11 CAPITULO II: MARCO TEÓRICO El marco teórico esta conformado por la Fundación Teórica, Revisión de la Literatura, Definición de Términos Básicos y Sistema de Variables. A.- FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA SISTEMA DE CONTROL DE PROCESOS El desarrollo tecnológico actual hace de los sistemas digitales una herramienta en el campo de la medición y control de procesos, permitiendo la comunicación al usuario con el sistema de forma sencilla y accesible a cualquier operario; donde estos sistemas son una combinación de dispositivos diseñados para manipular información o cantidades físicas que estén representadas en forma digital. Tocci (1993). Por su parte, la teoría de Sistemas de Control, relaciona el concepto de sistema definido como la agrupación de elementos con características independientes, los cuales ordenadamente relacionados entre sí contribuyen con el desempeño de una tarea específica. El control por otra parte se define como el proceso donde se mide un valor proveniente de una variable controlada dentro de un sistema, y modificarlo (al aplicar la variable manipulada) para corregir o limitar la desviación del valor medido, respecto al
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CAPITULO II: MARCO TEÓRICO A.- FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA ...
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CAPITULO II: MARCO TEÓRICO
El marco teórico esta conformado por la Fundación Teórica, Revisión
de la Literatura, Definición de Términos Básicos y Sistema de Variables.
A.- FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA
SISTEMA DE CONTROL DE PROCESOS
El desarrollo tecnológico actual hace de los sistemas digitales una
herramienta en el campo de la medición y control de procesos, permitiendo la
comunicación al usuario con el sistema de forma sencilla y accesible a
cualquier operario; donde estos sistemas son una combinación de
dispositivos diseñados para manipular información o cantidades físicas que
estén representadas en forma digital. Tocci (1993).
Por su parte, la teoría de Sistemas de Control, relaciona el concepto
de sistema definido como la agrupación de elementos con características
independientes, los cuales ordenadamente relacionados entre sí contribuyen
con el desempeño de una tarea específica. El control por otra parte se define
como el proceso donde se mide un valor proveniente de una variable
controlada dentro de un sistema, y modificarlo (al aplicar la variable
manipulada) para corregir o limitar la desviación del valor medido, respecto al
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valor deseado. Los procesos son operaciones caracterizadas por cambios
graduales, progresivamente continuos y que tienden a un resultado final. Un
proceso es cualquier operación que debe controlarse. Ogata (1998).
Así mismo se puede definir al sistema de control de procesos como
aquel conjunto de dispositivos que ordenadamente relacionados controlan
una serie de operaciones, obteniendo a su salida una variable como
temperatura, presión, nivel de líquido, entre otras. Cuando un sistema es
capaz de controlar diversos procesos, se dice que es un sistema de control
multipropósito.
Los sistemas de control de procesos han jugado un papel importante
en el avance de la ciencia y la ingeniería moderna, ya que la mayoría de los
sistemas presentes en el mercado están regidos por las leyes de control
automático. Esta tendencia se ha debido a que los avances en la teoría y
práctica del control automático brindan medios para lograr el funcionamiento
óptimo de sistemas dinámicos, mejoras en la productividad, reducción de
costos, disminución de riesgos en accidentes humanos, entre otros; es
imprescindible poseer conocimientos sólidos en este campo de la ingeniería.
Con esta finalidad, “la teoría de control clásica, que trata de sistemas
de una entrada y una salida, se vuelven absolutamente imponente ante
sistemas de múltiples entradas y salidas”. Ogata (1998). Hacia 1960, la
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disponibilidad de los avances en materia de computación digital, hizo posible
el análisis de sistemas complejos en el dominio del tiempo, desde entonces
se ha desarrollado la teoría de control moderna, basada en el análisis y
síntesis en el dominio del tiempo, utilizando variables de estado, con lo que
posibilita afrontar la complejidad creciente del mercado y los estrictos
requisitos de exactitud, costo, entre otros factores.
La mayoría de los controles modernos usan como fuente de potencia
la electricidad o fluidos a altas presiones que por lo general dependiendo de
la aplicación pueden ser líquidos o gaseosos. Se clasifican según el tipo de
fuente de energía que requieren, en: Controles Neumáticos, Controles
Electrónicos y Controles Hidráulicos. Así mismo según su genero en:
• Sistemas de Control de Lazo Abierto: En estos sistemas la salida ni se
mide ni sé retroalimenta para compararla con la entrada. En cualquier
sistema como este, la salida no se compara con un valor de referencia,
por lo tanto para cada entrada corresponde una condición de operación
fija. Así, la precisión depende de la calibración inicial. En presencia de
perturbaciones, un sistema de este tipo no cumple la función para la cual
fue diseñado. En la práctica, el control de lazo abierto solo puede
aplicarse si la relación entre la entrada y la salida es conocida, y si no se
presentan perturbaciones inducidas por otros factores externos.
