instituto tecnologico superior de puerto vallarta

Puertos y buses de comunicación para Microcontroladores

Interfaces

Néstor Daniel Vargas Ureña

16/04/2011

IntroducciónUn microcontrolador es un circuito integrado programable, capaz de ejecutar las órdenes grabadas en su memoria. Está compuesto de varios bloques funcionales, los cuales cumplen una tarea específica.

Cuenta con 4 de las partes que hacen funcional a una computadora, las cuales son:

Memoria ROM (Memoria de sólo lectura) Memoria RAM (Memoria de acceso aleatorio) Puertos de entrada/salida (I/O) Lógica de control Coordina la interacción entre los demás bloques

En este trabajo se abordara la parte de los Puertos de entrada y de salida.

Puertos de Entrada y SalidaEn las aplicaciones de control y comunicaciones, en las que se utilizan los microcontroladores, se deben de ejecutar gran cantidad de tareas de entrada y salida, por lo cual es necesario que se disponga de un gran número de terminales dedicados a esto. Los Microcontroladores contienen en su interior diversos circuitos de interfaz tales como puertos paralelos, puerto serie y circuitos de control de la transferencia.

ComunicaciónCon objeto de dotar al microcontrolador de la posibilidad de comunicarse con otros dispositivos externos, otros buses de microprocesadores, buses de sistemas, buses de redes y poder adaptarlos con otros elementos bajo otras normas y protocolos, fueron creados lo puertos de comunicación.

Tipos de puertosAlgunos modelos disponen de recursos que permiten directamente realizar las tareas relacionadas con la comunicación, entre los que destacan:

UART, adaptador de comunicación serie asíncrona. USART, adaptador de comunicación serie síncrona y asíncrona Puerta paralela esclava para poder conectarse con los buses de otros microprocesadores. USB (Universal Serial Bus), que es un moderno bus serie para los PC. Bus I2C, que es un interfaz serie de dos hilos desarrollado por Philips. CAN (Controller Area Network), para permitir la adaptación con redes de conexionado

multiplexado desarrollado conjuntamente por Bosch e Intel para el cableado de dispositivos en automóviles. En EE.UU. se usa el J185O.

ProgramaciónLas principales herramientas de ayuda al desarrollo de sistemas basados en microcontroladores son:

Ensamblador. Los fabricantes suelen proporcionar el programa ensamblador de forma gratuita y en cualquier caso siempre se puede encontrar una versión gratuita para los microcontroladores más populares.

Compilador. Las versiones más potentes suelen ser muy caras, aunque para los microcontroladores más populares pueden encontrarse versiones demo limitadas e incluso compiladores gratuitos.

Depuración: Debido a que los microcontroladores van a controlar dispositivos físicos, los desarrolladores necesitan herramientas que les permitan comprobar el buen funcionamiento del microcontrolador cuando es conectado al resto de circuitos.

Simulador. Son capaces de ejecutar en un PC programas realizados para el microcontrolador. Los simuladores permiten tener un control absoluto sobre la ejecución de un programa, siendo ideales para la depuración de los mismos

Placas de evaluación. Se trata de pequeños sistemas con un microcontrolador ya montado y que suelen conectarse a un PC desde el que se cargan los programas que se ejecutan en el microcontrolador. Las placas suelen incluir visualizadores LCD, teclados, LEDs, fácil acceso a los pines de E/S, etc.

Emuladores en circuito. Se trata de un instrumento que se coloca entre el PC anfitrión y el zócalo de la tarjeta de circuito impreso donde se alojará el microcontrolador definitivo. El programa es ejecutado desde el PC, pero para la tarjeta de aplicación es como si lo hiciese el mismo microcontrolador que luego irá en el zócalo.

Aplicaciones de puertosTambién conocidos como puertos de E/S, generalmente agrupadas en puertos de 8 bits de longitud, permiten leer datos del exterior o escribir en ellos desde el interior del microcontrolador, el destino habitual es el trabajo con dispositivos simples como relés, LED, o cualquier otra cosa que se le ocurra al programador.

