lunes, 19 de marzo de 2012

Recursos de Microcontroladores y Familia de los PIC

Recursos


Los fabricantes de microcontroladres tienen diferentes versiones de una arquitectura básica de microcontrolador. En algunas versiones se tiene más memoria, en otras se añaden nuevos recursos, etc. El diseñador tiene que encontrar el modelo mínimo que satisfaga todos los requerimientos de su aplicación. Con esto minimizar el coste, el hardware y el software. Aquí mencionaré los principales recursos que tienen los microcontroladores:

Temporizadores o Timers

Se utilizan para controlar periodos de tiempo (temporizadores) y para llevar la cuenta de los sucesos que se llevan a cabo en el exterior (contadores).

Para medir los tiempos se carga un registro con el valor adecuado y después este valor se incrementa o decrementa al ritmo de los impulsos de reloj o algún múltiplo hasta que se desborde y llegue a 0. Cuando se quieren contar sucesos que se materializan por cambios de nivel en alguna de las patitas del microcontrolador, el registro se va incrementando o decrementando al ritmo de estos impulsos. El registro es un valor numérico en una posición fija de memoria. Un ejemplo de esto es cuando se tiene un segundero en un reloj digital, este va aumentando hasta que llega a 60, pero en la pantalla aparece 00, esto quiere decir que se desborda, cuando esto pasa da un aviso y se incrementan los minutos. En este ejemplo, el registro sería el segundero; estos son fijos.


Perro guardián o Watchdog

Cuando tenemos una falla con algún aparato por ejemplo el módem puedes pulsar el botón de reset y se reincida el sistema. Pero en el caso de los microcontroladores, funcionan sin el control de un supervisor y de forma continuada las 24 horas del día. El perro guardián consiste en un contador que al llegar al máximo provoca un reset automáticamente en el sistema.

Protección ante fallo de alimentación o Brownout

Se trata de un circuito que resetea al microprocesador cuando el voltaje de alimentación (VDD) es inferior a un voltaje mínimo (brownout). Mientras el voltaje de alimentación sea inferior al de brownout el dispositivo se mantendrá reseteado, comenzando a funcionar normalmente cuando se sobrepase el valor.

Estado de reposo o de bajo consumo

Son muchas las situaciones reales de trabajo en las que el microcontrolador debe esperar, sin hacer nada, a que se produzca un evento externo que lo ponga otra vez en funcionamiento. Para ahorrar energía, los microcontroladores tienen una instrucción especial (SLEEP en los PIC), que los pasa al estado de reposo o de bajo consumo, en el que los requerimientos de potencia son mínimos. Cuando se encuentran en ese estado, el reloj principal se detiene y se congelan sus circuitos asociados. 

Conversor A/D (CAD)

Los microcontroladores que tienen un Conversor A/D (Analógico/Digital) pueden procesar señales analógicas.  La mayoría tienen un multiplexor que permite aplicar a la entrada del CAD diferentes señales analógicas desde las patillas del circuito integrado.

Conversor D/A (CDA)

Transforma los datos digitales que se obtienen del procesamiento del computador en su correspondiente señal analógica que saca al exterior por una de las patillas del chip. 

Comparador analógico

Algunos microcontroladores tienen internamente un amplificador operacional que actúa como comparador entre una señal fija de referencia y otra variable que se aplica por una de las patillas de la cápsula. La salida del comparador brinda un nivel lógico 1 ó 0 según una señal sea mayor o menor que la otra.

Modulador de anchira de impulsos o PWM

Son circuitos que brindan en su salida impulsos de anchura variable, que se ofrecen al exterior mediante las patitas del encapsulado.

Puertos digitales E/S

Los microcontroladores destinan algunas de sus patillas para soportar líneas de E/S digitales. Normalmente, estas líneas se agrupan de ocho en ocho formando puertos. Las líneas digitales de los puertos se pueden configurar como entrada o salida cargando un 1 ó 0 en el bit que corresponde a un registro. 

