Tópicos Especiales de Mecatrónica

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1 Tópicos Especiales de Mecatrónica Clase 03: Arquitectura de Microcontroladores II - Entradas/Salidas Digitales Ricardo-Franco Mendoza-Garcia rmendozag@uta.cl Escuela Universitaria de Ingeniería Mecánica Universidad de Tarapacá Arica, Chile April 10, 2012 R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA) Digital I/O April 10, / 16

2 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 R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA) Digital I/O April 10, / 16

3 Outline The electronics of a computer is nothing more than a system designed to hold, move and change numbers. R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA) Digital I/O April 10, / 16

4 Arquitecturas de Acceso a Memoria e Instrucciones 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 R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA) Digital I/O April 10, / 16

5 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. R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA) Digital I/O April 10, / 16

6 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. R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA) Digital I/O April 10, / 16

7 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. R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA) Digital I/O April 10, / 16

8 Arquitecturas de Acceso a Memoria e Instrucciones Arquitecturas CISC y RISC CISC RISC Complex instruction set computer. Más compleja, resulta en chips más grandes. Tendencia original. Reduced instruction set computer. Más simple, resulta en chips más pequeños. Todas las instrucciones tienen la misma longitud, pueden correr a más ciclos/sec. R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA) Digital I/O April 10, / 16

9 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 R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA) Digital I/O April 10, / 16

10 Conceptos Básicos Conceptos Básicos Periférico: dispositivo externo, e.g., LED o motor. R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA) Digital I/O April 10, / 16

11 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). R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA) Digital I/O April 10, / 16

12 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). R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA) Digital I/O April 10, / 16

13 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). R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA) Digital I/O April 10, / 16

14 Señales Digitales Señales Digitales Entradas: Leen uno de los siguientes estados high (1) o low (0). R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA) Digital I/O April 10, / 16

15 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). R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA) Digital I/O April 10, / 16

16 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). R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA) Digital I/O April 10, / 16

17 Señales Digitales Consideraciones estado high corresponde a un voltaje cercano a e.g. 5V o 3V; R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA) Digital I/O April 10, / 16

18 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; R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA) Digital I/O April 10, / 16

19 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 R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA) Digital I/O April 10, / 16

20 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. R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA) Digital I/O April 10, / 16

21 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. R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA) Digital I/O April 10, / 16

22 Características Eléctricas Características Eléctricas datasheets siempre muestran: absolute maximum ratings; DC electrical characteristics; y AC electrical characteristics; R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA) Digital I/O April 10, / 16

29 Tipos de I/Os Tipos de I/Os Programadas: el procesador decide cuando hacer algo con las I/Os. R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA) Digital I/O April 10, / 16

30 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). R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA) Digital I/O April 10, / 16

31 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) Digital I/O April 10, / 16

32 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) Digital I/O April 10, / 16

33 Actividad Actividad Ingresar a bajar hoja de datos del uc de la tarjeta UNO ; 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). R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA) Digital I/O April 10, / 16

34 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. R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA) Digital I/O April 10, / 16