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Microprocesadores y Microcontroladores

MICROPROCESADORES Y MICROCONTROLADORES  OBJETIVO

El alumno adquirirá los conocimientos básicos acerca de los Microcontroladores y Microprocesadores p

M.C. JOSE DE JESUS MORENO VAZQUEZ

Microprocesadores y Microcontroladores

UNIDAD 1: MICROPROCESADORES 1.1 Introducción a los microprocesadores 1.1.1 Definición del microprocesador 1.1.2 Diferencia entre el microprocesador y microcontrolador 1.1.3 Tipos de microprocesador según su velocidad y ancho de palabra 1 2 Arquitectura del microprocesador 1.2 1.2.1 A través de diagrama a bloques 1.2.2 Arquitectura externa del microprocesador (terminales) 1.3 Conexión del microprocesador con dispositivos de: 1.3.1 Memoria 1.3.2 Periféricos 1.3.2.1 De interfase programable (8255) 1.3.2.2 Interrupciones programables(8259) 1.3.2.3 De comunicación serial 1 4 Leng 1.4 Lenguaje aje ensamblador del microprocesador 1.4.1 Registros 1.4.2 Declaración de segmentos 1.4.3 Modos de direccionamiento 1.4.4 Control de dispositivos de entrada/salida 1.4.5 Conjunto de instrucciones 1.4.6 Esqueleto de un programa 1.4.7 Uso de procedimientos M.C. JOSE DE JESUS MORENO VAZQUEZ

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Bibliografía         

Barry B. Brey, Los microprocesadores de intel, Ed. Prentice Hall, 4ª edición. Peripheral componenets, Intel 2003 Microprocessors, Intel, 2003 Lewis C. Eggebrecht, Interfacing to the personal computer, 3er edition Microntroller Intel 2002 E. Martin Cuenca, Microcontroladores PIC, la solución de un chip, Ed. PARANINFO José Ma. Angulo, Microcontroladores PIC, Diseño de aplicaciones ED. M Graw Mc. G Hill www.intel.com www.microchip.com

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Introducción 

Que es un microprocesador? 

Que necesita para funcionar?   

Voltaje de cd estable (5V, 3.3V, 2.5V. 1.5V …) Una señal de reloj (frecuencia del oscilador) Otros circuitos digitales

Que hace ? 

ES un circuito integrado secuencial síncrono

Interpreta (decodifica) combinaciones de bots (órdenes) y genera señales digitales internas y/o externas para el resto de circuitos

Para que? 

Para “ejecutar ” de manera continua una secuencia de órdenes (o programa)

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Conceptos:

Sistema

Ortogonal Dispositivos

Empaquetado Código Fuente Código Objeto Compilador

If then else

01010101

Arquitectura

Simulador Emulador M.C. JOSE DE JESUS MORENO VAZQUEZ

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El microprocesador 4004 La "familia 4000” estaba compuesto por 4 dispositivos de 16 pines:  El 4001 era una ROM de dos kilobits con salida de cuatro bits de datos datos..  El 4002 era una RAM de 320 bits con el port de entrada/salida (bus de datos) de cuatro bits bits..  El 4003 era un registro de desplazamiento de 10 bits con entrada serie y salida paralelo;; y el 4004 era la CPU de 4 bits paralelo bits..  El 4001 fue el primer chip diseñado y terminado terminado.. La primera fabricación ocurrió en octubre de 1970 y el circuito trabajó perfectamente perfectamente..  En noviembre salieron el 4002 con un pequeño error y el 4003 que funcionó correctamente.. correctamente  Finalmente el 4004 llego unos pocos días antes del final de 1970 1970.. Fue una lástima porque en la fabricación se habían olvidado de poner una de las máscaras máscaras.. Tres semanas después vinieron los nuevos 4004 4004;; Sólo encontró unos pequeños errores errores..  En febrero de 1971 el 4004 funcionaba correctamente correctamente.. En el mismo mes recibió de Busicom las instrucciones que debían ir en la ROM M.C. JOSE DE JESUS MORENO VAZQUEZ

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El microprocesador 4004  Cada calculadora necesitaba un 4004 4004,, dos 4002 4002,, cuatro 4001 y tres 4003. 4003.  Intel le devolvió los 60000 dólares que había costado el proyecto, sólo podría vender los integrados para aplicaciones que no fueran calculadoras y Busicom los obtendría más baratos  El 15 de noviembre de 1971 1971,, la familia 4000 4000,, luego conocida como MCS MCS--4 (Micro Computer System 4-bit) bit) fue finalmente introducida en el mercado mercado.. Descripción del 4004  Es un microprocesador de 4 bits de bus de datos, direcciona 32768 bits de ROM y 5120 bits de RAM. RAM. Además se pueden direccionar 16 puertos de entrada (de 4 bits) y 16 puertos de salida (de 4 bits) bits).. Contiene alrededor de 2300 transistores. transistores. El ciclo de instrucción es de 10 10,,8 microsegundos  Este microprocesador estaba encapsulado en el formato DIP (Dual Inline Package) Package) de 16 patas (ocho de cada lado) lado)..

