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República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder popular para la Educación Universidad Nacional
de los Llanos Occidentales “Ezequiel Zamora” UNELLEZ
Carrera: Ingeniería
en informática.
Subproyecto: Arq. Del Computador
Análisis comparativo de los
microcontroladores PIC: Características, aplicaciones y evolución"
|
Dicentes Roció
Cabezas / C.I:25063385 Generis
Saavedra / C.I:26665816 José
Rodríguez / C.I:26351395
Docente: Omar
Cárdenas |
Guasdualito - Edo
Apure
Resumen:
Los microcontroladores PIC (Programmable Integrated
Circuit) de Microchip Technology Inc. Estos circuitos integrados programables
son considerados microcontroladores y forman una familia derivada del PIC1650
desarrollado por la división de microelectrónica de General Instrument. Los PIC
se diseñaron originalmente para mejorar el rendimiento del sistema al aliviar
la carga de entrada/salida de la CPU. Con el tiempo, los PIC han evolucionado y
ahora vienen con una variedad de periféricos incluidos y diferentes capacidades
de memoria. Se dividen en cuatro gamas: baja, media y alta. Los microcontroladores
PIC son ampliamente utilizados en la electrónica de consumo y la industria
automotriz. Los microcontroladores de 8 bits se clasifican en tres categorías:
gama base, gama media y gama mejorada. Además, se presentaron los
microcontroladores de 16 bits, incluidas las gamas MCU y DSC. La reducción de
tamaño y la portabilidad son ventajas importantes de los microcontroladores
PIC.
Palabras clave: microcontroladores PIC, microchip, RISC, CPU, gama baja, gama media, gama alta, electrónica de consumo, industria automotriz, arquitectura Harvard, portabilidad, tamaño, reducción de energía, 8 bits, 16 bits, MCU, DSC.
asbtrac
Microchip Technology Inc.'s PIC (Programmable Integrated
Circuit) microcontrollers. These programmable integrated circuits are
considered microcontrollers and form a family derived from the PIC1650
developed by General Instrument's microelectronics division. PICs were
originally designed to improve system performance by relieving the I/O load on
the CPU. Over time, PICs have evolved and now come with a variety of included
peripherals and different memory capacities. They are divided into four ranges:
low, medium and high. PIC microcontrollers are widely used in consumer
electronics and the automotive industry. 8-bit microcontrollers fall into three
categories: base range, mid-range, and enhanced range. In addition, 16-bit
microcontrollers were introduced, including the MCU and DSC ranges. Size
reduction and portability are important advantages of PIC microcontrollers.
Keywords: PIC microcontrollers, microchip, RISC, CPU, low-end, mid-range, high-end, consumer electronics, automotive industry, Harvard architecture, portability, size, power reduction, 8-bit, 16-bit, MCU, DSC.
Introduccion
Los microcontroladores programables, conocidos como PIC
(Programmable Integrated Circuit), han revolucionado el campo de la electrónica
al ofrecer una solución integral para el desarrollo y control de tareas
específicas. Los PIC son una familia de microcontroladores tipo RISC fabricados
por Microchip Technology Inc., derivados del PIC1650 desarrollado originalmente
por la división de microelectrónica de General Instrument.
En este paper, se explorará la importancia y las
características de los microcontroladores PIC, centrándonos en su arquitectura,
funcionalidades y clasificaciones. Se abordará la evolución de los PIC desde su
concepción inicial en 1975 hasta las actuales gamas enanas, bajas, medias y
altas.
El problema que motiva esta investigación radica en la
necesidad de comprender el papel de los microcontroladores PIC en la industria
electrónica actual y su relevancia en aplicaciones específicas. A través de
este estudio, se busca analizar el argumento detrás de su diseño y su adaptación
a las demandas del mercado.
