Sistemas Embebidos

VII Ciclo 2 Hrs de Teora 2 Hrs de Taller - Laboratorio 3 Crditos

IntroduccinEl curso est orientado bsicamente a impartir los conocimientos de los microprocesadores y microcontroladores para la solucin de problemas de ingeniera que involucren estos dispositivos.

Diagrama de Bloques de un sistema de ControlControlar Temperatura de un tanque

Sistema ElectrnicoControlador de PresinControlador de TemperaturaComunicacin y MonitoreoComputadorRed de ControlIntranet / Internet

ObjetivosComprender y describir las diferentes arquitecturas de los microprocesadores.Comprender y describir diferentes tipos de microcontroladores.Programar, utilizando el lenguaje asembler, soluciones a problemas de ingeniera con microcontroladores.Programar, utilizando el lenguaje C, soluciones a problemas de ingeniera con microcontroladores.Disear sistemas con microcontroladores usando la mayora de sus perifricos y construir interfases de comunicacin con la PC.Programar microcontroladores con arquitectura DSP y usarlos en las soluciones a problemas de control y de procesamiento de seales.

Proyectos:Mdulo de control de Motor DC.Mvil seguidor de Lnea.Mvil gobernado por RF.Mdulo de adquisicin de datos y transferencia usando la red telefnica pblica y celular.

Procesador de Programa AlmacenadoPPAUn Procesador de Programa Almacenado es un Sistema Digital con memoria, controlado por instrucciones.El sistema tiene una Procesador y una Unidad deControl.Unidad de Control: Red Secuencial SncronaUnidad de Memoria: Dispositivo de almacenamiento de nmeros.Los nmeros que se encuentran en la memoria sonalimentados hacia el sistema como instrucciones.

PPAReloj: Sincroniza todos los elementos de memoria y la red secuencial.Procesador: Est compuesto por una lgica combinacional llamada ALU (Unidad Aritmtica Lgica) que se encarga de realizar lasoperaciones. Los registros del procesador conservan los datos que se estn operando o creando. Cualquier control de que y como operar los nmero se ejecuta de manera externa.Unidad de Control: Es aquel que enva las seales de control a la memoria, procesador y otros componentes del sistema.Memoria: Almacena los nmerosCdigos de Instruccin: Que conforman un programaDatos: Que acarrean la informacinEntrada / Salida: Permite la transferencia de datos entre el procesador y cualquier equipo o dispositivo externo.

El MicroprocesadorEs un circuito integrado construidosobre una pequea pieza de silicioque contiene un procesador y launidad de control. Contiene miles eincluso millones de transistores,interconectados con pequeos hilosde aluminio.El primer microprocesador fue el 4004 de 1971 con 2300transistores y 60000 clculos por segundo.Uno de los recientes es el Pentium D Serie 900 con 76 millones de transistores.

.

Evolucin: Ley de Moore

El Microcontrolador es...?Un circuito integrado de alta escala de integracin que incorpora la mayor parte de los elementos que configuran un controlador (unidad de proceso - CPU, memoria y puertas de entrada / salida en un solo encapsulado). Su reducido tamao minimiza el nmero de componentes y por lo tanto el costo final del producto en desarrollo.

Diferencia entre P y CJos Oliden Martnez

uC - uP

Organizacin de los Procesadores DigitalesUNIDAD DE ENTRADA - SALIDAMEMORIAUNIDAD DE CONTROLALUDATOSINSTRUCCIONESSEALES DE CONTROL

El Microcontrolador (Partes)Todo microcontrolador consta bsicamente de: * CPU * RAM / ROM * I/O ( input/output).Adems pueden contener de perifricos programables, como: * Temporizadores / Contadores * Controlador de interrupciones. * Comunicacin Serial (RS232, I2C, USB).Los modelos ms potentes incluyen adems: * Conversores: A/D , D/A. * Reloj de Tiempo Real.* Bus CAN.* DTMF.

