MICROCONTROLADORES. Los microcontroladores están conquistando el mundo

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 MICROCONTROLADORES

Ballesteros Carlos., Matos Lisney, Medina Anderson., Muñoz Alexandra  y Pedraza  Angie.

 cmarioballesteros@mail.unicundi.edu.co, lismava@hotmail.com,Andersonw8@hotmail.com alexa2127a@gmail.com, dangiep57@hotmail.com

Universidad de Cundinamarca.

Resumen— Se describe de manera general el tema de microcontroladores abarcando desde sus características, arquitectura, gamas, entre otros ítems que lo conforman, dando una breve descripción de cada uno de ellos y especificando sus puntos principales.

Índice de Términos— Microcontrolador, PIC, Microprocesador, Arquitectura Von Neumann y Harvard, RISC y CIS.

1. INTRODUCCIÓN

Los microcontroladores están conquistando el mundo. Están presentes en nuestro trabajo, en nuestra casa y en nuestra vida, en general. Se pueden encontrar controlando el funcionamiento de los ratones y teclados de los computadores, en los teléfonos, en los hornos microondas y los televisores de nuestro hogar. Pero la invasión acaba de comenzar y el nacimiento del siglo XXI será testigo de la conquista masiva de estos diminutos computadores, que gobernarán la mayor parte de los aparatos que fabricaremos y usamos los humanos.

1. DEFINICIONES

1. Micro

La palabra Micro es un prefijo del Sistema Internacional que indica un factor de 10-6. Aparte siempre se representa con el signo específico µ (carácter Unicode 00B5) o, si la tipografía en uso no dispone de él, con la letra griega μ (mi), que proviene de la palabra griega μικρός (mikrós) y que significa «pequeño».

1. Controlador

Un controlador o también llamado driver es un programa informático que posibilita la interacción entre el sistema operativo de una computadora y un periférico o hardware. Este controlador ofrece una interfaz que permite el uso del periférico. Lo que hace el controlador es indicarle al sistema operativo cómo debe controlar el periférico y cómo comunicarse con él.

1. Microcontrolador

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Figura 1: Esquema microcontrolador con sus partes.

Un microcontrolador (µC) es un circuito integrado digital que puede ser usado para muy diversos propósitos debido a que es programable. Está compuesto por una unidad central de proceso (CPU), memorias (ROM y RAM) y líneas de entrada y salida (periféricos). Un microcontrolador tiene los mismos bloques de funcionamiento básicos de una computadora lo que nos permite tratarlo como un pequeño dispositivo de cómputo.

   Está conformado por las siguientes partes:

• Oscilador

Los osciladores son dispositivos capaces de repetir dos acciones opuestas en un período regular.

• Convertidor A/D

 Los convertidores A/D son dispositivos electrónicos que establecen una relación biunívoca entre el valor de la señal en su entrada y la palabra digital obtenida en su salida. La  relación se establece en algunos casos, con la ayuda de una tensión de referencia.

• Microprocesador

Es el conjunto de circuitos sumamente complejos, integrados por componentes electrónicos microscópicos encapsulados en un pequeño Chip. Se encarga de la coordinación y dirección de todas las operaciones que se llevan a cabo entre los diversos dispositivos de la computadora.

•       RAM

 La memoria principal o RAM (Random Access Memory, Memoria de Acceso Aleatorio) es donde el computador guarda los datos que está utilizando en el momento presente. El almacenamiento es considerado transitorio por que los datos y programas permanecen en ella mientras que la computadora este encendida o no sea reiniciada. Se le llama RAM porque es posible acceder a cualquier ubicación de ella aleatoria y rápidamente.

• Memoria de programa

   Esta memoria almacena el programa del usuario aunque también puede contener datos alfanuméricos y textos variables. Las memorias de usuario suelen ser RAM+BATERIA O EPROM/EEPROM. Por lo general se suelen utilizar memorias RAM+BATERIA para el desarrollo de programa y luego se pasan a memorias EPROM/EEPROM cuando ya está finalizada la programación.

