INTRODUCCION A LOS MICROCONTROLADORES.

Un microcontrolador es un circuito integrado que contiene toda la estructura (arquitectura) de un microcomputador, o sea CPU, RAM, ROM, circuitos de entrada y salida, entre otros.

ELEMENTOS DEL MICROCONTROLADOR

REGISTROS

Un registro o una celda de memoria es un circuito electrónico que puede memorizar el estado de un byte.

REGISTROS SFR

Cada microcontrolador dispone de un número de registros de funciones especiales (SFR), con la función predeterminada por el fabricante. Sus bits están conectados a los circuitos internos del microcontrolador tales como temporizadores, convertidores A/D, osciladores entre otros, lo que significa que directamente manejan el funcionamiento de estos circuitos, o sea del microcontrolador. Funcionan como interruptores que manejan el funcionamiento de un circuito pequeño dentro del microcontrolador.

En otras palabras, el estado de los bits de registros se fija dentro del programa, los registros SFR dirigen los pequeños circuitos dentro del microcontrolador, estos circuitos se conectan por los pines del microcontrolador a un dispositivo periférico.

PUERTOS DE ENTRADA/SALIDA (E/S)

Cada microcontrolador tiene uno o más registros (denominados puertos) conectados a los pines en el microcontrolador. Estos puertos pueden ser configurados como entradas o salidas, dependiendo de la aplicación; eso se realiza simplemente por medio de software, lo que significa que la función de algún pin puede ser cambiada durante el funcionamiento.

CARACTERISTICAS DE LOS PINES DE E/S

ØCorriente máxima que pueden entregar/recibir: En la mayoría de los microcontroladores la corriente obtenida de un pin es suficiente para activar un LED u otro dispositivo de baja corriente (10-20mA). Mientras más pines de E/S haya, más baja es la corriente máxima de un pin. En otras palabras, todos los puertos de E/S comparten la corriente máxima declarada en la hoja de especificación técnica del microprocesador.

ØPueden disponer de los resistores pull-up:  Estos resistores conectan los pines al polo positivo del voltaje de la fuente de alimentación y su efecto se puede ver al configurar el pin como una entrada conectada a un interruptor mecánico o a un botón de presión. Las últimas versiones de los microcontroladores tienen las resistencias pull-up configurables por software.

ØCada puerto de E/S normalmente está bajo el control de un registro SFR especializado, lo que significa que cada bit de ese registro determina el estado del pin correspondiente en el el microcontrolador. 

UNIDAD DE MEMORIA

Parte del microcontrolador utilizada para almacenar los datos. Cada dirección de memoria corresponde a una localidad de memoria. El contenido de cualquier localidad se puede leer y se le puede acceder al direccionarla. La memoria se puede escribir en la localidad o leer.

TIPOS DE MEMORIAS

MEMORIA ROM (READ ONLY MEMORY) - MEMORIA DE SÓLO LECTURA.

La memoria ROM se utiliza para guardar permanentemente el programa que se está ejecutando. El tamaño de programa que se puede escribir depende del tamaño de esta memoria. Los microcontroladores actuales normalmente utilizan el direccionamiento de 16 bits, que significa que son capaces de direccionar hasta 64 Kb de memoria, o sea 65535 localidades.

ØRom de máscara (enmascarada) – MROM.

La ROM enmascarada es un tipo de ROM cuyo contenido es programado por el fabricante. El término “de máscara” viene del proceso de fabricación, donde las partes del chip se plasman en las mascaras utilizadas durante el proceso de fotolitografía. Olvide la idea de modificarla...

ØOTP ROM (One Time Programmable ROM) - ROM programable una sola vez.

La memoria programable una sola vez permite descargar un programa en el chip, pero como dice su nombre, una sola vez.

ØUV EPROM (UV Erasable Programmable ROM) - ROM programable borrable por rayos ultravioleta.

El encapsulado de este microcontrolador tiene una “ventana” reconocible en la parte alta. Eso permite exponer la superficie del chip de silicio a la luz de ultravioleta y borrar el programa completamente en varios minutos. Luego es posible descargar un nuevo programa en él.