Nuestra hipótesis plantea que los microcontroladores PIC
se han convertido en una herramienta fundamental para diversas industrias,
ofreciendo soluciones flexibles y eficientes. Para validar esta hipótesis, se
establecerán los siguientes objetivos: 1) analizar las características y
prestaciones de las diferentes gamas de microcontroladores PIC, 2) examinar su
aplicabilidad en diversos sectores industriales y 3) evaluar el impacto de los
microcontroladores PIC en la electrónica de consumo y la industria automotriz.
La metodología utilizada en este estudio se basa en una
revisión exhaustiva de la literatura especializada, así como en el análisis de
datos recopilados de fuentes confiables y estudios de casos relevantes. Se
espera que los resultados obtenidos contribuyan al conocimiento y comprensión
de los microcontroladores PIC, su importancia en la industria y su potencial
futuro.
Microcontroladores
Un PIC es un circuito integrado programable (Programmable
Integrated Circuit), el cual contiene todos los componentes para poder realizar
y controlar una tarea, por lo que se denomina como un microcontrolador. Los PIC
son una familia de microcontroladores tipo RISC fabricados por Microchip
Technology Inc. y derivados del PIC1650, originalmente desarrollado por la
división de microelectrónica de General Instrument.
El PIC original se diseñó para ser usado con la nueva CPU
de 16 bits CP16000. Siendo en general una buena CPU, esta tenía malas
prestaciones de entrada y salida, y el PIC de 8 bits se desarrolló en 1975 para
mejorar el rendimiento del sistema quitando peso de entrada/salida a la CPU. El
PIC utilizaba microcódigo simple almacenado en ROM para realizar estas tareas;
y aunque el término no se usaba por aquel entonces, se trata de un diseño RISC
que ejecuta una instrucción cada 4 ciclos del oscilador.
En 1985 la división de microelectrónica de General
Instrument se separa como compañía independiente que es incorporada como filial
(el 14 de diciembre de 1987 cambia el nombre a Microchip Technology y en 1989 es
adquirida por un grupo de inversores) y el nuevo propietario canceló casi todos
los desarrollos, que para esas fechas la mayoría estaban obsoletos. El PIC, sin
embargo, se mejoró con EPROM para conseguir un controlador de canal
programable. Hoy en día multitud de PIC vienen con varios periféricos incluidos
(módulos de comunicación serie, UART, núcleos de control de motores, etc.) y
con memoria de programa desde 512 a 32 000 palabras (una palabra corresponde a
una instrucción en lenguaje ensamblador, y puede ser de 12, 14, 16 o 32 bits,
dependiendo de la familia específica de PICmicro).
LA
FAMILIA DE MICROCONTRALADORES PIC.
Los PIC son una familia de
microcontroladores tipo RISC fabricados por Microchip Technology Inc. y
derivados del PIC1650, originalmente desarrollado por la división de
microelectrónica de General Instrumento.
El nombre actual no es un acrónimo. En realidad, el
nombre completo es PICmicro, aunque generalmente se utiliza como Peripheral
Interface Controller (controlador de interfaz periférico).
Esta familia, desarrollada por la casa Microchip, se
divide en cuatro gamas, gamas enana, baja, media y alta.
La principal diferencia entre estas gamas radica en el
número de instrucciones y su longitud, el número de puertos y funciones, lo
cual se refleja en el encapsulado, la complejidad interna y de programación, y
en el número de aplicaciones. En las próximas líneas pasaré a describir
brevemente las cualidades de esta familia.
Gama
baja o gama enana, de 8 patas
Se trata de un grupo de PIC de reciente aparición que ha
acaparado la atención del mercado. Su principal característica es su reducido
tamaño, al disponer todos sus componentes de 8 patitas. Se alimentan con un
voltaje de corriente continua comprendido entre 2,5 V y 5,5 V, y consumen menos
de 2 mA cuando trabajan a 5 V y 4 MHz. El formato de sus instrucciones puede
ser de 12 o de 14 bits y su repertorio es de 33 o 35 instrucciones,
respectivamente.
