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Tópicos Especiales de MecatrónicaArquitectura de Microcontroladores IIMemorias y Entradas/Salidas Digitales
Ricardo-Franco [email protected]
Escuela Universitaria de Ingeniería MecánicaUniversidad de Tarapacá
Arica, Chile
October 9, 2014
R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA) Memorias y Digital I/Os October 9, 2014 1 / 18
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1 Arquitecturas de Acceso a Memoria e InstruccionesBuses de address, data y controlArquitectura Von NewmannArquitectura HarvardArquitecturas CISC y RISC
2 Entradas y Salidas (I/O) DigitalesConceptos BásicosSeñales DigitalesCaracterísticas EléctricasTipos de I/Os
3 Actividad
4 Referencias
R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA) Memorias y Digital I/Os October 9, 2014 2 / 18
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The electronics of a computer is nothing morethan a system designed to hold, move andchange numbers.
R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA) Memorias y Digital I/Os October 9, 2014 3 / 18
Arquitecturas de Acceso a Memoria e Instrucciones
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1 Arquitecturas de Acceso a Memoria e InstruccionesBuses de address, data y controlArquitectura Von NewmannArquitectura HarvardArquitecturas CISC y RISC
2 Entradas y Salidas (I/O) DigitalesConceptos BásicosSeñales DigitalesCaracterísticas EléctricasTipos de I/Os
3 Actividad
4 Referencias
R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA) Memorias y Digital I/Os October 9, 2014 4 / 18
Arquitecturas de Acceso a Memoria e Instrucciones Buses de address, data y control
Buses de address, data y controlControl indica si se lee, escribe, etc.
Address indica dónde se lee, escribe, etc.Data transporta los operandos de las instrucciones.
R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA) Memorias y Digital I/Os October 9, 2014 5 / 18
Arquitecturas de Acceso a Memoria e Instrucciones Arquitectura Von Newmann
Arquitectura Von NewmannCPU no distingue entre ROM y RAM; considera bloque único dememoria. Un address bus, un data bus, y un control bus. Menoslíneas -> microprocesadores.
R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA) Memorias y Digital I/Os October 9, 2014 6 / 18
Arquitecturas de Acceso a Memoria e Instrucciones Arquitectura Harvard
Arquitectura HarvardMemorias de instrucciones y datos separadas; cada una conaddress, data, y control buses. Más líneas -> microcontroladores.
R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA) Memorias y Digital I/Os October 9, 2014 7 / 18
Arquitecturas de Acceso a Memoria e Instrucciones Arquitecturas CISC y RISC
CISCComplex instruction set computer. Más compleja, resulta en chipsmás grandes. Tendencia original.
RISCReduced instruction set computer. Más simple, resulta en chipsmás pequeños. Todas las instrucciones tienen la misma longitud,pueden correr a más ciclos/sec.
R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA) Memorias y Digital I/Os October 9, 2014 8 / 18
Entradas y Salidas (I/O) Digitales
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1 Arquitecturas de Acceso a Memoria e InstruccionesBuses de address, data y controlArquitectura Von NewmannArquitectura HarvardArquitecturas CISC y RISC
2 Entradas y Salidas (I/O) DigitalesConceptos BásicosSeñales DigitalesCaracterísticas EléctricasTipos de I/Os
3 Actividad
4 Referencias
R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA) Memorias y Digital I/Os October 9, 2014 9 / 18
Entradas y Salidas (I/O) Digitales Conceptos Básicos
Conceptos BásicosPeriférico: dispositivo externo, e.g., LED o motor.
Puerto: circuito interno del microcontrolador para interactuar conlos periféricos (normalmente a través de registros).
Señal digital: conexión eléctrica que adopta (típicamente) sólo dosvalores: high (1) o low (0). Generalmente llamadasGeneral Purpose I/Os (GPIO).
R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA) Memorias y Digital I/Os October 9, 2014 10 / 18
Entradas y Salidas (I/O) Digitales Conceptos Básicos
Conceptos BásicosPeriférico: dispositivo externo, e.g., LED o motor.
