÉ ES UN PIC?

Los circuitos integrados programables (Programmable Integrated Circuits = PIC) son

componentes sumamente útiles en la Electrónica de Consumo. Aun cuando son conocidos desde hace

más de veinte años, existen en la actualidad nuevos tipos que cumplen con una serie de requisitos y características

sumamente útiles. Como una primera aproximación podemos definir a un PIC como “un

chip que me permite obtener un circuito integrado a mi medida”, es decir puedo hacer que el PIC se

comporte como un procesador de luminancia o un temporizador o cualquier otro sistema mediante un

programa que le grabo en una memoria ROM interna.

Los microcontroladores PIC son, en el fondo, procesadores similares a otros tipos, como por ejemplo

la familia de los microprocesadores X86, 80486, Pentium y muchos otros que usan una arquitectura interna

del tipo Von Neumann. En este tipo de arquitectura los datos y la memoria del programa se encuentran

en el mismo espacio de direcciones.

En realidad, un microprocesador y un microcontrolador no son la misma cosa. Los

PICs son microcontroladores, es decir, una unidad que posee en su interior al microprocesador

y a los elementos indispensables para que pueda funcionar como una minicomputadora

en un solo chip.

Un microprocesador es solamente la unidad central de procesos o CPU, la memoria, los puertos y

todos los demás periféricos son exteriores. La programación de un microprocesador es, por lo tanto, una

tarea compleja porque deben controlarse todos estos dispositivos externos.

Un microcontrolador integra la CPU y todos los periféricos en un mismo chip. El programador se desentiende

de una gran cantidad de dispositivos y se concentra en el programa de trabajo. Esta circunstancia

da lugar a una gran pérdida de tiempo porque los datos tienen que ser retirados de la memoria

y llevados a la CPU (Central Processor Unit) y viceversa. Esto significa que la computadora dedica la

mayor parte del tiempo al transporte de datos de ida o de vuelta, en lugar de usar este tiempo para trabajar

sobre los datos.

Los PICs emplean un conjunto de instrucciones del tipo RISC (Reduced Instruction Set Computer). Con

el RISC se suele ejecutar la mayoría de las instrucciones con un solo pulso del clock. Con las instrucciones

que se usan en otros equipos del tipo CISC (Complex Instruction Set Computer), se logran instrucciones

más poderosas, pero a costa de varios ciclos del clock. En el bien conocido procesador 68HC11

de Motorola se requieren a veces hasta 5 ciclos del clock para ejecutar una instrucción.

A los fines prácticos, nos vamos a referir a los microcontroladores como bloques que poseen una

memoria de programa, que es el lugar donde deben alojarse los datos que le indiquen al chip qué es

lo que debe hacer; una memoria de datos donde ingresen

las señales que debe procesar el programa,

una unida aritmética y lógica donde se desarrollen todas

las tareas, una unidad de control que se encargue

de supervisar todos los procesos y puertos de entrada

y salida para que el PIC tenga contacto con el exterior

(figura 1).

Un microcontrolador, como cualquier circuito integrado

analógico, tiene entradas, salidas y algunos componentes

exteriores necesarios para procesar las señales

de entrada y convertirlas en las señales de salida

(figura 2). El 16F84 requiere un

cristal con dos capacitores y como

mínimo un resistor para el reset.

Por supuesto necesita una tensión

de fuente de 5V (VDD) aplicada

con respecto al terminal de

masa (VSS). Posee dos puertos de

salida, el A y el B, cuyos terminales

son marcados RA0 al RA4 y

RB0 al RB7. Estos puertos pueden

ser programados como de entrada

o de salida. El terminal 4 opera

como reset pero también cumple

funciones de carga de memoria

de programa cuando es excitado

con pulsos de 15V. El terminal RA4 (pata 3) también tiene funciones como entrada de un temporizador

y RBO (pata 6) cumple también funciones como entrada de interrupción.

Ahora bien, la mayoría de los microcontroladores (sean de Microchip, o de National, Motorola, Philips,

etc.) se comportan de forma similar, por ello nos vamos a referir a los microcontroladores PIC16F84

cuya arquitectura interna puede observarse en la figura 3.

