Mosrar el re el ailidades de uso en las Co
. "E&E"ENCIAS *I*LIO+"A&ICAS
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Mosrar el re el ailidades de uso en las Co
. "E&E"ENCIAS *I*LIO+"A&ICAS
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INTRODUCCIÓN AL MICROCONTROLA M ICROCONTROLADOR DOR ¿Qué es un microcontrolador? Un microcontrolador es un dispositivo electrónico capaz de llevar a cabo procesos lógicos. lógicos. Estos procesos procesos o acciones son programado programadoss en lenguaje lenguaje ensamblador ensamblador por el usuario, y son introducidos en este a través de un programador. A lo largo de esta tesis veremos todos los reglas y trucos de este lenguaje complicado por su sencillez.
Un oco de !istoria Inicialmente cuando no existían los microprocesadores las personas se ingeniaban en disear sus circuitos electrónicos y los resultados estaban expresados en dise diseo oss
!ue !ue
impl implic icab aban an muc"o uc"oss
comp compon onen enttes elec electr trón ónic icos os y
c#lc c#lcul ulos os
matem#ticos. Un circuito lógico b#sico re!uería de muc"os elementos electrónicos basados en transistores, resistencias, etc, lo cual desembocaba en circuitos con muc"os ajustes y $allos% pero en el ao &'(& apareció el primer microprocesador el cual originó un cambio decisivo en las técnicas de diseo de la mayoría de los e!uipos. Al principio se creía !ue el manejo de un microprocesador era para a!uellas personas con un coe$iciente intelectual muy alto% por lo contrario con la aparición de este circuito integrado todo sería muc"o m#s $#cil de entender y los diseo diseoss electr electrónic ónicos os serian serian muc"o muc"o m#s pe!ue pe!ueos os y simpli simpli$ic $icado ados. s. Entre Entre los micr microp oproc roces esad adore oress mas mas conoc conocid idos os tene tenemo moss el popu popula larr )*+ )*+ y el ++-. ++-. os os diseadores de e!uipos electrónicos a"ora tenían e!uipos !ue podían realizar mayor cantidad de tareas en menos tiempo y su tamao se redujo considerablemente% sin embargo, después de cierto tiempo aparece una nueva tecnología llamada microcontrolador !ue simpli$ica aun mas el diseo electrónico.
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Di"erencias entre microrocesador # microcontrolador /i "as tenido la oportunidad de realizar un diseo con un microprocesador pudiste observar !ue dependiendo del circuito se re!uerían algunos circuitos integrados adicionales adem#s del microprocesador como por ejemplo0 memorias 1A2 para almacenar los datos temporalmente y memorias 132 para almacenar el programa !ue se encargaría del proceso del e!uipo, un circuito integrado para los puertos de entrada y salida y $inalmente un decodi$icador de direcciones.
Figura 1. Estructura de un sistema abierto basado en un microprocesador. La disponibilidad de los buses en el exterior permite que se configure a la medida de la aplicación.
Un microcontrolador es un solo circuito integrado !ue contiene todos los elementos electrónicos !ue se utilizaban para "acer $uncionar un sistema basado con un microprocesador% es decir% contiene en un solo integrado la Unidad de 4roceso, la memoria 1A2, memoria 132, puertos de entrada, salidas y otros peri$éricos, con la consiguiente reducción de espacio. El microcontrolador es en de$initiva un circuito integrado !ue incluye todos los componentes de un computador. 5ebido a su reducido tamao es posible montar 4
el controlador en el propio dispositivo al !ue gobierna. En este caso el controlador recibe el nombre de controlador empotrado 6embedded controller7.
Figura 2. El microcontrolador es un sistema cerrado. Todas las partes del procesador están contenidas en su interior y sólo salen al exterior las líneas que gobiernan los periféricos.
$enta%as de un microcontrolador "rente a un microrocesador Estas ventajas son reconocidas inmediatamente para a!uellas personas !ue "an trabajado con los microprocesadores y después pasaron a trabajar con los microcontroladores. Estas son las di$erencias m#s importantes0 4or ejemplo la con$iguración mínima b#sica de un microprocesador estaba constituida por un 2icro de 8 4ines, Una memoria 1A2 de 9+ 4ines, una memoria 132 de 9+ 4ines y un decodi$icador de direcciones de &+ pines% pero un microcontrolador incluye todo estos elementos en un solo :ircuito Integrado por lo !ue implica una gran ventaja en varios $actores0 En el circuito impreso por su amplia simpli$icación de circuitería, el costo para un sistema basado en microcontrolador es muc"o menor y, lo mejor de todo, el tiempo de desarrollo de su proyecto electrónico se disminuye considerablemente.