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• Sistemas de Control de Lazo Cerrado: Estos también son llamados de
Retroalimentación, “son aquellos donde la señal producida tiene
incidencia directa sobre la acción de control”. Ogata (1998). Dicho
sistema utiliza la acción de retroalimentado de señal para comparar
valores de entrada con puntos de referencia previamente establecidos y
permitir al dispositivo controlador, satisfacer los requerimientos ideales de
la operación.
El propósito de la mayoría de los sistemas electrónicos es el de medir
o controlar alguna cantidad física. El sistema necesitará adquirir datos
presentes en el ambiente, procesar esta información y guardarla. Actuando
como un sistema de control que tendrá que interactuar con el ambiente.
En este sentido el flujo de información de un sistema típico de
adquisición de datos (DAQ), puede describirse como sigue:
• Los sensores miden alguna propiedad presente en el ambiente
(dependiendo para que tipo de aplicación fueron diseñados).
• La señal de salida de los transductores es condicionada (amplificada,
filtrada, etc.).
• La señal analógica condicionada es digitalizada usando convertidores
análogos / digital (ADC’s).
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• La información digital es adquirida, procesada y guardada.
• El controlador modifica propiedades del ambiente activando señales de
control (puertos de salida).
• Las señales digitales de control son convertidas a señales análogas
(DAC’s).
• Las señales análogas son condicionadas para adecuarlas a los
transductores de salida.
• Los transductores de salida interactúan con el ambiente.
ELEMENTOS FÍSICOS
Las tarjetas controladoras son dispositivos muy versátiles, por lo
que poseen una amplia gama de aplicación. Se distinguen por su versatilidad
al momento de integrarse a cualquier proceso que amerite un control. Una
tarjeta controladora funciona, examinando las señales de entradas
provenientes de sensores, tales como: pulsadores, transconductores y
solenoides. Cuando se advierte alguna variación en estas señales, reacciona
según una lógica interna previamente programada, para generar señales de
salida, que guían las cargas externas del sistema controlado. Según
Chirinos, Santos (2000)
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Una manera de visualizar el alcance que tienen las tarjetas
controladoras es dando un vistazo a un computador personal, el cual
internamente esta constituido por varias de estas tarjetas. De igual manera el
controlador lógico programable (PLC), el cual es un computador industrial,
también está constituido por tarjetas controladoras.
La tarjeta controladora almacena la totalidad de los datos relativos al
estado de los dispositivos de entrada / salida en una memoria central de
lectura escritura, lo cual permite el acceso de los últimos datos durante la
exploración o análisis del programa.
Según Chirino y Santos (2000) las características más resaltes de una
tarjeta controladora se encuentran:
• Flexibilidad en su uso.
• Presentan capacidad de antidiagnóstico.
• Comunicación de otros sistemas.
• Aptos para la atmósfera industrial.
• Demandan poco mantenimiento.
• Presenta una maleabilidad de configuración y programación.
• Internamente cuenta con circuitos temporizadores, monoestables,
controladores, secuenciadores y registros.
• Ocupan poco espacio y facilitan su transportación.
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Los elementos físicos de una la tarjeta de control multipropósito son
los circuitos integrados digitales, los microcontroladores, las interfaces, los
convertidores Analógicos / Digitales & Digitales / Analógicos, y los puertos de
comunicación.
Donde los Circuitos Integrados Digitales son una colección de
diferentes elementos o componentes incorporados en una unidad. Sus
familias más utilizadas son la TTL (Transistor – Transistor Logic) y CMOS
(Complementary MOS).
TTL (Transistor – transistor Logic)
Lógica transistor – transistor. Circuito digital en el que la salida se
obtiene a partir de dos transistores. Aunque la tecnología TTL constituye un
método específico de diseño, el término suele aplicarse en forma genérica a
conexiones digitales, en contraste con las analógicas.
Según Tocci (1993) las características principales de los circuitos
digitales son:
• Todos los circuitos TTL tienen una estructura semejante a la compuerta
NAND básica.
