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Curso Introductorio sobre Microcontroladores familias HC705 y HC908 de Freescale
Curso introductorio sobre Microcontroladores
Familias HC705 y HC908 de Freescale
Parte I
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Ing. Daniel Di Lella
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Ingeniero de Aplicaciones
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Autor : Ing. Daniel Di Lella – Dedicated Field Application Engineer
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Referencias:
- Curso sobre Pequeños Microcontroladores – Ing. Juan Cruz
- Understanding Small Microcontrollers – James M. Sibigtroth
- Freescale CPU08 Reference Manual.
- Materiales varios del autor.
Agradecimientos:
- Ing. Juan Cruz, por ser el precursor de este tipo de cursos.
- Sra. Liliana de Di Lella, por organizar y dar forma al presente material.
- A mi familia, por su comprensión y apoyo permanente.
Descripción del curso.
El curso es de corta duración, intensivo y de carácter formativo con desarrollo teórico
practico, proveyendo una sólida base conceptual sobre la arquitectura, dispositivos de
memoria y de entrada / salida, lenguaje de programación y sistemas de ayuda para el
desarrollo con los modernos microcontroladores (algunas veces utilizaremos la
abreviación "MCU" en lugar del termino microcontrolador).
Objetivo.
Durante el curso se capacitara al lector para:
- Evaluar el estado actual de la tecnología.
- Conocer y entender la estructura, funcionamiento e integración de un sistema
con un microcontrolador (MCU) moderno.
- Conocer y manejar el repertorio de instrucciones, la memoria y los periféricos de
un MCU.
- Conocer y manejar las herramientas de ayuda para el desarrollo con un MCU.
- Evaluar y diseñar aplicaciones básicas con un MCU.
Orientación.
El curso está orientado a ingenieros, técnicos y personal docente con conocimientos
o experiencia en técnicas digitales que aún no habiendo recibido una formación
específica, deseen extender y actualizar sus conocimientos sobre MCUs o bien
desarrollar sencillas aplicaciones con los mismos.
Temario (Parte I).
- Evolución del diseño lógico. El impacto del LSI en el diseño lógico y sus formas
de utilización.
- ¿Qué es un microcontrolador?. Revisión de un sistema de computación,
subsistemas que lo componen. El microcontrolador. Familias de
Microcontroladores y controladores dedicados.
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Autor : Ing. Daniel Di Lella – Dedicated Field Application Engineer
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- Códigos y sistemas de numeración de uso frecuente.
- Dispositivos de memoria y de entrada / salida. Tipos de memoria. Mapa de
memoria.
- Arquitectura de una computadora. Registros. Temporización. Estructura de los
programas. Operación de una instrucción. Modos de direccionamiento. Reset.
Interrupciones.
- Repertorio de instrucciones para MCUs flia. HC705
- Edición, ensamblado, simulación y Emulación de programas.
- El Lazo de Paso (Paced Loop). Ejemplos de uso.
Temario (Parte II).
- Curso MCUs flia. HC908 (Parte II).
- Diferencias entre flias. HC705 y HC908 (Parte II).
- Repertorio de instrucciones para MCUs flia. HC908 (Parte II).
- Distintos periféricos, Ejemplo de Aplicaciones (Parte II).
- Resumen de características de los distintos derivativos HC908 (Parte II).
- Manejo de las herramientas de ayuda para el desarrollo con un MCU OTP /
FLASH (Parte II).
- Aplicaciones varias (Parte II).
- Familia de MCUs de 8 y 16 pines HC908Q.
Breve comentario del Autor.
El propósito de este curso es introducir al lector, al fascinante mundo de los
microcontroladores. En el mundo de hoy, ya nadie duda de la utilidad y economía de
uso de estos pequeños “cerebros” encapsulados. Presentes en casi todas las aplicaciones
de la vida diaria, desde el control de pequeños electrodomésticos, máquinas
herramientas, hasta como sub sistemas de complejos dispositivos electrónicos, hoy no
podríamos imaginar el mundo sin ellos.