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Los microcontroladores !o# d&a os microcontroladores est#n con!uistando el mundo. Est#n presentes en nuestro trabajo, en nuestra casa y en nuestra vida, en general. /e pueden encontrar controlando el $uncionamiento de los ratones y teclados de los computadores, en los telé$onos, en los "ornos microondas y los televisores de nuestro "ogar. 4ero la invasión acaba de comenzar y el nacimiento del siglo ''I ser# testigo de la con!uista masiva de estos diminutos computadores, !ue gobernar#n la mayor parte de los aparatos !ue $abricaremos y usamos los "umanos. :ada vez existen m#s productos !ue incorporan un microcontrolador con el $in de aumentar sustancialmente sus prestaciones, reducir su tamao y coste, mejorar su $iabilidad y disminuir el consumo. Algunos $abricantes de microcontroladores superan el millón de unidades de un modelo determinado producidas en una semana. Este dato puede dar una idea de la masiva utilización de estos componentes. os microcontroladores est#n siendo empleados en multitud de sistemas presentes en nuestra vida diaria, como pueden ser juguetes, "orno microondas, $rigorí$icos, televisores, computadoras, impresoras, módems, el sistema de arran!ue de nuestro coc"e, etc. ; otras aplicaciones con las !ue seguramente no estaremos tan $amiliarizados como instrumentación electrónica, control de sistemas en una nave espacial, etc. Una aplicación típica podría emplear varios microcontroladores para controlar pe!ueas partes del sistema. Estos pe!ueos controladores podrían comunicarse entre ellos y
con un procesador central, probablemente m#s potente, para
compartir la in$ormación y coordinar sus acciones, como, de "ec"o, ocurre ya "abitualmente en cual!uier 4:.
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O(%eti)o. El objetivo del presente trabajo es proporcionar un panorama amplio para conocer estos dispositivos y en particular del 4I:&<=+8 !ue por sus relevantes características, bajo costo y $acilidad de programación nos brinda la oportunidad de crear un sin$ín de aplicaciones cuyo >nico límite es la imaginación. Adem#s se pretende dar un en$o!ue pr#ctico, mostrando sus aplicaciones en di$erentes #reas y particularmente en el #rea de :omunicaciones, donde se mostrar# el uso del microcontrolador 4I:&<=+8 para la modulación por anc"o de pulso 64?27. :abe "acer la aclaración !ue el 4I:&<=+8 re!uiere de algunos mínimos componentes externos dependiendo de la aplicación !ue se pretenda darle. :omo ejemplo podemos mencionar el uso de un cristal de cuarzo y capacitores o resistencias dependiendo del tipo de oscilador !ue se elija para "acerlo operar. En cuanto a las condiciones actuales se mencionan también algunos otros microcontroladores de otras empresas como los :34 de @AI3@A, AB1Cs de A2E, la serie +D& de I@E, etc. 4ara así comprarlos con el 4I:&<=+8 de 2I:13:I4 y darnos cuenta de las superiores cualidades y características con respecto a sus competidores mas cercanos. /e cree conveniente !ue para !ue se pueda conocer m#s a $ondo este dispositivo y trabajar con él primero debemos de$inir !ue es y para !ue sirve un microcontrolador, sus características generales, un amplio panorama de aplicaciones y mencionar el caso particular del 4I:&<=+8 con los blo!ues !ue lo integran bas#ndose en la $amilia &
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programar estos dispositivos y varios modelos de programadores existentes, así mismo se "ablar# del so$tGare empleado en su programación y de otros pa!uetes extras !ue $acilitan el trabajo. En el capitulo IB se dan ejemplos de pr#cticos sobre circuitos reales de di$erentes ramas de la ingeniería y uno de sus m>ltiples usos en el #rea de las :omunicaciones !ue es la modulación por anc"o de pulso o 4?2. En el capitulo B se presentan las conclusiones derivadas del an#lisis del microcontrolador 4I:&<=+8 y sus aplicaciones en el #rea de las :omunicaciones, se incluyen "ojas de especi$icaciones y costos de estos microcontroladores.
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*lanteamiento del *ro(lema. 5ebido a los grandes avances tecnológicos, nosotros como ingenieros tenemos una gran participación en el desarrollo de nuevas tecnologías, esta es una razón por la cual estamos proponiendo !ue una solución de bajo costo, la cual sería el uso del microcontrolador, cabe sealar !ue este se debe seleccionar de acuerdo a la aplicación !ue vallamos a desarrollar ya !ue se puede utilizar en un sin
$in
de
aplicaciones,
esto
es
de
vital
importancia
pues
existen
microcontroladores de muc"a capacidad y de poca capacidad por lo tanto, algunos son muy económicos y otros son un poco mas caro. :omo $ue mencionado anteriormente
existen otros modelos de
microcontroladores di$erentes al 4I:&<=+8, tal es el caso por ejemplo de los :34 de @AI3@A o los AB1Cs de A2E !ue poseen algunos recursos similares al 4I:&<=+8 de microc"ip, pero !ue por su alto costo y di$icultad de programación, así como el tipo de tecnología empleada en su construcción, "acen decidirse por una opción m#s económica y con mejores prestaciones como lo es el 4I:&<=+8.
