Aula01a_Introducao_Microcontroladores

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Aula introdutória de Microcontroladores.

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Aula01a_Introducao_Microcontroladores

  1. 1. Microprocessadores Aula 01 Introdução à disciplina Arquitetura básica do Microprocessador Princípio de funcionamento básico do 8051 Profª. Rosane Falate
  2. 2. Programa da Disciplina <ul><li>Ementa </li></ul><ul><ul><li>Arquitetura de Microprocessadores. Projeto de um sistema microprocessado. Implementação do sistema projetado. Teste através da execução de um pequeno programa no sistema implementado. Microcontroladores. </li></ul></ul><ul><li>Objetivos Gerais </li></ul><ul><ul><li>Deixar o aluno apto para trabalhar e realizar projetos com qualquer microcontrolador através de estudo e comparações de dois diferentes microcontroladores: o 8051 e o PIC </li></ul></ul><ul><li>Livros Texto </li></ul><ul><ul><li>Nicolosi, D. E.C. Microprocessadores 8051 Detalhado. 4ª edição, Editora Érica. </li></ul></ul><ul><ul><li>Souza, D. J. Desbravando o PIC. 5ª edição, Editora Érica. </li></ul></ul>
  3. 3. Microprocessador (Mp) <ul><li>Elemento eletrônico </li></ul><ul><ul><li>Executar tarefas específicas </li></ul></ul><ul><ul><li>Linguagem de comando específica </li></ul></ul><ul><li>Usa ROM e RAM </li></ul><ul><ul><li>ROM ( Read-Only Memory ) – Memória de programa </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Ler instruções que deve executar </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>RAM ( Random Access Memory ) – Memória de dados </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Armazenar temporariamente informações de uso próprio das instruções (enquanto elas são necessárias) </li></ul></ul></ul>
  4. 4. Microprocessador (continuação) <ul><li>Função ou propósito </li></ul><ul><ul><li>Executar uma tarefa específica gravada na ROM </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Para se comunicar com o meio exterior (mundo real) </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Para receber informações do meio </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Atuar no meio </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>Exemplos </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>“ler” uma tecla do teclado </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Acender uma lâmpada </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Ligar/desligar motores </li></ul></ul></ul>
  5. 5. Projetista x Microprocessador <ul><li>Elaborar um código ou programa </li></ul><ul><ul><li>Hospedado na ROM </li></ul></ul><ul><ul><li>Compatível com a linguagem do microprocessador </li></ul></ul><ul><li>Requisitos </li></ul><ul><ul><li>Conhecer conjunto de instruções da máquina ( assembler ) </li></ul></ul><ul><ul><li>Saber do hardware </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Estrutura física e interfaces do Microprocessador </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>Criar um algoritmo  linguagem de máquina </li></ul></ul>
  6. 6. Arquitetura Básica do Mp <ul><li>Elementos externos </li></ul><ul><ul><li>Alimentação </li></ul></ul><ul><ul><li>Oscilador </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Marca a velocidade da CPU </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Tarefas internas e externas sincronizada </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>Reset </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Faz CPU iniciar suas rotinas internas e leitura de instrução do end. de reset 0000h </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>Interrupções </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Pinos de acesso externo para interromper o Mp </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Interrompe o Mp e tarefas atuais e atende as tarefas planejadas quando ocorre uma interrupção </li></ul></ul></ul>
  7. 7. Arquitetura Básica do Mp (cont.) <ul><li>Vias de controle auxiliar  seleciona qual memória de trabalho, RAM ou ROM </li></ul><ul><li>Vias de controle de endereços  Seleciona qual periférico ou posição de memória pelo endereço colocado na via </li></ul><ul><li>Vias de I/O  comunicação com o mundo exterior  troca de info </li></ul><ul><ul><li>Teclados, vídeos, motores, lâmpadas etc. (meios eletrônicos) </li></ul></ul><ul><li>Vias de dados  canal de troca de informações </li></ul>
  8. 8. CPU – O Microprocessador <ul><li>Unidade Central de Processamento </li></ul><ul><ul><li>Cérebro do sistema </li></ul></ul><ul><ul><li>Comunica com todas as vias </li></ul></ul><ul><ul><li>Segue as instruções gravadas na ROM </li></ul></ul><ul><li>Passos para executar uma instrução </li></ul><ul><ul><li>Busca uma instrução na ROM </li></ul></ul><ul><ul><li>Executa essa instrução </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Funções lógicas e aritméticas, transferência de dados, funções de comparação com ou sem decisão </li></ul></ul></ul><ul><li>Código binário </li></ul><ul><ul><li>Mnemônicos para representar as instruções </li></ul></ul>
