MICROCONTROLADORES PIC

HISTORIA DE LOS MICROCONTROLADORES

En el año 1969, un equipo de ingenieros japoneses de la compañía BUSICOM llegó a Estados Unidos con una idea, ellos deseaban usar para sus proyectos pocos circuitos integrados de los que se usaban en las calculadoras.

La proposición se hizo a INTEL, y Marcian Hoff era el responsable del proyecto. Ya que él era quien tenía experiencia trabajando con una computadora (PC) PDP8, se le ocurrió pensar en una solución fundamentalmente diferente en lugar de la construcción sugerida.

Esta solución presumía que la función del circuito integrado se determinaría por un programa almacenado en él.

Eso significaba que la configuración sería más simple, pero que requeriría mucho más memoria

De lo que requería el proyecto que propusieron los ingenieros japoneses.

Después de un tiempo, aunque los ingenieros japoneses probaron soluciones más fáciles, la idea de Marcian ganó, y el primer microprocesador nació.

Para transformar esta idea en un producto ya fabricado, Federico Faggin, se unió a

INTEL, y en sólo 9 meses tuvo éxito. INTEL obtuvo los derechos para vender

Este "bloque integrado" en 1971. Primero, compraron la licencia de la compañía

BUSICOM, que no tenía idea del tesoro que poseían.

Durante ese año, apareció en el mercado un microprocesador que se llamó 4004, este fue el primer microprocesador de 4 bits con velocidad de 6 000 operaciones por segundo. No

Mucho tiempo después de eso, la compañía americana CTC pidió a INTEL y

Texas Instruments que hiciera un microprocesador de 8 bits.

Aunque después a CTC no le interesó mas la idea, Intel y Texas Instruments siguieron trabajando en el microprocesador y el primero de abril de 1972, el microprocesador de 8 bits

Aparece en el mercado con el nombre de 8008. Podía direccionar 16 Kb dememoria, con un set de 45 instrucciones y una velocidad de 300 000operaciones por segundo. Este microprocesador es el predecesor de todos los microprocesadores de hoy. Intel mantuvo sus desarrollos y saco al mercado el procesador de 8 bits bajo el nombre 8080, el cual podía direccionar 64Kb de

Memoria, con 75 instrucciones, a un precio de 360 dlls.

En otra compañía americana, Motorola, comprendieron rápidamente lo que estaba sucediendo, así que ellos sacaron al mercado su microprocesadorde 8 bits, el 6800. Su constructor principal era Chuck Peddle, y junto con el procesador, Motorola fue la primera compañía en hacer otros periféricos como el 6820 y el 6850.

En ese momento muchas compañías reconocieron importanciade los microprocesadores y empezaron sus propios desarrollos. Chuck Peddle abandonó Motorola para unirse a la Tecnología MOS y se mantuvo trabajando intensamente en el desarrollo de los microprocesadores.

Un evento muy importante tuvo lugar en la historia de microprocesadores en una exhibición de WESCON en 1795 en Estados Unidos.

La Tecnología MOSanunció que estaba comercializando los microprocesadores 6501 y 6502 a 25 dlls. Cada uno, y que los compradores podrían adquirirlos inmediatamente.

Esto era tan extraordinario, que algunas personas creyeron que era un escándalo, considerando que los competidores estaban vendiendo el 8080 y el 6800 a 179 dlls. Cada uno. Intel y Motorola bajaron sus precios en el primer día de la exhibición como una respuesta a su competidor, 69.95 por microprocesador.

Motorola reclama a la Tecnología de MOS y a Chuck Peddle el haberles copiado

Su 6800. La Tecnología MOS suspende la fabricación del 6501, pero siguen

Produciendo el 6502. Los 6502 eran microprocesadores de 8 bits, 56 instrucciones y la capacidad de direccionar 64Kb de memoria directamente. Para reducir el costo, el 6502 se vuelve muy popular, así que se instala en las computadoras tales como: KIM-1, Apple I, Apple II, Atari, Comodore, Acorn, Oric, Galeb, Orao, Ultra, y muchas otras. Y muy pronto aparecieron varios fabricantes del 6502 (Rockwell, Sznertek, GTE, NCR, Ricoh, y Comodore quienes toman la Tecnología MOS) el cual estaba en su momento de apogeo y se vendía a una velocidad de 15 millones de procesadores por año.

Otros, sin embargo, no se rindieron. Federico Faggin deja Intel, y empieza su propio Zilog Inc.