En el campo de la electrónica existen diversos dispositivos programables, tal es el caso de los microcontroladores !ue est#n ocupando un lugar de privilegio dentro de la industria electrónica. En particular los microcontroladores de la empresa 2icroc"ip, en los cuales se puede implementar $#cilmente una gran variedad de programas con un set reducido de instrucciones, y estos dispositivos son conocidos como 4I:.
Fundamentos de los procesadores.
A través de la "istoria de la "umanidad, los c#lculos principalmente se "an realizado con nuestro cerebro. :on$orme la civilización "a avanzado se "an desarrollado "erramientas de c#lculo !ue "an ayudado a el cómputo manual. En un principio se usaron los dedos, piedras y se tallaron maderas para realizar conteos. 4osteriormente apareció el #baco y la regla de c#lculo. A medida !ue el tamao y complejidad de los c#lculos aumentaban, aparecieron dos limitantes en cuanto al c#lculo manual0
•
a velocidad con !ue un "umano realiza los c#lculos.
•
a vulnerabilidad a cometer errores, por causa de distracción, $atiga,
etc., $actores !ue no a$ectan a las m#!uinas. En consecuencia aparecieron las primeras m#!uinas de c#lculo autom#tico.
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anto el c#lculo "umano o arti$icial, contienen los siguientes componentes0
•
Un 4rocesador capaz de interpretar y ejecutar programas.
•
Una memoria para almacenar los programas y datos a procesar.
•
2ecanismos de entrada y salida para trans$erir in$ormación entre la
computadora y el exterior. Unidad de Procesamiento Central Entrad a Salida
Memori a Princip al
6a7
6b7
2i;ura --. :omponentes principales 6a7 :ómputo "umano 6b7 :ómputo de una m#!uina.
-.-
LA COM*UTADORA as computadoras actuales a>n siguen la $iloso$ía y conceptos !ue
introdujo Jo"n von @eumann, tales como el uso de una 2emoria, !ue consiste en un lugar donde se guardan ordenadamente las instrucciones !ue ser#n realizadas por la m#!uina, así como los datos y resultados. 5e esta $orma se tenía la posibilidad de alterar el programa de instrucciones, es por esto !ue se denominan
m9:uinas de ro;rama almacenado. Bon @eumann también introdujo el uso del sistema binario. a m#!uina programada de )on Neumann se compone de blo!ues electrónicos digitales, !ue reciben, guardan y procesan in$ormación binaria, comunic#ndose entre ellos por líneas digitales, conocidas como (uses.
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2i;ura -4. Ar!uitectura Bon @eumann.
a Unidad de :ontrol y el :amino de 5atos con$orman la Unidad de
*rocesamiento Central, también llamado *rocesador , la cual se encarga de recibir ordenadamente las instrucciones desde la 2emoria 4rincipal para interpretarlas y generar las seales de control, !ue se aplican sobre los componentes del sistema para llevar a cabo las instrucciones. El 3enerador de ulsos de relo%, se encarga de sincronizar las operaciones !ue se llevan a cabo en los componentes !ue intervienen en el manejo de los datos. a $recuencia del generador depende del diseo y tecnología de la computadora y determina la velocidad de procesamiento del mismo. a Memoria *rincial almacena, tanto los datos como el conjunto ordenado de instrucciones !ue al ser ejecutadas, proporcionan los resultados esperados. Al conjunto ordenado de instrucciones se conoce como Programa. a m#!uina tiene la capacidad de romper la secuencia ordenada seg>n los resultados parciales !ue se van obteniendo. a encargada de adaptar el $ormato de la in$ormación entre la m#!uina y los peri$éricos es la Unidad de +ntrada # salida.
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-.4 +L *ROC+/ADOR Un procesador de propósito general es un autómata de estados $initos !ue ejecuta instrucciones almacenadas en una memoria. El estado del sistema esta de$inido por los valores almacenados en las localidades de memoria junto con los valores almacenados en ciertos registros del procesador. a evolución de las computadoras se basa en los procesadores, !ue "an llegado a ser muc"o m#s poderosos y "an desplazado ampliamente el uso de supercomputadoras en las empresas e industria. os procesadores también conocidos como :4U son usados en estaciones de trabajo, servidores y dispositivos peri$éricos como impresoras y controladores de disco. ambién son usados en muc"as aplicaciones, incluyendo control y monitoreo de $unciones.