MEMORIA FLASH.

Este tipo de memoria se inventó en los años 80 en los laboratorios de la compañía INTEL, como forma desarrollada de la memoria UV EPROM. Ya que es posible escribir y borrar el contenido de esta memoria prácticamente un número ilimitado de veces, los microcontroladores con memoria Flash son perfectos para estudiar, experimentar y para la fabricación en pequeña escala. Por la gran popularidad de esta memoria, la mayoría de los microcontroladores se fabrican con tecnología flash hoy en día.

MEMORIA RAM (RANDOM ACCESS MEMORY) - MEMORIA DE ACCESO ALEATORIO.

Al apagar la fuente de alimentación, se pierde el contenido de la memoria RAM. Se utiliza para almacenar temporalmente los datos y los resultados inmediatos creados y utilizados durante el funcionamiento del microcontrolador. Por ejemplo, si el programa ejecuta la adición (de cualquier cosa) es necesario tener un registro que representa lo que se llama “suma” en vida cotidiana. Con tal propósito, uno de los registros de la RAM es denominado “suma” y se utiliza para almacenar los resultados de la adición.

MEMORIA EEPROM (ELECTRICALLY ERASABLE PROGRAMMABLE ROM) - ROM PROGRAMABLE Y BORRABLE ELÉCTRICAMENTE.

El contenido de la EEPROM se puede cambiar durante el funcionamiento (similar a la RAM), pero se queda permanentemente guardado después de la pérdida de la fuente de alimentación (similar a la ROM). Por lo tanto, la EEPROM se utiliza con frecuencia para almacenar los valores creados durante el funcionamiento, que tienen que estar permanentemente guardados.

UNIDAD CENTRAL DE PROCESAMIENTO (CENTRAL PROCESSOR UNIT - CPU).

Unidad que controla todos los procesos dentro del microcontrolador. Consiste en varias unidades más pequeñas, de las que las más importantes son:

ØDecodificador de instrucciones es la parte que descodifica las instrucciones del programa y acciona otros circuitos basándose en esto. El “conjunto de instrucciones” que es diferente para cada familia de microcontrolador expresa las capacidades de este circuito;

ØUnidad lógica aritmética (Arithmetical Logical Unit - ALU). Realiza todas las operaciones matemáticas y lógicas sobre datos;

ØAcumulador o registro de trabajo. Es un registro SFR estrechamente relacionado con el funcionamiento de la ALU. Es utilizado para almacenar todos los datos sobre los que se debe realizar alguna operación (sumar, mover). También almacena los resultados preparados para el procesamiento futuro. Uno de los registros SFR, denominado Registro Status (PSW), está estrechamente relacionado con el acumulador. Muestra el “estado” de un número almacenado en el acumulador (el número es mayor o menor que cero etc.) en cualquier instante dado.

COMUNICACIÓN EN SERIE

Cuando es necesario establecer comunicación entre dos dispositivos a largas distancias se utiliza la conexión en serie.

Hoy en día, la mayoría de los microcontroladores llevan incorporados varios sistemas diferentes para la comunicación en serie, como un equipo estándar.

La comunicación en serie debe seguir un protocolo para que los dispositivos puedan interpretar correctamente los datos que intercambian mutuamente. Los microcontroladores se encargan de eso automáticamente, así que el trabajo de programador/usuario es reducido a la escritura y lectura de datos.

BUS

El bus está formado por 8, 16 o más cables. Hay dos tipos de buses: el bus de direcciones y el bus de datos. El bus de direcciones consiste en tantas líneas como sean necesarias para direccionar la memoria. Se utiliza para transmitir la dirección de la CPU a la memoria. El bus de datos es tan ancho como los datos, en este caso es de 8 bits o líneas de ancho. Se utiliza para conectar todos los circuitos dentro del microcontrolador

VELOCIDAD DE TRANSMISIÓN SERIAL

La velocidad de transmisión serial (baud rate) es el término utilizado para denotar el número de bits transmitidos por segundo [bps]. ¡Fíjese que este término se refiere a bits, y no a bytes! El protocolo normalmente requiere que cada byte se transmita junto con varios bits de control. Eso quiere decir que un byte en un flujo de datos serial puede consistir en 11 bits. Por ejemplo, si velocidad de transmisión serial es 300 bps un máximo de 37 y un mínimo de 27 bytes se pueden transmitir por segundo.