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DESCRIPCION DE TERMINALES DEL 4004

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CRONOLOGIA 8008

8085

8080

8086

8088

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CRONOLOGIA

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CRONOLOGIA 1999.-- Intel Pentium III, AMD K61999. K6-2. 2000.- Intel Pentium 4, Intel Itanium 2, AMD Athlon XP, AMD Duron 2000.Duron.. 2004..- Intel Pentium M. 2004 2005.-- Intel Pentium D (167 2005. (167 millones de transistores), transistores), Intel Extreme Edition con hyper threading, Intel Core Duo, AMD Athlon 64, AMD Athlon FX. 2006.-- Intel Core 2 Duo ((291 2006. 291 millones de transistores), transistores), Intel Core 2 Extreme, AMD Athlon 64 X2. X2 2008 atom 2007.-- Intel Core 2 Quad ((820 2007. 820 millones de transistores), transistores), AMD Quad Core. 2009.-- Core i5, 2009. i5, Core i7 (781 millones de transistores) transistores)

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MICROPROCESADORES Control

Monitor Teclado Mouse Unidad de disco Impresora

C.P.U

Memoria

Sistema de E/S

Memoria Temporal Memoria del recuerdo

Memoria Instantรกnea

Memorias externas

Bus de direcciones Bus de datos Bus de control

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ESTRUCTURA DE UN COMPUTADOR

COMPUTADOR E/S COMPUTADOR

MEMORIA BUS DEL SISTEMA CPU CPU LOGICA SECUENCIAL

CPU REGISTROS

UNIDAD UNIDAD DE DE CONTROL CONTROL

UNIDAD DE CON TROL

REGISTRO Y DECODIFICADORES DE LA UNIDAD DE CONTROL

INTERCONEXION INTERNA DE LA CPU

MEMORIA DE CONTROL

UNIDAD ARITMETIA LOGICA

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ARQUITECTURA TIPICA DE UN MICROPROCESADOR

SR

AC ALU

REGISTROS DE PROPOSITOS GENERAL

PC

REGISTRO INTERMEDIO DE DATOS / DIRECCIONES

REGISTRO INTERMEDIO DE DIRECCIONES

BUS DE DATOS

BUS DE DIRECCIONES

IR

LOGICA DE CONTROL Y TEMPORIZACION

BUS DEL SISTEMA HACIA LA MEMORIA PRINCIPAL Y DISPOSITIVOS E/S M.C. JOSE DE JESUS MORENO VAZQUEZ

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Los distintos grupos funcionales o subsistemas que debe poseer una microcomputadora se resumen en los siguientes: siguientes:  Un sistema de entradas y salidas para establecer la comunicación con el mundo exterior (recepción de ordenes y datos y entrega de resultados).  Un sistema de memoria para la obtención de instrucciones (programa) y almacenamiento de información (datos). (datos)  Una unidad de cálculo para la ejecución de operaciones lógicas y aritméticas.  Una unidad de control capaz de coordinar el funcionamiento de todo el sistema y de tomar decisiones en función de resultados previos Instrucciones típicas de un microprocesador    

Instrucciones de transferencia Instrucciones operativas Instrucciones de control de secuencia instrucciones de control

formato de una instrucción C.O

Dato/Dirección

Dirección

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ARQUITECTURA DEL P 8085A

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Sistema mínimo 8085

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Sistema mínimo 8085 (continuación)

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Desventajas del 8085 vs PIC

Sistema mínimo PIC16F877

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MODOS DE DIRECCIONAMIENTOS 8085 

Direccionamiento inmediato

Direccionamiento Directo

Direccionamiento Indirecto

BANDERAS

B7

B6

S Z

B5

B4

B3

AC

B2

P

B1

B0

CY

Los diferentes tipos de ciclo de máquina en el 8085 son: .Búsqueda de código de operación. .Lectura de memoria. .Escritura en memoria. .Lectura de dispositivos de E/S. .Escritura en dispositivos de E/S. .Respuesta a interrupción.  Bus inactivo M.C. JOSE DE JESUS MORENO VAZQUEZ

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EJECUCION DE LAS INSTRUCCIONES

2167 2169 2168

SP FD

FF

LDA FFFDH ADD A,R2 STA FFFFH

5. 6. 7. 8.

