SistemasProgramables Unidad-5 Completa

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE PIEDRAS NEGRAS Ingeniería en Sistemas Computacionales

Materia: Sistemas programables. Unidad V: V: Puertos y buses de comunicación para microcontroladores Unidad V: Puertos y buses de comunicación para microcontroladores 5.1 Tipos de puertos

PUERTOS DE ENTRADA / SALIDA EN UN MICROCONTROLADOR Cualquier aplicación de un sistema diital !asad" en un micr"pr"cesad"r " micr"c"ntr"lad"r requiere la trans#erencia de dat"s entre circuit"s e$tern"s al micr"pr"cesad"r % &l mism"' Estas trans#erencias c"nstitu%en las "peraci"nes llamadas ENTRADA % SALIDA( )input /"utput * " ES ) I/O*' L"s puert"s de entrada/salida s"n !+sicamente reistr"s e$tern"s " intern"s' Alun"s micr"pr"cesad"res pr"p"rci"nan se,ales de c"ntr"l que permiten que l"s reistr"s e$tern"s que #"rman l"s puert"s de E/S "cupen un espaci" de direcci"nes separada( es decir( distint" del espaci" de direcci"nes de l"s reistr"s e$tern"s que c"mp"nen la mem"ria' Cuand" l"s puert"s tienen asinad" un espaci" de direcci"nes separad"( se dice que est+n en m"d" de ENTRADA/SALIDA AISLADA " E/S EST-NDAR' P"r el c"ntrari"( c"ntrar i"( cuand" se u!ican dentr" del mism" espaci" que la mem"ria( se dice que est+n en m"d" de ENTRADA/SALIDA MAPEADA A MEMORIA " PRO.ECTADA PRO.ECTADA EN MEMORIA' ENTRADA/SALIDA AISLADA' AISLADA' Para que un micr"pr"cesad"r pueda implementar el m"d" E/S aislada )is"lated I/O* s"n indispensa!les las siuientes c"ndici"nes0 1' El micr"pr"cesad"r de!e pr"p"rci"nar se,ales de c"ntr"l que permitan distinuir entre una "peración c"n un puert" % una re#erencia a mem"ria' 2' El códi" de instrucci"nes de!e tener instrucci"nes especiales c"n las que se pueda leer )entrada* " escri!ir )salida* en l"s puert"s' ENTRADA/SALIDA MAPEADA' El m"d" de E/S mapeada a mem"ria )Mem"r% ) Mem"r% mapped I/O* se !asa en que tant" las l"calidades de mem"ria c"m" l"s puert"s de E/S se c"nsideran c"m" reistr"s e$tern"s desde el punt" de 3ista del micr"pr"cesad"r' Juan Israel Hernán Hernández dez Sáncez. Sáncez. "ontrol.#$%&'(%'#& )uis *le+andro ,scárcega -ernández. !o.control.#$%&'(%$$  Semestre.

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Materia: Sistemas programables. Unidad V: Puertos y buses de comunicación para microcontroladores Ent"nces( las instrucci"nes que 4acen re#erencia a la mem"ria tam!i&n pueden trans#erir dat"s entre un disp"siti3" peri#&ric" % el micr"pr"cesad"r( siempre % cuand" el puert" de E/S que l"s interc"necta se encuentre dentr" del espaci" de direcci"namient" de mem"ria( es decir( c"ntr"lad" p"r las se,ales de c"ntr"l para mem"ria' De esta #"rma( el reistr" as"ciad" c"n el puert" de E/S es tratad" simplemente c"m" una l"calidad de mem"ria m+s' PUERTOS DEL MICROCONTROLADOR 5671 La "peración de escritura( utili8and" l"s puert"s puede ser reali8ada p"r cualquiera de ell"s( n" "!stante( el puert" PO es el que presenta una ma%"r cara!ilidad( permitiend" c"mandar "c4" caras TTL  LS( mientras que l"s "tr"s tres permiten cuatr" caras TTL 9 LS' Para c"mandar caras de ma%"r c"nsum" ener&tic"( c"m" rel&s( se rec"mienda utili8ar( entre el puert" % la cara dri3ers n" in3ers"res' Para la "peración de ESCRITURA en el puert"( la instrucción m+s 4a!itual es la siuiente0 MO: P; ( < P;= dat"' Puertos de comunicación

C"n "!>et" de d"tar al micr"c"ntr"lad"r de la p"si!ilidad de c"municarse c"n "tr"s disp"siti3"s e$tern"s( "tr"s !uses de micr"pr"cesad"res( !uses de sistemas( !uses de redes % p"der adaptarl"s c"n "tr"s element"s !a>" "tras n"rmas % pr"t"c"l"s' Alun"s m"del"s disp"nen de recurs"s que permiten directamente esta tarea( entre l"s que destacan0 UART( adaptad"r de c"municación serie as?ncr"na' USART( adaptad"r de c"municación serie s?ncr"na % as?ncr"na Puerta paralela escla3a para p"der c"nectarse c"n l"s !uses de "tr"s micr"pr"cesad"res' US@ )Uni3ersal Serial @us*( que es un m"dern" !us serie para l"s PC' @us I2C( que es un inter#a8 serie de d"s 4il"s desarr"llad" p"r P4ilips' Juan Israel Hernández Sáncez. "ontrol.#$%&'(%'#& )uis *le+andro ,scárcega -ernández. !o.control.#$%&'(%$$  Semestre.