SISTEMAS DE COMUNICACIÓN SERIAL

I2C (INTER INTEGRATED CIRCUIT) - CIRCUITO INTER-INTEGRADO

Es un sistema para el intercambio de datos serial entre los microcontroladores y los circuitos integrados especializados de generación. Se utiliza cuando la distancia entre ellos es corta (el receptor y el transmisor están normalmente en la misma placa de circuito impreso). La conexión se establece por medio de dos líneas - una se utiliza para transmitir los datos, mientras que la otra se utiliza para la sincronización (la señal de reloj). Un dispositivo es siempre el principal (master - maestro), el que realiza el direccionamiento de un chip subordinado (slave - esclavo) antes de que se inicie la comunicación.

De esta manera un microcontrolador puede comunicarse con 112 dispositivos diferentes. La velocidad de transmisión serial es normalmente 100 Kb/seg (el modo estándar) o 10 Kb/seg (modo de velocidad de transmisión baja). Recientemente han aparecido los sistemas con la velocidad de transmisión serial 3.4 Mb/sec.

SPI (SERIAL PERIPHERAL INTERFACE BUS) - BUS SERIAL DE INTERFAZ DE PERIFÉRICOS

Un bus serial de interfaz de periféricos es un sistema para la comunicación serial que utiliza hasta cuatro líneas (normalmente solo son necesarias tres) - para recibir los datos, para transmitir los datos, para sincronizar y (opcional) para seleccionar el dispositivo con el que se comunica. Esto es la conexión full duplex, lo que significa que los datos se envían y se reciben simultáneamente.

La velocidad de transmisión máxima es mayor que en el sistema de conexión I2C.

UART (UNIVERSAL ASYNCHRONOUS RECEIVER/TRANSMITTER) - TRANSMISOR-RECEPTOR ASÍNCRONO UNIVERSAL

Este tipo de conexión es asíncrona, lo que significa que no se utiliza una línea especial para transmitir la señal de reloj. En algunas aplicaciones este rasgo es crucial (por ejemplo, en mandar datos a distancia por RF o por luz infrarroja).

 Puesto que se utiliza sólo una línea de comunicación, tanto el receptor como el transmisor reciben y envían los datos a velocidad misma que ha sido predefinida para mantener la sincronización necesaria. Esto es una manera simple de transmitir datos puesto que básicamente representa una conversión de datos de 8 bits de paralelo

OSCILADOR

Los pulsos uniformes generados por el oscilador permiten el funcionamiento armónico y síncrono de todos los circuitos del microcontrolador. El oscilador se configura normalmente de tal manera que utilice un cristal de cuarzo o resonador cerámico para estabilización de frecuencia. Además, puede funcionar como un circuito autónomo (como oscilador RC). Es importante decir que las instrucciones del programa no se ejecutan a la velocidad impuesta por el mismo oscilador sino varias veces más despacio.

Eso ocurre porque cada instrucción se ejecuta en varios ciclos del oscilador. En algunos microcontroladores se necesita el mismo número de ciclos para ejecutar todas las instrucciones, mientras que en otros el tiempo de ejecución no es el mismo para todas las instrucciones. Por consiguiente, si el sistema utiliza el cristal de cuarzo con una frecuencia de 20 MHZ, el tiempo de ejecución de una instrucción de programa no es 50 nS, sino 200, 400 o 800 nS dependiendo del tipo del microcontrolador.