En 1976, Zilog anuncia el Z80. Durante la fabricación de estemicroprocesador, Faggin toma una decisión giratoria. Sabiendo que ya se han desarrollado muchos programas para 8080, Faggin sabía que muchos se quedarían fieles a ese microprocesador. Así que decide diseñar un nuevo

Procesador que pueda ser compatible con 8080, o que sea capaz de desarrollar todos los programas que ya se habían escrito para el 8080. Además de estas características, se agregaron muchas otras para que el Z80 fuera un microprocesador muy poderoso. Podía direccionar 64 Kb de memoria, tenía 176 instrucciones, un gran número de registros, una opción para refresco de

Memoria dinámica de la RAM, mayor velocidad de trabajo etc. El Z80 fue un

Gran éxito y todos cambiaron del 8080 al Z80. Puede decirse que el Z80 fue el

Microprocesador comercializado más exitoso de ese tiempo. Además de Zilog,

También aparecieron otros nuevos fabricantes como Mostek, NEC, SHARP, y

SGS. Z80 estaba en el corazón de muchas computadoras como en Spectrum,

Partner, TRS703, Z-3 etc.

En 1976, Intel propone una versión mejorada del microprocesador de 8

Bits, al cual nombró 8085. Sin embargo, el Z80 era tan bueno que Intel perdió la

Batalla. Aunque más procesadores aparecían en el mercado (6809, 2650,

SC/MP etc.), ya todo estaba decidido. Ya no había grandes mejoras departe

De los fabricantes para hacer algo nuevo, así que el 6502 y el Z80 junto con el

6800 permanecieron como los representantes principales de los

Microprocesadores de 8 bits de ese tiempo.

Inicialmente cuando no existan 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 como transistores, resistencias.
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. Los micro controladores están conquistando el mundo, pero la invasión acaba de comenzar y el nacimiento del siglo XXI será testigo de la conquista masiva de estos diminutos computadores, que gobernarán la mayor parte de los aparatos que se fabrican hoy en días.

Cada vez existen más productos que incorporan un Micro controlador con el fin de aumentar sustancialmente sus prestaciones, reducir su tamaño y costo, mejorar su fiabilidad. Estas aplicaciones que han surgido con propósitos, para solucionar las diversas necesidades existentes, que frustraban la realización de actividades ejecutadas por personas en los diferente escenarios industriales, empresariales entre otros.

Las circunstancias con las que nos encontramos hoy en el campo de los

Micro controladores tienen sus raíces en el desarrollo de la tecnología de los

Circuitos integrados. Este desarrollo ha hecho posible contener cientos de miles

De transistores en un solo chip. Ése era uno de los requisitos previos para la

Producción de los microprocesadores, y las primeras computadoras eran hechas

Agregando periféricos externos como la memoria, times etc. lo que aumentaba

El volumen de los circuitos integrados. Estos circuitos integrados contenían

Procesador y periféricos. Así es cómo se desarrollo el primer chip que contenía

Una microcomputadora, o lo que después se llegaría a conocer como un

Micro controlador.

MICROCONTROLADORES CONTRA MICROPROCESADORES

Un micro controlador difiere de un microprocesador de muchas maneras.

Lo primero y lo más importante es su funcionalidad. Para que un

Microprocesador sea usado, otros componentes como la memoria e interfaces,

Deben agregarse para recibir y enviar datos. En resumen, el microprocesador

Es el corazón de una computadora. Por otro lado, el micro controlador fue

Diseñado para ser todo eso en un solo chip. Ningún otro componente externo se

Necesita para su aplicación, porque todos los periféricos necesarios ya se

Construyen en él. Así, nosotros ahorramos el tiempo y el espacio que se

Necesitan para construir los dispositivos.

MICROCONTROLADOR PIC16F84

PIC16F84

El PIC16F84 es un micro controlador de la familia PIC, fabricada por la empresa Microchip.

Estructura

Se trata de uno de los micro controladores 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 (temer 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.

Las altas prestaciones de los micro controladores PIC derivan de las características de su arquitectura. Están basados en una arquitectura tipo Harvard que posee buses y espacios de memoria por separado para el programa y los datos, lo que hace que sean más rápidos que los micro controladores basados en la arquitectura tradicional de Von Neuman.

Otra característica es su juego de instrucciones reducido (35 instrucciones) RISC, donde la mayoría se ejecutan en un solo ciclo de reloj excepto las instrucciones de salto que necesitan dos. Posee una ALU (Unidad Aritmético Lógica) de 8 bits capaces de realizar operaciones de desplazamientos, lógicas, sumas y restas. Posee un Registro de Trabajo (W) no direccionadle que usa en operaciones con la ALU.

