Este documento introduce los microprocesadores y microcontroladores. Se divide en cinco partes: la primera parte explica los conceptos básicos de los microprocesadores, incluida su arquitectura y programación. La segunda parte trata sobre las memorias. La tercera parte cubre los periféricos. La cuarta parte describe la integración de periféricos, memorias y microprocesadores en un solo chip. La quinta parte define los microcontroladores, sus ventajas y elementos comunes.

1. INTRODUCCIÓN A LOS
MICROPROCESADORES Y
MICROCONTROLADORES
Ricardo Urbina T.

2. ÍNDICE
 Parte I Microprocesadores
 Parte II Memorias
 Parte III Periféricos
 Parte IV Integración de periféricos, memorias y micr
mic
 Parte V Microcontroladores

3. PARTE I: MICROPROCESADORES
•Concepto y características
•Arquitectura
•Hardware
•Software
•Ejemplo de Arquitectura Básica
•Programación
Indice

4. Parte I Microprocesadores
Concepto y características
 Un microprocesador es un dispositivo
digital diseñado para manipular
información
 Tienen 3 buses
 Datos: Contiene el flujo de información
 Direcciones: Controla la posición actual
en memoria
 Control: Regula el flujo de información
para evitar conflictos
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5. Parte I Microprocesadores
Arquitectura
 La arquitectura de un procesador consiste en el
conjunto de caracteristicas que lo identifican.
 Describe de manera resumida las capacidades y
posibilidades de operación del microprocesador.
 Se clasifican según Hardware y Software
 Ejemplo de arquitectura básica
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6. Parte I Microprocesadores
Arquitecturas según Arquitecturas según
el Hardware el Software
 Von Neuman • CISC
 Segmentada • RISC
 Hardware • CRISC
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7. Parte I Microprocesadores
Arquitectura Von Neuman
 Máquina secuencial
 Ejecuta solo una operación a la vez
 Bus de datos y direcciones compartidos
 Lenta
 Generalmente se combina con software
tipo CISC
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8. Parte I Microprocesadores
Arquitectura Segmentada
 Máquina secuencial
 Buses de datos y direcciones compartidos
 Diseño multietapa (Pipeline)
 El diseño multietapa le permite ejecutar más
de una operación a la vez
 Se encuentra combinada con software
CISC y en pocas ocasiones con RISC
 Más rápida que Von Neuman
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9. Parte I Microprocesadores
Arquitectura Harvard
 Separa los buses de datos, direcciones y
control, y los hace totalmente
independientes.
 Lo anterior permite leer instrucciones con
mayor velocidad
 Pueden direccionar altas cantidades de
memoria
 Se combinan con software RISC
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10. Parte I Microprocesadores
Arquitectura CISC
 Complex Instruction Set Computer
 Set de instrucciones grande
 Ofrece una amplia gama de operaciones
 Facilita el trabajo de programación
 Reduce el tamaño del código de programa
 Incrementa el costo de aprender la
programación
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11. Parte I Microprocesadores
Arquitectura RISC
 Reduced Instructio Set Computer
 Pocas instrucciones
 Más fácil de aprender el método de
programación
 Mayor tamaño del código de programa
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12. Parte I Microprocesadores
Arquitectura CRISC
 Combinación de CISC con RISC
 Complex-Reduced Instruction Set
Computer
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13. Parte I Microprocesadores
Ejemplo de Arquitectura Básica
Bus de Datos
Bus Interno
Bus de Direcciones
BIU
Bus de Control
Unidad Unidad
de Aritmética Lógica
Control
Registro de Registros de
Banderas Uso General
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14. Parte I Microprocesadores
Programación
 El microprocesador no tiene memoria interna
 Se debe conectar con una memoria externa
que contenga el programa
 El programa se guarda como datos en la
memoria, un dato leido puede ser
información o un código de operación
 El procesador lee de manera ordenada cada
punto de la memoria del programa
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15. PARTE II: MEMORIAS
•Concepto
•Principio de funcionamiento
•Tipos
•RAM
•ROM
•Flash
•EPROM
•EEPROM Indice

