Microcontroladores
rok3Apuntes8 de Septiembre de 2019
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Microcontroladores
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INTRODUCCIÓN
Esta asignatura aporta al perfil del Ingeniero Mecatrónico la capacidad para analizar, diseñar, simular y construir prototipos para sistemas mecatrónicos, con una actitud investigadora, de acuerdo a las necesidades tecnológicas y sociales actuales y emergentes, impactando positivamente en el entorno global.
La mecatrónica abarca varias disciplinas, la mecánica para el movimiento, la electrónica para el manejo de la energía y la computación para ejecutar programas. En la automatización se emplean los microcontroladores para programar una tarea o un proceso, por lo que el saber programar un microcontrolador es una capacidad muy importante para un Ingeniero en Mecatrónica.
En esta asignatura se abordan los diferentes tipos de microcontroladores, la arquitectura interna de microcontroladores de 8 bits; sus características eléctricas, puertos de entrada-salida, módulos internos, manejo de interrupciones y herramientas de desarrollo, con el fin de mostrar al alumno el poder y la versatilidad que tienen los microcontroladores para desarrollar sistemas de control.
OBJETIVO GENERAL DEL CURSO
Programar y aplicar sistemas basados en microcontroladores y sus interfaces, en la automatización y control de procesos.
COMPETENCIAS PREVIAS
- Analiza, simula e implementa circuitos eléctricos de corriente directa y alterna con elementos pasivos y activos lineales (fuentes lineales) para su aplicación en sistemas eléctricos.
- Analiza, diseña, simula e implementa físicamente circuitos con dispositivos semiconductores básicos para el desarrollo de circuitos electrónicos utilizados en los sistemas mecatrónicos.
- Diseña e implementa circuitos digitales para el control de diferentes sistemas mecatrónicos.
- Construye programas utilizando estructuras condicionales y repetitivas para aumentar su funcionalidad.
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UNIDADES DE APRENDIZAJE Y COMPETENCIAS ESPECÍFICAS
Unidad 1 – Arquitectura de Microcontroladores[pic 3]
Unidad 2 – Programación de entradas y salidas del microcontrolador[pic 4]
Unidad 3 – Interrupciones en un microcontrolador[pic 5]
Unidad 4 – Programación de periféricos del microcontrolador[pic 6]
Unidad 5 – Programación del módulo CCP del microcontrolador[pic 7]
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CONTENIDO
INTRODUCCIÓN 1
OBJETIVO GENERAL DEL CURSO 1
COMPETENCIAS PREVIAS 1
UNIDADES DE APRENDIZAJE Y COMPETENCIAS ESPECÍFICAS 2
CONTENIDO 3
UNIDAD 1. ARQUITECTURA DE MICROCONTROLADORES 4
- Diferencia entre Microprocesador, Microcomputadora y Microcontrolador 5
- Características y aplicación de los microcontroladores 6
- Tipos de arquitecturas computacionales 9
- Tipos de Microcontroladores y sus fabricantes 11
- Componentes de un Microcontrolador 13
- Registros internos 13
- Tipos y distrubución de las memorias internas 14
- Periféricos 20
- Instrucciones del Microcontrolador 21
- Distribución de terminales 24
- El reset y sus posibles fuentes 26
- Características del reloj del sistema 27
- Características de la fuente de alimentación y consumo de potencia del MCU 29
- Herramientas de desarrollo 31
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UNIDAD 1. ARQUITECTURA DE MICROCONTROLADORES
Competencia específica a desarrollar:[pic 10]
Introducción
La situación actual en el campo de los microcontroladores se ha producido gracias al desarrollo de la tecnología de fabricación de los circuitos integrados. Este desarrollo ha permitido construir las centenas de miles de transistores en un chip. Esto fue una condición previa para la fabricación de un microprocesador. Las primeras microcomputadoras se fabricaron al añadirles periféricos externos, tales como memoria, líneas de entrada/salida, temporizadores u otros. El incremento posterior de la densidad de integración permitió crear un circuito integrado que contenía tanto al procesador como periféricos. Así es cómo fue desarrollada la primera microcomputadora en un solo chip, denominada más tarde microcontrolador.
