Microcontroladores Rafael Silva de Lima rafael_silvadelima@yahoo.com.br https://sites.google.com/site/pensante91/ CETTPS Centro de Ensino Técnico e Profissionalizante Curso Técnico em Automação/ Eletrotécnica Camaçari-BA Janeiro 2018
Introdução a Microcontroladores PARTE 3
Microcontroladores Um Microcontrolador é um sistema computacional completo inserido em um único circuito integrado.
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
Arquitetura de Von Neumann central aritmética; central de controle; memória; gravação; entrada e saída.
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.
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.
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.
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 2016.2
Arquitetura de Von Neumann
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);
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.
Arquitetura de Von Neumann Ciclo de execução:
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.
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.
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).
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.
Arquitetura Havard
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Ciclo de máquina Na maiorias dos microcontroladores, um ciclo de máquina (CM) possui quatro fases de clock que são Q1, Q2, Q3 e Q4.
Matriz de contato
Fontes de alimentação As fontes mais comuns em sistemas embarcados com microcontroladores são baterias recarregáveis ou conversores CA-CC como carregadores de celulares.