Primer Semestre Facultad de Ingeniería Universidad de San Carlos de Guatemala. Laboratorio de Microcontroladores. David J.

Transcripción

1 Facultad Ingeniería Universidad San Carlos Guatemala Primer Semestre / 45

2 Contenido Micro-controladores / 45

3 Sistema Digital Cualquier dispositivo stinado a la generación, transmisión, procesamiento o almacenamiento señales digitales 3 / 45

4 Señales 4 / 45

5 Ventajas las Señales Reproducibilidad resultados (No varia con temperatura, voltaje alimentación, antigüedad y otros factores). Facilidad Diseño. Flexibilidad. Programabilidad. Velocidad. Económicos. Facilidad procesamiento. 5 / 45

6 Diseño conceptual y la estructura operacional fundamental un sistema que conforma un sistema computación 6 / 45

7 John von Neumann R. Bus Control. G. Bus Datos. Y. Bus Direccionamiento. 7 / 45

8 Bus Sistema comunicación que transfiere datos entre componentes. Bus Control. Bus Datos. Bus Direccionamiento. 8 / 45

9 Memoria Colección elementos hardware encargada almacenar información. Se divin en: 1 Por Tipo: Volátiles. No volátiles. 2 Por Tecnología: Ópticos. Magnéticos. Semiconductores 9 / 45

10 Memoria 10 / 45

11 Central Processing Unit Hardware encargado interpretar las instrucciones un programa mediante la realización operaciones básicas aritméticas, lógicas y entrada/salida l sistema. Se divi en tres: Arithmetic Logic Unit (ALU). Control Unit (CU). Registros. 11 / 45

12 Unidad Central Procesamiento 12 / 45

13 Arithmetic Logic Unit 13 / 45

14 Registros Pequeñas memorias rápido acceso. Se divin en: Registros Propósito General. Registros Datos. Registros Memoria. Registros Punto Flotante. Registros Constantes. Registros Propósito Especifico. 14 / 45

15 Unidad Control Ciclo procesamiento: 1 Instruction Fetch 2 Instruction Deco 3 Execute 4 Memory Access 5 Writeback 15 / 45

16 Harvard Mark I R. Bus Control. G. Bus Datos. Y. Bus Direccionamiento. 16 / 45

17 Pipelining No Pipeline Pipeline 17 / 45

18 Clock Signal Es una señal binaria, que sirve para coordinar las acciones varios circuitos, en especial para la sincronización biestables y diferentes partes l chip equilibrando los retrasos las puertas. 18 / 45

19 Sistema computación diseñado para realizar una función dicada e integrado en un dispositivo. Cuál estos es un sistema embebido? Laptop Horno Microondas Celular 19 / 45

20 Consiraciones un Sistema Embebido Un Sistema Embebido be cumplir con las siguientes características: Ejecutar una o muy pocas tareas. Procesamiento en tiempo real. Bajo Costo. Bajo Consumo. Mínimo uso memoria. Dimensiones físicas pequeñas. Capaz interactuar con el mundo físico. 20 / 45

21 Tipos 21 / 45

22 Selección l Sistema 22 / 45

23 Microcontrolador Circuito integrado programable, capaz ejecutar las ornes grabadas en su memoria. Esta compuesto varios bloques funcionales, los cuales cumplen una tarea especifica. El primer microcontrolador, el TMS 1000, fue sarrollado por Texas Instruments por los ingenieros Gary Boone y Michael Cochran en Combina memoria ROM, memoria RAM, microprocesador y reloj en un chip y estaba stinada a los sistemas embebidos. 23 / 45

24 Microcontrolador 24 / 45

25 El microcontrolador TM4C123GH6PM () tiene una arquitectura: 32 bits ARM Cortex M4F Thumb2 16/32 bit-co. 25 / 45

26 Advanced Risc Machine Es una familia arquitecturas RISC sarrollada por ARM Holdings. En su mayoría son arquitecturas 32 bits pero los mas recientes son 64. La relativa simplicidad los procesadores ARM los hace iales para aplicaciones baja potencia; siendo los dominantes en el mercado dispositivos móviles e integrados. 26 / 45

