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E-book Microcontroladores fundamentos y aplicaciones con pic

$24.698

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  • Autores: VALDÉS, Fernando; PALLÁS, Ramón

    Páginas: 344

    Coedición: Alfaomega, Marcombo

    ISBN: 9786077072836 Categorías: ,

    Descripción

    Los microcontroladores están presentes en muchos de los productos electrónicos que empleamos en nuestra vida cotidiana. Su enseñanza es un reto debido a la variedad de modelos existentes en el mercado y a la gran cantidad de aplicaciones posibles. Sin embargo, a pesar de su diversidad, hay unidad en los principios de funcionamiento y las arquitecturas de muchos microcontroladores. Este libro aprovecha esa unidad presente en la diversidad para mostrar los fundamentos del diseño y la programación de los microcontroladores.

    El objetivo del libro es enseñar la arquitectura y la programación de los microcontroladores en general, tomando como ejemplos los microcontroladores PIC de Microchip. La documentación que ofrecen los fabricantes es tan abundante que su mero acopio ocuparía varios volúmenes. En este libro se han seleccionado los temas de forma fundamentada, buscando el rigor en las descripciones y la claridad en la exposición de los conceptos. Se han incluido figuras que complementan el texto de forma sustancial.

    Cada tema es tratado con un enfoque que va de lo general a lo particular. Primero se explican las cuestiones propias del tema que son comunes a la mayoría de los microcontroladores, y seguidamente se particulariza para los microcontroladores PIC. Las explicaciones se ilustran con ejemplos prácticos. En nueve capítulos se explican la estructura y componentes de los microcontroladores, y en específico: la memoria, la entrada y salida paralelas, el repertorio de instrucciones y la programación en lenguaje ensamblador, los temporizadores, las interrupciones, la entrada y salida serie y la adquisición y distribución de señales con las entradas y salidas analógicas.

    El libro está dirigido especialmente a estudiantes y a profesionales de la electrónica, pero también resultará útil a los lectores interesados en conocer el fascinante mundo de los microcontroladores, en particular de los PIC, y utilizarlos en un sinfín de aplicaciones.

    Resumen del contenido:

    1 Introducción a los microcontroladores – Los microcontroladores PIC – La memoria en los microcontroladores – Repertorio de instrucciones y programación en lenguaje ensamblador – La entrada y salida en paralelo – Los temporizadores – Las interrupciones – La entrada y salida en serie – Las entradas y salidas analógicas. Adquisición y distribución de señales – Anexo. Siglas y acrónimos utilizados en el libro.