CIRCUITO DE ALIMENTACIÓN

Hay que mencionar dos cosas dignas de atención con relación al circuito de la fuente de alimentación de microcontroladores:

ØBrown out es un estado potencialmente peligroso que ocurre al apagar el microcontrolador o en caso de que el voltaje de la fuente de alimentación salga de unos márgenes debido al ruido eléctrico. Como el microcontrolador dispone de varios circuitos que funcionan a niveles de voltaje diferentes, ese estado puede causar un comportamiento descontrolado. Para evitarlo, el microcontrolador normalmente tiene un circuito incorporado para el brown out reset. El circuito reinicia inmediatamente el microcontrolador si el voltaje de alimentación cae por debajo del límite.

Ø

ØEl pin de reset (reinicio), marcado frecuentemente con MCLR (Master Clear Reset), sirve para el reinicio externo del microcontrolador al aplicar un cero (0) o un uno (1) lógico dependiendo del tipo del microcontrolador. En caso de que el circuito brown out no esté incorporado, un simple circuito externo para el brown out reset se puede conectar al pin MCLR.

TEMPORIZADORES/CONTADORES

El oscilador del microcontrolador utiliza cristal de cuarzo para su funcionamiento. Aunque no se trata de la solución más simple, hay muchas razones para utilizarlo. La frecuencia del oscilador es definida con precisión y muy estable, así que siempre genera los pulsos del mismo ancho, lo que los hace perfectos para medición de tiempo. Tales osciladores se utilizan en los relojes de cuarzo. Si es necesario medir el tiempo transcurrido entre dos eventos, basta con contar los pulsos generados por este oscilador. Esto es exactamente lo que hace el temporizador.

La mayoría de los programas utiliza estos cronómetros electrónicos en miniatura. Generalmente son registros SFR de 8 o 16 bits cuyo contenido se aumenta automáticamente con cada pulso. ¡Una vez que se llena el registro, se genera una interrupción!

Si los registros se aumentan con los pulsos que vienen de la fuente externa, tal temporizador se convierte en un contador.

¿CÓMO FUNCIONAN LOS TEMPORIZADORES?

En práctica, los pulsos generados por el oscilador de cuarzo son llevados al circuito una vez por cada ciclo de máquina directamente o por el pre-escalador, lo que aumenta el número en el registro del temporizador. Si una instrucción (un ciclo de máquina) dura cuatro períodos del oscilador de cuarzo, este número será cambiado un millón de veces por segundo (cada microsegundo) al incorporar al cuarzo que oscila con una frecuencia de 4 MHz.

Es fácil de medir los intervalos de tiempo cortos de la manera descrita anteriormente (hasta 256 microsegundos porque es el mayor número que un registro puede contener). Esta obvia desventaja se puede superar de varias maneras: al utilizar el oscilador más lento, por medio de registros con más bits, del pre-escalador o de la interrupción. Las primeras dos soluciones tienen algunas debilidades así que se recomienda utilizar el pre-escalador y/o la interrupción.

UTILIZAR UN PREESCALADOR EN EL FUNCIONAMIENTO DEL TEMPORIZADOR

Un pre-escalador es un dispositivo electrónico utilizado para dividir la frecuencia por un factor predeterminado. Esto quiere decir que se necesita llevar 1, 2, 4 o más pulsos a su entrada para generar un pulso a la salida. La mayoría de los microcontroladores disponen de uno o más pre-escaladores incorporados y su tasa de división puede ser cambiada dentro del programa. El pre-escalador se utiliza cuando es necesario medir los períodos de tiempo más largos. Si el temporizador y el temporizador perro guardián comparten un pre-escalador, éste no se puede utilizar por los dos simultáneamente.

UTILIZAR UNA INTERRUPCIÓN EN EL FUNCIONAMIENTO DEL TEMPORIZADOR

Si el registro del temporizador es de 8 bits, el mayor número que se puede escribir en él es 255. Si se excede este número, el temporizador se reinicia automáticamente y el conteo comienza de nuevo en cero. Esto es denominado desbordamiento o sobreflujo (overflow). Permitido por el programa, el desbordamiento puede provocar una interrupción, lo que abre completamente nuevas posibilidades. Por ejemplo, el estado de registros utilizados para contar segundos, minutos o días puede ser implementado en una rutina de interrupción. El proceso entero (excepto la rutina de interrupción) se lleva a cabo internamente, lo que permite que los circuitos principales del microcontrolador funcionen regularmente.