27 Instruction Sets ARM = 32-bit instructions (Mejor sempeño). Thumb = 16 bit instructions (Código reducido). Thumb2 = Usa 16 y 32 bits obteniendo ambos beneficios. 27 / 45

28 Integrated Development Environment Entorno integrado sarrollo Texas Instruments basado en Eclipse. Entre las herramientas mas importantes que incluye se encuentran una optimización l compilador C y un purador. 28 / 45

29 Librerías Es un conjunto subprogramas utilizados para sarrollar software. Se divin en dos: Definiciones. Métodos. 29 / 45

30 Librerías Necesarias stdint.h: Definiciones variable para el estándar C99. stdbool.int: Definiciones booleanas para el estándar C99. hw memmap.h: Mapa memoria la. hw types.h: Define macros y tipos comunes la. 30 / 45

31 Clock Signal 31 / 45

32 SysCtl System Control: Determina la operación general l dispositivo. Entre las tareas que sarrolla se encuentran la configuración l reloj l sistema, habilitación periféricos, lay entre otros. 32 / 45

33 SysCtlClockSet Definición: Configura la velocidad reloj. 33 / 45

34 SysCtlDelay Definición: Esta función genera un retraso ejecutando una instrucción tres ciclos. Esta instrucción se repite una cantidad veces por medio un bucle. Parámetro Delay: x = T (s) f osc 3 (1) 34 / 45

35 SysCtl SysCtlPeripheralEnable: Habilita un periférico. SysCtlClockGet: Obtiene el valor l Clock. 35 / 45

36 GPIOS Provee control para los pines GPIO la Tiva. Cada pin tiene las siguientes capacidas: Puen ser configurados como entradas o salidas. Tras un reset por fecto funcionan como entradas. Como entradas, puen generar interrupciones en nivel alto, bajo, flanco subida, bajada o ambos. Como salidas puen configurarse su output drive strength para el estándar LVLCMOS33 con control slew rate. Opción resistencias pull-up o pull-down. Opción para Open-Drain. 36 / 45

37 Drive Strength Para un Slew rate mas empinado se necesita mayor drive strength. Para un Slew rate mas gradual se necesita un drive strength menor. 37 / 45

38 GPIO Library GPIOPinTypeGPIOInput(Port, Pins) GPIOPinTypeGPIOOutput(Port, Pins) GPIOPinRead(Port, Pins): Devuelve un entero. GPIOPinWrite(Port, Pins, Value) 38 / 45

39 GPIO Library GPIOPadConfigSet(Port, Pins, Strength, PinType) Descripción:Esta función configura el tipo y drive strength para los pines GPIO seleccionados. Para pines configurados como entradas, es obligatoria la configuración bloque; sin embargo el único efecto que tiene en las entradas es la configuración las resistencias pull-up o pull-down. 39 / 45

40 Ejemplo 1 -Blinking Led 40 / 45

41 GPIO Bloqueados Seis pines en el dispositivo están protegidos contra programación accintal: PC3,2,1 & 0: JTAG/SWD. PD7 & PF0: NMI Cualquier escritura a los siguientes registros para estos pines no será guardado a menos que el registro GPIOLOCK se sbloquee. 41 / 45

42 Interrupciones Una interrupción (IR, Interrupt Request) es una señal recibida por el procesador para indicarle que be interrumpir el curso ejecución actual y pasar a ejecutar código específico para tratar esta situación. 42 / 45

43 Procesamiento una Interrupción 1 Terminar la ejecución la instrucción máquina en curso. 2 Salvar el estado l procesador (valores registros y flags) y el valor l contador programa en la pila, manera que en la CPU, al terminar el proceso interrupción, pueda seguir ejecutando el programa a partir la última instrucción. 3 El procesador salta a la dirección don está almacenada la rutina servicio interrupción (Interrupt Service Routine, o abreviado ISR) y ejecuta esa rutina que tiene como objetivo atenr al dispositivo que generó la interrupción. 4 Una vez que la rutina la interrupción termina, el procesador restaura el estado que había guardado en la pila en el paso 2 y retorna al programa que se estaba usando anteriormente. 43 / 45

44 NVIC 44 / 45

45 Interrupt Latency 45 / 45