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MIN NOM MAX MIN NOM MAX UNITVCC SUPPLY VOLTAGE 4.5 5 5.5 4.75 5 5.25 VVIH HIGH- LEVEL INPUT VOLTAGE 2 2 VVIL LOW - LEVEL INPUT VOLTAGE 0.8 0.8 VIOH HIGH - LEVEL OUTPUT CORRIENT -0.4 -0.4 mAIOL LOW - LEVEL OUTPUT CORRIENT 16 16 mATA OPERATING FREE - AIR TEMPERATURE -55 125 0 70 ºC
FIGURA N° 1:HOJAS DE ESPECIFICACIONES DE LOS FABRICANTES TYPES SN5400, SN7400 (NANDRECOMMENDED OPERATING CONDITIPONSFUENTE; TOCCI (1993, P.405)
SN5400 SN7400
• La entrada de cualquier circuitos TTL será el cátodo (región N) de la unión
P – N.
• Un voltaje de entrada de alto polariza inversamente (apaga) la unión.
• Solo circula una pequeña corriente de fuga.
• Un voltaje de entrada bajo polariza directamente (enciende) la unión.
• Retorna a tierra una corriente relativamente grande a través de la fuente
de señal.
• La mayoría de los circuitos TTL (aunque no todos) tendrán una
configuración tipo tótem.
En la tabla No. 1, se resumen las condiciones de operación que de
acuerdo con los fabricantes, resaltando algunos dispositivos TTL más
utilizados.
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CMOS (Complementary MOS)
MOS complementario. Tipo de circuito integrado ampliamente
utilizados para procesadores y memorias. “El CMOS emplea transistor PMOS
y NMOS en forma complementaria, lo cual resulta en menos energías para
su funcionamiento”. Tocci (1993). El término se utiliza libremente para hacer
referencia al CMOS RAM (pequeño banco de memoria por batería en un
computador personal que se utiliza para mantener la hora, la fecha y la
información de sistema como tipos de unidades; y para la memoria principal
en los computadores portátiles) en un computador personal.
Los Microcontroladores son dispositivos digitales integrados,
programables y de actuación secuencial. Funcionalmente, es un dispositivo
lógico que permite el tratamiento de la información almacenada en forma de
“Programas de instrucciones” Ogata (1998). Este es capaz de interpretar
estas instrucciones implicadas en su composición. Básicamente esta
conformado por la Unidad de Procesamiento (CPU), Unidad de Control,
Unidad Aritmética Lógica (ALU), puertos y dispositivos de memoria (RAM,
ROM, EPROM, entre otros).
Sin embargo, existe una familia de microcontroladores: La PIC16/17
de MICROCHIP, los cuales combinan la alta ejecución, el bajo costo y su
pequeño tamaño, ofreciendo la mejor relación precio / ejecución utilizado en
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la industria. Más de doscientos millones (200.000.000) de estos dispositivos
han sido utilizados en sistema de control automotivo, automatización de
oficinas y aplicaciones en telecomunicaciones.
La familia de Microcontroladores PIC 16/17 de MICROCHIP ofrece
tres familias de microcontroladores de 8 bits, como son:
• PIC 16C5X: Línea básica de la familia de 8 bits.
• PIC 16CXX: Rango medio de la familia de 8 bits.
• PIC 17CXX: Rango alto de la familia de 8 bits.
Sin embargo, en referencia a las ventajas que brindan en el campo
Programático se le pueden atribuir las siguientes característica: La familia
de microcontroladores PIC16/17 ofrece una combinación de un procesador
RISC de alto rendimiento con una tecnología ONE – TIME –
PROGRAMABLE (OTP) efectiva. Dicha tecnología ofrece muchos beneficios
al usuario, estos beneficios incluyen:
• Rápido mercado.
• Comodidad para el cambio de códigos.
• Habilidad para proveer soluciones adaptables para las necesidades del
cliente.
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• Habilidad de recibir soporte de los dispositivos vía INTERNET.
• Reduce los desperdicios en el proceso de producción.
• Reduce los inventarios en el proceso de producción.
La cualidad de rápido mercadeo junto con el proceso de producción,
hace presión sobre todas las funciones del dispositivo: desarrollo,
adquisición, producción en mercadeo y ventas. La tecnología de
programación OTP une todos las líneas dentro del proceso de producción
para asegurar su ciclo de vida. En una de las etapas de desarrollo, un
microcontrolador programable permite realizar muchas de las funciones
implementadas con un programa el cual puede ser modificado más
fácilmente que un dispositivo no – programable.
