PDF de programación - 1 - Microprocesadores: Introducción

1 – Microprocesadores:

Introducción

Objetivos

Microprocesadores y microcontroladores

Sistemas objetivo en la asignatura

Organización docente

©Universidad Politécnica de Madrid

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c

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Objetivos

▪ En esta parte de la asignatura vamos a estudiar qué es un sistema

microprocesador (uP) y un microcontrolador (µC)

▪ Veremos lo que es un sistema embebido y su diferencia con un sistema

microprocesador de propósito general (un ordenador, por ejemplo)
▪ Aprenderemos cómo funciona un microprocesador en un sistema

embebido, cómo interactúa con su entorno, y la influencia que esto tiene en
cómo se programa

▪ Aplicaremos los conocimientos a un sistema real (trabajo)

 Programación en C de un pequeño sistema

Para poder aplicar de forma práctica
los conceptos estudiados, hemos
particularizado los ejemplos y
contenidos teniendo en cuenta que
usaremos una plataforma de
prototipado denominada Arduino. Esta
plataforma, junto con una placa
desarrollada ad-hoc en la ETSII, nos
servirá a su vez para realizar el trabajo
y las prácticas de esta parte de la
asignatura.

Fundamentos de Electrónica: Microprocesadores

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Microprocesador (uP) vs Microcontrolador (uC o MCU)

Intel Core 2 Duo architecture

▪ En nuestro ordenador hay, por ejemplo

 Un microprocesador Intel i7 que tiene cuatro

núcleos, cada uno de los cuales tiene…

• Unidad de Control
• Unidad Aritmético Lógica y FPU
• Banco de Registros
(veremos estos conceptos más adelante)

 Memoria (los 4, 8 o 16 GB que tengamos) .

Son circuitos (chips) adicionales al micro.

 Lógica de interfaz con los dispositvos de
entrada/salida (teclado, pantalla, ratón,
discos, red, etc). También son circuitos
adicionales.

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El microcontrolador (µC o MCU)
▪ Un microcontrolador es

 Un circuito digital integrado (todo un sistema en un chip)
 Funcionalidad programable vía software
 Utilizado generalmente para aplicaciones de bajas prestaciones

(mucho más pequeñas que un ordenador/tablet/smartphone)

 Dispone de

• Memoria (para programa y datos)
• Dispositivos de entrada/salida (I/O, ó E/S)
• CPU (Central Processing Unit – Unidad Central de Proceso)
(que a su vez, contiene registros, ALU y unidad de control)

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microcontrolador

Micro Controller Unit
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¿Por qué usamos MCUs? Ventajas e inconvenientes

▪ Son la mejor alternativa frente al diseño digital “ad-hoc” si no hay problemas

de prestaciones (fundamentalmente consumo y velocidad de ejecución)

▪ Ventajas frente a los diseños digitales “ad-hoc”:

 Mayor simplicidad y flexibilidad (modificaciones tras fabricación del sistema)
 Menor tiempo de desarrollo (del orden de 10 veces menos)
 Menor coste para la misma funcionalidad, ya que son circuitos «standard»

(para tiradas pequeñas < 100.000 -1.000.000 uds/año)

▪ Inconvenientes:

 Menor velocidad de ejecución
 Mayor consumo para la misma funcionalidad
 Mayor coste para grandes tiradas

▪ Ejemplos:

 Control de un electrodoméstico (uP/uC)
 Decodificador de video en tiempo real (FPGA/Asic)

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¿Dónde hay microcontroladores?

Un coche puede disponer de entre 50 y 150 MCUs

(casi cualquier funcionalidad está realizada mediante una MCU)

http://www.real-programmer.com/interesting_things/IEEE%20SpectrumThisCarRunsOnCode.pdf

http://am.renesas.com/edge_ol/special/02/index.jsp

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Algunos datos: Tipos de uP/uC
▪ Prestaciones

 Gama baja: 4, 8, 16 bits. Dedicados fundamentalmente a tareas de

control (electrodomésticos, cabinas telefónicas, algunos periféricos de
ordenadores, etc.). Generalmente son µC.

 Gama media: 16, 32 bits. Tareas de control con cierto grado de

procesamiento (control en automóvil, teléfonos móviles, PDA, etc.). Suelen
ser µC o µP + periféricos integrados, y memoria externa.

