Instituto tecnologico superior de puerto vallarta

Aplicaciones de los Microcontroladores

Interfaces

Néstor Daniel Vargas Ureña

17/05/2011

IntroducciónAunque pensamos que la aplicación de los microcontroladores es minima, a estos podemos encontrarlos en una gran cantidad de aparatos que son típicos en hogar, tales como microondas, televisores, batidoras, lavadoras, etc.

En el área computacional, una aplicación típica es cuando emplea varios microcontroladores para controlar pequeñas partes del sistema. Estos pequeños controladores son comunicarse entre ellos y con un procesador central, probablemente más potente, para compartir la información y coordinar sus acciones, como, de hecho, ocurre ya habitualmente en cualquier PC.

Diseño ExternoUn microcontrolador se conforma de una combinación de Silicio y Germanio que en conjunto logran un equilibrio ideal entre el costo y el rendimiento ofrecido. Este pequeño armazón cuenta con una pequeña muesca que le indica al diseñador de circuitos por donde comenzar a realizar el conteo de los Pines. Dentro de esta estructura podemos encontrar el microprocesador, el cual necesita de pequeños buses por donde recibirá diversos datos, tanto entradas como salidas. Dichos buses físicamente podemos observarlos en los pines, los cuales dependiendo de la configuración del microcontrolador, cuentan con un número limitado de puertos donde será posible conectar periféricos. A continuación se muestra una imagen donde se puede observar la función de cada pin en un PIC 16F84A.

Diseño InternoContinuando con la estructura interna de un Microcontrolador, que es donde se ejecutara el programa que sea cargado en dicho dispositivo, primeramente se tiene que comenzar mencionando la parte la Arquitectura interna del Microcontrolador.

Existen dos arquitecturas que son las más reconocidas:

La Arquitectura Von Neumann. La cual dispone de una sola memoria principal donde se almacenan datos e instrucciones de forma indistinta. A dicha memoria se accede a través de un sistema de buses único (direcciones, datos y control).

La Arquitectura Harvard. La cual dispone de dos memorias independientes, una que contiene sólo instrucciones, y otra que contiene sólo datos. Ambas disponen de sus respectivos sistemas de buses de acceso y es posible realizar operaciones de acceso (lectura o escritura) simultáneamente en ambas memorias, ésta es la estructura para los PIC's.

Ya explicado lo anterior, es posible desintegrar cada componente que compone a cada una de las arquitecturas antes mencionadas.

El procesador o CPU

Es el elemento más importante del microcontrolador. Se encarga de direccionar la memoria de instrucciones, recibir el código OP de la instrucción en curso, decodificarlo y ejecutarlo, también realiza la búsqueda de los operandos y almacena el resultado.

Memoria de programa

Se puede considerar la memoria de instrucciones, aquí es donde se almacenan los programa o código que el micro debe ejecutar. No hay posibilidad de utilizar memorias externas de ampliación. Los tipos de memorias que existen de este tipo son: ROM, OTP, EPROM, EEPROM y FLASH.

La memoria de programa se divide en páginas de 2,048 posiciones. El PIC16F84A sólo tiene implementadas 1K posiciones es decir de 0000h a 03FFh y el resto no está implementado.

Memoria de datos

Aquí encontramos dos zonas diferentes:

RAM estática ó SRAM: que es donde residen los Registros Específicos (SFR) con 24 posiciones de tamaño byte, aunque dos de ellas no son operativas y los Registros de Propósito General (GPR) con 68 posiciones. La RAM del PIC16F84A se halla dividida en dos bancos (banco 0 y banco 1) de 128 bytes cada uno (7Fh)

Y la EEPROM que cuenta con 64 bytes donde, opcionalmente, se pueden almacenar datos para que no se pierdan al desconectar la alimentación.

Reloj del Sistema

Todos los microcontroladores disponen de un circuito oscilador que genera una onda cuadrada de alta frecuencia, que configura los impulsos de reloj usados en la sincronización de todas las operaciones del sistema.

Generalmente, el circuito de reloj está incorporado en el microcontrolador y sólo se necesitan unos pocos componentes exteriores para seleccionar y estabilizar la frecuencia de trabajo. Dichos componentes suelen consistir en un cristal de cuarzo junto a elementos pasivos o bien un resonador cerámico o una red R-C.

Aumentar la frecuencia de reloj supone disminuir el tiempo en que se ejecutan las instrucciones pero lleva aparejado un incremento del consumo de energía.

Puerto de Entrada/Salida

En este caso hablamos de los pines con los que cuenta un Microcontrolador y que son los que otorgan gran parte de la funcionalidad de un dispositivo como éste.

Dispositivos de entrada y salida configurables y adaptables en un microcontroladorLa principal utilidad de las patitas que posee la cápsula que contiene un microcontrolador es soportar las líneas de E/S que comunican al computador interno con los periféricos exteriores.

Según los controladores de periféricos que posea cada modelo de microcontrolador, las líneas de E/S se destinan a proporcionar el soporte a las señales de entrada, salida y control.