16. Parte II Memorias
Concepto
 Una memoria es un dispositivo capaz de guardar el
estado de un bit durante cierto tiempo
 Posee casillas o localidades cada una con la
capacidad de almacenar un dato generalmente de
tamaño byte (8 bits)
 Tiene un bus de direcciones para identificar cada una
de las localidades.
 Tiene un bus de datos por donde entran y salen
datos a cada una de las casillas o localidades de la
memoria.
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17. Parte II Memorias
Principio de funcionamiento
 CAPACITIVO: Un capacitor se mantiene cargado
y representa un 1 lógico, si se descarga
represente un 0 lógico.
 FUSIBLES: Un filamento delgado de
semiconductor que se quema o se deja completo
para representar un 1 o un 0
 ORIENTACIÓN MAGNÉTICA: La orientación de
un dispositivo magnético representa un 1 o un 0
lógico.
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18. Parte II Memorias
Tipos de memorias
RAM ROM
 Random Access  Read Only Memory
Memory  Memoria que
 Almacenamiento conserva el contenido
temporal de datos aun cuando se
 Pierde la información desconecta
capturada cuando se le
desconecta alimentación
 Tipos de memorias ROM
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19. Parte II Memorias
Tipos de memorias ROM
 EPROM (Erasable-Programable Read Only Memory)
 Funciona con el principio de fusibles
 Puede borrarse mediante luz ultravioleta
 Se reprograma eléctricamente
 EEPROM (Electrically Erasable-Programable Read Only Memory)
 Funciona con el principio de fusibles
 Puede borrarse con impulsos eléctricos
controlados
 Se reprograma eléctricamente
 Flash
 Funciona igual que la EEPROM pero a una Volver

20. PARTE III: PERIFÉRICOS
•Definición
•Puertos del procesador
•Ejemplos
•Convertidores Analógico a Digital
•SalidasEntradas seriales
•Salidas moduladoras de ancho de pulso (P
Indice

21. Parte III Periféricos
Definición de periférico
 Dispositivo externo que intercambia datos con
el procesador.
 La comunicación entre el procesador y el
periférico está regulada por el procesador de
acuerdo con los métodos:
 POLING: El procesador revisa ordenadamente
todos los periféricos para atender a cada uno de
ellos secuencialemente.
 INTERRUPCIONES: El periférico que está listo
para ser atendido por el procesador solicita una
“interrupción” de la ejecución del programa para
que el procesador lo atienda.
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22. Parte III Periféricos
Puertos del procesador
 Ventanas por las cuales el procesador se
comunica con los periféricos.
 Tienen un canal de datos por el cual circula la
información
 El procesador genera las señales de control que
permiten habilitar a cada uno de sus periféricos
 Cuando un periférico es habilitado, este pone
información en el bus de datos. Esta información
es leida por el puerto correspondiente.
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23. Parte III Periféricos
Ejemplos de periféricos
 Convertidor analógico a digital
 Puerto bidireccional de comunicación serie
 Salidas de modulación de ancho de pulso
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24. Parte III Periféricos
Convertidor de analógico a digital
 Dispositivo que recibe una señal analógica y
la muestrea con cierta frecuencia para
generar un valor digital representativo de la
señal al momento de la toma de la muestra.
 Tiene un voltaje de referencia que se utiliza
para definir la escala de valores digitales.
 La salida se presenta como un código de
varios bits, estos se leen todos al mismo
tiempo.
 Están diseñados para generar una señal de
interrupción cada vez que han concluido una
conversión a digital.
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25. Parte III Periféricos
Puerto de comunicaciones seriales
 EMISOR: Dispositivo que toma un dato de “n”
bits y lo descompone para extraer el dato bit
por bit por un solo pin.
 RECEPTOR: Dispositivo que recibe una
secuencia de bits y las almacena hasta
componer un código de “n” bits.
 PROTOCOLO: Debe ordenarse y marcarse el
tiempo que dura un bit en ser transmitido
para interpretar correctamente la transmisión
de los bits, así como definir mecanismos que
marquen el final y el inicio de una
transmisión. Volver

26. Parte III Periféricos
Modulador de ancho de pulso (PWM)
 Dispositivo que recibe un código digital de “n” bits, y de
acuerdo con el valor, genera una señal cuadrada con un
pulso alto de duración proporcional al valor recibido.
 Este dispositivo se utiliza puesto que la señal de salida
(PWM) se utiliza para controlar dispositivos reguladores de
potencia como SCR y TRIAC
 Con el uso de ambos dispositivos (TRIAC y PWM) se regula
la potencia que se aplica a una carga de corriente alterna,
por ejemplo motores, bombillas, resistencias de hornos,etc
 Regular la potencia de un motor de corriente alterna significa
regular la velocidad de giro del mismo.
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27. PARTE IV:
MICROPROCESADORES Y SU
INTEGRACIÓN CON LOS
PERIFÉRICOS
•Se fabrican procesadores y en el mismo encapsulado se incluyen
dispositivos periféricos comunes como el ADC, PWM, o puerto de
comunicación serie
•Se reduce la circuitería de soporte para el procesador
•Se facilita el desarrollo de aplicaciones específicas
•Se incluye memoria interna en el procesador para manejar lso periféricos
integrados
•Se inicia la programación del sistema interno del chip para ejecutar una
función particular
Indice