En la etapa de Producción, la reducción de la curva de ciclo de vida
hace presión sobre el manejo de inventarios. Minimizando los inventarios se
reduce la habilidad de sobre demandas. El uso de un microcontrolador
convencional, limita las habilidades de responder al mando sobre demandas
realizadas por el cliente, a diferencia de los microcontroladores con
tecnología OTP, que pueden solventar estos problemas, así mismo, los
costos pueden reducirse y las sobre demandas pueden ser atendidas por
diversos distribuidores.
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Siguiendo los lineamientos de la tecnología OTP esta es la solución
flexible en el mundo de los microcontroladores. Teniendo la habilidad de
realizar cambios sin restricciones, los PIC 16/17 son la solución a los
problemas del mundo moderno, esto mediante el uso de la programación.
Los actuales microcontroladores PIC 16/17 incluyen características
especiales como temporizadores sofisticados, convertidores Analógicos /
digitales & Digitales / Analógicos, instrucciones extensas para la memoria de
programa – datos, memorias ROM, RAM, EPROM, EEPROM y FLASH.
Dentro de la Familia PIC 16/17 se encuentra los Microcontroladores
PIC16C84, PIC16F84, PIC16C711 utilizados como alguno de los
componentes físicos – electrónicos de la Tarjeta Multipropósito. Estos
comparten una arquitectura y características similares, hasta el punto de
bifurcación que los diferencia a uno de otro, y les asigna propiedades para
aplicaciones específicas respectivamente. Como se puede apreciar en la
Figura No. 2 la diferencia entre el PIC 16C84 y PIC16F84 esta en la cantidad
de memoria EEPROM disponible. Por otra parte, el PIC16C711 posee una
característica típica que lo hace el microcontrolador más apropiado para
realizar el proceso de comunicación por puertos, como se puede apreciar en
la Figura No. 3 el PIC16C711 posee salidas seriales y convertidores
analógicos digitales.
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Sin embargo, se va a describir la arquitectura del PIC16C84, por ser la
principal en todos los elementos. Sus características fueron extraídas y
traducidas de los manuales operativos del Sistema de Desarrollo PICSTAR
PLUS (1995/96), para así proporcionar una información más precisa y
específica sobre el funcionamientos y estructura de este microcontrolador.
FIGURA No. 2 TABLA COMPARATIVA ENTRE EL PIC16C84 Y PIC16F84
Fuente: Manual PICSTART Plus (1995/96)
FIGURA No. 3
TABLA DE CARACTERISTICAS DEL PIC16C711 Fuente: Manual de PICSTART Plus (1998)
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Es un controlador de 8 bits de muy alto rendimiento y construido bajo
tecnología CMOS. Los PIC16/17 emplean una arquitectura avanzada RISC.
Tal como se puede ver en la Figura No. 4, en el diagrama de bloque de este
microcontrolador, de una forma gráfica el direccionamiento de la información
de acuerdo a la ubicación de los buses. En dicho dispositivo existe un núcleo
ensamblado, 8 niveles de pila Las estaciones de instrucciones permite
ejecutar todas las instrucciones en un solo ciclo, excepto para los programas
ramificados, que requieren dos ciclos. Disponen de 35 instrucciones y un
registro extenso para ejecutar programas de alto nivel.
FIGURA No. 4 DIAGRAMA DE BLOQUES DEL PIC16C84
FUENTE: PIC16C8X Data Sheet. Microchip Data Book Master Guide, Indiana, Usa. (1995)
Típicamente el PIC16C84 realiza un código de compresión de 2:1, y
se ejecuta a una velocidad de 2:1 (10Mhz) por encima de cualquier
microcontrolador del mercado externo. El PIC16C84 posee 36 bytes de
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memoria RAM, 64 bytes de memoria EEPROM y 13 pines de puertos de
entrada / salida (I/O).
Esta familia posee características especiales para reducir
componentes externos, de esta manera se reducen los costos, se aumenta
la compatibilidad y eficiencia del equipo, reduce el consumo de potencia.
Hay cuatro opciones para el oscilador, el RC para un costo bajo y
funcionamiento sencillo, el LP para reducir el consumo de potencia, el XT
como oscilador de cristal estándar y el HS para cristales de alta velocidad.
