microcontrolador caracteristicas

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Concepto: Microcontroladores:Sedene un microcontroladorde forma general, como unprocesador con su sistemamnimo en un chip (incluyememoria para programa ydatos, perifricos deentrada / salida,conversores anlogo digital (AD) y digital anlogo (DA), mdulosespecializados en latransmisin y recepcin dedatos).

Microcontroladores PIC.Los microcontroladores.Procesador con su sistema mnimoen un chip (incluye memoria paraprograma y datos, perifricos deentrada / salida, conversores anlogo digital (AD) y digital anlogo(DA), mdulos especializados en latransmisin y recepcin de datos).

Contenido1 Caractersticas yAplicaciones2 Por qu los PIC?3 Tipos de microcontroladoresPIC y gama a que pertenecen

3.1 El microcontroladorPIC16F8773.2 LosmicrocontroladoresPIC18F452 y PIC18CXX2

4 Caractersticas Generales5 Arquitectura

5.1 Arquitectura delmicrocontrolador

6 Organizacin de Memoria6.1 Organizacin de laMemoria de Programa.6.2 Organizacin de lamemoria de datos.6.3 Bancos de memoria

7 Los PIC utilizados en latarjeta PICDEM 2 PLUS

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Figura 1.1Distribucin de losmodelos de PIC enlas gamas

8 Los Puertos de E/S.8.1 Puertos de E/S delPIC16F877, de la gamamedia8.2 Puertos de E/S de losPICs 18F452 y 18CXX2,de la gama mejorada

9 Conversor A/D.10 Fuentes

Caractersticas y AplicacionesCon las Gamas de PIC se dispone de gran diversidad de modelos y encapsulados,pudiendo seleccionar el que mejor se acople a lasnecesidades de acuerdo con el tipo y capacidad de lasmemorias, el nmero de lneas de entrada y salida (E/S) ylas funciones auxiliares precisas. Sin embargo, todas lasversiones estn construidas alrededor de una arquitecturacomn.Gama Baja: Repertorio de 33 instrucciones de 12 bits ydos niveles de pila.Gama Media: Repertorio de 35 instrucciones de 14 bits, 8niveles de pila y un vector de interrupcin.Gama Alta: Repertorio de 58 instrucciones de 16 bits, 16niveles de pila y cuatro vectores de interrupcin.Gama Mejorada: Repertorio de 77 instrucciones de 16bits, 32 niveles de pila y cuatro vectores de interrupcin.

Por qu los PIC?Considerando el momento actual, comparando los parmetros fundamentales conlos modelos comerciales de otros fabricantes y las aplicaciones ms habituales alas que se destinan los microcontroladores, la eleccin de una versin adecuadade PIC es la mejor solucin, atendiendo a sus principales ventajas:Bajo costo Bajo consumo de potencia Alta inmunidad al ruido Distintos modelos adecuados para cada necesidad Herramientas de desarrollo gratuitas Fcil de empezar a usar


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Abundante informacin tcnica gratuita ocial y de terceros (ambas porInternet) Proteccin del cdigo de programa por encriptacin Modo SLEEP (estado de reposo o de muy bajo consumo) Predisposicin para osciladores RC (Resistor/Capacitor), XT (XTal), HS (HighSpeed) y LP (Low Power) Solo 35 instrucciones RISC (Reduced Instruction Set Computer) Interrupciones programables Circuito de vigilancia tipo perro guardin (watch dog timer o WDT) Modelos con conversores A/D Modelos con salida PWM (modulacin de anchura de pulsos) Modelos con varios temporizadores internos

Tipos de microcontroladores PIC y gama a quepertenecenEl microcontrolador PIC16F877Pertenece a la gama media, se le aaden nuevas prestaciones a las que poseanlos de la gama baja, hacindolos ms adecuados en las aplicaciones complejas, losmismos admiten interrupciones, poseen comparadores de magnitudes analgicas,Convertidores A/D, puerto serie, diversos temporizadores, memorias OTP yEEPROM (Electrical Erasable Programmable Read OnIy Memory) y 35instrucciones de 14 bits de ancho.Los microcontroladores PIC18F452 y PIC18CXX2Pertenecen a la gama mejorada, poseen una arquitectura abierta pudindoseexpansionar en el exterior al poder sacar los buses de datos, direcciones ycontrol.As se pueden congurar sistemas similares a los que utilizan losmicroprocesadores convencionales, siendo capaces de ampliar la conguracininterna del PIC aadiendo nuevos dispositivos de memoria y de E/S externas. Estafacultad obliga a estos componentes a tener un elevado nmero de pinescomprendido entre 40 y 44.Admiten interrupciones, poseen puerto serie, varios temporizadores y mayorescapacidades de memoria que alcanzan las 8 k palabras en la memoria deinstrucciones, para memoria de datos cuentan con 454 a 3968 bytes y disponende 77 Instrucciones de 16 bits de ancho.