• CPU

   Podemos decir que la CPU, siglas en inglés de unidad central de proceso, es el núcleo del microcontrolador. Se encarga de ejecutar las instrucciones almacenadas en la memoria. Es lo que habitualmente llamamos procesador o microprocesador, término que a menudo se confunde con el de microcontrolador.

• Unidades de entrada/salida

Las unidades de entrada/salida son los sistemas que emplea el microcontrolador para comunicarse con el exterior. Los dispositivos de entrada nos permiten introducir información en el microcontrolador y los de salida  servirán para que éste la saque al exterior.

1. ARQUITECTURA DE LOS MICROCONTROLADORES

1. Arquitectura Von Neumann o arquitectura tradicional

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Figura 2: Modelo Arquitectura Von Neumann.

 La arquitectura tradicional de computadoras y microcontroladores se basa en el esquema propuesto por John Von Neumann, en el cual la unidad central de proceso, o CPU, está  conectada a una memoria única que contiene las instrucciones del programa y los datos. El tamaño de la unidad de datos o instrucciones está fijado por el ancho del bus de la memoria.

1. Arquitectura Harvard

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Figura 3: Modelo Arquitectura Harvard.

La arquitectura conocida como Harvard, consiste simplemente en un esquema en el que el CPU está conectado a dos memorias por intermedio de dos buses separados. Una de las memorias contiene solamente las instrucciones del programa, y es llamada Memoria de Programa. La otra memoria solo almacena los datos y es llamada Memoria de Datos. Ambos buses son totalmente independientes y pueden ser de distintos anchos.

1. Arquitectura RISC y CIS

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Figura 4: Modelo Arquitectura RISC y CIS.

1. RISC (Reduced Instruction Set Computer)  Computadora con Juego de Instrucciones Reducidas. En este caso, el microcontrolador reconoce y ejecuta sólo operaciones básicas (sumar, restar, copiar etc…) Las operaciones más complicadas se realizan al combinar éstas (por ejemplo, multiplicación se lleva a cabo al realizar adición sucesiva).
2. CISC (Complex Instruction Set Computer)  Computadoras con un juego de instrucciones complejo. Los microcontroladores son  diseñados para reconocer más de 200 instrucciones diferentes realmente pueden realizar muchas cosas a alta velocidad. No obstante, uno debe saber cómo utilizar todas las posibilidades que ofrece un lenguaje tan rico, lo que no es siempre tan fácil.

1. FAMILIA DE LOS MICROCONTROLADORES PIC

Los PIC son una familia de microcontroladores desarrollados y fabricados por la empresa Microchip Technologies Inc., los cuales cuentan con una tecnología tipo RISC (Reduced Instruction Set Computer) y poseen en su arquitectura interna características especiales que varían según el modelo de PIC que deseamos utilizar.

1. Nomenclatura

PIC=nnLLLxxx

nn:  Un número propio de la gama del PIC

LLL: Código de letras donde la primera indica la tensión de alimentación y las otras dos el tipo de memoria que se utiliza.

Xxx: Número que indica el modelo del PIC.

1. Gama de los microcontroladores PIC.

Los PICs se dividen en cuatro gamas: gama enana, baja, media y alta. La principal diferencia entre estas gamas radica en el número de instrucciones y su longitud, el número de puertos y funciones, lo cual se refleja en el encapsulado, la complejidad interna y de programación, y en el número de aplicaciones. A continuación, se describen cada una de ellas:

1. Gama Enana  (PIC10 y PIC12 de 8 pines) con instrucciones de 12 bits.

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Figura 5: Diagrama de conexiones de los  PIC12Cxxx de la  gama enana.

1. Características

•Son de reducido tamaño, al disponer todos sus componentes de 8 pines.

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