Introducción A Los Microcontroladores Avr
Páginas: 32 (7897 palabras)
Publicado: 13 de marzo de 2013
CAPITULO SEGUNDO
INTRODUCCION A LOS MICROCONTROLADORES AVR
2.1. Generalidades.
El fabricante Atmel ha desarrollado una gran cantidad de microcontroladores en diferentes gamas y modelos, los mismos que cuentan con una particularidad muy importante y es que todos los circuitos comparten el mismo núcleo AVR, por lo que cada componente de la familia se ha diseñado para que guarde ciertacompatibilidad con el resto; sin embargo, para distintas aplicaciones los circuitos tienen distintos periféricos y distintas cantidades de memoria de datos, programa y de datos EEPROM, se encuentran disponibles microcontroladores que contienen internamente desde 1kB de memoria flash y sin RAM, hasta el microcontroladores con 256kB de memoria flash, 8kB de memoria RAM, 4kB de memoria EEPROM, a locual se agregan distintos circuitos periféricos internos, para que se adapten a los requerimientos de aplicaciones específicas de los usuarios.
La función principal del núcleo CPU AVR, es asegurar la correcta ejecución de las instrucciones del programa. La CPU por otra parte, habilita el acceso a los espacios de memoria, controla el trabajo de los periféricos, maneja las interrupciones y ejecutalos cálculos requeridos.
El microcontrolador que será tomado como referencia en este curso, corresponde al ATmega164P, es un circuito integrado de tecnología CMOS de 8 bits, lo que le permite un bajo consumo de energía, el circuito se fundamenta en la arquitectura RISC, denominada AVR ampliada; se encuentra diseñado para que la generalidad de instrucciones, de su conjunto o set de instrucciones,sean ejecutadas en un solo ciclo de reloj; por lo que el circuito ATmega164P ejecuta aproximadamente 1 millón de instrucciones por segundo (MIPS) por cada MHz de su señal de reloj, además el circuito corresponde a un sistema diseñado que optimiza el consumo de potencia versus la velocidad de procesamiento.
Para maximizar el rendimiento y paralelismo en la ejecución del programa, la CPU ARVestá resuelta en base a la arquitectura Harvard; es decir, con espacios de memoria separados y buses independientes para la memoria de programa y para la memoria de datos. Las instrucciones de la memoria de programa son ejecutadas en un solo nivel mediante la metodología llamada 'pipeline' que cubre las dos etapas del ciclo de la instrucción (buscar y ejecutar), como puede observarse en la figura Nº2.1, a) y b), esta estructura de funcionamiento posibilita a estos microcontroladores ejecutar la mayoría de las instrucciones en un solo ciclo de reloj; situación o ejecución que permite una operación en la que mientras una instrucción está siendo ejecutada en el mismo espacio de tiempo la próxima instrucción es buscada en la memoria de programa (pre-fetched), lo que los hace relativamente rápidosentre los microcontroladores de 8 bits.
El flujo del programa está condicionado por las instrucciones que involucran saltos condicionales e incondicionales, las instrucciones de llamada a subrutina, las que permiten cubrir las direcciones directas en el espacio completo de direcciones, así como las interrupciones si se encuentran habilitadas. Cabe destacar que la mayoría de instrucciones dela CPU AVR tienen un formato de 16 bits o de 32 bits.
T1 T2 T3 T4
Clk CPU
Busca 1ª Instrucción
Ejecuta 1ª Instrución
Busca 2ª Instrucción
Ejecuta 2ª Instrucción
Busca 3ª Instrucción
Ejecuta 3ª Instrucción
Busca 4ª Instrucción
Figura Nº 2.1. a)
Búsqueda y ejecución de instrucciones[pic]
Figura Nº 2.1. b) Operación de la ALU en un ciclo de reloj
Es importante tener en cuenta que durante las interrupciones y llamadas a subrutinas, la dirección de retorno es guardada en el stack (pila); el stack se encuentra localizado en la memoria general de datos y consecuentemente su espacio está limitado al tamaño de la SRAM y a la forma como sea usada, en base a los...