Caractersticas Generales


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Figura 1.2 Arquitectura de VonNeumann.

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Figura 1.3 ArquitecturaHarvard.

Los microcontroladores seleccionados para el trabajo, estn basados encaractersticas propias de los PIC pertenecientes a las gamas baja, media ymejorada. La gama baja de los PIC, encuadra nueve modelos fundamentales en laactualidad.La memoria de programa puede contener 512 byte, 1 k. y 2 k palabras de 12 bits,y ser de tipo ROM, EPROM. Tambin hay modelos con memoria OTP, (One TimeProgrammable) que slo puede ser grabada una vez por el usuario. La memoriade datos puede tener una capacidad comprendida entre 25 y 73 bytes.

ArquitecturaLos Microcontroladores PIC, basados en la arquitectura RISC (Set deInstrucciones Reducido), contemplan la mayora de las caractersticas de estaarquitectura. Entre ellas se pueden destacar, set de instrucciones homogneo,reducido nmero de instrucciones y alta velocidad.Arquitectura del microcontroladorAunque inicialmente todos los microcontroladores adoptaron la arquitecturaclsica de Von Neumann, en la actualidad se impone la Arquitectura Harvard.

La Arquitectura de Von Neumann se caracterizapor disponer de una sola memoria principal,donde se almacenan datos e instrucciones deforma indistinta. A dicha memoria se accede atravs de un sistema de buses nico(direcciones, datos y control). La arquitectura Harvard empleada en losmicrocontroladores actuales, dispone de dosmemorias independientes: una que contiene sloinstrucciones y otra slo datos.Ambas disponen de sus respectivos sistemas debuses de acceso y es posible realizaroperaciones de acceso (lectura o escritura)simultneamente en ambas memorias, todo estopropicia que se mejore el ancho de banda conrespecto a la arquitectura tradicional.

Separar los buses de programa y de datos, permite adems que el ajuste deltamao de las instrucciones sea diferente del ancho de 8 bits en los datos depalabra. Un bus de acceso a la memoria de programa con un ancho de 14 bits,toma una instruccin de 14 bits en un solo ciclo.


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Los microcontroladores elegidos para el presente trabajo, pueden dirigirsedirecta o indirectamente a sus archivos de registros o memoria de datos.Todos los registros de funciones especiales, incluyendo el contador del programa,son trazados en un mapa en la memoria de datos. Estos microcontroladores,tienen un set ortogonal (simtrico) de instruccin, que hace posible que se lleve acabo cualquier operacin en cualquier registro usando cualquier modo dedireccin.La naturaleza simtrica y la ausencia de situaciones ptimas especiales, hacen laprogramacin con estos microcontroladores simple y ms eciente.

Organizacin de MemoriaLa repercusin ms importante del empleo de la arquitectura Harvard en losmicrocontroladores PIC, se maniesta en la organizacin de la memoria delsistema.La memoria de programa es independiente a la de los datos, accedindose en elmismo ciclo a ambas memorias, pues cada uno tiene sus propios buses de acceso,adems de tener tamaos y longitudes de palabra diferentes.Organizacin de la Memoria de Programa.En los PIC de la gama baja, el registro contador de programa (PC) proporciona ladireccin de la memoria de programa y su longitud puede oscilar entre 9 y 11bits, segn la capacidad de la misma.En los modelos que slo disponen de la pgina 0, bastan los 9 bits de menos pesodel PC (A8-A0) para direccionar la instruccin en curso, que, si no es una de salto,provoca el autoincremento del mismo.En las instrucciones de salto, el valor del PC se obtiene de diferentes formassegn de la instruccin de que se trate.Los PIC de rango medio poseen un registro Contador del Programa (PC) de 13bits, capaz de direccional un espacio de 8K x 14, como todas las instrucciones sonde 14 bits, esto signica un bloque de 8k instrucciones.El bloque total de 8K x 14 de memoria de programa, est subdividido en 4pginas de 2K x 14. En la Figura 1.4 se muestra esta organizacin.Los PICs de la gama mejorada 18CXX2 y 18F452, tienen un registro Contadordel Programa (PC) de 14 bits, poseen mayores capacidades de memoria que losde la gama media que alcanza hasta 1M palabras.


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Figura 1.4Memoria deprograma de losPIC de la gamamedia

La mayora de las instrucciones son de 16 bits, aunque lashay tambin de 32 bits. El nmero total de instrucciones esde 77.

