Rafael Silva de Lima
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Microcontroladores
CETTPS – Centro de Ensino Técnico e Profissionalizante Curso Técnico em Automação/ Eletrotécnica
Camaçari-BA Janeiro 2018
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 Von Neumann
central aritmética; central de controle; memória; gravação; entrada e saída. Automação / Eletrotécnica 2017.2Arquitetura 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
Arquitetura de Von Neumann
Eletromecânica 2016.2 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.
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.
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
Ciclo de máquina
Na maiorias dos microcontroladores , um ciclo de máquina
(CM) possui quatro fases de clock que são Q1, Q2, Q3 e Q4.
Fontes de alimentação
As fontes mais comuns em sistemas embarcados com microcontroladores são baterias recarregáveis ou conversores CA-CC como carregadores de celulares.