INTRODUCCION A LOS MICROCONTROLADORES AVR
2.1. Generalidades.
El fabricante Atmel ha desarrollado una gran cantidad de microcontroladores en diferentes gamas y modelos, los mismos que cuentan con una particularidad muy importante y es que todos los circuitos comparten el mismo núcleo AVR, por lo que cada componente de la familia se ha diseñado para que guarde ciertacompatibilidad con el resto; sin embargo, para distintas aplicaciones los circuitos tienen distintos periféricos y distintas cantidades de memoria de datos, programa y de datos EEPROM, se encuentran disponibles microcontroladores que contienen internamente desde 1kB de memoria flash y sin RAM, hasta el microcontroladores con 256kB de memoria flash, 8kB de memoria RAM, 4kB de memoria EEPROM, a locual se agregan distintos circuitos periféricos internos, para que se adapten a los requerimientos de aplicaciones específicas de los usuarios.
La función principal del núcleo CPU AVR, es asegurar la correcta ejecución de las instrucciones del programa. La CPU por otra parte, habilita el acceso a los espacios de memoria, controla el trabajo de los periféricos, maneja las interrupciones y ejecutalos cálculos requeridos.
El microcontrolador que será tomado como referencia en este curso, corresponde al ATmega164P, es un circuito integrado de tecnología CMOS de 8 bits, lo que le permite un bajo consumo de energía, el circuito se fundamenta en la arquitectura RISC, denominada AVR ampliada; se encuentra diseñado para que la generalidad de instrucciones, de su conjunto o set de instrucciones,sean ejecutadas en un solo ciclo de reloj; por lo que el circuito ATmega164P ejecuta aproximadamente 1 millón de instrucciones por segundo (MIPS) por cada MHz de su señal de reloj, además el circuito corresponde a un sistema diseñado que optimiza el consumo de potencia versus la velocidad de procesamiento.
Para maximizar el rendimiento y paralelismo en la ejecución del programa, la CPU ARVestá resuelta en base a la arquitectura Harvard; es decir, con espacios de memoria separados y buses independientes para la memoria de programa y para la memoria de datos. Las instrucciones de la memoria de programa son ejecutadas en un solo nivel mediante la metodología llamada 'pipeline' que cubre las dos etapas del ciclo de la instrucción (buscar y ejecutar), como puede observarse en la figura Nº2.1, a) y b), esta estructura de funcionamiento posibilita a estos microcontroladores ejecutar la mayoría de las instrucciones en un solo ciclo de reloj; situación o ejecución que permite una operación en la que mientras una instrucción está siendo ejecutada en el mismo espacio de tiempo la próxima instrucción es buscada en la memoria de programa (pre-fetched), lo que los hace relativamente rápidosentre los microcontroladores de 8 bits.
El flujo del programa está condicionado por las instrucciones que involucran saltos condicionales e incondicionales, las instrucciones de llamada a subrutina, las que permiten cubrir las direcciones directas en el espacio completo de direcciones, así como las interrupciones si se encuentran habilitadas. Cabe destacar que la mayoría de instrucciones dela CPU AVR tienen un formato de 16 bits o de 32 bits.
T1 T2 T3 T4
Clk CPU
Busca 1ª Instrucción
Ejecuta 1ª Instrución
Busca 2ª Instrucción
Ejecuta 2ª Instrucción
Busca 3ª Instrucción
Ejecuta 3ª Instrucción
Busca 4ª Instrucción
Figura Nº 2.1. a)
Búsqueda y ejecución de instrucciones[pic]
Figura Nº 2.1. b) Operación de la ALU en un ciclo de reloj
Es importante tener en cuenta que durante las interrupciones y llamadas a subrutinas, la dirección de retorno es guardada en el stack (pila); el stack se encuentra localizado en la memoria general de datos y consecuentemente su espacio está limitado al tamaño de la SRAM y a la forma como sea usada, en base a los...
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