    Índice general

    Prólogo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
    1 Introducción a los microcontroladores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
    1.1 Microprocesadores y microcontroladores: caracterización ………………………………………… 11
    1.2 Componentes de un microcontrolador …………………………………………………………………. 14
    1.2.1 El perro guardián ……………………………………………………………………………………………………………………………. 17
    1.2.2 Reset ……………………………………………………………………………………………………………………………………………. 18
    1.2.3 Bajo consumo ………………………………………………………………………………………………………………………………… 19
    1.2.4 Protección del programa frente a copias …………………………………………………………………………………………….. 21
    1.3 Arquitecturas von Neumann y Harvard ………………………………………………………………… 21
    1.4 Arquitecturas CISC y RISC …………………………………………………………………………………… 24
    1.5 Microcontroladores, microprocesadores y sus fabricantes ………………………………………… 24
    2 Los microcontroladores PIC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
    2.1 Características generales de los microcontroladores PIC ………………………………………….. 29
    2.1.1 La Unidad Aritmética y Lógica y el registro W en los microcontroladores PIC ……………………………………………… 30
    2.1.2 Ciclos de máquina y ejecución de instrucciones ……………………………………………………………………………………. 31
    2.1.3 Segmentado (pipeline) en la ejecución de instrucciones ……………………………………………………………………….. 33
    2.1.4 Osciladores ……………………………………………………………………………………………………………………………………. 34
    2.1.5 Bits de confi guración ………………………………………………………………………………………………………………………. 36
    2.1.6 Fuentes de reset ……………………………………………………………………………………………………………………………… 38
    2.1.7 Modo de bajo consumo …………………………………………………………………………………………………………………… 42
    2.1.8 Perro guardián ………………………………………………………………………………………………………………………………. 43
    2.2 Familias de microcontroladores PIC ……………………………………………………………………… 45
    2.2.1 Microcontroladores de gama baja …………………………………………………………………………………………………….. 45
    2.2.2 Microcontroladores de gama media …………………………………………………………………………………………………… 47
    2.2.3 Microcontroladores de gama alta ……………………………………………………………………………………………………… 51
    3 La memoria en los microcontroladores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
    3.1 Conceptos básicos ……………………………………………………………………………………………. 55
    3.1.1 Organización lógica de la memoria ……………………………………………………………………………………………………. 56
    3.1.2 Tipos de memorias …………………………………………………………………………………………………………………………. 58
    3.2 La memoria en los microcontroladores PIC de gama media ………………………………………. 61
    3.2.1 La memoria de programa. ……………………………………………………………………………………………………………….. 62
    3.2.1.1 Direccionamiento de la memoria de programa ……………………………………………………………………… 62
    3.2.1.2 Lectura y escritura de la memoria de programa …………………………………………………………………….. 64
    3.2.2 La memoria RAM de datos ……………………………………………………………………………………………………………….. 68
    3.2.2.1 Direccionamiento de la memoria de datos. …………………………………………………………………………… 70
    3.2.2.2 Registros de funciones especiales ……………………………………………………………………………………….. 72
    3.2.3 La memoria EEPROM de datos. …………………………………………………………………………………………………………. 75
    4 Repertorio de instrucciones y programación en lenguaje ensamblador . . . . . 79
    4.1 Conceptos básicos ……………………………………………………………………………………………. 79
    4.1.1 Código de máquina y lenguaje ensamblador ………………………………………………………………………………………. 79
    4.1.2 Estructura de las instrucciones ………………………………………………………………………………………………………….. 82
    4.1.3 Modos de direccionar los datos …………………………………………………………………………………………………………. 84
    4.1.4 La pila. …………………………………………………………………………………………………………………………………………. 85
    4.2 Repertorio de instrucciones de los PIC de gama media …………………………………………….. 88
    4.2.1 Instrucciones de transferencia de datos. …………………………………………………………………………………………….. 91
    4.2.2 Instrucciones aritméticas y lógicas. ……………………………………………………………………………………………………. 92
    4.2.3 Instrucciones de transferencia de control. …………………………………………………………………………………………… 95
    4.2.3.1 Saltos incondicionales, llamadas a subrutinas y retornos. ………………………………………………………. 95
    4.2.3.2 Saltos condicionados ………………………………………………………………………………………………………… 99
    4.2.4 Instrucciones que operan con bits ……………………………………………………………………………………………………. 102
    4.2.5 Otras instrucciones ……………………………………………………………………………………………………………………….. 103