CONTADORES

Si un temporizador se suministra por los pulsos ingresados por el pin de entrada en el microcontrolador, se produce un contador. Evidentemente, es el mismo circuito electrónico. La única diferencia es que los pulsos para contar se ingresan por el pin de entrada y que su duración (anchura) no es definida. Por eso, no se pueden utilizar para medición de tiempo, sino que se utilizan para otros propósitos, por ejemplo: contar los productos en la cadena de montaje, número de rotaciones del eje de un motor, pasajeros etc. dependiendo del sensor utilizado.

TEMPORIZADOR PERRO GUARDIÁN (WATCHDOG)

El perro guardián es un temporizador conectado a un oscilador RC completamente independiente dentro del microcontrolador.

Si el perro guardián está habilitado, cada vez que cuenta hasta el máximo valor en el que ocurre el desbordamiento del registro se genera una señal de reinicio del microcontrolador y la ejecución de programa inicia en la primera instrucción. El punto es evitar que eso ocurra al utilizar el comando adecuado. La idea se basa en el hecho de que cada programa se ejecuta en varios bucles, más largos o cortos.

Si las instrucciones que reinician el temporizador perro guardián se colocan en lugares estratégicos del programa, aparte los comandos que se ejecutan regularmente, el funcionamiento del perro guardián no afectará a la ejecución del programa. Si por cualquier razón (ruidos eléctricos frecuentes en la industria) el contador de programa “se queda atrapado” dentro de un bucle infinito, el valor del registro continuará aumentado por el temporizador perro guardián alcanzará el máximo valor, el registro se desbordará y Ocurre el reinicio.

CONVERTIDOR A/D

Las señales del mundo real son muy diferentes de las que “entiende” el microcontrolador (ceros y unos), así que deben ser convertidas para que el microcontrolador pueda entenderlas. Un convertidor analógico-digital es un circuito electrónico encargado de convertir las señales continuas en números digitales discretos. En otras palabras, este circuito convierte un número real en un número binario y se lo envía a la CPU para ser procesado. Este módulo se utiliza para medir el voltaje en el pin de entrada.

El resultado de esta medición es un número (el valor digital) utilizado y procesado más tarde en el programa.

ARQUITECTURA INTERNA DEL MICROCONTROLADOR

Todos los microcontroladores actuales utilizan uno de dos modelos básicos de arquitectura denominados Harvard y von-Neumann. Son dos maneras diferentes del intercambio de datos entre la CPU y la memoria.

Arquitectura de von-Neumann :

Los microcontroladores que utilizan la arquitectura von- Neumann disponen de un solo bloque de memoria y de un bus de datos de 8 bits. Como todos los datos se intercambian por medio de estas 8 líneas, este bus está sobrecargado, y la comunicación por si misma es muy lenta e ineficaz. La CPU puede leer una instrucción o leer/escribir datos de/en la memoria.

 Los dos procesos no pueden ocurrir a la vez puesto que las instrucciones y los datos utilizan el mismo bus. Por ejemplo, si alguna línea de programa dice que el registro de la memoria RAM llamado “SUM” debe ser aumentado por uno (instrucción: incf SUMA), el microcontrolador hará lo siguiente:

1.Leer la parte de la instrucción de programa que especifica QUÉ es lo que debe realizar (en este caso es la instrucción para incrementar “incf”).

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2.Seguir leyendo la misma instrucción que especifica sobre CUÁL dato lo debe realizar (en este caso es el contenido del registro “SUMA”).

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3.Después de haber sido incrementado, el contenido de este registro se debe escribir en el registro del que fue leído (dirección del registro “SUMA”).

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El mismo bus de datos se utiliza para todas estas operaciones intermedias.