Observe primero los bloques externos. Existe un cristal que se conecta en OSC1 y OSC2 para generar

el CLOCK del sistema. Luego una señal de entrada llamada MCLR negada, que es un nombre de

fantasía para nuestro conocido RESET (debido a que esa pata tiene un doble uso) y, por último, dos

puertos paralelos de I/O (entrada o salida) llamados puerto A y puerto B. Una de las patas del puerto

A puede ser utilizada como entrada de interrupciones (esta pata especial hace que el microprocesador

deje de realizar la tarea que estaba ejecutando y pase a realizar otra tarea alternativa; cuando la termina

vuelve a su programa original).

Analicemos el bloque más grande (temporizadores), en éste observamos un grupo de bloques dedicados

a mejorar el funcionamiento pero sin influir directamente en el flujo de señales. Vemos un temporizador

de encendido, un temporizador de arranque del oscilador de CLOCK, un circuito de reset y un

circuito llamado de vigilancia o WATCHDOG. Los dos primeros bloques procuran un arranque ordenado

para no producir una carga al mismo tiempo sobre la fuente. Por último, existe un circuito con un

nombre curioso: “perro guardián”. Su función es estar vigilante el máximo de tiempo que tarda el mi-

ESTRUCTURA Y CARACTERÍSTICAS DE UN PIC

4 CURSO DE MICROCONTROLADORES PICS 1ER NIVEL

Figura 1

Figura 2

croprocesador en completar su programa (o mejor sería decir, la derivación más larga de su programa)

y en caso de superarse ese tiempo, provocar un reset automático porque el microprocesador se quedó

trabado en alguna parte de su programa. También se dice que el microprocesador se quedó colgado

o congelado.

Este bloque de circuitos no trabaja independientemente sino que requiere conexiones al exterior y al

interior del dispositivo. Por ejemplo, no siempre son utilizados y es el programa quien determina su utilización

y además ajusta sus parámetros. Esto se realiza a través del bloque de control o decodificador

de instrucciones.

Analicemos ahora la sección de arriba a la izquierda en donde observamos la memoria de programa,

el contador de programa, el registro de instrucciones y la pila o STACK de 8 niveles. Cuando hablamos

de registros nos referimos a pequeñas unidades de memoria transitoria, construida por lo general

con un registro de desplazamiento. Son memorias volátiles que se utilizan para guardar información

por un tiempo mínimo, con el fin de realizar una operación compleja de varios pasos.

El contador de programa es el responsable de que el microprocesador vaya analizando las instrucciones

en orden ascendente. Este guarda el número de instrucción en el STACK y la instrucción misma

la pasa al registro de instrucciones desde donde se envía al resto del microprocesador. El STACK es, en

realidad, una pila de registros (en nuestro ejemplo hay 8), debido a que el programa puede tener derivaciones

(en la jerga LOOPS, rulos o subprogramas). Cuando se termina de ejecutar un loop se debe

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CURSO DE MICROCONTROLADORES PICS 1ER NIVEL 5

Figura 3

volver al mismo punto del programa en donde se había producido la bifurcación y eso es posible porque

ese número de instrucción quedó guardado en uno de los registros de la pila. Es común que un loop

tenga, a su vez, un loop secundario y cuando se ejecuta ese loop secundario se debe volver al mismo

punto del loop primario, eso se consigue con guardar ese número de instrucción del loop secundario en

otro registro de la pila.

Analicemos ahora la sección inferior derecha. En ese sector se ubican los bloques responsables de

efectuar operaciones matemáticas y lógicas binarias; recordemos que el nombre ALU proviene de Aritmetic

Logic Unite (unidad arimética y lógica). En este sector es imprescindible utilizar un registro ya que

una operación aritmética o lógica siempre se efectúa entre dos números. Los números binarios que deben

procesarse se toman de la memoria de datos, el primero se acumula en el registro de trabajo o registro

W (de Work = trabajo) el segundo es el presente en el instante en que se invoca la memoria de

datos. Como las operaciones pueden ser encadenadas (cuando el resultado sirve como operando de la

siguiente operación, tal como el caso de un producto) el registro W tiene un retorno a la ALU. Vemos

además que la ALU está comandada por el bloque MUX (MUltipleXador). En efecto, la ALU requiere

que se le envíen números para procesar que le lleguen desde la memoria de datos, pero antes se la debe

predisponer para que efectúe la operación requerida (comparación, rotación de dígitos, etc.).

El registro de estado o estatus

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