También cuenta con el modo SLEEP o de suspensión, que ofrece
ahorros de energía. El usuario puede despertar el microcontrolador
mediante interrupciones externas e internas. La memoria EEPROM del
PIC16C84 permite su uso para prototipos de pruebas y esta incluida en la
misma pastilla. Por otro lado, permite el uso de un código para reprogramar
el dispositivo sin necesidad de removerlo. El PIC16C84 se ajusta
perfectamente para aplicaciones como el manejo de motores, controles
automotivos de alta velocidad, cerrojos electrónicos, tarjetas inteligentes,
sensor remoto y dispositivos de seguridad.
La tecnología EEPROM permite el trabajo rápido y conveniente; el
pequeño tamaño de este microcontrolador está diseñado para aplicaciones
donde se limita el espacio de trabajo. El bajo costo, bajo consumo de
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potencia, alta eficiencia, fácil uso y flexibilidad de los puertos hace al
PIC16C84 un dispositivo muy versátil en áreas específicas. La programación
serial de este dispositivo, lo hace aún más versátil.
Desde el punto de vista de su arquitectura, la alta eficiencia de este
dispositivo se puede atribuir a un número de características especiales
comúnmente encontrada en los microprocesadores RISC. Para comenzar
utiliza una arquitectura HARVARD. Esta arquitectura tiene por separado el
acceso al programa y a los datos de memoria; por lo tanto el dispositivo
posee un bus de memoria de programa. Esta descripción sobre la vieja
arquitectura VON NEUMANN (donde el bus de datos y de programa están
unidos en una sola memoria), trae mejoras en el ancho de la palabra de
operación.
En este microcontrolador la palabra se conoce como OPCODE y es de
14 bits, permite el procesamiento de 14 palabras de instrucción en un ciclo
de maquina. Este direcciona 1K x 14 de memoria de programa interno, a su
vez puede ser direccionando directa o indirectamente hacia sus registros o
archivos. Todos los registros de funciones especiales y el contador de
programa están mapeados en la memoria de datos. Una función simétrica
hace posible cargar afuera cualquier función en cualquier registro utilizando
cualquier modo de direccionamiento.
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Este microcontrolador contiene una ALU de 8 bits y un registro de
trabajo (W). La ALU es una unidad aritmética de propósito general, ésta
ejecuta las funciones aritméticas y booleanas entre los datos y el registro de
trabajo en cualquier registro de archivo. El registro de trabajo W, no es un
registro direccionable. Dependiendo de la instrucción realizada por el ALU, se
afectan los bits de registro STATUS.
Para la organización de la memoria en el PIC16C84 existen dos
bloques, estos son las memorias del programa y la de datos. Cada bloque
tiene su propio bus, lo que el acceso para cada uno puede ocurrir durante el
mismo ciclo del oscilador. La memoria de datos (RAM) se divide en registros
de propósito general y registros de funciones especiales (SFR). Los SFR
tienen como operación principal controlar el núcleo del microcontrolador y
módulos periféricos.
Por otro lado la memoria del programa contiene la memoria de datos
EEPROM. Esta memoria no esta mapeada directamente sobre la memoria
de datos, pero puede ser mapeada indirectamente.
La organización de la memoria de programa, como se visualiza en
la figura No. 5, describe el mapa de la memoria del PIC16C84 que posee un
contador de programa de 13 bits capaz de direccionar un espacio de
memoria de programa de un 1K x 14 (0000h – 03ffh). El acceso a una
locación de memoria sobre una dirección implementada físicamente causara
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solapamientos, por ejemplo, locaciones 20k, 420h, 820h, C20h y 1C20h
serán la misma instrucción. El vector de puesta a Cero o Reset esta ubicado
en la dirección 0004h y el vector de interrupción esta en la dirección 0004h.
La organización de la memoria de datos esta particionada en dos
áreas (banco 0 y banco1). La primera corresponde al área de los Registros
de Funciones Especiales (SFR), mientras que la segunda área corresponde
a los Registros de Propósito General (RPG). Los SFR controlan la operación
del dispositivo.
FIGURA No. 5 MAPA DE MEMORIA DEL PIC16C84
FUENTE: PIC16C8X DATA SHEET. Microchip data book master guide, 1995, Indiana, USA. (1995)
En la figura No. 6, se describe como porciones de la memoria de datos
están ubicadas en bancos, para permitir valores superior a los 116 bytes de
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RAM para propósito general. Las áreas del banco de los SFR son para los
registros que controlan las funciones periféricas. El salto de un banco a otro
requiere del uso de bits de control para su selección. Estos bits de control
están ubicados en el registro STATUS.
