Tópicos Especiales de Mecatrónica

Tópicos Especiales de Mecatrónica
Arquitectura de Microcontroladores II
Memorias y Entradas/Salidas Digitales
Ricardo-Franco Mendoza-Garcia
rmendozag@uta.cl
Escuela Universitaria de Ingeniería Mecánica
Universidad de Tarapacá
Arica, Chile
October 9, 2014
R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA)
Memorias y Digital I/Os
October 9, 2014
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Outline
Outline
1
Arquitecturas de Acceso a Memoria e Instrucciones
Buses de address, data y control
Arquitectura Von Newmann
Arquitectura Harvard
Arquitecturas CISC y RISC
2
Entradas y Salidas (I/O) Digitales
Conceptos Básicos
Señales Digitales
Características Eléctricas
Tipos de I/Os
3
Actividad
4
Referencias
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Memorias y Digital I/Os
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The electronics of a computer is nothing more
than a system designed to hold, move and
change numbers.
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Memorias y Digital I/Os
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Arquitecturas de Acceso a Memoria e Instrucciones
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1
Arquitecturas de Acceso a Memoria e Instrucciones
Buses de address, data y control
Arquitectura Von Newmann
Arquitectura Harvard
Arquitecturas CISC y RISC
2
Entradas y Salidas (I/O) Digitales
Conceptos Básicos
Señales Digitales
Características Eléctricas
Tipos de I/Os
3
Actividad
4
Referencias
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Memorias y Digital I/Os
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Arquitecturas de Acceso a Memoria e Instrucciones
Buses de address, data y control
Buses de address, data y control
Control indica si se lee, escribe, etc.
Address indica dónde se lee, escribe, etc.
Data transporta los operandos de las instrucciones.
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Arquitecturas de Acceso a Memoria e Instrucciones
Arquitectura Von Newmann
Arquitectura Von Newmann
CPU no distingue entre ROM y RAM; considera bloque único de
memoria. Un address bus, un data bus, y un control bus. Menos
líneas -> microprocesadores.
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Arquitecturas de Acceso a Memoria e Instrucciones
Arquitectura Harvard
Arquitectura Harvard
Memorias de instrucciones y datos separadas; cada una con
address, data, y control buses. Más líneas -> microcontroladores.
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Arquitecturas de Acceso a Memoria e Instrucciones
Arquitecturas CISC y RISC
CISC
Complex instruction set computer. Más compleja, resulta en chips
más grandes. Tendencia original.
RISC
Reduced instruction set computer. Más simple, resulta en chips
más pequeños. Todas las instrucciones tienen la misma longitud,
pueden correr a más ciclos/sec.
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Entradas y Salidas (I/O) Digitales
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1
Arquitecturas de Acceso a Memoria e Instrucciones
Buses de address, data y control
Arquitectura Von Newmann
Arquitectura Harvard
Arquitecturas CISC y RISC
2
Entradas y Salidas (I/O) Digitales
Conceptos Básicos
Señales Digitales
Características Eléctricas
Tipos de I/Os
3
Actividad
4
Referencias
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Memorias y Digital I/Os
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Entradas y Salidas (I/O) Digitales
Conceptos Básicos
Conceptos Básicos
Periférico: dispositivo externo, e.g., LED o motor.
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Entradas y Salidas (I/O) Digitales
Conceptos Básicos
Conceptos Básicos
Periférico: dispositivo externo, e.g., LED o motor.
Puerto: circuito interno del microcontrolador para interactuar con
los periféricos (normalmente a través de registros).
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Entradas y Salidas (I/O) Digitales
Conceptos Básicos
Conceptos Básicos
Periférico: dispositivo externo, e.g., LED o motor.
Puerto: circuito interno del microcontrolador para interactuar con
los periféricos (normalmente a través de registros).
Señal digital: conexión eléctrica que adopta (típicamente) sólo dos
valores: high (1) o low (0). Generalmente llamadas
General Purpose I/Os (GPIO).
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Entradas y Salidas (I/O) Digitales
Conceptos Básicos
Conceptos Básicos
Periférico: dispositivo externo, e.g., LED o motor.
Puerto: circuito interno del microcontrolador para interactuar con
los periféricos (normalmente a través de registros).
Señal digital: conexión eléctrica que adopta (típicamente) sólo dos
valores: high (1) o low (0). Generalmente llamadas
General Purpose I/Os (GPIO).
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Entradas y Salidas (I/O) Digitales
Señales Digitales
Señales Digitales
Entradas: Leen uno de los siguientes estados high (1) o low (0).
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Entradas y Salidas (I/O) Digitales
Señales Digitales
Señales Digitales
Entradas: Leen uno de los siguientes estados high (1) o low (0).
Salidas: Proveen uno de los siguientes estados high (1), low (0) o
tri-state (floating).
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Entradas y Salidas (I/O) Digitales
Señales Digitales
Señales Digitales
Entradas: Leen uno de los siguientes estados high (1) o low (0).
Salidas: Proveen uno de los siguientes estados high (1), low (0) o
tri-state (floating).
