PIC 16f84

Se trata de uno de los microcontroladores más populares del mercado actual, ideal para principiantes, debido a su arquitectura de 8 bits, 18 pines, y un set de instrucciones RISC muy amigable para memorizar y fácil de entender, internamente consta de:

• Memoria Flash de programa (1K x 14).
• Memoria EEPROM de datos (64 x 8).
• Memoria RAM (68 registros x 8).
• Un temporizador/contador (timer de 8 bits).
• Un divisor de frecuencia.
• Varios puertos de entrada-salida (13 pines en dos puertos, 5 pines el puerto A y 8 pines el puerto B).

Otras características son:

• Manejo de interrupciones (de 4 fuentes).
• Perro guardián (watchdog).
• Bajo consumo.
• Frecuencia de reloj externa máxima 10MHz. (Hasta 20MHz en nuevas versiones). La frecuencia de reloj interna es un cuarto de la externa, lo que significa que con un reloj de 20Mhz, el reloj interno sería de 5Mhz y así pues se ejecutan 5 Millones de Instrucciones por Segundo (5 MIPS)
• No posee conversores analógicos-digital ni digital-analógicos.
• Pipe-line de 2 etapas, 1 para búsqueda de instrucción y otra para la ejecución de la instrucción (los saltos ocupan un ciclo más).
• Repertorio de instrucciones reducido (RISC), con tan solo 30 instrucciones distintas.
• 4 tipos distintos de instrucciones, orientadas a byte, orientadas a bit, operación entre registros, de salto.

 Usos

En los últimos años se ha popularizado el uso de este microcontrolador debido a su bajo costo y tamaño. Se ha usado en numerosas aplicaciones, que van desde los automóviles a decodificadores de televisión. Es muy popular su uso por los aficionados a la robótica y electrónica.
Puede ser programado tanto en lenguaje ensamblador como en Basic y principalmente en C, para el que existen numerosos compiladores.Cuando se utilizan los compiladores Basic,es posible desarrollar ùtiles aplicaciones en tiempo récord,especialmente dirigidas al campo domèstico y educacional.

Partes internas mas importantes de un microcontrolador

El procesador o UCP

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

Esta vendría a ser la memoria de instrucciones, aquí es donde almacenaremos nuestro programa o código que el micro debe ejecutar. No hay posibilidad de utilizar memorias externas de ampliación. Son 5 los tipos de memoria. pero sólo describiré dos:

• Memorias EEPROM. (Electrical Erasable Programmable Read Only Memory - Memoria de sólo lectura Programable y borrable eléctricamente) Común en el PIC 16C84. Ésta tarea se hace a través de un circuito grabador y bajo el control de un PC. El número de veces que puede grabarse y borrarse una memoria EEPROM es finito aproximadamente 1000 veces, no es acaso suficiente...?. Este tipo de memoria es relativamente lenta.
• Memorias FLASH. Disponible en el PIC16F84. Posee las mismas características que la EEPROM, pero ésta tiene menor consumo de energía y mayor capacidad de almacenamiento, por ello está sustituyendo a la memoria EEPROM.

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. (es aquello que se ve en gris)

Cuando ocurre un Reset, el contador de programa (PC) apunta a la dirección 0000h, y el micro se inicia nuevamente. Por esta razón , en la primera dirección del programa se debe escribir todo lo relacionado con la iniciación del mismo (por ejemplo, la configuración de los puertos...).

Ahora, si ocurre una interrupción el contador de programa (PC) apunta a la dirección 0004h, entonces ahí escribiremos la programación necesaria para atender dicha interrupción.

Algo que se debe tener en cuenta es la pila o Stack, que consta de 8 posiciones (o niveles), esto es como una pila de 8 platos el último en poner es el primero en sacar, si seguimos con este ejemplo, cada plato contiene la dirección y los datos de la instrucción que se está ejecutando, así cuando se efectúa una llamada (CALL) o una interrupción, el PC sabe donde debe regresar (mediante la instrucción RETURN, RETLW o RETFIE, según el caso) para continuar con la ejecución del programa.

Recuerda, sólo 8 llamadas "CALL", ten en cuenta las "INTERRUPCIONES".

Memoria de datos

Tiene dos zonas diferentes:

1. RAM estática ó SRAM: 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)

2. EEPROM: de 64 bytes donde, opcionalmente, se pueden almacenar datos que no se pierden al desconectar la alimentación.

O.k., ahora unas cuantas palabras finales y comenzamos con lo más emocionante.

Estas son las funciones especiales de las cuales disponen algunos micros...

• Conversores análogo a digital (A/D) en caso de que se requiera medir señales analógicas, por ejemplo temperatura, voltaje, luminosidad, etc.
• Temporizadores programables (Timer's) Si se requiere medir períodos de tiempo entre eventos, generar temporizaciones o salidas con frecuencia específica, etc.
• Interfaz serial RS-232. Cuando se necesita establecer comunicación con otro microcontrolador o con un computador.
• Memoria EEPROM Para desarrollar una aplicación donde los datos no se alteren a pesar de quitar la alimentación, que es un tipo de memoria ROM que se puede programar o borrar eléctricamente sin necesidad de circuitos especiales.
• salidas PWM (modulación por ancho de pulso) Para quienes requieren el control de motores DC o cargas resistivas, existen microcontroladores que pueden ofrecer varias de ellas.
• Técnica llamada de "Interrupciones", (ésta me gustó) Cuando una señal externa activa una línea de interrupción, el microcontrolador deja de lado la tarea que está ejecutando, atiende dicha interrupción, y luego continúa con lo que estaba haciendo.