En
la Figura se muestra el diagrama de conexionado de uno de estos PIC
Gama
media. PIC16CXXX con instrucciones de 14 bits
Es la gama más variada y completa de los PIC. Abarca
modelos con encapsulado desde 18 patas hasta 68, cubriendo varias opciones que
integran abundantes periféricos. En esta gama sus componentes añaden nuevas prestaciones
a las que poseían los de la gama baja, haciéndoles más adecuados en las
aplicaciones complejas. Admiten interrupciones, poseen comparadores de
magnitudes analógicas, convertidores A/D, puertos serie y diversos
temporizadores. El repertorio de instrucciones es de 35, de 14 bits cada una y
compatible con el de la gama baja.
Sus distintos modelos contienen todos los recursos que se precisan en las aplicaciones de los microcontroladores de 8 bits. También dispone de interrupciones y una Pila de 8 niveles que permite el anidamiento de subrutinas.
Gama
alta: PIC17CXXX con instrucciones de 16 bits.
Se alcanzan las 58 instrucciones de 16 bits en el
repertorio y sus modelos disponen de un sistema de gestión de interrupciones
vectorizadas muy potente. También incluyen variados controladores de
periféricos, puertas de comunicación serie y paralelo con elementos externos,
un multiplicador hardware de gran velocidad y mayores capacidades de memoria,
que alcanza los 8K palabras en la memoria de instrucciones y 454 bytes en la
memoria de datos.
Quizás la característica más destacable de los componentes de esta gama es su arquitectura abierta, que consiste en la posibilidad de ampliación del microcontrolador con elementos externos. Para este fin, las patitas sacan al exterior las líneas de los buses de datos, direcciones y control, a las que se conectan memorias o controladores de periféricos. Esta facultad obliga a estos componentes a tener un elevado número de patitas comprendido entre 40 y 44.
Según la empresa Microchip sus productos son vendidos
principalmente a Asia con un 43%, seguido por America con 29% y Europa con 28%.
Hablando de los segmentos de mercado que utilizan los PICs el área de
Electrónica de Consumo tiene un 35%, seguida por la industria automotriz con un
18%.
Una ventaja de los microchips es su portabilidad a otros
microchips, ya que se puede cambiar a otro manteniendo la distribución de las
patitas en el encapsulado.
Clasificación
de los microcontroladores
Una característica de los microcontroladores es su Arquitectura Harvard que tiene memorias de programas y datos independientes, lo que permite que se pueda acceder de manera simultánea.
Microcontroladores
PIC de 8 bits
La longitud de los datos que maneja es de 8 bits, esto
corresponde al tamaño del bus de datos y el de los registros de la CPU.
Gama
base
Estos modelos responden a 33 instrucciones máquina de 12
bits de longitud cada una y disponen de una pila con 2 niveles de profundidad.
Su capacidad de memoria es muy limitada por lo que las aplicaciones que se
pueden hacer con el también. Lo componen 14 modelos, 6 tienen 6 patitas y son
llamados enanos, a continuación, una gráfica para ver como aumenta la capacidad
de memoria del PIC con el número de patitas.
Los PICs de 6 patitas han tenido un gran éxito debido a
su bajo costo, volumen y que se resuelven bastantes aplicaciones simples con
ellos.
En este caso la alimentación se aplica a dos de las
patitas y quedan 4 restantes para las entradas y salidas y las funciones de sus
periféricos, como un Timer (temporizador), comparador analógico, un CAD de 8
bits, etc.
Favoreciendo la migrabilidad de hardware y portabilidad
de código, cuando se cambia a un PIC con más patitas, las patitas siguen
teniendo la misma función, de esta forma los cambios serán mínimos.
El aumento en número de patas significa aumento en la
capacidad de memoria, en el número de periféricos y recursos integrados.
La gama media
Estos pics
responden a 35 instrucciones con 14 bits de longitud cada una, tiene una pila
de 8 niveles de profundidad y tiene un vector de corrupción. Esta gama tiene en
la actualidad 71 modelos diferentes, tienen de 8 a 68 patitas.