Cambiando un poco el rumbo, para realizar este tipo de tareas, además de reconocer cuales son los pines que otorga el PIC para estas tareas, es muy importante la parte de la programación ya que con esta, podemos definir que pines actuaran como entrada y cuál será la reacción de las salidas.

Configuración de los puertos

La tabla de registros de la memoria de datos está dividida en el BANCO 0 y BANCO 1. Los registros importantes en la configuración de los puertos son:

STATUS dirección 0x3 PORTA dirección 0x5 PORTB dirección 0x6 TRISA dirección 0x5 TRISB dirección 0x6

Por defecto el PIC tendrá todos los I/O port's (es decir los puertos RA y RB), colocados como entrada de datos, y si queremos cambiarlos habrá que configurarlos.

Para configurar los puertos se puede asignar un 1 o un 0 a un pin dependiendo de la función que queramos que desempeñe. Si se le asigna un CERO a un pin, éste quedará como salida y si se le asigna un UNO, quedará como entrada

Esta asignación se hace en:

TRISA para los pines del PUERTO A (5 bits) TRISB para los pines del PUERTO B (8 bits)

Por Ejemplo:

Si TRISA es igual a 11110 todos sus pines serán entradas salvo RA0 que esta como salida

Si TRISB es igual a 00000001 todos sus pines serán salidas salvo RB0 que esta como entrada

Cuando el PIC arranca se encuentra en el BANCO 0, como TRISA y TRISB están en el BANCO 1 no queda otra más que cambiar de banco. Esto se logra a través del Registro STATUS. STATUS es un Registro de 8 bits u 8 casillas, en el cual la Nº 5 (RP0) define la posición del banco en donde nos encontramos: Si se le pone un CERO (0) a RP0 se llegara al BANCO 0 y si se le pone un UNO (1) se llegara al BANCO 1.

Dispositivos Auxiliares

Los dispositivos auxiliares son lo que brindan la información con la que el microcontrolador realizara su trabajo.

Los anteriores los podemos organizar en 2 grupos, aquellos que envían las entradas al microcontrolador y aquellos que reciben las salidas desde el microcontrolador.

En el primer grupo se pueden agrupar todos aquellos componentes que funcionan como interruptores de corriente, como los switch.

Por la parte de los dispositivos de salidas definidos como aquellos dispositivos periféricos que nos permiten visualizar el trabajo realizado por el microcontrolador, podemos resaltar los más sobresalientes.

Relés

El relé o relevador es un dispositivo electromecánico. Funciona como un interruptor controlado por un circuito eléctrico en el que, por medio de una bobina y un electroimán, se acciona un juego de uno o varios contactos que permiten abrir o cerrar otros circuitos eléctricos independientes.

Motores

Un motor eléctrico es una máquina eléctrica que transforma energía eléctrica en energía mecánica por medio de interacciones electromagnéticas. Algunos de los motores eléctricos son reversibles, pueden transformar energía mecánica en energía eléctrica funcionando como generadores.

Display LCD

Una pantalla de cristal líquido o LCD (acrónimo del inglés liquid crystal display) es una pantalla delgada y plana formada por un número de píxeles en color o monocromos colocados delante de una fuente de luz o reflectora. A menudo se utiliza en dispositivos electrónicos de pilas, ya que utiliza cantidades muy pequeñas de energía eléctrica.

Codificadores de posición

Son aquellos que ofrecen directamente una señal digital a partir de una entrada analógica.

Mediante la programación de los puertos antes mencionada, se tiene el control absoluto de como reaccionara el microcontrolador al aplicársele una determinada entrada. Es posible controlar la dirección del giro en caso del motor, la impresión de un digito en el caso de la pantalla, la interrupción o paso de corriente en los relés, etc.

ConclusionesUn microcontrolador está hecho de una combinación de materiales como el silicio y el germanio los cuales son muy económicos y se ajustan a las necesidades de la circuitería. Todos los pines con los que cuenta un microcontrolador tienen funciones específicas y, como en el caso de los puertos, son programables para asignarles funciones específicas.

La estructura interna de un microcontrolador puede ser de 2 formas, Arquitectura Von Neumann o Arquitectura Harvard, aunque en cuanto a los componentes comparten los mismos, tales como el CPU, Memoria de Programa, Memoria Datos, Reloj de Sistema y los puertos.

Los pines que son puertos de E/S constituyen la parte más funcional de un microcontrolador, esto por dos razones.

Dichos puertos son totalmente configurables en el aspecto de cuales se comportaran como entrada y cuales como salida y en la parte de cómo reaccionaran las salidas ante cualquier cambio de las entradas.

A estos puertos es posible conectarle circuitería adicional que permite visualizar el comportamiento de las salidas y por tanto obtener un resultado.

Por lo tanto con un microcontrolador podemos controlar cualquier acción que un dispositivo actuador nos puede ofrecer.

Fuenteshttp://www.plusformacion.com/Recursos/r/Diseno-un-PLC-mediante-un-microcontrolador-para-un-sistema-electroneumatico

http://www.monografias.com/trabajos12/microco/microco.shtml

http://perso.wanadoo.es/luis_ju/pic/pic06.html