 Gama alta: 32, 64 y 128 bits. Fundamentalmente procesamiento

(ordenadores, videoconsolas, etc.) Hay muchos uC, pero también son µP +
circuitería periférica + memoria.

▪ Tecnología

 Alimentación: 5 V, 3.3 V, 2.5 V, 1.8 V
 Consumo: µW – decenas de W
 Frecuencia: de kHz a GHz

▪ Precio

 Microcontroladores sencillos: 0.5€-20€
 Microprocesadores gama alta: 100€-1000€

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Algunos datos: mercado de microcontroladores

http://www.icinsights.com/data/articles/documents/541.pdf

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Sistemas objetivo en la asignatura
▪ Nos vamos a centrar en el diseño de sistemas relativamente sencillos

 Diseñaremos con µC de bajas prestaciones
 Fabricante  Atmel
• Arquitectura AVR

 Programaremos en C (pero teniendo en cuenta su relación con el lenguaje

ensamblador, cercano al lenguaje máquina)

▪ En cualquier caso, los microprocesadores de «bajas prestaciones» tienen

capacidades suficientes para muchísimas aplicaciones

▪ Ejemplos:

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Sistemas objetivo en la asignatura
▪ ¿Qué va a hacer nuestro sistema?

 Recibir señales de sensores analógicos y digitales

 Controlar dispositivos externos (luces, altavoces, displays…)

 Comunicarse con un PC

▪ ¿Qué se espera de vosotros?

 Que sepáis lo que es un micro (microcontrolador o

microprocesador)

 Que entendáis cómo se ejecuta un programa en un micro

 Que conozcáis los principales procedimientos de interacción entre
los elementos físicos (hardware) y el programa (software/firmware)
que los controla

 Que programéis un sistema real

▪ Lo que se aprende aquí se usa constantemente en la industria

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Organización docente: programación y evaluación
▪ Programación temporal:

 Tema 1: Introducción (1h)

 Tema 2: Sistemas embebidos (2h)

 Tema 3: Arquitectura Interna de la CPU (2h)

 Tema 4: Dispositivos de E/S (2h)

 Tema 5: Métodos de E/S (2h)

 Tema 6: Interrupciones (3h)

▪ Práctica obligatoria (2h) - Semana 30 nov. al 4 dic.

 Manejo del Arduino

 Ejercicios con E/S

▪ PEC voluntaria - 18 de diciembre

 70% de la calificación de la evaluación continua (CECmic)

▪ Trabajo voluntario en equipos de 2 personas:

 30% de la calificación de la evaluación continua (CECmic)

 Fecha límite: 17 de diciembre 23:59h (no prorrogable)

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Organización docente: Requisitos

▪ ¿De programación? saber programar en C (tipos de datos y sentencias básicas)

 Ejemplo: ¿Entiendes la sintaxis de este programa?

#define LED_PIN 9

// fades on and off a LED
int main() {

while(true) {
int x = 1;
for (int i = 0; i > -1; i = i + x) {

analogWrite(LED_PIN, i); // analogWrite(LED, x) sets LED intensity to x (0-255)
if (i == 255) x = -1;
delay(10); // delay(N) waits for N milliseconds

}

}

si no, tendrás que repasar Fundamentos de Programación
}

 Qué es un byte, un bit, cuánto ocupa un entero, qué valores se pueden codificar en un

byte, operadores aritméticos, lógicos y relacionales…

▪ ¿De electrónica digital? Multiplexores, registros, puertas, y operaciones lógicas
▪ ¿De electrotecnia? Divisor resistivo y poco más

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Bibliografía
▪ Microcontrollers and microcomputers : principles of software and

hardware engineering
Cady, Frederick M.
 Introducción (tema 1): Chapter 1

 Arquitectura interna (tema 3): Chapter 2

 Dispositivos de entrada salida (tema 4): Chapter 7, 10

 Interrupciones (tema 6): Chapter 8

▪ General

 The microprocessor : a biography

Malone, Michael S.

 Microprocesadores : diseño práctico de sistemas

Angulo Usategui, José María

▪ De Arduino

 http://arduino.cc/en/Reference/HomePage

 Arduino programming notebook, Brian W. Evans

▪ Enlaces recomendados en las transparencias

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