Microcontroladores. Rafael Silva de Lima

Transcrição

1 Microcontroladores Rafael Silva de Lima CETTPS Centro de Ensino Técnico e Profissionalizante Curso Técnico em Automação/ Eletrotécnica Camaçari-BA Janeiro 2018

2 Introdução a Microcontroladores PARTE 3

3 Microcontroladores Um Microcontrolador é um sistema computacional completo inserido em um único circuito integrado.

4 Arquitetura Microcontroladores A arquitetura de um sistema digital define quem são e como as partes que compõe o sistema estão interligadas. As duas principais arquiteturas em sistemas computacionais: Arquitetura de Von Neuman Arquitetura de Harvard

5 Arquitetura de Von Neumann central aritmética; central de controle; memória; gravação; entrada e saída.

6 Arquitetura de Von Neumann Primeira Parte Específica - Central Arithmetic (CA): O dispositivo deve realizar as operações elementares da aritmética mais frequentemente, e por este motivo deve ter unidades especializadas apenas para essas operações. Segunda Parte Específica - Control Center (CC): A sequenciação apropriada das operações pode ser executada, de forma mais eficiente, por um controle central.

7 Arquitetura de Von Neumann Terceira Parte: Memória (M): Qualquer dispositivo que tiver que executar longas e complicadas sequências de operações precisa ter uma memória considerável. Recording (R): Deve ser capaz de manter contato com a entrada e a saída, que são como os neurônios correspondentes sensoriais e motores do cérebro humano.

8 Arquitetura de Von Neumann Quarta Parte Específica - Input (I): É necessário ter unidades para transferência de informações de R para M. Quinta Parte Específica - Outuput (O): É necessário ter unidades para transferência de informações de M para R.

9 Arquitetura de Von Neumann Sistema de hardware da arquitetura: Unidade Central de Processamento (UCP) ou Central Processing Unit (CPU): A CPU deve ser composta por uma unidade de controle (UC), uma unidade lógica aritmética (ULA), vários registradores (memórias internas da CPU) e um contador de programa (PC); Sistema de Memória Principal; Sistema de Entrada/Saída. Eletromecânica

10 Arquitetura de Von Neumann

11 Arquitetura de Von Neumann Funções do componentes da arquitetura: FUNÇÃO DA CPU: A unidade central de processamento tem como função executar programas que estão armazenados na memória principal, buscar as instruções desses programas, examinar essas instruções e executar as instruções uma após a outra (sequência). FUNÇÃO DA UC: A unidade de controle tem como função buscar instruções na memória principal e determinar o tipo dessas instruções. FUNÇÃO DA ULA: A unidade lógica aritmética tem como função efetuar operações aritméticas e efetuar operações booleanas (E, OU, NOT, etc);

12 Arquitetura de Von Neumann FUNÇÃO DOS REGISTRADORES: Os registradores da unidade central de processamento são memórias de altíssima velocidade que armazenam resultados temporários. Alguns registradores têm uma função e um tamanho específico (em bits e/ou bytes) e são lidos/escritos em alta velocidade pois são internos à CPU. A CPU não consegue manter todos os valores manipulados por um programa apenas em registradores, por isso necessita de uma memória para o armazenamento das informações. FUNÇÃO DO PC: A função do Contador de programa, ou Programm Counter, é o de indicar a próxima instrução a ser buscada para execução pela CPU. Esse é um exemplo de registrador com função específica. FUNÇÃO DO IR: A função do Registrador de Instrução é o de conter (armazenar) a instrução que está sendo executada no momento. Este é um outro exemplo de registrador com função específica.

13 Arquitetura de Von Neumann Ciclo de execução:

14 Arquitetura Havard É uma arquitetura de computador que se distingue das outras por possuir duas memórias diferentes e independentes em termos de barramento e ligação ao processador. É utilizada nos microcontroladores PIC, tem como principal característica acessar a memória de dados separadamente da memória de programa.

15 Arquitetura Havard Baseada também na separação de barramentos de dados das memórias onde estão as instruções de programa e das memórias de dados, permitindo que um processador possa acessar as duas simultaneamente, obtendo um desempenho melhor do que a da Arquitetura de von Neumann, pois pode buscar uma nova instrução enquanto executa outra.

16 Arquitetura Havard A principal vantagem dessa arquitetura é que a leitura de instruções e de alguns tipos de operandos pode ser feita ao mesmo tempo em que a execução das instruções (tempo Tcy). Isso significa que o sistema fica todo o tempo executando instruções, o que acarreta um significativo ganho de velocidade. Enquanto uma instrução está sendo executada, a seguinte está sendo lida. Esse processo é conhecido como pipelining(canalização).

17 Arquitetura Havard A arquitetura Havard também possui um repertório com menos instruções que a de Von-Neumann, e essas são executadas apenas num único ciclo de relógio.

18 Arquitetura Havard

19 Contador de programa O contador de programa é responsável de indicar o endereço da memória de programa para que seu conteúdo seja transportado para a CPU para ser executado.

20 Barramento Um barramento é um conjunto de fios que transportam informações com um propósito comum. A CPU pode acessar três barramentos: o de endereço, o de dados e o de controle.

21 A pilha (Stack) A pilha é um local da RAM onde é guardado o endereço da memória de programa antes de ser executado um pulo ou uma chamada de função localizada em outra posição de memória.

22 Ciclo de máquina O oscilador externo (geralmente um cristal) ou o interno (circuito RC) é usado para fornecer um sinal de clock ao microcontrolador. O clock é necessário para que o microcontrolador possa executar as instruções de um programa.

23 Ciclo de máquina Oscilador RC :Os osciladores RC (circuito resistor-capacitor) são os mais simples e também os mais baratos, porém são os menos precisos. Os circuitos RC sofrem influência da tensão de alimentação, da temperatura e da tolerância do resistor e do capacitor.

24 Ciclo de máquina Oscilador com ressoador: Os osciladores montados com ressoador cerâmico são mais precisos e estáveis que os circuitos RC, mas nem tão baratos. São encontrados ressoadores com dois ou três pinos.

25 Ciclo de máquina Oscilador em cristal: Os osciladores com cristal são os mais precisos, mas são mais caros que os circuitos RC e os ressoadores. Este tipo de oscilador é utilizado em sistemas que necessitam de grande precisão.

26 Ciclo de máquina Oscilador em cristal: Os osciladores com cristal são os mais precisos, mas são mais caros que os circuitos RC e os ressoadores. Este tipo de oscilador é utilizado em sistemas que necessitam de grande precisão.

27 Ciclo de máquina Na maiorias dos microcontroladores, um ciclo de máquina (CM) possui quatro fases de clock que são Q1, Q2, Q3 e Q4.

28 Matriz de contato

29 Fontes de alimentação As fontes mais comuns em sistemas embarcados com microcontroladores são baterias recarregáveis ou conversores CA-CC como carregadores de celulares.