    4.3 Elementos del lenguaje ensamblador (para el ensamblador MPASM de Microchip) ……… 103
    4.3.1 Introducción ………………………………………………………………………………………………………………………………… 103
    4.3.2 Expresiones, operaciones y operadores …………………………………………………………………………………………….. 109
    4.3.2.1 Operadores aritméticos …………………………………………………………………………………………………… 110
    4.3.2.2 Operadores lógicos y de relación ……………………………………………………………………………………….. 111
    4.3.2.3 Operadores lógicos que operan directamente con bits …………………………………………………………… 112
    4.3.2.4 Operadores de asignación ……………………………………………………………………………………………….. 112
    4.3.2.5 Operadores de dirección ………………………………………………………………………………………………….. 114
    4.3.3 Directivas ……………………………………………………………………………………………………………………………………. 114
    4.3.3.1 Directivas de uso general …………………………………………………………………………………………………. 116
    4.3.3.2 Directivas utilizadas en la codifi cación relocalizable ……………………………………………………………… 121
    4.3.4 Macroinstrucciones ………………………………………………………………………………………………………………………. 127
    4.3.5 Organización de un programa en lenguaje ensamblador …………………………………………………………………….. 130
    4.4 Recursos disponibles para programar en el lenguaje ensamblador de los
    microcontroladores PIC ……………………………………………………………………………………..136
    4.4.1 El ensamblador MPASM …………………………………………………………………………………………………………………. 137
    4.4.1.1 Generación de código absoluto …………………………………………………………………………………………. 137
    4.4.1.2 Generación de código relocalizable ……………………………………………………………………………………. 138
    4.4.1.3 Archivos involucrados en el ensamblaje ……………………………………………………………………………… 139
    4.4.2 El enlazador MPLINK …………………………………………………………………………………………………………………….. 142
    4.4.3 El gestor de bibliotecas MPLIB ………………………………………………………………………………………………………… 145
    5 La entrada y salida en paralelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
    5.1 Conceptos básicos sobre entradas y salidas digitales …………………………………………….. 149
    5.1.1 Métodos de transferencia de datos ………………………………………………………………………………………………….. 150
    5.1.2 Técnicas de entrada y salida …………………………………………………………………………………………………………… 153
    5.2 Los puertos paralelos en los PIC de clase media ……………………………………………………. 155
    5.2.1 El puerto A ………………………………………………………………………………………………………………………………….. 158
    5.2.2 El puerto B …………………………………………………………………………………………………………………………………… 159
    5.2.3 El puerto C …………………………………………………………………………………………………………………………………… 161
    5.2.4 Los puertos D, E, F y G ……………………………………………………………………………………………………………………. 161
    5.2.5 El Puerto Paralelo Esclavo ………………………………………………………………………………………………………………. 162
    5.3 Conexión y tratamiento a periféricos comunes …………………………………………………….. 164
    5.3.1 Interruptores y diodos LED ……………………………………………………………………………………………………………… 164
    5.3.2 Teclados matriciales ……………………………………………………………………………………………………………………… 169
    5.3.3 Visualizadores numéricos de 7 segmentos ………………………………………………………………………………………… 177
    5.3.4 Visualizadores alfanuméricos de cristal líquido ………………………………………………………………………………….. 180
    6 Los temporizadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
    6.1 Los temporizadores en los microcontroladores PIC ……………………………………………….. 189
    6.1.1 El módulo Timer0 …………………………………………………………………………………………………………………………. 190
    6.1.2 El módulo Timer1 …………………………………………………………………………………………………………………………. 195
    6.1.3 El módulo Timer2 …………………………………………………………………………………………………………………………. 199
    6.2 El módulo CCP ……………………………………………………………………………………………….. 202
    6.2.1 Modo de captura ………………………………………………………………………………………………………………………….. 204
    6.2.2 Modo comparador ………………………………………………………………………………………………………………………… 208
    6.2.3 Modo PWM …………………………………………………………………………………………………………………………………. 210
    7 Las interrupciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217
    7.1 Conceptos básicos sobre las interrupciones …………………………………………………………. 217
    7.1.1 Las solicitudes de interrupción y recursos asociados ……………………………………………………………………………. 217
    7.1.2 Atención a las solicitudes de interrupción …………………………………………………………………………………………. 219
    7.1.3 Interrupciones fi jas y vectorizadas …………………………………………………………………………………………………… 221
    7.2 Las interrupciones en los microcontroladores PIC …………………………………………………. 224
    7.2.1 Fuentes de interrupción y registros asociados ……………………………………………………………………………………. 224