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Entradas y Salidas (I/O) Digitales
Señales Digitales
Consideraciones
estado high corresponde a un voltaje cercano a e.g. 5V o 3V;
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Entradas y Salidas (I/O) Digitales
Señales Digitales
Consideraciones
estado high corresponde a un voltaje cercano a e.g. 5V o 3V;
estado low corresponde a un voltage cercano a 0V;
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Entradas y Salidas (I/O) Digitales
Señales Digitales
Consideraciones
estado high corresponde a un voltaje cercano a e.g. 5V o 3V;
estado low corresponde a un voltage cercano a 0V;
normalmente, microcontroladores pueden recibir (sink )
más corriente de la que pueden dar (source); y
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Entradas y Salidas (I/O) Digitales
Señales Digitales
Consideraciones
estado high corresponde a un voltaje cercano a e.g. 5V o 3V;
estado low corresponde a un voltage cercano a 0V;
normalmente, microcontroladores pueden recibir (sink )
más corriente de la que pueden dar (source); y
tri-state es útil para conectar más de un periférico a una misma
I/O digital.
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Memorias y Digital I/Os
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Entradas y Salidas (I/O) Digitales
Señales Digitales
Consideraciones
estado high corresponde a un voltaje cercano a e.g. 5V o 3V;
estado low corresponde a un voltage cercano a 0V;
normalmente, microcontroladores pueden recibir (sink )
más corriente de la que pueden dar (source); y
tri-state es útil para conectar más de un periférico a una misma
I/O digital.
existe un threshold para que las I/Os consideren algo como high
o low. Ojo con la compatibilidad entre distintos dispositivos.
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Entradas y Salidas (I/O) Digitales
Señales Digitales
Pull-up and pull-down resistors
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Entradas y Salidas (I/O) Digitales
Características Eléctricas
Características Eléctricas
datasheets siempre muestran:
I
I
I
absolute maximum ratings;
DC electrical characteristics; y
AC electrical characteristics;
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Características Eléctricas
Características Eléctricas
datasheets siempre muestran:
I
I
I
absolute maximum ratings;
DC electrical characteristics; y
AC electrical characteristics;
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Memorias y Digital I/Os
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Entradas y Salidas (I/O) Digitales
Características Eléctricas
Características Eléctricas
datasheets siempre muestran:
I
I
I
absolute maximum ratings;
DC electrical characteristics; y
AC electrical characteristics;
R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA)
Memorias y Digital I/Os
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Entradas y Salidas (I/O) Digitales
Características Eléctricas
Características Eléctricas
datasheets siempre muestran:
I
I
I
absolute maximum ratings;
DC electrical characteristics; y
AC electrical characteristics;
R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA)
Memorias y Digital I/Os
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Entradas y Salidas (I/O) Digitales
Características Eléctricas
Características Eléctricas
datasheets siempre muestran:
I
I
I
absolute maximum ratings;
DC electrical characteristics; y
AC electrical characteristics;
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Características Eléctricas
Características Eléctricas
datasheets siempre muestran:
I
I
I
absolute maximum ratings;
DC electrical characteristics; y
AC electrical characteristics;
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Características Eléctricas
Características Eléctricas
datasheets siempre muestran:
I
I
I
absolute maximum ratings;
DC electrical characteristics; y
AC electrical characteristics;
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Entradas y Salidas (I/O) Digitales
Tipos de I/Os
Tipos de I/Os
Programadas: el procesador decide cuando hacer algo con las I/Os.
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Memorias y Digital I/Os
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Entradas y Salidas (I/O) Digitales
Tipos de I/Os
Tipos de I/Os
Programadas: el procesador decide cuando hacer algo con las I/Os.
Manejadas por interrupciones: un dispositivo externo decide
cuando el procesador debe hacer algo (i.e., I/O decide).
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Memorias y Digital I/Os
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Entradas y Salidas (I/O) Digitales
Tipos de I/Os
Tipos de I/Os
Programadas: el procesador decide cuando hacer algo con las I/Os.
Manejadas por interrupciones: un dispositivo externo decide
cuando el procesador debe hacer algo (i.e., I/O decide).
De acceso directo a memoria (DMA): la transferencia de
información entre I/O y memoria ocurre sin la
intervención del procesador.
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Memorias y Digital I/Os
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Entradas y Salidas (I/O) Digitales
Tipos de I/Os
Tipos de I/Os
Programadas: el procesador decide cuando hacer algo con las I/Os.
Manejadas por interrupciones: un dispositivo externo decide
cuando el procesador debe hacer algo (i.e., I/O decide).
De acceso directo a memoria (DMA): la transferencia de
información entre I/O y memoria ocurre sin la
intervención del procesador.
R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA)
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Tipos de I/Os
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Actividad
Actividad
Ingresar a http://www.arduino.cc;
bajar hoja de datos del uC de las tarjetas “UNO” y “DUE”;
identificar arquitectura de memoria y de instrucciones;
identificar valores de voltage de las I/Os digitales (high, low, y
thresholds); e
identificar valores máximos de corriente de entrada (sinking) y
salida (sourcing).
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Referencias
Bibliografía
Valdes-Perez, Fernando, Pallas-Areny, Ramon, Microcontrollers,
Fundamentals and Applications with PIC, 1st edition, CRC PRess.
Catsolis, John, Designing Embedded Hardware, 2nd edition,
O’Reilly Media, Inc.
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