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Actividad 2, Tema 2

Edson123

Created on October 1, 2025

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Oscilador 0-20mhz

El oscilador 0-20 MHz hace referencia a un circuito electrónico diseñado para generar una señal eléctrica repetitiva y estable en un amplio rango de frecuencias que va desde prácticamente 0Hz hasta los 20MHz La imagen muestra un ejemplo de un cristal oscilador de cuarzo de 20 MHz, el componente más habitual para generar señales estables a esa frecuencia:

Oscilador interno

Es un circuito generador de señal de reloj que está integrado directamente en el chip de un microcontrolador (MCU) o microprocesador. Es la "referencia de tiempo" o el "corazón" que sincroniza todas las operaciones internas, como la ejecución de instrucciones del CPU, la comunicación con la memoria y el funcionamiento de los periféricos.

MEMORIA RAM

Es la tercera y la más compleja parte de la memoria del microcontrolador. En este caso consiste en dos partes: en registros de propósito general y en los registros de funciones especiales (SFR). Todos estos registros se dividen en cuatro bancos de memoria de los que vamos a hablar más tarde en este capítulo. A unque los dos grupos de registros se ponen a cero al apagar la fuente de alimentación, además están fabricados de la misma forma y se comportan de la manera similar, sus funciones no tienen muchas cosas en común.

REGISTROS DE FUNCIONES ESPECIALES (SFR)

Los registros de funciones especiales son también parte de la memoria RAM. A diferencia de los registros de propósito general, su propósito es predeterminado durante el proceso de fabricación y no se pueden cambiar. Como los bits están conectados a los circuitos particulares en el chip (convertidor A/D, módulo de comunicación serial, etc), cualquier cambio de su contenido afecta directamente al funcionamiento del microcontrolador o de alguno de los circuitos. Por ejemplo, el registro ADCON0 controla el funcionamiento del convertidor A/D. Al cambiar los bits se determina qué pin del puerto se configurará como la entrada del convertidor, el momento del inicio de la conversión así como la velocidad de la conversión.

MEMORIA ROM

La memoria ROM se utiliza para guardar permanente el programa que se está ejecutando. Es la razón por la que es frecuentemente llamada “memoria de programa”. El PIC16F887 tiene 8Kb de memoria ROM (en total 8192 localidades). Como la memoria ROM está fabricada con tecnología FLASH, su contenido se puede cambiar al proporcionarle un voltaje de programación especial (13V). No obstante, no es necesario explicarlo en detalles puesto que se realiza automáticamente por un programa especial en la PC y un simple dispositivo electrónico denominado programador.

MEMORIA EEPROM

Similar a la memoria de programa, el contenido de memoria EEPROM está permanentemente guardado al apagar la fuente de alimentación. Sin embargo, a diferencia de la ROM, el contenido de la EEPROM se puede cambiar durante el funcionamiento del microcontrolador. Es la razón por la que esta memoria (256 localidades) es perfecta para guardar permanentemente algunos resultados creados y utilizados durante la ejecución del programa.

UNIDAD CENTRAL DE PROCESAMIENTO (CPU)

La CPU está fabricada con la tecnología RISC ya que esto es un factor importante al decidir qué microcontrolador utilizar. RISC es un acrónimo derivado del inglés Reduced Instruction Set Computer, lo que proporciona al PIC16F887 dos grandes ventajas:

  • La CPU cuenta con sólo 35 instrucciones simples. Cabe decir que para poder programar otros microcontroladores en lenguaje ensamblador es necesario saber más de 200 instrucciones
  • El tiempo de ejecución es igual para casi todas las instrucciones y tarda 4 ciclos de reloj. La frecuencia del oscilador se estabiliza por un cristal de cuarzo. Las instrucciones de salto y de ramificación tardan ocho ciclos de reloj en ejecutarse. Esto significa que si la velocidad de operación del microcontrolador es 20 MHz, el tiempo de ejecución de cada instrucción será 200nS, o sea, ¡el programa ejecutará 5millones de instrucciones por segundo!

SISTEMA DE INTERRUPCIONES

Al aparecer una petición de interrupción lo primero que hace el microcontrolador es ejecutar la instrucción actual después de que se detiene el proceso de ejecución de programa. Como resultado, la dirección de memoria de programa actual se apila automáticamente y la dirección por defecto se escribe en el contador de programa. La localidad en la que el programa continúa con la ejecución se le denomina vector de interrupción. En el caso del microcontrolador PIC16F887 esta dirección es 0x0004h. Como se muestra en la siguiente figura la localidad que contiene el vector de interrupción se omite durante la ejecución de programa regular. Una parte de programa que se ejecutará al hacer una petición de interrupción se le denomina rutina de interrupción. Su primera instrucción se encuentra en el vector de interrupción. Cuánto tiempo tardará en ejecutar esta subrutina y cómo será depende de la destreza del programador así como de la fuente de interrupción. Algunos microcontroladores tienen más de un vector de interrupción, pero en este caso sólo hay uno. En consecuencia, la primera parte da la rutina de interrupción consiste en detectar la fuente de interrupción. Por fin, al reconocer la fuente de interrupción y al terminar de ejecutar la rutina de interrupción el microcontrolador alcanza la instrucciónRETFIE, toma la dirección de la pila y continúa con la ejecución de programa desde donde se interrumpió.