En este texto, el lector, encontrará la ayuda necesaria para comprender las tareas
internas de estas pequeñas computadoras de propósito general y así ilustrarlo sobre
cómo concebir microcontroladores en aplicaciones útiles. En este curso se hace
referencia especialmente a los MCUs de las familias HC705 y HC908 FLASH de
Freescale. Sin embargo, los conceptos aquí vertidos son aplicables a la totalidad de los
microcontroladores.
Se sugiere reforzar los conocimientos impartidos a lo largo del curso, consultando los
respectivos manuales de referencia (Reference Manual) de las familias HC705 y
HC908, así como los manuales operativos de las herramientas de desarrollo para ambas
familias.
Este texto no asume ningún conocimiento previo sobre microprocesadores o técnicas de
programación. Los estudiantes secundarios pueden utilizarlo en clases guiadas por un
profesor o instructor. Los ingenieros experimentados pueden además utilizarlo para
aprender sobre microcontroladores.
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Autor : Ing. Daniel Di Lella – Dedicated Field Application Engineer
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Los siguientes párrafos presentan una breve descripción de cada capítulo y apéndices de
este curso.
Tienen Hipervínculos
1- ¿Qué es un microcontrolador?
Este capítulo introduce los principales elementos constitutivos de cualquier sistema de
computadora. Aquí se presentan las diferentes partes de los sistemas de computadora y
los rasgos que distinguen a los microcontroladores de otros tipos de sistemas de
computadora.
2- Sistemas de Numeración y Código.
Este capítulo explora los sistemas de numeración y los códigos especiales usados por las
computadoras. Las computadoras cuentan en binario (base 2) en lugar de hacerlo en
decimal (base 10). El American Standard Code for Information Interchange (ASCII) es
otro código que permite a las computadoras trabajar con información alfabética. Por
último las computadoras usan instrucciones especialmente codificadas con las que ellas
ejecutan sus programas.
3- Memoria y Dispositivos de I/O.
La memoria es un componente básico de cualquier computadora. Este capítulo presenta
varios tipos de memoria. Se presenta además el concepto de dispositivos de Entrada /
Salida (I/O) paralelo como un tipo de memoria. Así como se explica en detalle el
concepto de mapa de memoria de una computadora, Ud. podrá tener un primer
panorama sobre las tareas internas de una computadora.
4- Arquitectura de una Computadora.
Este capítulo describe la estructura interna y las operaciones de la unidad central de
proceso (CPU). A partir de los conceptos de los primeros tres capítulos se llega a
presentar cómo opera una computadora. Esta vista detallada de las operaciones de una
computadora provocará la subsecuente presentación de programas de fácil comprensión.
5- El repertorio de Instrucciones del MC68HC05 y el MC68HC08.
Este capítulo comienza con una revisión de la CPU del MC68HC05 y del MC68HC08
tal como los ve un programador. Se explican los modos de direccionamiento a fin de
presentar las diferentes formas en que en un programa se puede especificar la
localización de un operando. Se presenta al repertorio de instrucciones de dos maneras.
Primero, las instrucciones agrupadas por su modo de direccionamiento. Segundo, las
instrucciones ordenas por el tipo de función.
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6- Programación.
Las computadoras no son inteligentes. Ellas solo hacen lo que las instrucciones de
programa les dicen que deben hacer, las computadoras sólo saben cómo realizar un
relativamente pequeño grupo de simples instrucciones. Él sin número de formas en que
se pueden combinar las instrucciones es lo que permite a las computadoras realizar gran
diversidad de tareas. Este capítulo presenta cómo preparar un grupo de instrucciones
para que la computadora las ejecute. Además se presenta a los ensambladores y
simuladores.
7- “Paced Loop” o Lazo cíclico o de paso.
Esta estructura de programación puede usarse como una base para muchas aplicaciones
de microcontroladores. Las sub tareas que son específicas de una aplicación pueden
escribirse en forma independiente. Estas sub tareas pueden agregarse al esqueleto del
“lazo de paso” o lazo cíclico.
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Capítulo 1.
¿Qué es un Microcontrolador?