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Materia: Sistemas programables. Unidad V: Puertos y buses de comunicación para microcontroladores CAN )C"ntr"ller Area Net"rB*( para permitir la adaptación c"n redes de c"ne$i"nad" multiple$ad" desarr"llad" c"n>untamente p"r @"sc4 e Intel para el ca!lead" de disp"siti3"s en aut"mó3iles' En EE'UU' se usa el 157O' 1'5 erramientas para el desarr"ll" de aplicaci"nes' Un" de l"s #act"res que m+s imp"rtancia tiene a la 4"ra de selecci"nar un micr"c"ntr"lad"r entre t"d"s l"s dem+s es el s"p"rte tant" s"#tare c"m" 4ardare de que disp"ne' Un !uen c"n>unt" de 4erramientas de desarr"ll" puede ser decisi3" en la elección( %a que pueden sup"ner una a%uda inestima!le en el desarr"ll" del pr"%ect"'

5.2 Programación de puertos.  

Pr"ramación p"r puert" serial Pr"ramación p"r puert" paralel"

Las principales 4erramientas de a%uda al desarr"ll" de sistemas !asad"s en micr"c"ntr"lad"res s"n0 Juan Israel Hernández Sáncez. "ontrol.#$%&'(%'#& )uis *le+andro ,scárcega -ernández. !o.control.#$%&'(%$$  Semestre.

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Materia: Sistemas programables. Unidad V: Puertos y buses de comunicación para microcontroladores 

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Ensam!lad"r' L"s #a!ricantes suelen pr"p"rci"nar el pr"rama ensam!lad"r de #"rma ratuita % en cualquier cas" siempre se puede enc"ntrar una 3ersión ratuita para l"s micr"c"ntr"lad"res m+s p"pulares' C"mpilad"r' Las 3ersi"nes m+s p"tentes suelen ser mu% caras( aunque para l"s micr"c"ntr"lad"res m+s p"pulares pueden enc"ntrarse 3ersi"nes dem" limitadas e inclus" c"mpilad"res ratuit"s' Depuración0 De!id" a que l"s micr"c"ntr"lad"res 3an a c"ntr"lar disp"siti3"s #?sic"s( l"s desarr"llad"res necesitan 4erramientas que les permitan c"mpr"!ar el !uen #unci"namient" del micr"c"ntr"lad"r cuand" es c"nectad" al rest" de circuit"s' Simulad"r' S"n capaces de e>ecutar en un PC pr"ramas reali8ad"s para el micr"c"ntr"lad"r' L"s simulad"res permiten tener un c"ntr"l a!s"lut" s"!re la e>ecución de un pr"rama( siend" ideal es para la depuración de l"s mism"s' Placas de e3aluación' Se trata de peque,"s sistemas c"n un micr"c"ntr"lad"r %a m"ntad" % que suelen c"nectarse a un PC desde el que se caran l"s pr"ramas que se e>ecutan en el micr"c"ntr"lad"r' Las placas suelen incluir 3isuali8ad"res LCD( teclad"s( LEDs( #+cil acces" a l"s pines de E/S( etc' Emulad"res en circuit"' Se trata de un instrument" que se c"l"ca entre el PC an#itrión % el 8ócal" de la tar>eta de circuit" impres" d"nde se al">ar+ el micr"c"ntr"lad"r de#initi3"' El pr"rama es e>ecutad" desde el PC( per" para la tar>eta de aplicación es c"m" si l" 4iciese el mism" micr"c"ntr"lad"r que lue" ir+ en el 8ócal"'

5.3 Aplicaciones de puertos

OPERACIN DE LECTURA EN LOS PUERTOS DEL MICROCONTROLADOR 5671' La "peración de lectura " de adquisición de dat"s n" representa ninFn tip" de pr"!lema< s"lamente se de!er+ cam!iar el "rden de l"s "perand"s en la instrucción respect" a la de escritura'

Juan Israel Hernández Sáncez. "ontrol.#$%&'(%'#& )uis *le+andro ,scárcega -ernández. !o.control.#$%&'(%$$  Semestre.

