Conceptos basicos del microcontrolador

Contenido alineado al Tema 1 — Conceptos basicos del curso de Microcontroladores (UNEXPO · Ing. Mecatronica), segun el material del Prof. Ing. Yoel Pire.

Que es un microcontrolador

Un microcontrolador (μC) es un circuito integrado programable que integra en un solo chip los bloques basicos de una computadora en miniatura:

CPU — ejecuta las instrucciones del programa paso a paso.
Memorias — guardan el programa y los datos de trabajo.
Lineas de entrada y salida — conectan el chip con LEDs, botones, sensores, etc.
Perifericos — modulos internos o externos que amplian lo que puede hacer el dispositivo.

Para usarlo escribes un programa (firmware): la CPU lee las instrucciones almacenadas en memoria y las ejecuta. No hay sistema operativo como en una PC; el control es directo.

Bloques internos y sus registros

Antes del PIC, el Tema 1 estudia el esquema general de un microcontrolador. La CPU tiene registros de proposito general (variables) y seis registros especiales. Esos seis son los que nombra el profesor. El PIC18, mas adelante, les pone otro nombre.

Registro especial	Que es
RI — registro de instruccion	Guarda la instruccion que la CPU esta ejecutando. El programador no lo ve. En el PIC18 sigue siendo interno: no se escribe en el `.ASM`.
ACC — acumulador	El resultado de la ALU cae aqui, debajo de ella. Ese mismo valor puede volver a entrar como operando. En el PIC18 no hay acumulador clasico. El parecido es W (`WREG`), y esta antes de la ALU.
Registro de estado	Banderas del resultado: cero, acarreo, signo. En el PIC18 es `STATUS`.
PC — contador de programa	Direccion de la siguiente instruccion. Avanza solo, salvo un salto. En el PIC18 se llama igual: `PC`.
RDD — registro de direccion de datos	Direccion de un dato en memoria. Sirve para el direccionamiento indirecto. No es la memoria. En el PIC18 es `FSR` (el dato se lee con `INDF`).
SP — puntero de pila	Marca el tope de la pila. La pila guarda direcciones, no variables. En el PIC18 es `STKPTR`. El libro clasico dice que un PIC antiguo no muestra un SP; el 18 si tiene este.

Esquema general: el PC direcciona la memoria de programa y la instruccion entra al RI; la ALU deja el resultado en el ACC y las banderas en el registro de estado; el RDD direcciona la memoria de datos y el SP marca la pila — Recorrido de un micro tradicional. El PC manda la direccion y la instruccion entra al RI; de ahi sale la operacion F hacia la ALU. El resultado cae en el ACC y las banderas salen por D. El RDD solo lleva una direccion de dato. CALL guarda el PC en la pila y RETURN lo devuelve. — Esquema general del Tema 1

La caja naranja es un registro. La caja gris es el lugar al que ese registro apunta.

El SP es la caja naranja: guarda un solo numero, la direccion del tope. La Pila es la caja gris: el almacen donde estan las direcciones del PC. La flecha «tope» va de ese registro a la casilla de arriba. CALL mete ahi la direccion del PC. RETURN saca la del tope y la devuelve al PC.

Con el RDD pasa lo mismo. El registro naranja lleva la direccion del dato. La memoria de datos, en gris, es donde esta el dato.

La ALU hace la cuenta: suma, resta, AND, OR y las comparaciones. El simbolo del Tema 1 es esta V.

Simbolo de la ALU: entran A y B por arriba, F por la izquierda, R sale por abajo y D sale por la derecha — A y B son los datos que entran. F dice que operacion hacer. R es el resultado. D son las banderas, y van al registro de estado. — Simbolo del Tema 1

Letra	Que es
A y B	Los dos operandos que entran
F	El tipo de operacion. La indica el RI
R	El resultado. En el esquema general cae en el ACC
D	El estado de ese resultado: cero, acarreo, signo. Va al registro de estado

El detalle de cada uno, con codigo, esta en Arquitectura.

Pila: LIFO, PUSH y POP

La pila es LIFO (Last In, First Out): lo ultimo que entra es lo primero que sale. El SP no guarda esas direcciones: indica cual quedo en el tope. Quien las guarda es la pila.

PUSH mete una direccion (normalmente la del PC, para saber donde volver).
POP saca esa direccion y la devuelve al PC.

Si llamas una subrutina, la CPU hace PUSH de “donde estaba”. Al terminar, POP restaura el PC y el programa sigue. Sin ese par, no hay forma de volver.