Toda la memoria de datos puede ser accesada directamente con el
uso de la dirección absoluta de registro de archivo o indirectamente a través
de la selección de registros de archivos correspondiente. El direccionamiento
indirecto utiliza el valor actual de los bits RP1:RP0 dentro del registro
STATUS.
Los GPR están ubicados en el banco 0, y los SFR en el banco 1. El
primero es seleccionado mediante la puesta a cero del bit RP0
(STATUS<5>), por el contrario, la puesta a uno del bit RP0 selecciona al
banco 1. Cada banco se extiende hasta los 128 bytes. Las primeras 12
locaciones de memoria de cada banco están para los SFR, y las locaciones
restantes son GPR implementados en una RAM estática (SRAM). A
continuación se explica de manera específica características de cada uno de
los componentes para las porciones de la memoria de datos ubicados en
bancos.
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FIGURA No. 6 MAPA DE REGISTROS.
FUENTE: PIC16C8X Data Sheet. Microchip Data Book Master Guide, Indiana, Usa. (1995)
Los Registros de Propósito General: Todos los dispositivos poseen
cierta cantidad de área para los Registros de Propósito General (GPR). Cada
GPR es de 8 bits y pueden ser accesados directa o indirectamente mediante
los registros de funciones especiales (SFR).
Registros de Funcionamiento Especiales (SFR): Los Registros de
Funciones Especiales son utilizados por el CPU y las funciones periféricas
para controlar la operación del dispositivo. Estos registros son SRAM. Los
SFR pueden ser clasificados en dos grupos, núcleo y periféricos.
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Registros STATUS: El registro STATUS contiene el estado aritmético
de la ALU, el estado de RESET y el bit de selección de banco para la
memoria de datos. Como cualquier registro, el registro STATUS puede ser el
destino para cualquier instrucción. Si el registro STATUS es el destino para
una instrucción que afecte a los bits Z, C o DC, la escritura a estos registros
es automáticamente desactivada. Estos bits son puestos a cero o uno según
la lógica del dispositivo. No obstante, los bits TO y PD no se pueden escribir.
Por otro lado, el resultado de una instrucción con destino al registro STATUS,
podría ser diferente a lo pensado.
Los bits IRP y RP1 (STATUS<7:6>) no son utilizados por el PIC16C84
y deben ser programados como cero. El uso de estos bits como bits de
propósito general R/W no se recomienda, ya que podría afectar a la
comunicación entre otros dispositivos. Para la resta, los bits C y DC
(STATUS<1:0>), operan como BORROW y DIGIT BORROW
respectivamente.
Para el Registro Option se puede definir lo siguiente: El registro
OPTION es un registro que puede ser leído y escrito, contiene varios bits de
control para configurar el pre – escalador TMR0/WDT, la interrupción externa
INT, el TMR0 y el Weak Pull – Ups en el puerto B (PORTB). Cuando el pre -
escalador es asignado al WDT (PSA = 1), la asignación al TMR0 es de 1:1.
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Para el Registro INTCON se puede definir lo siguiente: El registro
INTCON es un registro que puede ser leído y escrito, contiene diversos bits
de habilitación para todas las fuentes de interrupción.
En referencia a los Puertos I/O, el PIC16C84 posee dos puestos,
PORTA y PORTB. Algunos de los pines de los puestos están multiplexados
como una función alterna de desarrollo del dispositivo.
• Registros PORTA y TRISA
En la Figura No. 7, observamos el diagrama de bloques de los pines
RA0:RA4 (16C84). En dicho diagrama se describe la organización de este
rango de registro donde el registro PORTA es un “latch” de 5 bits. RA4 es
una entrada tipo disparo Schmitt y salida de drenador abierto. Los demás RA
pines del puerto posee niveles de entrada TTL y manejadores de salida
CMOS. Todos los pines tienen bits de dirección de datos (registros TRIS), los
cuales pueden configurar los pines como entradas y salidas de forma
independiente.
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FIGURA No. 7 DIAGRAMA DE BLOQUES DE LOS PINES RA0: RA4
FUENTE:PIC16C8X data sheet: microchip data book guide, Indiana, Usa. (1995)
Poniendo a uno (1) algún bit de registro TRISA, colocara el pin
correspondiente al bit seleccionado como una entrada, si algún bit es puesto
a cero (0), luego el pin coloca una salida. Cuando se lee el registro PORTA,
este lee el estado de los pines, mientras que el escribir, este escribirá
información en los “latch” del puerto. Todas las operaciones de escritura son
operaciones de Lectura – Modificación – Escritura, por tanto, el escribir en un
puerto implica que los pines del puerto son leídos primero, luego estos
valores son modificados y escritos en el “latch” del puerto de datos. El pin
RA4 esta multiplexado con la entrada TMR0.