Este capítulo contiene un conjunto de principios esenciales para hacer un detallado
repaso de las tareas que se desarrollan dentro de un pequeño microcontrolador. Veremos
que el microcontrolador es una de las formas más elementales que puede tener un
sistema de computadora. Aún siendo mucho más pequeños que sus primos, las
computadoras personales y las computadoras mainframes, los microcontroladores están
constituidos por los mismos elementos básicos. En pocas palabras, podemos decir que
las computadoras producen un patrón específico de salidas en base al estado actual de
sus entradas, y siguiendo estrictamente las instrucciones contenidas en un programa.
Al igual que la mayoría de las computadoras, los microcontroladores son simples
ejecutores de instrucciones de propósito general. La verdadera estrella de un sistema de
computadora es el programa de instrucciones que son provistas por un programador
humano. Este programa instruye a la computadora a realizar largas secuencias de muy
simples acciones para efectuar tareas útiles tales como las que se propuso el
programador.
Una vista completa de un Sistema de Computadora.
La figura 1-1 es una visión de alto nivel de un sistema de computadora. Simplemente
cambiando el tipo de dispositivos de entrada y salida ésta puede ser la vista de una
computadora personal (PC), una mainframe, o un simple microcontrolador (MCU).
Los dispositivos de entrada y salida (I/O) presentados en la figura aparecen como
típicos dispositivos de I/O encontrados en un sistema de computadora con
microcontrolador.
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Figura 1-1. – Vista general de un sistema de computación.
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Entradas.
Los dispositivos de entrada suministran al sistema de computadora la información
proveniente del mundo exterior. En un sistema de PC, el dispositivo de entrada más
común es el teclado del tipo máquina de escribir. Las mainframes usan teclados y
lectores de tarjetas perforadas como dispositivos de entrada. Los sistemas con
microcontrolador normalmente usan dispositivos de entrada mucho más simples tales
como interruptores simples o conjuntos de algunas pocas teclas, encontraremos sin
embargo, dispositivos de entrada más exóticos en sistemas basados en
microcontroladores. Un ejemplo de dispositivo de entrada exótico es el sensor de
oxígeno que en un automóvil tiene por objetivo medir la eficiencia de la combustión
tomando muestras de los gases expelidos.
La mayoría de las entradas de los microcontroladores pueden únicamente procesar
señales digitales, de los mismos niveles de tensión que la fuente de alimentación de la
lógica principal. El potencial cero o nivel de tierra se denomina Vss y el potencial
positivo o nivel de alimentación (Vdd) es típicamente 5 Volts de C.C. Un nivel de
aproximadamente cero Volts es indicativo de un cero lógico y una tensión
aproximadamente igual que la de la fuente de alimentación positiva es indicativo de un
uno lógico.
Por supuesto que el mundo real está poblado de señales analógicas, o señales que son de
otro niveles de tensión. Algunos dispositivos de entrada trasladan los niveles de tensión
de una señal a los niveles Vdd y Vss necesarios para el microcontrolador. Otros
dispositivos de entrada convierten señales analógicas en señales digitales (a valores
binarios compuestos por unos y ceros) que la computadora puede reconocer y
manipular. Hay microcontroladores que también incluyen tales circuitos conversores de
señal analógica a digital en su mismo circuito integrado (es el caso de la familia HC908
FLASH).
Podemos recurrir a transductores para trasladar señales del mundo real a señales del
nivel lógico que un microcontrolador puede reconocer y manipular. Veremos
aplicaciones que incluyen transductores de temperatura, detectores de nivel de
iluminación, sensores de presión, etc.. Es posible afirmar que con el transductor
adecuado, casi cualquier propiedad física puede ser utilizada como una entrada a un
sistema de computadora.
Salidas.
Los dispositivos de salida sirven para que el sistema de computadora suministre
información al mundo exterior o bien realice acciones sobre éste. En un sistema de PC,
el dispositivo de salida más común es la pantalla de un tubo de rayos catódicos (TRC).
Los sistemas de computadora con microcontrolador normalmente utilizan dispositivos
de salida mucho más simples tales como indicadores lumínicos o sonoros.
Existen circuitos de translación (a veces incluidos en el mismo circuito integrado del
microcontrolador) que pueden convertir señales digitales a niveles de tensión analógica.
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