El Microcontrolador (Partes)Memoria ROMPrograma a ejecutarse:Ingresa A, B por tecladoOpera C=A+BVisualiza C por LCD.............Memoria RAMDatos a trabajar: A = 34 B = 15 C = 49........................CPUA, BCIOPerifricosMicrocontroladorIng. Jos Oliden Martnez

C vs. Assembler LISTP=16F877#INCLUDE P16F877.INC

ORG00BSFSTATUS,RP0CLRFTRISBMOVLW0FFHMOVWFTRISDBCFSTATUS,RP0

LOOPMOVFPORTD,WMOVWFPORTBGOTOLOOP

END#include #fuses XT,NOWDT,NOPROTECT,NOLVP#use delay(clock=4000000)

#byte portb=6#byte portd=8

void main ()

{set_tris_b(0);set_tris_d(0xff);

while(1)

{ portb=portd; }}EnsambladorC

El Microcontrolador (Uso)Usamos Microcontroladores principalmente donde la potencia de procesamiento no es importante.Los microcontroladores son pequeos y consumen muy poco, esto los hace ideales para sistemas porttiles y autnomos.Aplicaciones de: - Aparatos electrodomsticos. - Equipos informticos, comunicaciones. - Automviles - Fbricas , Hogar. - Instrumentacin, etc.

Arquitectura de los CA.- Arquitectura del CPU (Parte I)Arquitectura Von Neuman

Arquitectura HarvardIng. Jos Oliden Martnez

Arquitectura de los CIng. Jos Oliden Martnez

Arquitectura de los CIng. Jos Oliden Martnez

B.- Por la capacidad de acceso externoMicrocontrolador Incrustado (embedded controller)No admite variaciones ni ampliaciones. Ejm: National, Microchip, Motorola, etc. (Aplicaciones: celulares, agendas electrnicas, etc)

Modo P/C Es posible ampliar la memoria y las E/S con circuitos integrados externos. Por ejemplo tenemos: Intel, Motorola, etc. (Aplicaciones: uC para programacin de cualquier sistema)C.- Por el conjunto de Instrucciones CISC (Conjunto de Instrucciones Complejas)

RISC (Conjunto de instrucciones reducidas)Ing. Jos Oliden Martnez

Otras Caractersticas: Actualmente los microcontroladores se fabrican con tecnologa CMOS, por lo que consumen baja corriente y pueden ser alimentados por bateras.

Tienen un modo de bajo consumo SLEEP. (Algunos contienen un modo WAIT)

Pueden trabajar con un rango de voltaje de alimentacin y tienen alta inmunidad al ruido.

MOTOROLA: Fabrica microcontroladores de 8 (68HC08) y 16 bits. Actualmente estn en un proceso de ingreso al mercado peruano.

INTEL: El 8051 es un microcontrolador de 8 bits con memoria externa y fcil de programar.

NATIONAL: El COP800 es un microcontroladorde 8bits y de bajo consumo.

MICROCHIP: Poseen 3 familias principales, sonC de bajo consumo y de set reducido de instrucciones.

Principales fabricantes

La seleccin del tipo de C debe ser estudiada de forma que se elija el ms adecuado para nuestra aplicacin. Se debe tener en cuenta: La disponibilidad inmediata, el soporte necesario (programadores, entorno de desarrollo integrado (ensambladores o compiladores) La informacin necesaria que permitiese un rpido conocimiento del funcionamiento del C.Qu C usar?...

Nosotros vamos a estudiar los microcontroladores 16F877/16F877A/18F458 de Microchip y dar una visin del 68HC08 de Motorola. Algunas caractersticas de estos C:

Procesador RISC de grandes prestaciones Tiene solamente un conjunto de 35 instrucciones 877 Incorpora hasta 8 canales analgicos de entrada para conversin A/D de 10 bits Dispone de USART para transmisin/ recepcin serial Cuenta con 5 puertos de E/S Memoria de programa FLASH de 8K (877)/16K(458)Bajo consumo de energa

Funciones Principales del Microcontrolador

Inicializacin del sistema Control de una pantalla LCD para la visualizacin de mensajes Control de diversas variables. Manejo de un teclado para el ingreso de informacin Digitalizacin de seales analgicas Transmisin de seales/datos a travs de un DCE hacia un terminal remoto Establecimiento de un protocolo de comunicaciones

.