• Registros PORTB y TRISB
En la figura No. 8, se observa el diagrama de bloques de los pines
RB0:RB7 (16C84) en la cual se muestran las características de este rango de
registros en donde los registros PORTB son los componentes de un puerto
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bidireccional de 8 bits, los datos que le corresponden a dicho puerto es el
TRISB. Un “1” en cualquier bit del registro TRISB coloca el correspondiente
manejador de salida en un modo de alta impedancia. Un “0” en cualquier bit
de registro TRISB coloca el contenido del “latch” de salida en el pin
seleccionado.
Los cuatro pines del PORTB, RB7 a RB4, están multiplexados con
funciones especiales de interrupción. Estas interrupciones pueden despertar
el dispositivo del modo SLEEP. El usuario, en la rutina de servicio de
interrupción, puede borrar la interrupción de la siguiente manera:
• Leer (o escribir) PORTB. Esto culminara la condición de
desigualdad.
• Limpiar el registro de Bandera RBIF.
FIGURA No. 8
DIAGRAMAS DE BLOQUES DE LOS PINES RB0: RB7 (16C84) FUENTE: PIC16C8X DATA SHEET: Microchip data master guide, 1995, Indiana, USA.
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Una condición de desigualdad continuara para poner en “l” el bit RBIF.
Al leer el PORTB se culminara la condición de desigualdad, y permitirá que
sea puesto a cero “0” el bit RBIF. La característica de condición de
desigualdad en las interrupciones, junto con la programación configurable
para el “pull-ups” de estos cuatro pines permite realizar una sencilla
comunicación con un teclado.
La memoria de datos EEPROM puede ser leída y escrita durante la
operación normal (rango completo de VDD). Esta memoria no esta mapeada
directamente al espacio de los registros de archivo. Sin embargo, esta es
direccionada a través de los registros funciones especiales (SFR). Existen
cuatro (4) SFR utilizados para escritura y lectura de esta memoria. Estos
registros son: EEDATA, EEAPR, EECON1 Y EECON2.
El registro EEDATA mantienen los 8 bits de datos para leer /escribir, y
el registro EEADR mantiene el direccionamiento de la locación EEPROM que
va a ser accesada. La memoria de datos EEPROM permite bytes de lectura
y escritura, unos bits de escritura borra automáticamente la locución y
escribe el nuevo data (borra antes de escribir). Esta memoria esta estimada
para altos ciclos de lectura / escritura. El tiempo de escritura es controlado
por un temporizador “On – Chip”. Este tiempo variara con el voltaje y
temperatura como la transferencia de datos de “chip” a “chip”. Cuando el
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dispositivo posee el código de protección, el CPU debe seguir leyendo y
escribiendo las memorias de datos EEPROM.
Las Características Especiales del CPU es lo que aparta a los
microcontroladores de otros procesadores, ya que son los circuitos
especiales que ejecutan las necesidades de las aplicaciones de tiempo real.
El PIC16C84 posee características especiales, como la maximizar la
confiabilidad del sistema, minimizar los costos en dispositivos externos,
disminuir el consumo de potencia, diferentes modos de operación y un
código de protección. Entre estas podemos mencionar:
La configuración de bits puede ser programada (leídos como “l”),
con el fin de seleccionar la configuración del dispositivo. Estos bits están
mapeados en la locación 2007h en la memoria del programa. La dirección
2007h esta lejos del espacio de memoria para el usuario y esta permanece al
espacio de memoria especial de prueba y configuración (2000h – 3FFFh),
este espacio puede ser accesible solo durante la programación.
El RESET en El PIC16C84 se diferencia entre varios tipos:
• Power – On - Reset (POR).
• Reset MCLR durante la operación normal.
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• Reset MCLR durante la operación SLEEP.
• Reset del WDT durante la operación normal.
• Reset del WDT durante la operación SLEEP.
• Power - On Reset (POR).
Dentro del “Chip” se genera un pulso de POR cuando se detecta una
caída de tensión en VDD (dentro del rango de 1.2V – 1.7V). Para tener
ventaja del POR, conecte el pin MCLR directamente a VDD a través de un
resistor, esto eliminará las componentes RC externas que usualmente
activan al POR no producen una condición de Reset interna cuando el valor
de VDD disminuye.