28. PARTE V: Microcontroladores
¿Que son?
Ventajas
Arquitecturas
Elementos Comunes
Fabricantes
Aplicaciones Comunes
Índice

29. ¿Que es un microcontrolador?
 Sistema electrónico que integra las
capacidades de una arquitectura especifica
de microprocesador, junto con las
capacidades de acople a otros sistemas
que brindan los periféricos, todo, en un
solo empaquetado.
 Se logra integración, disminución del
costo en implementación de aplicaciones
especificas.
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30. Ventajas del uso de
microcontroladores
 Reducción de la cantidad de espacio en la
implementación de un diseño dado.
 Reduce el costo de implementación.
 Permite desarrollo de aplicaciones especificas de
manera mas rápida y eficiente.
 Los fabricantes dan mucho soporte sobre las
aplicaciones más comunes.
 Se adaptan mejor a aplicaciones especificas
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31. Siguiente
Arquitecturas(1)
 La arquitectura de un procesador define
el modo de operación del mismo en
cuanto a conjunto de instrucciones y
modo de ejecución de las mismas.
 En cuanto al conjunto de instrucciones, se
clasifican en dos grupos principalmente
CISC(Complex Instruction Set
Computer ), RISC(Reduced Instruction
Set Computer )

32. Siguiente
CISC
 Instrucciones especializadas
 se requieren un set de instrucciones
amplio para dar soporte a una
arquitectura
 Duración de la ejecución de las
instrucciones no es homogéneo.
 programas requieren menos código
fuente.

33. Siguiente
RISC
 Set de instrucciones reducido
 Instrucciones de carácter general
 Duración homogénea de la ejecución de
las instrucciones.
 Se requiere mas código para describir una
operación que con una arquitectura CISC

34. Siguiente
Arquitecturas(2)
 En cuanto al modo de ejecución de las
instrucciones las arquitecturas se clasifican
en: Von neuman, Segmentada, paralela.
 En esta clasificación es importante
conocer como esta dispuesto el bus de
direcciones y el bus de datos.

35. Siguiente
Von Neuman
 Ejecución secuencial de las instrucciones
 Existe solo una unidad de búsqueda y una
unidad de ejecución
 La instrucción siguiente se busca hasta
que se ejecute la instrucción actual

36. Siguiente
Segmentada
 Divide la búsqueda de las instrucciones de
manera que cuando se ejecute la
instrucción actual, ya se este buscando la
siguiente.
 Multiplica la velocidad de ejecución al
doble que la Von Neuman

37. Harvard
 Conocida como arquitectura de ejecución
paralela.
 Posee varias unidades de ejecución
 Divide los procesos
 Orientada a sistema multitarea
 Bus de direcciones y de datos separados
en la arquitectura
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38. Siguiente
Elementos Comunes en los
microcontroladores
 ADC
 USART
 RTC
 Puertos entrada/salida paralelos
 PWM
 USB

39. ADC Siguiente
(Convertidor analógico Digital)
 Permite que el sistema microcontrolador
pueda procesar una variable analógica
 Valor mínimo y máximo ajustable
 Resolución: indica la precisión de la
conversión realizada
 Entre más cantidad de bits, más es la
resolución del convertidor
 Requieren configuración a través de
registros especiales del microntrolador

40. Siguiente
USART(ADDRESSABLE UNIVERSAL SYNCHRONOUS
ASYNCHRONOUS RECEIVER TRANSMITTER)
 Permite conexión serie a otros dispositivos
 Se configura a través de registros
internos.
 Velocidad de transferencia variable
 Formato de la trama variable
 Puede manejarse a través de
interrupciones

41. Puertos entrada Salida
 Unidireccionales o bidireccionales
 Se configuran a través de un registro
especifico
 Debe estar mapeados
 Se accesan por medio de una dirección
 Pueden ser TTL, CMOS, ST, según sea el
dispositivo con el que se comunican.
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42. Fabricantes Comunes de
Microcontradores
 Microchip: Familas de PIC´s
Arquitecturas RISC, Harvard
 Motorola: Familia 68XX
Arquitecturas CISC, segmentada
 Intel: Familias 80XX
Arquitecturas CISC, Von neuman
 NEC
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43. Aplicaciones Comunes
 Sistemas de Monitoreo y control de
variables analógicas
 Computadoras de uso especifico
 Sistemas de desarrollo y experimentación
 Sistemas embebidos
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