Puerto: circuito interno del microcontrolador para interactuar conlos periféricos (normalmente a través de registros).
Señal digital: conexión eléctrica que adopta (típicamente) sólo dosvalores: high (1) o low (0). Generalmente llamadasGeneral Purpose I/Os (GPIO).
R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA) Memorias y Digital I/Os October 9, 2014 10 / 18
Entradas y Salidas (I/O) Digitales Conceptos Básicos
Conceptos BásicosPeriférico: dispositivo externo, e.g., LED o motor.
Puerto: circuito interno del microcontrolador para interactuar conlos periféricos (normalmente a través de registros).
Señal digital: conexión eléctrica que adopta (típicamente) sólo dosvalores: high (1) o low (0). Generalmente llamadasGeneral Purpose I/Os (GPIO).
R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA) Memorias y Digital I/Os October 9, 2014 10 / 18
Entradas y Salidas (I/O) Digitales Conceptos Básicos
Conceptos BásicosPeriférico: dispositivo externo, e.g., LED o motor.
Puerto: circuito interno del microcontrolador para interactuar conlos periféricos (normalmente a través de registros).
Señal digital: conexión eléctrica que adopta (típicamente) sólo dosvalores: high (1) o low (0). Generalmente llamadasGeneral Purpose I/Os (GPIO).
R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA) Memorias y Digital I/Os October 9, 2014 10 / 18
Entradas y Salidas (I/O) Digitales Señales Digitales
Señales DigitalesEntradas: Leen uno de los siguientes estados high (1) o low (0).
Salidas: Proveen uno de los siguientes estados high (1), low (0) otri-state (floating).
R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA) Memorias y Digital I/Os October 9, 2014 11 / 18
Entradas y Salidas (I/O) Digitales Señales Digitales
Señales DigitalesEntradas: Leen uno de los siguientes estados high (1) o low (0).
Salidas: Proveen uno de los siguientes estados high (1), low (0) otri-state (floating).
R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA) Memorias y Digital I/Os October 9, 2014 11 / 18
Entradas y Salidas (I/O) Digitales Señales Digitales
Señales DigitalesEntradas: Leen uno de los siguientes estados high (1) o low (0).
Salidas: Proveen uno de los siguientes estados high (1), low (0) otri-state (floating).
R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA) Memorias y Digital I/Os October 9, 2014 11 / 18
Entradas y Salidas (I/O) Digitales Señales Digitales
Consideracionesestado 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); ytri-state es útil para conectar más de un periférico a una mismaI/O digital.existe un threshold para que las I/Os consideren algo como higho low. Ojo con la compatibilidad entre distintos dispositivos.
R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA) Memorias y Digital I/Os October 9, 2014 12 / 18
Entradas y Salidas (I/O) Digitales Señales Digitales
Consideracionesestado 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); ytri-state es útil para conectar más de un periférico a una mismaI/O digital.existe un threshold para que las I/Os consideren algo como higho low. Ojo con la compatibilidad entre distintos dispositivos.
R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA) Memorias y Digital I/Os October 9, 2014 12 / 18
Entradas y Salidas (I/O) Digitales Señales Digitales
Consideracionesestado 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 mismaI/O digital.existe un threshold para que las I/Os consideren algo como higho low. Ojo con la compatibilidad entre distintos dispositivos.
R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA) Memorias y Digital I/Os October 9, 2014 12 / 18
Entradas y Salidas (I/O) Digitales Señales Digitales
Consideracionesestado 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); ytri-state es útil para conectar más de un periférico a una mismaI/O digital.
existe un threshold para que las I/Os consideren algo como higho low. Ojo con la compatibilidad entre distintos dispositivos.
R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA) Memorias y Digital I/Os October 9, 2014 12 / 18
Entradas y Salidas (I/O) Digitales Señales Digitales
Consideracionesestado 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); ytri-state es útil para conectar más de un periférico a una mismaI/O digital.existe un threshold para que las I/Os consideren algo como higho low. Ojo con la compatibilidad entre distintos dispositivos.