• Power - Up Timer ( PWRT)
El PWRT provee 72ms agregados nominales de Time – Out para el
POR. El PWRT opera en un oscilador RC interno. El dispositivo se mantiene
en Reset el tiempo que dura la operación del PWRT. Por otro lado, el PWRT
ocasiona un tiempo de retardo, el cual, permite que el nivel de VDD
disminuya hasta un nivel aceptable de operación.
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• Start - Up Oscilador/Temporizador (OST)
El OST provee 1024 ciclos de retardo provenientes del oscilador
(OSC1/CLKIN) después de 1 tiempo de retardo del PWRT culmine; esto
asegura al oscilador de cristal o resonador que comience y estabilice. El
Time Out de OST (Tost) es invocado solo para los módulos XT, LP y HS y
únicamente en un POR o en un despertar del SLEEP. Cuando el nivel de
VDD disminuye muy lentamente, es posible que el Time Out del PWRT
(Tpwrt) y el Tost expiren antes de que el VDD haya alcanzado su valor final,
en este caso es recomendable un circuito externo para el MCLR.
• Bits de Estado: Secuencia Time Out / Power Down
En el Power - Up la secuencia Time – Out es de la siguiente manera:
Primero el Time Out del PWRT es invocado después que el POR haya
expirado. Luego el OST es activado. El Time – Out final variará basado en la
configuración del oscilador y el bit de configuración de estado PWRT.
• Brown - Out Reset
El Brown –Out es una condición donde la fuente de poder del
dispositivo (VDD) cae por debajo de su valor mínimo, pero no se debe ser
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cero, y luego se recobra a su estado original. Es recomendable realizar una
condición de reset cuando se presente el fenómeno Brown – Out.
En cuanto a lo que se refiere a Interrupciones podemos decir lo
siguiente: El PIC16C84 posee cuatro (4) fuentes de interrupción:
• Interrupción externa por el pin RB0/INT.
• Interrupción por rebosamiento del TMR0.
• Interrupción de cambio en PORTB.
• Interrupción de escritura completa de la EEPROM.
La interrupción INT trata con la interrupción externa que ocurre en el
pin RB0/INT es disparada por flanco: si el bit INTEDG (OPTION<6>) es
puesto a “1”, entonces, el flanco es de subida; y si es puesto a “0” el flanco
es de bajada. Cuando un flanco válido aparece en el pin RB0 / INT, el BIT
INTF (INTCON<1>) es puesto a “ 1 “. Esta interrupción puede ser
deshabilitada poniendo a “ 0” el bit de control INTE ( INTCON<4>). El bit
bandera INTF debe ser puesto a cero por el software dentro de la subrutina
designada para las interrupciones. La interrupción INT puede despertar al
dispositivo de su modo SLEEP.
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En cuanto a la interrupción TMR0, un rebosamiento (FFH 00H) en
el TMR0, pondrá en “1” el bit bandera T01F (INTCON<2>). Esta interrupción
puede ser activada o desactivada poniendo a ”1” ó “0” el bit TOIE
(INTCON<5>).
Una interrupción PORT B, se refleja en un cambio de entrada en
PORTB<7:4> colocan el “1” el bit bandera RBIF (INTCON<0>). Esta
interrupción puede ser activada o desactivada poniendo en “1” ó “0” el bit
RBIE (INTCON<3>).
Otra característica que resulta ventajosa en este microcontrolador es
el WDT o WATCHDOG TIMER es un oscilador libre que se ejecuta
internamente, el cual no requiere ningún componente externo. Este oscilador
RC esta separado del oscilador RC del pin OSC1/CLKIN, esto significa que el
WDT no comienza hasta que el oscilador RC de los pines OSC1/CLKIN y
OSC2/CLKOUT se haya detenido por completo.
Durante la operación normal, el WDT genera un Time – Out que
ocasiona una condición de Reset para el dispositivo. Si el dispositivo esta en
modalidad SLEEP, un WDT wake – up causara el despertar y así continuar
con la operación normal. El WDT puede ser desactivado permanentemente
mediante la programación del bit de configuración WDTE = 0
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Los convertidores Analógicos / digitales & Digitales / Analógicos
son chips únicos que realizan la conversión entre señales analógicas y
digitales. La CPU programable llamada DSP (digital signal processor –
procesador de señales digitales) también se emplean en muchas