C(16F877)(16F877A)(68HC08)RelBuzzerTecladoPantallaLCDMdemMemoria EEPROMXtalResetEntradas anlogasAplicacin General

Herramientas de desarrolloIng. Jos Oliden Martnez Simuladores: Simula el comportamiento de un C en Software.

Debuggers: Corre y muestra el programa en PC Grabadores Emuladores: Simula el comportamiento del microcontrolador en Hardware.

Equipos con uC: partes que se deben tener en cuenta Entradas, acondicionadores de seal. Salidas, circuitos de potencia. Algoritmo de control (ASM,C).SensoresActuadoresMAcondicionadores:

AmplificadoresSumadoresInversoresOptoacopladoresCircuitos de Potencia:

Amplificadores de IAmplificadores de VOptoacopladoresDrivers en generalMonitor y registro

EDA - Electronic Design Automation

CAD Computer Aided Design Dibujo del Diagrama ElctricoCreacin de Libreras y documentacinElaboracin y ruteamiento de la Tarjeta Impresa

CAE Computer Aided EngineeringSimulacin del Circuito Anlogo y DigitalCo-Simulacin de Micro-Controladores

CAT Computer Aided TestSimulacin de la Tarjeta Impresa (Impedancia Z, XTalk, Delay Prop.)Anlisis de Temperatura y RuidoCompatibilidad Electromagntica (EMC e EMI)

CAM Computer Aided ManufacturingPrototipo de Tarjeta de circuito Impreso (LPKF).Prueba y depuracin (Debug).Fabricacin en escala de la Tarjeta Impresa

Ventajas del uso de herramientas EDA:

Optimizacin de los circuitos.Reduccin del diseo.Desarrollo de proyectos en mdulos.Reutilizacin de los diseos.EDA - Electronic Design Automation

Metodologa y Proceso de Diseo Electrnico

Metodologa y Proceso de Diseo Electrnico

De la concepcin al prototipo

CAM

Herramientas disponiblesGPSGSMRadioMotoresServoRobotsMdulos

Ejemplos de Aplicaciones

REDTELEFONICA PBLICATelecardio12

Telemedicina inalmbricaPacienteZona RuralZona UrbanaBluetoothMdico

Ejemplos de AplicacionesSeguridad y automatizacin

Ejemplos de AplicacionesCINDATerminalesTeletexto@Equipos TeletextoIng. Jos Oliden Martnez

Cardiocell B138

Bsqueda en Internet Entrar a las siguientes pginas:

http://www.microchip.com http://www.pemicro.com http://www.freescale.com

Ing. Jos Oliden Martnez

**Las herramientas EDA ("Electronic Design Automation") son las herramientas de hardware y software utilizadas en el diseo de sistemas electrnicos. El diseo de hardware tiene un inconveniente que no existe en el desarrollo de software. El problema es el alto costo en el ciclo de diseo, desarrollo del prototipo, pruebas y reinicio del ciclo. La etapa de costo ms elevado es el prototipo. Por necesidad del mercado, se impone la reduccin de costos en esta etapa, con el fin de incluir la fase de desarrollo del prototipo al final del proceso, evitando la repeticin de varios prototipos, razn por la cual se encarece el ciclo. La introduccin de la fase de simulacin y verificacin de circuitos utilizando herramientas EDA, hace no necesaria la comprobacin del funcionamiento del circuito por medio de la implementacin fsica del prototipo.

*Entre las ventajas de la metodologa de diseo con el empleo de herramientas EDA est la reduccin del diseo, la posibilidad de dividir un proyecto en mdulos que se desarrollan por separado, la independencia del diseo con respecto a la tecnologa, la posibilidad de la reutilizacin de los diseos, la optimizacin de los circuitos y las simulaciones posibles con las herramientas.La cada vez ms imperiosa demanda del mercado, obliga a los fabricantes de herramientas de diseo electrnico (herramientas EDA, Electronic Design Automation) a dotarlas de capacidades de desarrollo que posibiliten la transformacin de una idea inicial en un diseo final, de forma rpida, eficiente, fiable y, por supuesto, con un bajo coste asociado.

****