WDT

El WDT significa Watchdog Timer (Temporizador de Perro Guardián). Es un mecanismo de seguridad esencial, especialmente en sistemas empotrados y microcontroladores, cuyo principal objetivo es detectar y recuperarse automáticamente de fallos o bloqueos de software. El WDT funciona como un temporizador de cuenta regresiva independiente del programa principal. 1.El WDT se inicia con un valor preestablecido.Inmediatamente comienza a contar hacia abajo hasta llegar a cero.2. Durante la ejecución normal del programa, el código debe ejecutar una instrucción especial que reinicia el contador del WDT a su valor inicial. Esta acción indica que el programa está vivo y funcionando correctamente.3.Si el programa se bloquea, entra en un bucle infinito o se queda atascado en una sección lenta, no logrará reiniciar el contador del WDT a tiempo.4.Cuando llega a cero, asume que el sistema ha fallado y genera automáticamente una señal de reset del sistema o del microcontrolador.

RESET

Es la piedra angular de la fiabilidad y el control de un microcontrolador, actuando como el mecanismo de inicialización para toda la placa lógica. Su función es garantizar que, bajo cualquier circunstancia, la máquina siempre pueda comenzar desde un estado conocido y seguro. Detecta cuando el chip es energizado. Al detectar el inicio de la alimentación o un nivel de voltaje estable, genera una señal de reset para inicializar la CPU, la Memoria de programa, los SFR y todos los Periféricos.

Alimentación de 2 a 5.5V

El rango de 2 a 5.5V define las especificaciones eléctricas necesarias y seguras para que el microcontrolador funcione correctamente: Voltaje Mínimo (2V): Es el voltaje más bajo al que el microcontrolador garantiza su operación y rendimiento según las especificaciones del fabricante. Por debajo de este nivel, el funcionamiento se vuelve inestable o cesa por completo. Voltaje Máximo (5.5V): Es el voltaje más alto que el circuito puede tolerar sin sufrir daños permanentes. Superar este límite podría quemar el chip. Voltaje Típico (Común): Este amplio rango permite que el chip sea versátil. Puede ser alimentado por sistemas de 3.3V o 5V.

Puerto A

Suele ser el puerto con menos pines disponibles. Su característica principal es ser la interfaz dominante para el mundo analógico. Especialización: Es la puerta de entrada para las señales destinadas al Convertidor Analógico a Digital (A/D). Sus pines a menudo están configurados como Entradas Analógicas por defecto. Función Clave: Conexión directa con sensores que producen voltajes variableso para establecer referencias de voltaje. Si deseas usar un pin del PORTA como E/S digital, debes deshabilitar primero su función analógica a través de los registros de control.

Puerto B

Es esencialmente el puerto de las Entradas Digitales Inteligentes. Especialización: Es muy valorado por su capacidad para generar interrupciones. Muchos de sus pines pueden configurarse para alertar a la CPU cada vez que su nivel lógico cambia, permitiendo al microcontrolador reaccionar inmediatamente a eventos externos (como un flanco de reloj o un pulso). Función Clave: Conexión de botones, interruptores y teclados matriciales. Además, muchos microcontroladores permiten habilitar resistencias pull-up internas en el PORTB, lo que simplifica enormemente el cableado de entradas al eliminar la necesidad de resistencias externas.

Puerto C

Actúa como la Estación Central de Comunicación y Control de Tiempo. Especialización: Concentra la mayoría de los periféricos de comunicación y los módulos de control basados en tiempo. Función Clave: Sus pines albergan las líneas para protocolos seriales fundamentales como USART. También proporciona las salidas para las señales PWM, que son cruciales para el control preciso de velocidad de motores o atenuación de luz.

Puerto D

Está diseñado para la Transferencia Masiva de Datos. Especialización: Su propósito principal es operar como un bus de datos de 8 bits. Función Clave: Se utiliza para conectar dispositivos que requieren transferir datos en paralelo de forma rápida, como pantallas LCD o interfaces con otros procesadores. Puede configurarse como Puerto Esclavo Paralelo (PSP), permitiendo que un procesador externo escriba o lea bloques de datos de 8 bits directamente en el microcontrolador.

Puerto E

suele ser el puerto más pequeño y cumple un rol de apoyo en funciones avanzadas. Especialización: Sus pocos pines se dedican a tareas de control y extensión analógica. Función Clave: Cuando el Puerto D se configura como PSP, el PORTE se encarga de proporcionar las señales de control asociadas, como las líneas de lectura y escritura necesarias para gestionar la transferencia de datos. Además, algunos de sus pines pueden extender las capacidades del Convertidor A/D.