Breve historia del Microcontrolador
El microcontrolador fue inventado por Texas Instruments en la década de 1970, casi al mismo tiempo que el primer microprocesador que estaba siendo inventado en Intel. Los primeros microcontroladores eran simplemente microprocesadores con una función de memoria, como la memoria RAM y ROM. Más tarde, los microcontroladores se desarrollaron en una amplia gama de dispositivos diseñados para aplicaciones de sistemas integrados específicos en dispositivos tales como automóviles, teléfonos móviles y electrodomésticos.
El primer microcontrolador
En 1971, el primer microcontrolador fue inventado por dos ingenieros de Texas Instruments, de acuerdo con el Instituto Smithsoniano. Gary Boone y Michael Cochran crearon el TMS 1000, el cual era un microcontrolador de 4 bits con función de ROM y RAM. El microcontrolador era utilizado internamente en Texas Instruments en sus productos de cálculo desde 1972 hasta 1974, y fue refinado con el paso de
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los años. En 1974, TI puso a la venta el TMS 1000 para la industria de electrónicos. El TMS 1000 estuvo disponible en varios tamaños de RAM y ROM. A partir de 1983, cerca de un millón de TMS 1000 fueron vendidos.
Microcontroladores Intel
Además de producir el primer microprocesador, Intel también ha desarrollado muchos microcontroladores importantes, dos de los cuales son el 8048 y el 8051. Introducido en 1976, el 8048 fue uno de los primeros microcontroladores de Intel y fue utilizado como el procesador en el teclado de la computadora personal de IBM. Se estima que más de mil millones de dispositivos del 8048 se vendieron. El 8051 siguió en 1980 y se convirtió en una de las familias de microcontroladores más populares. Las variaciones de la arquitectura del 8051 se siguen produciendo hoy en día, por lo que el 8051 es uno de los diseños electrónicos más longevos de la historia.
Diferencia entre Microprocesador, Microcomputadora y Microcontrolador
Los principiantes en electrónica creen que un microcontrolador es igual a un microprocesador. Esto no es cierto. Difieren uno del otro en muchos sentidos. La primera y la más importante diferencia es su funcionalidad. Para utilizar al microprocesador en una aplicación real, se debe de conectar con componentes tales como memoria o componentes buses de transmisión de datos. Aunque el microprocesador se considera una máquina de computación poderosa, no está preparado para la comunicación con los dispositivos periféricos que se le conectan. Para que el microprocesador se comunique con algún periférico, se deben utilizar los circuitos especiales. Así era en el principio y esta práctica sigue vigente en la actualidad.
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Figura 1. Componentes del Microcontrolador
Características y aplicación de los microcontroladores
¿QUE PUEDEN HACER LOS MICROCONTROLADORES?
Para entender con más facilidad las razones del éxito tan grande de los microcontroladores, vamos a prestar atención al siguiente ejemplo. Hace unos 30 años, diseñar un dispositivo electrónico de control de un ascensor de un edificio de varios pisos era muy difícil, incluso para un equipo de expertos. ¿Has pensado alguna vez en qué requisitos debe cumplir un simple ascensor? ¿Cómo lidiar con la situación cuando dos o más personas llaman al ascensor al mismo tiempo? ¿Cuál llamada tiene la prioridad?
¿Cómo solucionar las cuestiones de seguridad, de pérdida de electricidad, de fallos, de uso indebido? Lo que sucede después de resolver estos problemas básicos es un proceso meticuloso de diseñar los
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dispositivos adecuados utilizando un gran número de los chips especializados. Este proceso puede tardar semanas o meses, dependiendo de la complejidad del dispositivo. Cuando haya terminado el proceso, llega la hora de diseñar una placa de circuito impreso y de montar el dispositivo. ¡Un dispositivo enorme! Es otro trabajo difícil y tardado. Por último, cuando todo está terminado y probado adecuadamente, pasamos al momento crucial y es cuando uno se concentra, respira profundamente y enciende la fuente de alimentación.
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