Puertos de comunicación

Con el fin de hacer posible que el microcontrolador se pueda comunicar con otros dispositivos externos, otros buses de microprocesadores, buses de sistemas, buses de redes se pueden adaptar con otros elementos bajo ciertas normas y protocolos, existen algunos modelos que tienen recursos que permiten realizar esa comunicación. Entre ellos destacan:

UART, adaptador de comunicación serie asíncrona (Ej. Puerto Serie)
USART, adaptador de comunicación serie síncrona y asíncrona
USB (Universal Serial Bus), moderno bus serie para los PC
Bus I2C, interfaz serie de dos hilos 
CAN (Controller Area Network), permite la adaptación con redes de conexionado multiplexado.


Familia de los PIC



La familia PIC fue desarrollada por la casa Microchip, esta dividida en cuatro gamas: enana, baja, media y alta. Las principales diferencias en estas gamas está en el número de instrucciones y su longitud, el número de puertos y funciones, la complejidad interna y de programación y en el número de aplicaciones. 

La gama baja o gama enana es de 8 patas. Es un grupo de PIC que tiene como principal característica que es pequeño, ya que solo tiene 8 patitas. Se alimentan con un voltaje de corriente mínima de entre 2,5 V y 5,5 V y consumen menos de 2 mA cuando trabajan a 5 V y 4 MHz. El formato de instrucciones puede ser de 12 o 14 bits y su repertorio es de 33 o 35 instrucciones. 

La gama enana a pesar de que sólo tienen 8 patitas, se pueden destinar hasta 6 como líneas de E/S para los periféricos ya que disponen de un oscilador interno R-C. Los modelos 12C5xx pertenecen a la gama baja y su tamaño de instrucciones es de 12 bits, los 12C6xx son de gama media y sus instrucciones son de 14 bits, los 12F6xx tienen memoria Flash para el programa y EEPROM para los datos. Estos últimos son una serie de PIC de recursos limitados, sus versiones tienen 18 y 28 patitas y se alimentan de una tensión de 2,5 V, tienen un consumo de menos de 2 mA a 5 V y 4 MHz. Tienen un repertorio de 33 instrucciones de 12 bits. 

Al igual que todos los miembros de la familia PIC16/17, los de gama baja se caracterizan por tener los siguientes recursos: Sistema Power On Reset, Perro guardián (Watchdog o WDT), código de protección, etc. Sus principales desventajas son que la pila solo tiene dos niveles y que no admiten interrupciones.

Gama media. PIC16CXXX con instrucciones de 14 bits

Es la gama más variada y completa de los PIC. Abarcan modelos desde 18 hasta 68 patitas, dentro de esta gama se encuentra el PIC16X84 y sus variantes. 

En esta gama se agregan más cosas de las que tienen los de gama baja, admiten interrupciones, tienen comparadores de magnitudes analógicas, convertidores A/D, puertos serie y temporizadores. El repertorio de instrucciones es de 35 de 14 bits cada una y compatible con el de la gama baja. Dentro de esta gama también se encuentra el PIC14C000 que soporta el diseño de controladores inteligentes para cargadores de baterías, pilas pequeñas, fuentes de alimentación ininterrumpibles, etc. 

Gama alta. PIC17CXXX con instrucciones de 16 bits

En esta gama tiene un repertorio de instrucciones de 58 con 16 bits y sus modelos tienen un sistema de gestión de interrupciones vectorizadas muy potente. Tienen también diferentes controladores de periféricos, puertos de comunicación serie y paralelo con elementos externos, multiplicador hardware de gran velocidad y mayores capacidades de memoria.

La principal característica de los elementos de esta gama es que su arquitectura es abierta, que consiste en la posibilidad de ampliación del microcontrolador con elementos externos. Para lograr esto, las patitas sacan al exterior las líneas de los buses de datos, direcciones y control, a las que se conectan memorias o controladores de periféricos. 

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