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Materia: Sistemas programables. Unidad V: Puertos y buses de comunicación para microcontroladores Para la "peración de lectura( el #"rmat" de la instrucción m+s 4a!itual es el siuiente0 MO: (P; < dat" = P; L"s siuientes diaramas muestran cóm" se puede intr"ducir un dat" a l"s puert"s para que sir3an de inter#ace'

5.4 st!ndares de buses

PC/16G se lan8ó en 1HH2( acercand" la tecn"l"?a PC a las aplicaci"nes de c"ntr"l industrial' El est+ndar PC/16G usa el !us ISA c"m" un !us p"rtad"r en el sistema( s"!re el que las unidades se interc"nectan( seme>ante al est+ndar pluin " las tar>etas de e$pansión de la &p"ca' En 1HHG el est+ndar se amplió para incluir el !us PCI % especi#icó el PC/16G Plus c"m" el est+ndar' En el est+ndar PC/16G Plus( tant" el !us ISA c"m" el !us PCI se declaran c"m" !uses p"rtad"res en el sistema %( p"r l" tant"( Juan Israel Hernández Sáncez. "ontrol.#$%&'(%'#& )uis *le+andro ,scárcega -ernández. !o.control.#$%&'(%$$  Semestre.

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Materia: Sistemas programables. Unidad V: Puertos y buses de comunicación para microcontroladores disp"ni!les para la e$pansión del sistema' Am!"s sistemas de c"nect"res "cupan alreded"r del 6J del +rea de la tar>eta' La creciente c"mple>idad de las tar>etas % el &n#asis en el !us PCI c"ndu>" en el a," 266G a que el us" de PC/16G c"n !us ISA c"men8ara a utili8arse en men"r medida #rente al us" del est+ndar PC/16G Plus' Para aplicaci"nes en las que el !us ISA es necesari"( est+n disp"ni!les las tar>etas que 4acen de puente entre PCI e ISA % p"r tant" permite el us" de e$pansi"nes " tar>etas ISA en s"luci"nes PCI 16G' E$isten numer"s"s desarr"ll"s en el mercad"( dentr" de +reas tan di#erentes c"m" m+quinas 4erramientas( c"ntr"l de sistemas de rie" " aplicaci"nes militares' P"r este m"ti3"( el est+ndar PC/16G siue manteniend"( racias a su r"!uste8( una parte alta del mercad" em!edded' M+s de 166 #a!ricantes de tar>etas respaldan actualmente el est+ndar PC/16G % "#recen una s"lución para casi cada aplicación' En c"mparación c"n "tras s"luci"nes( el est+ndar PC/16G es un est+ndar real % de ese m"d" permite el intercam!i" seur" de tar>etas de di#erentes #a!ricantes( aseurand" una disp"ni!ilidad a lar" tiemp"'

5.5 "ane#o del bus

Selección del @us


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Materia: Sistemas programables. Unidad V: Puertos y buses de comunicación para microcontroladores C"n el "!>eti3" de s"luci"nar l"s pr"!lemas antes menci"nad"s % de p"der reusar nuestr"s dise,"s as? c"m" tam!i&n usar dise,"s reali8ad"s p"r "tr"s rup"s ad"ptam"s el est+ndar de interc"ne$ión Kis4!"ne' C"n el "!>eti3" de s"luci"nar l"s pr"!lemas antes menci"nad"s % de p"der reusar nuestr"s dise,"s as? c"m" tam!i&n usar dise,"s reali8ad"s p"r "tr"s rup"s ad"ptam"s el est+ndar de interc"ne$ión Kis4!"ne' En una primera apr"$imación cream"s un !us de e$pansión espec?#icamente cread" para el micr"c"ntr"lad"r' Est" tiene imp"rtantes des3enta>as( en tre ellas0  Para c"nectar peri#&ric"s cread"s p"r "tr"s rup"s de tra!a>" es necesari" adaptarl"s a la se,ali8ación del !us en cuestión'  Peri#&ric"s dise,ad"s para ese !us n" ser3?an para ser usad"s en "tr"s dise,"s c"n !uses de "tr" tama,"' P"r e>empl"0 n" ser3?an para un !us de 1 " 2 !its sin ser adaptad"s' 5.$ Aplicaciones de buses

@us de Direcci"nes0 Este es un !us unidirecci"nal de!id" a que la in#"rmación #lu%e es una s"la dirección( de la CPU a la mem"ria ó a l"s element"s de entrada % salida' La CPU s"la puede c"l"car ni3eles lóic"s en las n l?neas de dirección( c"n la cual se enera 2n p"si!les direcci"nes di#erentes' Cada una de estas direcci"nes c"rresp"nde a una l"calidad de la mem"ria ó disp"siti3" de E / S' L"s micr"pr"cesad"res 565 % 5655 usad"s en l"s primer"s c"mputad"res pers"nales )PC* p"d?an direcci"nar 4asta 1 mea!%te de mem"ria )1'6G5'7 !%tes*' Es necesari" c"ntar c"n 26 l?neas de dirección' Para p"der mane>ar m+s de 1 mea!%te de mem"ria ( en l"s c"mputad"res AT )c"n pr"cesad"res 5625* se utili8ó un !us de direcci"nes de 2G !its( permitiend" as? direcci"nar 4asta 1 M@ de mem"ria RAM )1''21 !%tes*' En la actualidad l"s pr"cesad"res 565D; pueden direcci"nar directamente G ia!%tes de mem"ria principal % el pr"cesad"r 56G5D; 4asta G @'