R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA) Memorias y Digital I/Os October 9, 2014 12 / 18
Entradas y Salidas (I/O) Digitales Señales Digitales
Pull-up and pull-down resistors
R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA) Memorias y Digital I/Os October 9, 2014 13 / 18
Entradas y Salidas (I/O) Digitales Características Eléctricas
Características Eléctricasdatasheets siempre muestran:
I absolute maximum ratings;I DC electrical characteristics; yI AC electrical characteristics;
R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA) Memorias y Digital I/Os October 9, 2014 14 / 18
Entradas y Salidas (I/O) Digitales Características Eléctricas
Características Eléctricasdatasheets siempre muestran:
I absolute maximum ratings;I DC electrical characteristics; yI AC electrical characteristics;
R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA) Memorias y Digital I/Os October 9, 2014 14 / 18
Entradas y Salidas (I/O) Digitales Características Eléctricas
Características Eléctricasdatasheets siempre muestran:
I absolute maximum ratings;I DC electrical characteristics; yI AC electrical characteristics;
R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA) Memorias y Digital I/Os October 9, 2014 14 / 18
Entradas y Salidas (I/O) Digitales Características Eléctricas
Características Eléctricasdatasheets siempre muestran:
I absolute maximum ratings;I DC electrical characteristics; yI AC electrical characteristics;
R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA) Memorias y Digital I/Os October 9, 2014 14 / 18
Entradas y Salidas (I/O) Digitales Características Eléctricas
Características Eléctricasdatasheets siempre muestran:
I absolute maximum ratings;I DC electrical characteristics; yI AC electrical characteristics;
R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA) Memorias y Digital I/Os October 9, 2014 14 / 18
Entradas y Salidas (I/O) Digitales Características Eléctricas
Características Eléctricasdatasheets siempre muestran:
I absolute maximum ratings;I DC electrical characteristics; yI AC electrical characteristics;
R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA) Memorias y Digital I/Os October 9, 2014 14 / 18
Entradas y Salidas (I/O) Digitales Características Eléctricas
Características Eléctricasdatasheets siempre muestran:
I absolute maximum ratings;I DC electrical characteristics; yI AC electrical characteristics;
R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA) Memorias y Digital I/Os October 9, 2014 14 / 18
Entradas y Salidas (I/O) Digitales Tipos de I/Os
Tipos de I/OsProgramadas: el procesador decide cuando hacer algo con las I/Os.
Manejadas por interrupciones: un dispositivo externo decidecuando el procesador debe hacer algo (i.e., I/O decide).
De acceso directo a memoria (DMA): la transferencia deinformación entre I/O y memoria ocurre sin laintervención del procesador.
R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA) Memorias y Digital I/Os October 9, 2014 15 / 18
Entradas y Salidas (I/O) Digitales Tipos de I/Os
Tipos de I/OsProgramadas: 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 deinformación entre I/O y memoria ocurre sin laintervención del procesador.
R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA) Memorias y Digital I/Os October 9, 2014 15 / 18
Entradas y Salidas (I/O) Digitales Tipos de I/Os
Tipos de I/OsProgramadas: 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 laintervención del procesador.
R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA) Memorias y Digital I/Os October 9, 2014 15 / 18
Entradas y Salidas (I/O) Digitales Tipos de I/Os
Tipos de I/OsProgramadas: 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 laintervención del procesador.
R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA) Memorias y Digital I/Os October 9, 2014 15 / 18
Entradas y Salidas (I/O) Digitales Tipos de I/Os
R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA) Memorias y Digital I/Os October 9, 2014 16 / 18
Actividad
ActividadIngresar 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, ythresholds); eidentificar valores máximos de corriente de entrada (sinking) ysalida (sourcing).
R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA) Memorias y Digital I/Os October 9, 2014 17 / 18
Referencias
BibliografíaValdes-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.
R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA) Memorias y Digital I/Os October 9, 2014 18 / 18