    7.2.2 Estructura del subprograma de atención a una interrupción ………………………………………………………………… 230
    7.3 Ejemplos de uso de las interrupciones ………………………………………………………………… 234
    7.3.1 Reloj de tiempo real ………………………………………………………………………………………………………………………. 234
    7.3.2 Sincronización de eventos al reloj de tiempo real ……………………………………………………………………………….. 239
    7.3.3 Protección contra fallos de hardware ……………………………………………………………………………………………….. 243
    8 La entrada y salida en serie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247
    8.1 Conceptos básicos sobre entradas y salidas en serie ………………………………………………. 247
    8.1.1 Introducción a la transmisión de datos en serie ………………………………………………………………………………….. 247
    8.1.2 Comunicación asincrónica ……………………………………………………………………………………………………………… 249
    8.1.3 Comunicación sincrónica ……………………………………………………………………………………………………………….. 249
    8.1.4 Conexión entre equipos: interfaz RS-232C …………………………………………………………………………………………. 250
    8.1.5 El bus I2 C …………………………………………………………………………………………………………………………………….. 252
    8.2 El puerto serie USART en los microcontroladores PIC ……………………………………………… 258
    8.2.1 Descripción general ………………………………………………………………………………………………………………………. 258
    8.2.2 Funcionamiento en modo asincrónico ………………………………………………………………………………………………. 259
    8.2.3 Funcionamiento en modo sincrónico ………………………………………………………………………………………………… 262
    8.2.4 Velocidad de la comunicación. ………………………………………………………………………………………………………… 263
    8.3 El puerto serie SSP en los microcontroladores PIC …………………………………………………. 265
    8.3.1 Interfaz SPI ………………………………………………………………………………………………………………………………….. 265
    8.3.2 Interfaz I2 C ………………………………………………………………………………………………………………………………….. 270
    9 Las entradas y salidas analógicas. Adquisición y distribución de señales. . . . 275
    9.1 Funciones y estructura de un sistema de adquisición y distribución de señales …………… 275
    9.1.1 Funciones básicas en los sistemas de medida y control ………………………………………………………………………… 275
    9.1.2 Margen o rango dinámico ……………………………………………………………………………………………………………… 278
    9.1.3 Ancho de banda …………………………………………………………………………………………………………………………… 280
    9.1.4 Muestreo de señales ……………………………………………………………………………………………………………………… 282
    9.1.5 Arquitecturas para la adquisición de señales. Sistemas de alto y bajo nivel …………………………………………….. 283
    9.2 La etapa frontal para la adquisición de señales ……………………………………………………. 284
    9.2.1 Atenuadores ………………………………………………………………………………………………………………………………… 285
    9.2.2 Amplifi cadores …………………………………………………………………………………………………………………………….. 289
    9.2.3 Filtros y protecciones de entrada ……………………………………………………………………………………………………… 293
    9.2.4 Multiplexores analógicos ……………………………………………………………………………………………………………….. 296
    9.2.5 Filtros anti-alias …………………………………………………………………………………………………………………………… 298
    9.2.6 Amplifi cador de muestreo y retención ………………………………………………………………………………………………. 300
    9.2.7 Convertidores A/D ………………………………………………………………………………………………………………………… 302
    9.3 El módulo de conversión A/D de 10 bits en los microcontroladores PIC ………………………. 305
    9.3.1 Arquitectura del módulo de conversión A/D ………………………………………………………………………………………. 305
    9.3.2 Tiempos de una conversión A/D ………………………………………………………………………………………………………. 309
    9.3.3 Programación del módulo de conversión A/D …………………………………………………………………………………….. 312
    9.4 Calibración …………………………………………………………………………………………………… 315
    9.5 Interfaces directas entre sensor y microcontrolador ……………………………………………… 316
    9.6 La etapa de salida para salidas analógicas ………………………………………………………….. 320
    9.6.1 Convertidores D/A ………………………………………………………………………………………………………………………… 320
    9.6.2 Desmultiplexado analógico ……………………………………………………………………………………………………………. 321
    9.6.3 Métodos de extrapolación ……………………………………………………………………………………………………………… 321
    9.6.4 Salidas PWM ……………………………………………………………………………………………………………………………….. 322
    9.6.5 Protecciones de salida …………………………………………………………………………………………………………………… 324
    Bibliografía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327
    Anexo. Siglas y acrónimos utilizados en el libro . . . . . . . . . . . . . . . . . 329
    Indice alfabético . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335

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