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Materia: Sistemas programables. Unidad V: Puertos y buses de comunicación para microcontroladores @us de Dat"s0 Este es un !us !idirecci"nal( pues l"s dat"s pueden #luir 4acia ó desde la CPU' L"s m terminales de la CPU( de D6  Dm1 ( pueden ser entradas ó salidas( seFn la "peración que se est& reali8and" ) lectura ó escritura * ' en t"d"s l"s cas"s( las pala!ras de dat"s transmitidas tiene m !its de l"nitud de!id" a que la CPU mane>a pala!ras de dat"s de m !its< del nFmer" de !its del !us de dat"s( depende la clasi#icación del micr"pr"cesad"r' En alun"s micr"pr"cesad"res( el !us de dat"s se usa para transmitir "tra in#"rmación adem+s de l"s dat"s )p"r e>empl"( !its de dirección ó in#"rmación de c"ndici"nes*' Es decir( el !us de dat"s es c"mpartid" en el tiemp" ó multiple$ad"' En eneral se ad"ptó 5 !its c"m" anc4" est+ndar para el !us de dat"s de l"s primer"s c"mputad"res PC % ;T' Usualmente el c"mputad"r transmite un car+cter p"r cada pulsación de rel"> que c"ntr"la el !us )!us cl"cB*( el cual deri3a sus pulsaci"nes del rel"> del sistema )s%stem cl"cB*' Alun"s c"mputad"res lent"s necesitan 4asta d"s pulsaci"nes de rel"> para transmitir un car+cter' L"s c"mputad"res c"n pr"cesad"r 5625 usan un !us de dat"s de 1 !its de anc4"( l" cual permite la c"municación de d"s caracteres " !%tes a la 3e8 p"r cada pulsación de rel"> en el !us' L"s pr"cesad"res 565 % 56G5 usan !uses de 2 !its' El PENTIUM de Intel utili8a !us e$tern" de dat"s de G !its( % un" de 2 !its intern" en el micr"pr"cesad"r' @us de C"ntr"l0 Este c"n>unt" de se,ales se usa para sincr"ni8ar las acti3idades % transacci"nes c"n l"s peri#&ric"s del sistema' Alunas de estas se,ales( c"m" R / K ( s"n se,ales que la CPU en3?a para indicar que tip" de "peración se espera en ese m"ment"' L"s peri#&ric"s tam!i&n pueden remitir se,ales de c"ntr"l a la CPU( c"m" s"n INT( RESET( @US R' Las se,ales m+s imp"rtantes en el !us de c"ntr"l s"n las se,ales de cr"nómetr"( que eneran l"s inter3al"s de tiemp" durante l"s cuales se reali8an las "peraci"nes' Este tip" de se,ales depende directamente del tip" del micr"pr"cesad"r'


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Materia: Sistemas programables. Unidad V: Puertos y buses de comunicación para microcontroladores 5.% &omunicación

Un c"n3ers"r ADC puede c"n3ertir un 3"lta>e en un numer" !inari" diital' L"s c"n3ers"res A/D s"n utili8ad"s en cualquier luar d"nde sea necesari" pr"cesar una se,al( almacenarla " transp"rtarla en #"rma diital' La res"lución del c"n3ers"r indica el nFmer" de 3al"res discret"s que se pueden "!tener dependiend" del ran" del 3"lta>e de entrada' Usualmente es e$presad" en !its' L"s micr"c"ntr"lad"res t?picamente traen inc"rp"rad" c"n3ers"res de 5( 16( 12 " 1 !its' P"r e>empl" un ADC que c"di#ica una se,al an+l"a de 27 3al"res discret"s )6''277* tiene una res"lución de 5 !its( %a que 2Q5  27' La res"lución tam!i&n puede ser de#inida en t&rmin"s el&ctric"s( % e$presada en 3"lts' La res"lución de un ADC es iual al ma%"r 3"lta>e que se pueda medir di3idid" p"r el nFmer" de 3al"res discret"s( p"r e>empl"0 Para un ran" de medida entre 6 % 16 3"lts Res"lución del ADC  12 !its0 2Q12  G6H ni3eles de cuanti8ación res"lución del ADC en 3"lts0 )166*/G6H  6'662GG 3"lts  2'GG m:


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SistemasProgramables Unidad-5 Completa

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