ARQUITECTURA DE HARVARD

Los microcontroladores que utilizan esta arquitectura disponen de dos buses de datos diferentes. Uno es de 8 bits de ancho y conecta la CPU con la memoria RAM. El otro consiste en varias líneas (12, 14 o 16) y conecta a la CPU y la memoria ROM. Por consiguiente, la CPU puede leer las instrucciones y realizar el acceso a la memoria de datos a la vez. Puesto que todos los registros de la memoria RAM son de 8 bits de ancho, todos los datos dentro del microcontrolador que se intercambian son de la misma anchura.

Durante el proceso de la escritura de programa, sólo se manejan los datos de 8 bits. En otras palabras, todo lo que usted podrá cambiar en el programa y a lo que podrá afectar será de 8 bits de ancho. Todos los programas escritos para estos microcontroladores serán almacenados en la memoria ROM interna del microcontrolador después de haber sido compilados a código máquina. No obstante, estas localidades de memoria ROM no tienen 8, sino 12, 14 o 16 bits. 4, 6 o 8 bits adicionales representan una instrucción que especifica a la CPU qué hacer con los datos de 8 bits.

Las ventajas de este diseño son las siguientes:

ØTodos los datos en el programa son de un byte (8 bits) de ancho. Como un bus de datos utilizado para lectura de programa tiene unas líneas más (12, 14 o 16), tanto la instrucción como el dato se pueden leer simultáneamente al utilizar estos bits adicionales. Por eso, todas las instrucciones se ejecutan en un ciclo salvo las instrucciones de salto que son de dos ciclos.

Ø

ØEl hecho de que un programa (la ROM) y los datos temporales (la RAM) estén separados, permite a la CPU poder ejecutar dos instrucciones simultáneamente. Dicho de manera sencilla, mientras que se realiza la lectura o escritura de la RAM (que marca el fin de una instrucción), la siguiente instrucción se lee por medio de otro bus.

Ø

ØEn los microcontroladores que utilizan la arquitectura de von-Neumann, nunca se sabe cuánta memoria ocupará algún programa. Generalmente, la mayoría de las instrucciones de programa ocupan dos localidades de memoria (una contiene información sobre QUÉ se debe realizar, mientras que la otra contiene información sobre CUÁL dato se debe realizar). Sin embargo, esto no es una fórmula rígida, sino el caso más frecuente. En los microcontroladores que utilizan una arquitectura Harvard, el bus de la palabra de programa es más ancho que un byte, lo que permite que cada palabra de programa esté compuesto por una instrucción y un dato. En otras palabras, una localidad de memoria - una instrucción de programa.

JUEGO DE INSTRUCCIONES

El nombre colectivo de todas las instrucciones que puede entender el microcontrolador es llamado Juego de Instrucciones. Cuando se escribe un programa en ensamblador, en realidad se especifican instrucciones en el orden en el que deben ser ejecutadas. La restricción principal es el número de instrucciones disponibles. Los fabricantes aceptan cualquiera de los dos enfoques descritos a continuación.

RISC (Reduced Instruction Set Computer) - Computadora con Juego de Instrucciones Reducidas.

En este caso la idea es que el microcontrolador reconoce y ejecuta sólo operaciones básicas (sumar, restar, copiar etc...) Las operaciones más complicadas se realizan al combinar éstas (por ejemplo, multiplicación se lleva a cabo al realizar adición sucesiva). Es como intentar explicarle a alguien con pocas palabras cómo llegar al aeropuerto en una nueva ciudad. Sin embargo, no todo es tan oscuro. Además, el microcontrolador es muy rápido así que no es posible ver todas las “acrobacias” aritméticas que realiza. El usuario sólo puede ver el resultado final de todas las operaciones. Por último, no es tan difícil explicar dónde está el aeropuerto si se utilizan las palabras adecuadas tales como: a la derecha, a la izquierda, el kilómetro etc.

CISC (Complex Instruction Set Computer) - Computadoras con un juego de instrucciones complejo.