Memoria

3A

A

1. 2. 3. 4.

RD

RAM (FDFFH) 34 FDFF CARGAR A <- (FFFD) 80 SUMA A <- A + R2 32 FFFF ALMACENA A - > (FFFFH)

Extrae de la memoria la siguiente instrucción y la lleva al registro de instrucción. instrucción. Cambia el contador del programa de modo que apunte a la siguiente instrucción instrucción.. Determina el tipo de instrucción que acaba de extraer extraer.. Verifica si la instrucción requiere datos de la memoria y si es así, determina donde están situados situados.. Extrae los datos, si los hay y los carga en los registros internos de la CPU CPU.. Ejecuta la instrucción instrucción.. Almacena los resultados en el lugar apropiado apropiado.. Va al paso 1 para empezar la ejecución de la instrucción siguiente M.C. JOSE DE JESUS MORENO VAZQUEZ

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Las actividades que fundamentalmente se realizan en cada estado son:     

T1: En el bus de direcciones se coloca una dirección de memoria o dispositivo de E/S. T2: Si el ciclo de máquina es parte de una búsqueda de instrucción se incrementa el contador de programa. T3: Se transfiere desde o hacia el microprocesador un byte de datos o un byte de instrucción. T4: Se decodifica el contenido del registro de instrucción. T5 – T6: Se utiliza para completar la ejecución de algunas instrucciones

8085AH  3 MHz 8085AH--1  6 MHz 8085AH 8085AH--2  5 MHz 8085AH

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EJEMPLO DE SINTESIS

Contenido de los buses de direcciones y datos en cada ciclo de maquina de la instrucción LDA 006A

Ciclos de maquinas de la instrucción STA 0010H

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Microprocesadores y Microcontroladores INSTRUCCIONES DE TRASFERENCIA DE DATOS Instrucciones que implican exclusivamente a los registros generales del P MOV r1,r2

MVI r, dato

LXI rp, dato16

XCHG

Instrucciones que implican exclusivamente a posiciones de memoria MVI M, dato Transferencia entre registros del P y posiciones de memoria. memoria MOV r,M

MOV M,r

LDA Dir

STA Dir

LHLD Dir

SHLD Dir

LDAX rp

STAX rp

Transferencia entre registros del P y registros de dispositivos de Entrada / Salida IN

Port

OUT Port .

ESTRUCTURAS DE TIPO SECUENCIA Y BIFURCACION JMP Dirección

Jxx Dirección

PCHL

CALL Dirección

Cxx Dirección

RET

Rxx

EL STACK POINTER Y LAS INSTRUCCIONES DEL STACK

PUSH rp

POP rp

OPERACIONES

PUSH PSW

POP PSW

XTHL

SPHL

LOGICAS

ANA r

ANA M

ANI dato

XRA r

CMP r

CMP M

CPI dato

RLC

XRA M RRC

XRA dato RAL

ORA r RAR

ORA M CMC

ORI dato STC

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INSTRUCCIONES DE ROTACION RAR

RAL

CY

B7 ACUMULADOR

B0

CY

B7 ACUMULADOR

RRC

RLC

CY

B0

B7 ACUMULADOR

B0

CY

B7 ACUMULADOR

B0

INSTRUCCIONES ARITMETICAS ADD r ADD M ADI dato ADC r ADC M ACI dato SUB r SUB M SUI dato SBB r INR M DCR r DCR M INX rp DCX rp DAD rp

SBB M SBI dato INR r

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EJEMPLOS Entra un dato por el puerto 0 y examina si es menor, mayor o igual que el dato almacenado previamente en el registro B. El resultado se refleja en dos diodos LED aplicados a la salida del puerto 1. Si el dato de entrada es menor, se ilumina el diodo conectado al bit menor peso (0). Si la entrada es mayor o igual que el dato del registro B, se activa el peso 1 y se iluminará el otro diodo diodo.. bit de p

Escribir un segmento de programa, utilizando instrucciones de escritura y lectura en el stack, que intercambie el contenido de las parejas de registros HL y DE DE.. Ilustrar el ejercicio indicando el contenido inicial y después de ejecutada cada instrucción, de los registros SP, HL, DE y también de la pila (stack).. (stack) El SP se Inicializa con la dirección 4000 4000H H Contenido inicial de HL HL:: 20FFH 20FFH Contenido inicial de DE DE:: 2500H 2500H

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microporcesadores  

Breve introducción a conceptos y cronología de los microprocesadores

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