UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MINAS GERAIS Docente: Rildo ... · MIYADAIRA, A. N. Microcontroladores...
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UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MINAS GERAIS
Docente: Rildo Afonso de Almeida
Microprocessadores & Microcontroladores
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Um microcontrolador é, em última análise, um
computador em um único chip.
1 - Conhecendo os microcontroladores
1.1 Origem dos microcontroladores
Figura 1: Microcontrolador PIC12F675
Fonte: Microchip Technology Inc., 2012
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Esse chip contém um processador (Unidade Lógica
e Aritmética – ULA), memória, periféricos de
entrada e de saída, temporizadores, dispositivos de
comunicação serial, dentre outros.
1.1 Origem dos microcontroladores
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Os microcontroladores
surgiram como uma
evolução natural dos
circuitos digitais devido ao
aumento da complexidade
dos mesmos.
1.1 Origem dos microcontroladores
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Chega um ponto em que é
mais simples, mais barato e
mais compacto, substituir a
lógica das portas digitais
por um conjunto de
processador e software.
1.1 Origem dos microcontroladores
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O primeiro microcontrolador foi lançado pela
empresa Intel em 1977 e recebeu a sigla “8048”.
Com a sua posterior evolução, deu origem à família
“8051”.
1.1 Origem dos microcontroladores
Figura 2: Microcontrolador INTEL 8051
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Esse chip é programado em linguagem Assembly e
possui um poderoso conjunto de instruções.
Por ser um dos precursores, é utilizado em muitas
aplicações de automação em diversas áreas do
mundo.
1.1 Origem dos microcontroladores
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É tido como o microcontrolador mais popular do
mundo, pois existem milhares de aplicações para o
mesmo, e existem pelo menos dois mil fabricantes
produzindo variantes e clones do modelo.
1.1 Origem dos microcontroladores
Figura 3: Microcontrolador INTEL 8051
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Por ser um microcontrolador CISC, oferece um
conjunto de instruções muito vasto que permite
executar desde um simples programa que faz piscar
um LED até um programa de controle de acesso
controlado por rede.
1.1 Origem dos microcontroladores
Figura 3: Microcontrolador INTEL 8051
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1.1 Origem dos microcontroladores
Figura 4: Sound Card usando INTEL 8051
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O microcontrolador possui internamente os
seguintes dispositivos:
a) Uma CPU (Unidade de Processamento
Central), cuja finalidade é interpretar as instruções
de programa.
1.1 Origem dos microcontroladores
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b) Uma memória PROM (Memória Programável
Somente de Leitura) na qual são gravadas as
instruções do programa.
1.1 Origem dos microcontroladores
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c) Uma memória RAM (Memória de Acesso
Aleatório) utilizada para memorizar as variáveis
utilizadas pelo programa.
1.1 Origem dos microcontroladores
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d) Um conjunto de LINHAS de I/O para controlar
dispositivos externos ou receber impulsos de
sensores, interruptores, etc.
1.1 Origem dos microcontroladores
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e) Um conjunto de dispositivos auxiliares ao
funcionamento, ou seja, gerador de clock,
contadores, USART para comunicação, etc.
1.1 Origem dos microcontroladores
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Diagrama em
blocos de um
PIC 12F675,
mostrando os
principais
elementos
descritos até
aqui.
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Quando um sistema de processamento de
dados (processadores e microcontroladores) possui
uma única área de memória na qual ficam
armazenados os dados (variáveis) e o programa a
ser executado (software), dizemos que esse
sistema segue a arquitetura de Von Neuman.
1.2. Arquiteturas Harvard e Von Neuman
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No caso em que os dados (variáveis) ficam
armazenados em uma área de memória e o
programa a ser executado (software) fica
armazenado em outra área de memória, dizemos
que esse sistema segue a arquitetura Harvard.
1.2. Arquiteturas Harvard e Von Neuman
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A máquina proposta por Von Neuman é
composta pelos seguintes componentes:
a) Memória.
b) Unidade de controle.
c) Unidade Lógica e Aritmética (ULA).
d) Registradores.
e) Periféricos de entrada e saída.
1.2. Arquiteturas Harvard e Von Neuman
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1.2. Arquiteturas Harvard e Von Neuman
Conforme pode ser
observado na Figura
ao lado, não existe
separação entre dados
e programa, uma vez
que há uma única área
de memória.