Convertidor A/D

Es un módulo crucial integrado en el microcontrolador. Su función es actuar como un traductor que convierte una señal de voltaje continua y variable del mundo físico a un valor numérico discreto que la CPU puede entender y procesar. El ADC toma una muestra de este voltaje analógico y realiza tres pasos principales para convertirlo: 1. Muestreo. 2. Cuantificación. 3. Codificación.

Vref

Es un componente de apoyo crítico para el Convertidor A/D. No es una simple fuente de alimentación, sino una fuente de voltaje excepcionalmente estable y precisa utilizada como punto de calibración. La Escala de Medición El Convertidor A/D no mide un voltaje de manera absoluta, sino que lo mide como una proporción o fracción del voltaje de referencia. Rango de Medición: Vref define el valor máximo que corresponderá al código digital más alto posible. Precisión: El voltaje de referencia, junto con la resolución del ADC, determina el tamaño de cada paso discreto que el convertidor puede medir.

PWN

Es una técnica de control digital esencial utilizada por los microcontroladores para simular señales analógicas y gestionar el consumo de energía en dispositivos electrónicos. No varía el voltaje de salida, sino que varía el tiempo que la señal pasa en el estado ON en relación con el tiempo que pasa en el estado OFF, dentro de un periodo fijo. La señal PWM se caracteriza por dos parámetros clave: 1. Periodo Es el tiempo total que tarda la señal en completar un ciclo. En la mayoría de las aplicaciones de control, el periodo debe ser constante. 2. Ciclo de Trabajo Es el porcentaje de un periodo en el que la señal está en estado ON. Este porcentaje es lo que el microcontrolador varía para lograr el control.

CCP1,CCP2

CCP1 y CCP2 son dos unidades idénticas y altamente versátiles que gestionan tareas basadas en el tiempo con gran precisión. Cada módulo CCP puede configurarse de manera independiente para trabajar en uno de estos tres modos: 1. Modo Capture: En este modo, el módulo registra el valor de un Temporizador en el instante exacto en que ocurre un evento en el pin asociado al CCP. 2.Modo Compare: En este modo, el módulo constantemente compara el valor de un Temporizador con un valor preestablecido almacenado en su propio registro. Cuando los valores coinciden, ocurre un evento. 3. Modo PWM:En este modo, el módulo CCP toma el control del pin para generar automáticamente la señal de modulación por ancho de pulso.

SPI e I^2C

se refieren a dos de los protocolos de comunicación serial más comunes que utiliza el microcontrolador para interactuar con otros chips y periféricos. Estos protocolos son como diferentes "idiomas" que el microcontrolador habla para enviar o recibir datos fuera del chip. SPI es un protocolo de comunicación serial síncrona, full-duplex y de alta velocidad. Es ideal para transferir datos rápidamente entre un microcontrolador y dispositivos que requieren mucha información o alta tasa de refresco. i^2C es un protocolo serial síncrono que utiliza solo dos cables para comunicarse y es excelente para sistemas donde la simplicidad de cableado es prioritaria.

USART

Es un periférico de comunicación de datos muy versátil. Su función es convertir los datos paralelos de la CPU en un flujo de datos serial para su transmisión, y viceversa. Modos de Operación del USART 1. Modo Asíncrono: Este es el modo más común y se utiliza para la comunicación serial estándar de dos cables. Es el protocolo utilizado para la comunicación con PCs, módulos Bluetooth, GPS y terminales seriales. 2. Modo Síncrono En este modo, el USART utiliza una línea de reloj compartida para sincronizar el envío y la recepción de datos, similar al protocolo SPI.

T0: El Temporizador Multiusos

T0 es el temporizador más antiguo y flexible. Se utiliza principalmente como el contador de propósito general del sistema. Un módulo de conteo que puede operar en modo 8 bits o 16 bits, lo que le permite manejar tanto retrasos cortos como mediciones de tiempo más largas. Función Clave: Se usa para generar interrupciones periódicas regulares para el sistema operativo o para medir la frecuencia de una señal externa (Contador) a través de un pin de entrada dedicado.

T1: El Temporizador de Alta Precisión

T1 es el temporizador de mayor resolución y es el compañero ideal para las funciones críticas de sincronización. Un módulo de 16 bits diseñado para la máxima precisión temporal, lo que minimiza la frecuencia de desbordamiento. Función Clave: Es el temporizador preferido para los Módulos CCP en modo Capture. Proporciona la base de tiempo para medir con exactitud el ancho de pulsos o el periodo de señales externas. Puede operar de forma asíncrona usando un cristal secundario, lo que lo hace útil para contadores en tiempo real (RTC) o aplicaciones de bajo consumo.

T2: El Generador de Frecuencia PWM

T2 es el temporizador especializado, diseñado para trabajar en conjunto con el módulo PWM. Un módulo de 8 bits que incluye un Registro de Periodo dedicado. Esta característica lo diferencia de T0 y T1. Función Clave: Su registro de periodo permite al programador establecer con precisión la frecuencia de la señal PWM. Por lo tanto, T2 se utiliza casi exclusivamente para determinar qué tan rápido debe oscilar la señal generada por los módulos CCP en modo PWM, controlando la velocidad de motores o el brillo de LEDs.