Tipos de arquitecturas de microcontroladores

- Arquitectura Von Neumann

La arquitectura tradicional de computadoras y microprocesadores está basada en la arquitectura Von Neumann, en la cual la unidad central de proceso (CPU), está conectada a una memoria única donde se guardan las instrucciones del programa y los datos.

El tamaño de la unidad de datos o instrucciones está fijado por el ancho del bus que comunica la memoria con la CPU. Así un microprocesador de 8 bits con un bus de 8 bits, tendrá que manejar datos e instrucciones de una o más unidades de 8 bits (bytes) de longitud. Si tiene que acceder a una instrucción o dato de más de un byte de longitud, tendrá que realizar más de un acceso a la memoria.

Y el tener un único bus hace que el microprocesador sea más lento en su respuesta, ya que no puede buscar en memoria una nueva instrucción mientras no finalicen las transferencias de datos de la instrucción anterior.

Resumiendo todo lo anterior, las principales limitaciones que nos encontramos con la arquitectura Von Neumann son :

1º. La limitación de la longitud de las instrucciones por el bus de datos, que hace que el microprocesador tenga que realizar varios accesos a memoria para buscar instrucciones complejas.
 
2º. La limitación de la velocidad de operación a causa del bus único para datos e instrucciones que no deja acceder simultáneamente a unos y otras, lo cual impide superponer ambos tiempos de acceso.

=ARQUITECTURA HARVARD

La arquitectura Harvard tiene la unidad central de proceso (CPU) conectada a dos memorias (una con las instrucciones y otra con los datos) por medio de dos buses diferentes.

Una de las memorias contiene solamente las instrucciones del programa (Memoria de Programa), y la otra sólo almacena datos (Memoria de Datos).

Ambos buses son totalmente independientes y pueden ser de distintos anchos. Para un procesador de Set de Instrucciones Reducido, o RISC (Reduced Instrucción Set Computer), el set de instrucciones y el bus de memoria de programa pueden diseñarse de tal manera que todas las instrucciones tengan una sola posición de memoria de programa de longitud.

Además, al ser los buses independientes, la CPU puede acceder a los datos para completar la ejecución de una instrucción, y al mismo tiempo leer la siguiente instrucción a ejecutar.

Ventajas de esta arquitectura:

1º. El tamaño de las instrucciones no esta relacionado con el de los datos, y por lo tanto puede ser optimizado para que cualquier instrucción ocupe una sola posición de memoria de programa, logrando así mayor velocidad y menor longitud de programa.
 
2º. El tiempo de acceso a las instrucciones puede superponerse con el de los datos, logrando una mayor velocidad en cada operación.

Una pequeña desventaja de los procesadores con arquitectura Harvard, es que deben poseer instrucciones especiales para acceder a tablas de valores constantes que pueda ser necesario incluir en los programas, ya que estas tablas se encontraran físicamente en la memoria de programa (por ejemplo en la EPROM de un microprocesador).

Introduccion e historia de los pic y microcontroladores

Un microcontrolador es un dispositivo electrónico capaz de llevar a cabo procesos lógicos. Estos procesos o acciones son programados  en lenguaje ensamblador por el usuario, y son introducidos en este a través de un programador. Esto suena un poco complicado, pero sólo es un resumen de 3 líneas. A lo largo de este curso veremos todos los reglas y trucos de este lenguaje complicado por su sencillez :-p .

Un poco de historia

Inicialmente cuando no existían los microprocesadores las personas se ingeniaban en diseñar sus circuitos electrónicos y los resultados estaban expresados en diseños que implicaban muchos componentes electrónicos y cálculos matemáticos. Un circuito lógico básico requería de muchos elementos electrónicos basados en transistores, resistencias, etc, lo cual desembocaba en circuitos con muchos ajustes y fallos; pero en el año 1971 apareció el primer microprocesador el cual originó un cambio decisivo en las técnicas de diseño de la mayoría de los equipos. Al principio se creía que el manejo de un microprocesador era para aquellas personas con un coeficiente intelectual muy alto; por lo contrario con la aparición de este circuito integrado todo sería mucho más fácil de entender y los diseños electrónicos serian mucho más pequeños y simplificados. Entre los microprocesadores mas conocidos tenemos el popular Z-80 y el 8085. Los diseñadores de equipos electrónicos ahora tenían equipos que podían realizar mayor cantidad de tareas en menos tiempo y su tamaño se redujo considerablemente; sin embargo, después de cierto tiempo aparece una nueva tecnología llamada microcontrolador que simplifica aun mas el diseño electrónico.

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