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1.2. Arquiteturas Harvard e Von Neuman
Dessa forma, o
processador deve executar
uma única ação por vez:
ou acessa os dados ou
executa uma instrução.
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1.2. Arquiteturas Harvard e Von Neuman
Na arquitetura Harvard
observamos dois
barramentos distintos:
um para acessar a
memória de dados e
outro para acessar a
memória de programas.
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1.2. Arquiteturas Harvard e Von Neuman
Dessa forma, o
processador pode
buscar e executar uma
instrução ao mesmo
tempo em que acessa a
memória de dados para
ler ou para gravar
algum valor.
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1.2. Arquiteturas Harvard e Von Neuman
Na figura ao lado é
possível observar o
barramento de dados
(Data Bus), em
vermelho, partindo da
memória RAM e
seguindo até a Unidade
Lógica e Aritmética
(ALU, em inglês).
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1.2. Arquiteturas Harvard e Von Neuman
Na mesma figura,
observa-se o barramento
de programa (Programm
Bus) em azul, que parte
da memória de
programa e chega na
Unidade Lógica e
Aritmética (ALU).
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1.2. Arquiteturas Harvard e Von Neuman
Devido à separação entre dados e programa,
um processador da arquitetura Harvard executará
um programa em menor tempo do que um
processador da arquitetura Von Neuman de mesmo
clock.
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Os microcontroladores com arquitetura Harvard são também
conhecidos como “microcontroladores RISC” (Computador
com Conjunto Reduzido de Instruções), e os
microcontroladores com uma arquitetura Von-Neumann, de
“microcontroladores CISC” (Computador com um Conjunto
Complexo de Instruções).
1.2. Arquiteturas Harvard e Von Neuman
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Os PIC são uma família de microcontroladores fabricados
pela Microchip Technology, que processam dados de 8 bits e
de 16 bits, mais recentemente 32, com extensa variedade
de modelos e periféricos internos, com arquitetura Harvard e
conjunto de instruções RISC (conjuntos de 35 instruções e
de 76 instruções), com recursos de programação por
Memória flash, EEPROM e OTP. (dispositivos dotados de memória do
tipo PROM capazes de serem programados apenas uma vez).
1.2. Arquiteturas Harvard e Von Neuman
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PRINCIPAIS FABRICANTES DE
MICROCONTROLADORES
Intel
http://www.intel.com
Zilog
http://www.zilog.com
National
http://www.national.com
Microchip
http://www.microchip.com
Motorola
http://www.motorola.com
Analog Devices
http://www.analog.com/
microconverter
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PRINCIPAIS FABRICANTES DE
MICROCONTROLADORES
Atimel www.atmel.com/pt/br/
Dallas http://microcontroller.com/Dalla
s_Semiconductor.htm
Holtek www.holtek.com.tw
Texas Instruments www.ti.com
STC www.stcmicro.com
Freescale www.nxp.com
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1. Como atividade de aprendizagem desta aula, procure identificar
nos equipamentos eletroeletrônicos de sua casa aqueles que
utilizam microcontroladores. Faça uma lista dos mesmos.
2. Responda também às seguintes questões:
a) Quais as principais diferenças entre um microprocessador e um
microcontrolador ?
b) Quais as principais vantagens da arquitetura Harvard?
Atividade Em Sala
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MIYADAIRA, A. N. Microcontroladores PIC18: aprenda e programe
em Linguagem C Ed. Érica, 1a Ed., 2009, São Paulo.
LUZ, C. E. S. Programando Microcontroladores PIC em Linguagem C
com base no PIC4520. Ed. Ensino Profissional, 2011, São Paulo.
SILVA, R. A. Programando Microcontroladores PIC. Ed. Ensino
Profissional, 2011, São Paulo.
PEREIRA, F. Microcontroladores PIC – Programação em C. Érica:
São Paulo, 2003.
Bibliografia Básica
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TAUB, H.. Circuitos Digitais e Microprocessadores. McGraw Hill do
Brasil, 1984.
ZILLER, Roberto M. Microprocessadores: Conceitos Importantes.
Edição do Autor, 2000.
DALTRINI, Beatriz M., JINO, M., MAGALHÃES, L. P.. Introdução à
Computação Digital. Makron Books, 1999.
Bibliografia Complementar