Microprocesador vs microcontrolador

	Microcontrolador (μC)	Microprocesador (μP)
Que integra	CPU, memoria, buses y perifericos en un chip	Solo la CPU (procesador)
Tipo de sistema	Cerrado — computador completo de prestaciones fijas	Abierto — conectas memoria, E/S y perifericos externos
Pines al exterior	Salen las lineas que gobiernan perifericos y puertos	Salen buses de direccion, datos y control para armar un PC
Programacion	Te concentras en la aplicacion	Debes controlar tambien dispositivos externos
Ejemplo academico	PIC18F4550 (un solo chip)	CPU de una PC clasica en socket (RAM, chipset y almacenamiento van en la placa madre, no dentro del chip del procesador)

Comparacion de arquitecturas y sistemas de computo embebido — El μC integra CPU, memoria y perifericos en un chip; el μP es solo el procesador y el resto del sistema se monta aparte. — Basado en Tema 1 — Conceptos basicos · UNEXPO

Raspberry Pi y otras placas: no es lo mismo

La Raspberry Pi no es un microcontrolador ni un microprocesador suelto. Es una computadora de placa unica (SBC) — una mini PC que ya trae montada en la placa:

Un SoC (System-on-Chip): nucleos ARM de aplicacion, GPU y otros bloques en un mismo circuito integrado.
RAM incluida en la placa (soldada o en el paquete del SoC, segun el modelo).
Conectores USB, HDMI, red, alimentacion, GPIO.
microSD (o almacenamiento interno) para el sistema operativo y tus programas.

No partes de un chip vacio al que debas soldarle RAM como en un diseño academico con μP puro: la placa ya es un equipo completo. Ejecuta Linux (sistema operativo), no el firmware directo que grabas en Flash como en el PIC.

	PIC18F4550	Raspberry Pi
Que es	Microcontrolador (μC)	Computadora de placa unica (SBC)
Programa	Firmware en Flash del chip	SO + apps en tarjeta SD / Linux
Memoria	Flash, RAM y EEPROM dentro del chip	RAM en la placa + almacenamiento en SD
Nivel de estudio	Registros, bits, ensamblador	Python, Linux, drivers de alto nivel

Perifericos internos y externos

Los perifericos permiten al μC interactuar con el mundo. Pueden estar dentro del chip o conectarse por fuera.

Perifericos internos (integrados en el chip)

Modulos que el fabricante incluye dentro del microcontrolador. En el PIC18F4550 encontraras, entre otros:

Temporizadores / contadores (Timer0, Timer1, Timer2)
Conversor A/D (ADC)
UART / USART (comunicacion serial)
PWM / modulo CCP
Interfaces SPI e I2C
USB (en el 4550)
Memoria EEPROM interna

Perifericos externos (conectados al μC)

Dispositivos que no vienen dentro del chip y se cablean a los pines:

Sensores (temperatura, presion, distancia…)
Modulos de comunicacion (Bluetooth, Wi-Fi, GPS…)
Memorias externas
Pantallas LCD u OLED
Displays de 7 segmentos
Teclados matriciales
Motores, reles, drivers

En laboratorio usaras ambos: el ADC interno del PIC y, por ejemplo, un LCD externo cableado a los puertos GPIO.

Tipos de memoria

Memoria de programa (tecnologia de fabricacion)

Segun como se graba el firmware, el curso distingue:

Tipo	Que es	Regrabable
ROM	Programa grabado en fabrica	No
OTP	One-Time Programmable — se graba una vez	No
EPROM	Se graba electricamente; se borra con luz UV	Si (con borrado UV)
EEPROM	Grabado y borrado electrico	Si
Flash	Grabado electrico; la usa el PIC18F4550 para el `.hex`	Si

En el PIC18F4550 el programa vive en Flash (no volatil: se conserva al apagar). Los datos que quieras guardar entre encendidos pueden ir en EEPROM interna.

Memoria de datos (uso en ejecucion)

Tipo	Funcion en el μC
RAM	Variables temporales, contadores, banderas mientras el programa corre. Se pierde al apagar si no la guardas antes.
Registros especiales (SFR)	Controlan puertos, timers, ADC, etc. (lo veras en Fundamentos).

Aplicaciones tipicas

Un microcontrolador puede usarse en:

Control de sensores y actuadores
Control de procesos industriales
Equipos medicos y robótica
Electrodomesticos e interfaces hombre-maquina (teclado, pantalla)
Control de motores (PWM)
Comunicacion (SPI, I2C, UART, USB)
Relojes, alarmas, calculadoras y muchas mas

Siguiente paso

Ya conoces los conceptos generales del Tema 1. Sigue con Que es el PIC18F4550 para ver como se aplican estos bloques al chip que usaras en el laboratorio.