Comparación
de pics de la gama media:
PICs de 16 bits
Actualmente las
aplicaciones necesitan microcontroladores más potentes que los de 8 bits, es
por eso que se crearon los de 16 bits.
Existen 2 grandes gamas
de microcontroladores de 16 bits:
1. La gama MCU, que está
conformada por las familias de dispositivos PIC24F y PIC24H.
2. La gama DSC de 16
bits, formada por las familias dsPIC30F y dsPIC33F.
Gama de microcontroladores MCU de 16 bits
Los modelos con
nomenclatura PIC24F pertenecen a esta gama, se fabrican con una tecnología de
0.25 micras, tienen un rendimiento de 16 MIPS a 32 MHz y está orientada a
solucionar diseños que no se podía con PIC18Xxxx.
Los PIC24F tienen una
arquitectura Harvard modificada con un bus de datos de 16 bits y con
instrucciones de longitud 24 bits. Manejan una memoria de programa lineal de
hasta 8 MB y una de datos de hasta 64 KB.
El núcleo del procesador
se alimenta con 2.5 V, las líneas de entrada/salida con 3.3 V.
Gama de microcontroladores DSC de 16 bits
Los microcontroladores
de 16 bits tienen las características típicas de los MCU y características
propias de los DSP (Procesadores Digitales de Señales) por lo que se pueden
usar en aplicaciones relacionadas con el proceso digital de señales. Aprovechan
las ventajas de los microcontroladores MCU y DSP.
Los DSC cuentan con
importantes capacidades de memoria, contienen la mayoría de los recursos y
periféricos y tienen un rendimiento de 30 MIPS cuando es alimentado con voltaje
de 4.5 y 5.5 V, hay modelos con 256 KB de memoria FLASH y 30 KB de RAM.
A esta
gama pertenecen pertecen los dsPIC33F, de estos existe un total de 27
dispositivos, 15 de estos son de propósito general y el resto el de Control de
Motores.
Microchip
ATMEGA328P-PN, 8bit AVR
Conclusión
En conclusión, el presente paper ha abordado
la importancia de los microcontroladores PIC (Programmable Integrated Circuit)
en el ámbito de la electrónica y el control de sistemas. Se ha destacado que
los PIC son circuitos integrados programables que contienen todos los
componentes necesarios para realizar y controlar una tarea específica,
convirtiéndolos en microcontroladores altamente versátiles.
El objetivo principal de este paper ha sido
explorar las características y clasificaciones de los microcontroladores PIC,
resaltando su arquitectura Harvard, su capacidad de memoria, el número de
instrucciones y sus recursos periféricos. Se ha demostrado que los PIC de 8
bits son ampliamente utilizados en aplicaciones simples debido a su bajo costo
y tamaño compacto, mientras que los PIC de 16 bits ofrecen un mayor rendimiento
y capacidades adicionales para aplicaciones más complejas.
La metodología utilizada para establecer los
objetivos del paper ha sido el análisis de la información disponible sobre los
microcontroladores PIC, así como la revisión de documentos técnicos y fuentes
confiables. A partir de este análisis, se ha formulado la hipótesis de que los
microcontroladores PIC son una herramienta fundamental en el campo de la
electrónica y la automatización, brindando soluciones eficientes y versátiles
para una amplia gama de aplicaciones.
Referencias
Bibliográficas
·
Microcontrolador PIC - Wikipedia, la
enciclopedia libre. Enlace: https://es.wikipedia.org/wiki/Microcontrolador_PIC
·
Conoce los microcontroladores PIC y su
arquitectura con explicación. Enlace:
https://electrositio.com/conoce-los-microcontroladores-pic-y-su-arquitectura-con-explicacion/
·
Microcontroladores
PIC. Enlace: http://electronicalfsn.blogspot.com/2018/06/microcontroladores-pic.html