  9. 9. A CPU Internamente <ul><li>Registrador de Instrução (RI) </li></ul><ul><ul><li>Local onde se dirige o código de instrução lido da RAM </li></ul></ul><ul><ul><li>O decodificador acessa a RI para interpretar a instrução e enviar a ULA, onde será executada </li></ul></ul><ul><li>Unidade de decodificação </li></ul><ul><ul><li>Decodifica a instrução </li></ul></ul><ul><ul><li>Gera controles para executar a instrução na ULA (ALU) </li></ul></ul><ul><li>Unidade Lógica e Aritmérica </li></ul><ul><ul><li>Executa essas operações </li></ul></ul><ul><ul><li>Ou rotinas de decisão e de comparação </li></ul></ul>CONTROLE <ul><li>Registradores </li></ul><ul><ul><li>Similar à ROM, interna a CPU </li></ul></ul><ul><ul><li>Armazenamento temporário de informações </li></ul></ul><ul><ul><li>Funções definidas (ACC, P 0 ), gerais (R 7 ) e sem nome (20h) </li></ul></ul><ul><li>Unidade de Controle </li></ul><ul><ul><li>Controla o fluxo de informações a fim de cumprir a instrução recebida </li></ul></ul><ul><li>Contador de Programa (PC) </li></ul><ul><ul><li>Indica próxima instrução a ser lida pelo Mp </li></ul></ul>ROM Via de dados Via de endereços Unidade Lógica e Aritmética ULA/ ALU Unidade de Decodificação de Intruções Registrador de Instruções -IR Unidade de Controle Contador de Programa - PC REGISTRADORES Acumulador ACC (memória volátil)
  10. 10. Exemplo de Funcionamento 1. End. PC  via end. Prox. instrução a ser lida 2. Sinal de controle ROM ativado 3. Com end. dado por PC, lê instrução na ROM pela via de dados (ciclo de busca ou fetch) 4. Instrução armazenada no IR 5. PC  PC ++ para ler prox. instrução em n+1 6. Inicia outro ciclo, o de exe- cução interna da instrução, auxiliado pelo UC e pelos registradores. Decodificação pela UD e execução pela ULA
  11. 11. O 8051 Básico <ul><li>Via de endereços </li></ul><ul><ul><li>16 bits (2 16 = 65536 posições de memória) </li></ul></ul><ul><ul><li>8 bits menos sign. são derivados junto com os 8 bits de dados </li></ul></ul><ul><ul><li>LATCH: copia dados de P 0 quando pino ALE ( Adress Lacth Enable ) é ativado </li></ul></ul><ul><ul><li>Economia de 8 bits </li></ul></ul><ul><ul><li>8 bits mais sign. São derivados de P 2 </li></ul></ul>
  12. 12. O 8051 Básico (cont.) <ul><li>Via de dados </li></ul><ul><ul><li>8 bits de dados </li></ul></ul><ul><ul><li>2 8 = 256 combinações possíveis de serem transmitidos ou recebidos </li></ul></ul><ul><li>PSEN  ativar EPROM </li></ul><ul><li>RD-WR </li></ul><ul><ul><li>leitura e escrita na RAM </li></ul></ul><ul><li>Comunicação com mundo exterior </li></ul><ul><ul><li>P1  totalm. disponível </li></ul></ul><ul><ul><li>P3  parcial </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>RD/WR </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>funções internas (talvez) </li></ul></ul></ul>
  13. 13. Diferença entre Mp e Mc <ul><li>Microprocessador (Mp) </li></ul><ul><li>Microcontrolador (Mc) </li></ul><ul><ul><li>Um chip com tudo dentro dele </li></ul></ul><ul><ul><li>O hardware interno é diferente </li></ul></ul><ul><ul><li>Tem mais funções que o Mp </li></ul></ul><ul><li>Por que do Mc? </li></ul><ul><ul><li>Muitas aplicações que usam Mp necessitam além dele, da ROM, Latch, RAM e outros auxiliares (timer, serial etc.) </li></ul></ul><ul><ul><li>O Mc já tem isso!!! </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Mp + periféricos num único chip </li></ul></ul></ul>
  14. 14. Grupo de Intruções do 8051 <ul><li>Criado pelo fabricante  aprox. 100 </li></ul><ul><ul><li>Agrupados resultam em aproximadamente 24 </li></ul></ul><ul><ul><li>As instruções podem ser obtidas no manual do Microcontrolador/Microprocessador </li></ul></ul>
  15. 15. O Mundo Exterior <ul><li>Mp/Mc </li></ul><ul><ul><li>Usado para uma aplicação bem específica </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Controlar um processo industrial </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Controlar um terminal bancário </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Uma impressora, brinquedo etc. </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>Pela manipulação de periféricos </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Armazenamento de massa: CD-ROM, HD, memórias </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Interfaces Homem-Máquinas: como o homem comunica com a máquina </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><li>teclados, displays, video, som etc. </li></ul></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Controle: atuação e sensoriamento </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><li>Recebe dados de sensores ou transdutores de entrada </li></ul></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><li>Atua sobre dispositivos de saída (relés, pistões e lâmpadas) </li></ul></ul></ul></ul>
  16. 16. Mc x Hardware de Lógica Fixa <ul><li>Mc/Mp </li></ul><ul><ul><li>Preços inferiores se comparados com circuitos montados com Cis digitais com lógica fixa </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Portas gastam mais área de placa de circuito </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Diminuem confiabilidade (soldas, falhas etc.) </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Não serem flexíveis </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>Máquina alterável por software </li></ul></ul><ul><ul><li>Mas... </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Mc possuem baixa velocidade (clock) </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>8051  clock de 12 MHz  1  s por instrução rápida </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Porta lógica responde em alguns ns </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>Tempos da ordem de  s ou mais, o Mc é imbatível </li></ul></ul>

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