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O Microcontrolador por Dentro
Disciplina: Microprocessadores
Prof. Leandro Israel Pinto
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Introdução
Surgimento Aplicações
• O microchip surgiu nos anos 70;
• Hoje há complexos processos de produção;
• Mais tarde surgiram os microcontroladores; – Possuem tudo o que é necessário para um
computador em um único chip;
– CPU, memórias, entradas e saídas e outros periféricos especializados;
– Ideal para aplicações embarcadas: eletrodomésticos, celulares, equipamentos industriais, veículos, etc...
Introdução Arquitetura
Funcionamento do Processador O Microcontrolador
Microcontroladores de 8 bit e Video Games
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Aplicações
Surgimento Aplicações
• Dentre as vantagens está a minimização para aplicações específicas:
Introdução Arquitetura
Funcionamento do Processador O Microcontrolador
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Arquiteturas Harvard e Von Neumann
Arquiteturas Harvard e Von Neumann Arquitetura Harvard Arquitetura Geral Exemplo Diagrama de Blocos Interno
• Há duas arquiteturas atuais para os processadores:
– Harvard: Memória de dados separada da memória de programa;
• Comum em microcontroladores
– Von Neumann: Memória de dados junto com memória de programa;
• Comum em computadores pessoais;
Introdução Arquitetura
Funcionamento do Processador O Microcontrolador
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Arquitetura Harvard
• A arquitetura Harvard permite um aumento de velocidade no processamento através do paralelismo. Por exemplo, como o acesso a memória de programa é separado da memória de dados, a CPU pode armazenar o resultado de uma operação na memória de dados ao mesmo tempo que a próxima instrução é trazida da memória de programa.
Arquiteturas Harvard e Von Neumann Arquitetura Harvard Arquitetura Geral Exemplo Diagrama de Blocos Interno
Introdução Arquitetura
Funcionamento do Processador O Microcontrolador
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Arquitetura Geral
• Microprocessadores são microchips com capacidade computacional que necessitam de periféricos externos.
• São de propósito geral.
Control Bus
Address Bus
Data Bus
Mic
rop
roce
ssad
or
Memory I/O Device
I/O Device
Arquiteturas Harvard e Von Neumann Arquitetura Harvard Arquitetura Geral Exemplo Diagrama de Blocos Interno
Introdução Arquitetura
Funcionamento do Processador O Microcontrolador
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Arquitetura Geral
• DMA (Direct Memory Access) permite que dispositivos IO acessem a memória diretamente, economizando trabalho do processador.
Control Bus
Address Bus
Data Bus
Mic
rop
roce
ssad
or
Memory I/O Device
I/O Device
DMA request
DMA Acknowledgement
Arquiteturas Harvard e Von Neumann Arquitetura Harvard Arquitetura Geral Exemplo Diagrama de Blocos Interno
Introdução Arquitetura
Funcionamento do Processador O Microcontrolador
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Exemplo Diagrama de Blocos Interno
Arquiteturas Harvard e Von Neumann Arquitetura Harvard Arquitetura Geral Exemplo Diagrama de Blocos Interno
Introdução Arquitetura
Funcionamento do Processador O Microcontrolador
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Exemplo Diagrama de Blocos Interno
Arquiteturas Harvard e Von Neumann Arquitetura Harvard Arquitetura Geral Exemplo Diagrama de Blocos Interno
Introdução Arquitetura
Funcionamento do Processador O Microcontrolador
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Funcionamento do Processador
• Um caso real: 8086
• https://www.youtube.com/watch?v=NKYgZH7SBjk
• https://www.youtube.com/watch?v=VBDoT8o4q00
• https://books.google.com.br/books?id=oy5sKmBfRIoC&pg=PA1&dq=microprocessor&hl=pt-BR&sa=X&redir_esc=y#v=onepage&q=microprocessor&f=false
Introdução Arquitetura
Funcionamento do Processador O Microcontrolador
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O Microcontrolador
Periféricos de um Microcontrolador Exemplo Arquitetura Interna de um Microcontrolador
• Microcontrolador é uma CPU completa dentro de um único chip.
Control Bus
Address Bus
Data Bus
Mic
rop
roce
ssad
or
Memory I/O Device
I/O Device
Introdução Arquitetura
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Periféricos de um Microcontrolador
Periféricos de um Microcontrolador Exemplo Arquitetura Interna de um Microcontrolador
Introdução Arquitetura
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Periféricos de um Microcontrolador
Periféricos de um Microcontrolador Exemplo Arquitetura Interna de um Microcontrolador
Introdução Arquitetura
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Periféricos de um Microcontrolador
Periféricos de um Microcontrolador Exemplo Arquitetura Interna de um Microcontrolador
Introdução Arquitetura
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Periféricos externos para Microcontroladores
• Relógio RTC (DS1307 e outros); • Conversor USB-SERIAL (FT232RL e
outros); • Chip para Ethernet e/ou Wifi; • Displays (leds, caracter, TFT, touch); • Memória externa; • RF (Rádio); • E muitos outros, só ver na internet!
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Exemplo
• Um caso real:
– http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/39582C.pdf
Periféricos de um Microcontrolador Exemplo Arquitetura Interna de um Microcontrolador
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Arquitetura Interna de um Microcontrolador
Periféricos de um Microcontrolador Exemplo Arquitetura Interna de um Microcontrolador
Introdução Arquitetura
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Arquitetura Interna de um Microcontrolador
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Ferramentas para Micrcontrolador PIC
Periféricos de um Microcontrolador Exemplo Arquitetura Interna de um Microcontrolador
PCWHD + IDE $600,00 Versão Free
pRO + IDE $200,00 Versão Free: 2KB
STANDARD + IDE $500,00 Versão Free
Open Source
Introdução Arquitetura
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Ferramentas para Micrcontrolador AVR
• AVR-GCC
• ATMEL Studio
• IAR
• IDE Arduino
• E outros
Introdução Arquitetura
Funcionamento do Processador O Microcontrolador
Microcontroladores de 8 bit e Video Games
Periféricos de um Microcontrolador Exemplo Arquitetura Interna de um Microcontrolador
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Microcontroladores de 8 bit e Video Games
• Na história dos consoles de videogame, a segunda geração compreende os consoles lançados entre os anos de 1976 e 1984, dentre os quais destacam-se o Atari 2600 e o Magnavox Odyssey². Essa segunda geração tinha aparelhos com processadores de 4 e 8-bit.
Introdução Arquitetura
Funcionamento do Processador O Microcontrolador
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Microprocessadores de 8 bit e Video Games
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Microcontroladores de 8 bit e Video Games
• Também existiam os portáteis;
Introdução Arquitetura
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Referências
• MICROPROCESSORS AND MICROCONTROLLERS: ARCHITECTURE, PROGRAMMING AND SYSTEM
• Microprocessor Theory and Applications with 68000/68020 and Pentium
• Microprocessors, Por D.A.Godse A.P.Godse • http://www.testbench.in/pcie_sys_2.PNG • microcontroller.com • Atmel. ATMEL 8-BIT MICROCONTROLLER
WITH 4/8/16/32KBYTES IN-SYSTEM PROGRAMMABLE FLASH. 2015. http://www.atmel.com/images/Atmel-8271-8-bit-AVR-Microcontroller-ATmega48A-48PA-88A-88PA-168A-168PA-328-328P_datasheet_Complete.pdf