Organizacin de la memoria de datos.La memoria de datos evoluciona segn se ejecuta elprograma, la misma es de tipo lecturaescritura, es decir tipoRAM.La memoria de datos se organiza en "bancos", pudiendoexistir hasta cuatro en los modelos de mayor capacidad.El banco 0 tiene un tamao de 32 bytes, mientras que todos

los dems slo disponen de 16. El banco 0 ocupa las 32 primeras posiciones de lamemoria y lo poseen todos los modelos de la gama baja.Las 16 posiciones de menos peso de los bancos 1, 2 y 3 no son accesibles ycuando se direcciona desde el valor 00h al 0Fh, siempre se acude al banco 0.Cuando la direccin est comprendida entre la 10h y la 1Fh, hay que seleccionara cul de los cuatro posibles bancos corresponde con los bits 6 y 5 del registroFSR (File Select Register).La memoria datos de los PIC de la gama media, consta de dos reas mezcladas ydestinadas a funciones distintas: Registros de Propsito Especial (SFR) Registro de Propsito General (GPR)Los SFR, son localidades asociadas especcamente a los diferentes perifricos yfunciones de conguracin del PIC y tienen un nombre especco asociado con sufuncin. Mientras que los GPR son memoria RAM de uso general.Bancos de memoriaToda la memoria de datos est organizada en 4 bancos numerados: 0, 1, 2 y 3.Para seleccionar un banco, se debe hacer uso de los bits del registroSTATUS denominados IRP, RP1 y RP0.Cada banco se extiende hasta la direccin de memoria 7Fh (128 bytes). Lasposiciones inferiores de cada banco estn reservadas para los registros defunciones especiales, a continuacin de estos, se ubican los registros de propsitogeneral, implementado como RAM esttica.


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Tabla 1.1 Bancos dememoria de los PIC de lagama media.

Todos los bancos implementados contienen registros de funciones especiales. Unode los usos ms frecuentes de estos registros con respecto a un banco, puede serel reejo en otro para la reduccin de cdigo y la va de entrada ms rpida.

Hay dos maneras de acceder a la memoria de datos:Direccionamiento directo e indirecto. La seleccin debancos se basa en la siguiente tabla.Los PICs de la gama mejorada, poseen memoria dedatos RAM en todas las versiones hasta 1MB, conMMU y 4 canales de DMA. Tambin tienen versionesde memoria de datos EEPROM (con proteccin) de

256 bytes

Los PIC utilizados en la tarjeta PICDEM 2 PLUSEn este epgrafe se describen las principales caractersticas de los PIC utilizadosen la Tarjeta PICDEM 2 PLUS, objeto de estudio, como se abord en los epgrafesanteriores, los mismos pertenecen a la gama baja, media y mejorada:Caractersticas de los microcontroladores pertenecientes a la gama baja: Un temporizador (TMR0). 33 instrucciones de 12 bits. E/S comprendido entre 12 y 20.Memoria ROM, EPROM, OTP. El voltaje de alimentacin admite un valor muy exible comprendido entre 2 y6,25 V. Restricciones importantes sobre los componentes de la gama baja: La pila o"stack" slo dispone de dos niveles, lo que supone no poder encadenar ms de dossubrutinas y no admiten interrupciones.Caractersticas del microcontrolador PIC16F877, Perteneciente a la gamamedia: Interrupciones. Comparadores analgicos. Convertidores A/ D. Puerto serie. Temporizadores. Memorias OTP y EEPROM. 35 instrucciones de 14 bits de ancho.La Figura 1.5 muestra el microcontrolador PIC16F877, con la distribucin de suspines, ver Anexo 1. Distribucin de los pinesCaractersticas de los microcontroladores PIC18F452 y PIC18CXX2,


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Figura 1.5MicrocontroladorPIC16F877.

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Figura 1.6MicrocontroladorPIC18XXX.

pertenecientes a la gama mejorada: Microcontrolador de interfaz abierta. Gran cantidad de pines (40- 44). Memoria de Programa 16384 palabras Memoria para datos 454 a 3968 bytes. Memoria de Datos EEPROM 256 bytes Fuentes de Interrupcin 19 Puertos de E/S A(8), B(8), C(8), D(8) y E(3) Temporizadores 4 Mdulos Captura/Comparacin 1 estndar y 1ampliado Comunicacin Serie MSSP y USART (mejorado) Comunicacin Paralelo PSP Convertidores ADC 13 x 10 bits 77 Instrucciones de 16 bits de ancho. Hardware multiplier. Memoria lineal.La familia PIC18CXXX/PIC18FXXX tienencaractersticas especiales para reducir componentesexternos, por ello reduce el costo, aumenta laconabilidad y reduce el consumo de energa.La Figura 1.6 muestra el microcontroladorperteneciente a la familia PIC18XXX, con ladistribucin de sus pines.