¡CISC es opuesto a RISC! Los microcontroladores diseñados para reconocer más de 200 instrucciones diferentes realmente pueden realizar muchas cosas a alta velocidad. No obstante, uno debe saber cómo utilizar todas las posibilidades que ofrece un lenguaje tan rico, lo que no es siempre tan fácil...

 MICROCONTROLADORES PIC

Los microcontroladores PIC fueron desarrollados por Microchip Technology. El nombre verdadero de este microcontrolador es PICmicro (Peripheral Interface Controller), conocido bajo el nombre PIC. Su primer antecesor fue creado en 1975 por la compañía General Instruments. Este chip denominado PIC1650 fue diseñado para propósitos completamente diferentes.

Diez años más tarde, al añadir una memoria EEPROM, este circuito se convirtió en un verdadero microcontrolador PIC.

A continuacion se describe el funcionamiento de un modelo particular que pertenece a la “clase media alta”. Es PIC16F877 - bastante poderoso para ser digno de atención y bastante simple para poder ser utilizado por cualquiera. Así, los siguientes capítulos describen este microcontrolador en detalle y también se refieren a la familia PIC entera.

Todos los microcontroladores PIC utilizan una arquitectura Harvard, lo que quiere decir que su memoria de programa está conectada a la CPU por más de 8 líneas. Hay microcontroladores de 12, 14 y 16 bits, dependiendo de la anchura del bus. La tabla anterior muestra las características principales de estas tres categorías.

Como se puede ver en la tabla de la página anterior, salvo “los monstruos de 16 bits” PIC 24FXXX y PIC 24HXXX - todos los microcontroladores tienen la arquitectura Harvard de 8 bits y pertenecen a una de las tres grandes grupos. Por eso, dependiendo del tamaño de palabra de programa existen la primera, la segunda y la tercera categoría de microcontroladores, es decir microcontroladores de 12, 14 o 16 bits.

Puesto que disponen del núcleo similar de 8 bits, todos utilizan el mismo juego de instrucciones y el “esqueleto” básico de hardware conectado a más o menos unidades periféricas. Los microcontroladores PIC con palabras de programa de 14 bits parecen ser la mejor opción para los principiantes. Aquí está el porqué...

JUEGO DE INSTRUCCIONES

El juego de instrucciones para los microcontroladores 16F8XX incluye 35 instrucciones en total. La razón para un número tan reducido de instrucciones yace en la arquitectura RISC. Esto quiere decir que las instrucciones son bien optimizadas desde el aspecto de la velocidad operativa, la sencillez de la arquitectura y la compacidad del código. Lo malo de la arquitectura RISC es que se espera del programador que haga frente a estas instrucciones. Por supuesto, esto es relevante sólo si se utiliza el lenguaje ensamblador para la programación. En la programación en el lenguaje de alto nivel C, se utilizan instrucciones relativamente simples.

TIEMPO DE EJECUCIÓN DE INSTRUCCIONES

Todas las instrucciones se ejecutan en un ciclo. La únicas excepciones pueden ser las instrucciones de ramificación condicional o las instrucciones que cambian el contenido del contador de programa. En ambos casos, dos ciclos de reloj son necesarios para la ejecución de la instrucción, mientras que el segundo ciclo se ejecuta como un NOP (No operation). Las instrucciones de un ciclo consisten en cuatro ciclos de reloj. Si se utiliza un oscilador de 4 MHz, el tiempo nominal para la ejecución de la instrucción es 1μS. En cuanto a las instrucciones de ramificación, el tiempo de ejecución de la instrucción es 2μS.

JUEGO DE INSTRUCCIONES DE LOS MICROCONTROLADORES PIC DE 14 BITS

*1 Si un registro de E/S está modificado, el valor utilizado será el valor presentado en los pines del microcontrolador.
*2 Si la instrucción se ejecuta en el registro TMR y si d=1, el pre-escalador será borrado.
*3 Si la instrucción se ejecuta en el registro TMR y si d=1, el pre-escalador será borrado