Algunos puertos de E/S tienen características especiales que le permiten manejar salidas con determinados requerimientos de corriente, o incorporan mecanismos especiales de interrupción para el procesador.

Típicamente cualquier pin de E/S puede ser considerada E/S de propósito general, pero como los microcontroladores no pueden tener infinitos pines, ni siquiera todos los pines que queramos, las E/S de propósito general comparten los pines con otros periféricos. Para usar un pin con cualquiera de las características a él asignadas debemos configurarlo mediante los registros destinados a ellos.

Estándares de buses

BUS S100El bus S-100, IEEE696-1983 (retirado), fue uno de los primeros bus de datos diseñado en 1974 como parte del Altair 8800, generalmente considerado el primer "ordenador personal". El bus S-100 fue el primer bus estándar de la industria para los fabricantes de microordenadores, y los ordenadores S-100, procesadores y tarjetas periféricas, fueron producidos por varios fabricantes.

BUS SPIEl bus de interfaz con periféricos serie (SPI) fue desarrollado originalmente por Motorola en los últimos años de los 80 para sus microcontroladores de la serie 68000. Debido a la simplicidad y al renombre del bus, muchos otros fabricantes han adoptado el estándar a lo largo de los años. Ahora se puede encontrar en una amplia variedad de componentes usados comúnmente en el diseño de sistemas embebidos. El bus SPI se utiliza sobre todo entre los microcontroladores y sus dispositivos periféricos inmediatos. Se encuentra comúnmente en los teléfonos móviles, PDAs y otros dispositivos móviles que comunican datos entre la CPU, el teclado, la pantalla y los chips de memoria.

Manejo del busExisten tres tipos de buses:

Dirección: Se utiliza para seleccionar al dispositivo con el cual se quiere trabajar o en el caso de las memorias, seleccionar el dato que se desea leer o escribir.

Datos. Es por donde es transportada la información Control: Se utiliza para gestionar los distintos procesos de escritura lectura y controlar la

operación de los dispositivos del sistema.

Aplicaciones de busesLa función del Bus es la de permitir la conexión lógica entre distintos subsistemas de un sistema digital, enviando datos entre dispositivos de distintos órdenes: desde dentro de los mismos circuitos integrados, hasta equipos digitales completos que forman parte de supercomputadoras.

Conexiones dentro del mismo microcontrolador, del microcontrolador al procesador central, a los periféricos son solo algunas de las vastas aplicaciones en el ramo de la comunicación que tienen estos componentes.

ConclusionesLos puertos en los microcontroladores brindan las funciones relativas que tienen que ver con la entrada que reciben estos dispositivos y a la salida que otorgan. Mediantes estos, el microcontrolador se dota de una forma comunicarse.

Estos puertos son programables con diversos lenguajes de programación. Se les puede dotar de características especiales o restringirlos para evitar ciertas entradas.

Los buses funcionan como puente entre el microcontrolador y el periférico con el que se desea conectar. Su principal aplicación es la del transporte de datos, instrucciones, etc. Existen tres tipos de buses, los de Dirección, los de Control y los de Datos. Los buses pueden ser internos, conectando piezas internas del microcontrolador; y externos, conectando del microcontrolador hacia algún periférico.

Fuentes http://www.monografias.com/trabajos12/microco/microco.shtml http://r-luis.xbot.es/pic1/pic01.html http://books.google.com/books?

id=86uGLMp4vgAC&printsec=frontcover&dq=microcontroladores&hl=es&ei=LxqqTa6QOYyWsgP47vz4DA&sa=X&oi=book_result&ct=book-preview-link&resnum=2&ved=0CDAQuwUwAQ#v=onepage&q&f=false

http://es.wikipedia.org/wiki/Bus_S-100 http://www.wikiteka.com/trabajos/comunicacion-entre-microcontroladores-bus-spi/