Los Puertos de E/S.Los pines de comunicacin de losmicrocontroladores, se agrupan en conjuntos que sedenominan puertos, porque dejan entrar y salir lainformacin al procesador.Dichos puertos, deben soportar las lneas que precisan los distintos perifricosque hay integrados en la cpsula. Cuantos ms perifricos dispone el modelo,exige ms lneas de comunicacin y mayor nmero de pines, con msmultiplexado de seales.La mayora de los pines de los Puertos son multifuncin, es decir, soportandiferentes funciones segn sean programadas. As, por ejemplo, existen pines quea veces funcionan como lneas de E/S digitales y otras como entradas o salidas deseales analgicas para un comparador.Puertos de E/S de los PIC, de la gama baja.


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Los PIC de la gama baja, slo disponen de lneas de E/S digitales, cada una de lascuales tiene su correspondencia con una patita de la cpsula. Dichas lneas seagrupan en tres puertos: A, B y C. El Puerto A, acta lo mismo que un registro deE/S de lectura y escritura.Slo son vlidos los 4 bits de menos peso que corresponden con las patitasRA3:RA0. Los 4 bits de ms peso, no estn implementados y cuando se leensiempre valen 0. El Puerto B, funciona como un registro de E/S de 8 bitsbidireccionales, siendo accesibles todos ellos por las patitas RB7:RB0.Puertos de E/S del PIC16F877, de la gama media Recursos comunes (TMR0, Perro Guardin, Modo de Reposo, Reset de conexinde alimentacin, interrupciones). Convertidor A/D de 8 bits con 5 canales de entrada. 2 Mdulos de Captura/Comparacin/PWM (CCP). Puerto Sncrono Serie (SSP). Interfaz de Comunicaciones Serie (SCI).Puertos de E/S de los PICs 18F452 y 18CXX2, de la gamamejorada Puertos de entrada y salida. Se usan 3 entradas digitales para los conmutadores(RC3, RC4, RC5); 3 como salidas de la plataforma PICCI (RB0, RB1, RB2), y otras3 (RC0, RC1, RC2) como salidas para los indicadores LED. 4Temporizadores (TMR0, TMR1, TMR2, TMR3): 2 de 16 bits y 2 de 8 bits. Convertidor A/D de 10 bits (RA0/AN0, RA1/AN1, RA2/AN2, RA3/AN3,RA5/AN52). USART (RC6, RC7). Receptor transmisor asncrono sncrono direccionableuniversal. Permite la transmisin y recepcin de cadenas de bits. Programacin RB6, RB7: Reloj y entrada y salida de datos para modoprogramacin respectivamente desde el PIC. MCLR/VPP: Dedicado a encender (RUN) y apagar (STOP) el PIC segn exista 5 y0 Voltios con respecto a VSS respectivamente. Adems, si se excita con 13 V, seconsigue entrar en modo programacin. Servir de RESET del microcontrolador(RESET durante funcionamiento).

Conversor A/D.Se trata de un potentsimo perifrico, que se halla integrado en todos losmicrocontroladores del tipo PIC16FXXX, PIC18FXXX y PIC18CXXX.El PIC16F877 cuenta con 5 canales. Es un conversor anlogo - digital de 8 bitscon una tensin de referencia que puede ser interna (VDD) o externa (entra por elpin AN3/Vref).


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En cada momento la conversin solo se realiza con la entrada de uno de suscanales, depositando el resultado de la misma en el registro ADRES y activndoseel sealizador ADIF, que provoca una interrupcin si el bit de permisocorrespondiente esta activado.Adems, al terminar la conversin el bit GO/DONE se pone a 0. La tensin dereferencia puede provenir de la tensin interna VDD o de la externa que seintroduce por el pin AN3/Vref.Para gobernar el funcionamiento del CAD (Conversor Anlogo-Digital) se utilizandos registros: ADCON0 y ADCON1. El primero, selecciona el canal a convertir conlos bits CHS, activa al conversor y contiene el sealizador que avisa el n de laconversin (ADIF) y el bit GO/DONE; el segundo (ADCON1), establece lasentradas que son digitales y analgicas, as como el tipo de tensin de referencia(interna o externa). El tiempo que dura la conversin, depende de la frecuencia defuncionamiento del PIC y del valor de los bits ADCS1 y ADCS0Los PICs 18F452 y 18CXX2, de la gama mejorada poseen un conversor anlogodigital con una resolucin de 10 bits y hasta 13 canales.

FuentesAngulo Martnez J., Angulo Usategui J. Ma., y Martn Cuenca E.Microcontroladores PIC, La solucin en un chip Editorial Paraninfo, 1997. Angulo Martnez J., Angulo Usategui J. Ma., y Martn Cuenca E.Aplicaciones de los microcontroladores PIC de Microchip Editorial McGrawHill, 1998.Campos Cerda Manuel Fernando, Castaeda Prez Ramiro, Contreras TorresArturo Cesar. Implementacin de un Sistema de Desarrollo UtilizandoMicrocontroladores PIC, Microchip Tecnology. Universidad de Guadalajara,1998.

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