Dependiendo de la instrucción ejecutada, la ALU puede afectar a los bits de Acarreo, Acarreo Digital (DC) y Cero (Z) del Registro de Estado (STATUS).

La pila es de 8 niveles. No existe ninguna bandera que indique que esté llena, por lo que será el programador el que deberá controlar que no se produzca su desbordamiento.

Este micro controlador posee características especiales para reducir componentes externos con lo que se reducen los costos y se disminuyen los consumos. Posee 4 diferentes modos de oscilador, desde el simple circuito oscilador RC con lo que se disminuyen los costos hasta la utilización de un oscilador a cristal.

En el modo SLEEP el consumo se reduce significativamente y puede ‘despertarse’ al micro controlador utilizando tanto interrupciones internas como externas y señal de roset. Además posee la función Watchdog Timer (Perro Guardian) que protege al micro de ‘cuelgues’ debido a fallos software que produzcan bucles infinitos.

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.

Arquitectura Harvard: Tradicionalmente los microprocesadores se basan en la estructura de Von Neumann, como la de la figura siguiente, que se caracteriza por disponer de una única memoria principal en la que se almacenan los datos y las instrucciones. A esta memoria se accede a través de un sistema de buses único:

Bus de datos
Bus de direcciones

Bus de control

Arquitectura según el modelo de Von Neumann

El modelo Harvard , representado en la figura siguiente, dispone de dos memorias:

Memoria de datos
Memoria de Programa

Además cada memoria dispone de su respectivo bus, lo que permite, que la CPU pueda acceder de forma independiente y simultánea a la memoria de datos y a la de instrucciones. Como los buses son independientes éstos pueden tener distintos contenidos en la misma dirección .

Arquitectura según el modelo HARVARD

¿Qué es un PIC ?

Un PIC 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.

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.

Arquitectura interna del PIC:

Hay dos arquitecturas conocidas; la clásica de von Neumann, y la arquitectura Harvard, veamos como son...

Arquitectura Von Neumann Dispone de una sola memoria principal donde se almacenan datos e instrucciones de forma indistinta. A dicha memoria se accede a través de un sistema de buses único (direcciones, datos y control).

Arquitectura Harvard Dispone de dos memorias independientes, una que contiene sólo instrucciones, y otra que contiene sólo datos. Ambas disponen de sus respectivos sistemas de buses de acceso y es posible realizar operaciones de acceso (lectura o escritura) simultáneamente en ambas memorias, ésta es la estructura para los PIC's.

Proyectos con microcontroladores

Sistema Supervisor de Temperatura (9/02/2002)

Utiliza el LM35DZ como sensor de temperatura, un display LCD con controlador HD44780A y un microcontrolador PIC 16F84A que se encarga del funcionamiento de todo el sistema. Contiene dos setpoints o alarmas de temperatura, que se ajustan con los dos potenciometros, y tales alarmas tienen interfase aislada con reles para que se pueda conectar a otros dispositivos como contactores, PLCs, etc.

Medidor de Temperatura con LCD Gráfico (25/12/2001)

El siguiente proyecto muestra en una pantalla LCD gráfica de 320x200 una estadística de un sensor de temperatura, este proyecto cuenta con varios procesadores, entre ellos el SED1330 que se encargada de la graficacíon en el LCD, luego un PIC16F877 que contiene comandos predeterminados para la graficación, y finalmente el BASIC STAMP 2P para las tareas de recojer datos del sensor de temperatura DS18B20

Sistema Temporizador para Termas

Este proyecto fué desarrollado para ahorrar el consumo de energía mediante el encendido de las termas en horas que el usuario especifica en el programa del microcontrolador. Las caraterísticas principales del sistema son las siguientes: comunicación serial para la configuracion y monitoreo del sistema (cambio de hora, modo de funcionamiento), interfase aislada usando relays, RTC usando el DS1302 y driver de siete segmentos usando el MAX7219 en el cual se visualiza la hora actual y un microcontrolador PIC16F84A trabajando a 4MHz que se encarga de todo el proceso de control.
Para la interfase de potencia, se utilizó contactores SIEMES que soportan 60 amperios, el cual son los encargados de encender y apagar las termas, los terminales de control van conectados directamente a la etapa de relays que posee la tarjeta de control

Programador PIC Universal

Utilizando como referencia el diseño de un programador desarrollado por David Tait, se elaboró un circuito impreso con un IF socket. Para mayor información has click aquí