O que é um microprocessador ?

O que é um microprocessador ?

Um microprocessador é um circuito integrado construído numa fina peça de silício (wafer). Contém milhares, ou mesmo milhões, de transistores, que estão interligados por superfinos traços de alumínio. Os transistores trabalham em conjunto armazenando e manipulando dados de forma a que o microprocessador possa executar uma vasta variedade de funções úteis.

A evolução tem sido um fator constante no mundo dos microprocessadores. Poderemos constatar este fato, verificando que o primeiro microprocessador da Intel, o 4004, introduzido em 1971 continha 2300 transistores. Um dos mais recente processadores da Intel, o Pentium ® II contem 7.5 milhões de transistores.

Uma das aplicações mais comuns dos microprocessadores é em computadores pessoais. Mas a aplicação dos microprocessadores não está restrita aos PC's. Eles também são utilizados para dar "inteligência" a aparelhos que usamos no nosso dia a dia. Utilizando microprocessadores é possível adicionar funcionalidades aos nossos aparelhos domésticos, como por exemplo, realizar uma rediscagem automática em nosso telefone, desligar automaticamente um termostato de aquecimento, aumentar a segurança dos automóveis bem como a sua eficiência, etc.

1.2. Como funciona um microprocessador ?

Para explicar como funciona um microprocessador decidimos pegar num exemplo simples no qual vamos calcular a soma de 2 com 3.

Ao carregar na tecla 2, o microprocessador 'acorda' e manda um sinal à Unidade de Prefetch a pedir à memória pelos dados referentes à instrução visto que não existem estes dados na Memória de Instruções.

A nova instrução de dados chega ao microprocessador através da Unidade de Barramento vinda da memória principal e é guardada na Memória de Instruções, onde é designado o código "2=X".

A Unidade de Prefetch pede à Memória de Instruções uma cópia do código "2=X" e manda-a para a Unidade de Decodificação para processamento futuro.

Na Unidade de Decodificação a instrução "2=X" é traduzida ou decodificada para uma string de código binário que é mandado para a Unidade de Controlo e para a Memória de Dados a dizer-lhes o que fazer com a instrução.

Visto que a Unidade de Decodificação 'descobriu' que o número 2 era

para ser guardada para uma futura utilização na memória de Dados, a Unidade de Controle executa a instrução "2=X". Isto faz com que o número 2 vá para o endereço na Memória de Dados chamado "X", onde ficará à espera de ordens futuras.

Quando se carregar a tecla 3, ocorrerá um ciclo equivalente ao da tecla 2.

Quando se carregar a tecla "+", a Unidade de Prefetch pede à memória principal do computador e à Memória de Instruções por instruções sobre os novos dados, que devem ser lidos da memória principal.

Visto que esta é uma nova instrução, o "+" vem para o microprocessador da memória principal e fica guardado num endereço da Memória de Instruções como o código "X+Y=Z", mostrando que a operação de adição irá ocorrer.

A Unidade de Prefetch pede à Memória de Instruções por uma cópia do código "X+Y=Z" e manda-a para a Unidade de Decodificação para processamento futuro.

Na Unidade de Decodificação, "X+Y=Z" é traduzido ou decodificado para ser mandado para a Unidade de Controle e Memória de Dados a dizer-lhes o que fazer com a instrução. A ALU também recebe a mensagem de que uma função ADD irá ser realizada.

Na Unidade de Controle o código é dividido e o comando ADD é mandado para a ALU onde "X" e "Y" são somados depois de serem enviados da Memória de Dados. A ALU envia finalmente o valor "5" para ser guardado nos Registradores.

O MICROCONTROLADOR E SUAS CARACTERÍSTICAS

O MICROCONTROLADOR E SUAS CARACTERÍSTICAS

Microcontroladores

Antes de mais nada é preciso diferenciar um microcontrolador de um microprocessador, termos fáceis de serem confundidos apesar da grande diferença que há entre eles.

Um microprocessador é um circuito muito complexo, em forma de circuito integrado, que podem conter entre alguns milhares (Z80) a 7 milhões de transistores (Pentium II). Estes transistores internos constituem os mais diversos circuitos lógicos: como contadores, registradores, decodificadores, e centenas de outros. Estes circuitos lógicos são dispostos de maneira complexa, dando ao microprocessador a capacidade de executar operações lógicas, aritméticas, e de controle. A figura 1 nos da uma idéia de como é internamente um microcontrolador.

Diagrama de blocos da arquitetura interna de um microcontrolador.

Um microcontrolador é um circuito integrado que possui internamente um microprocessador e todos os periféricos essenciais ao seu funcionamento, como:

• Memória de programa – geralmente uma memória do tipo EPROM (memória apagável de somente leitura), onde serão armazenadas as informações de programa, ou seja, o que o microprocessador deve executar;

• Memória de dados – geralmente uma memória do tipo RAM (memória de acesso randômico), onde ficarão armazenadas as informações de dados que o programa ira utilizar, geralmente é utilizada para guardar um valor ou um flag;

• Dispositivo de seleção de entrada e saída – faz a comunicação das posições de memória com os pinos externos do microcontrolador;

Dispositivo de I/O para o PIC 16C73.

• Temporizadores e Contadores – utilizados para contar tempo ou contar eventos;

Diagrama de blocos de um temporizador/contador para PIC16C73

• Clock – em alguns microcontroladores o gerador de sinal de clock é também acoplado ao microprocessador dentro do CI, ele tem a função de sincronizar todos os eventos de um circuito digital;

Exemplo de um circuito gerador de Clock externo.

• Dispositivo controlador de interrupção – como o nome já diz, é este componente que controla os pedidos de interrupção para a CPU.

Lógica de interrupção de um PIC.

PIC 12C509

O PIC 12C509 é um microcontrolador de 8 bits. Este tipo de microcontrolador faz parte da família PIC 12C5XX que são baseados na evolução da família PIC 16C5X.

Performance

Este CPU possui uma alta performance RISC (conjunto de instruções restrito), que é totalmente controlada por somente 33 simples palavras de programação. Todas as instruções levam apenas 1m s para serem executadas, ou seja, 1 (um) único ciclo do clock interno do PIC 12C509, que é de 4MHz. Possui internamente uma memória de programa, do tipo EPROM, de 1024 x 12, e uma memória de dados, do tipo RAM, com 41 bytes.

PIC 16C73

O PIC 16C73 da Microchip, é um microcontrolador de 8 bits que pertence à família de microcontroladores PIC 16C7X, esta família possui internamente, além de todos os periféricos mencionados anteriormente, um conversor A/D (Analógico-Digital), o qual foi de vital importância para o CTU (controlador de temperatura e umidade).

Características internas do microcontrolador PIC 16C73

• Controle total do microcontrolador com apenas 35 palavras de instrução, ou seja, com 35 mnemônicos é possível utilizar todas as funções do microcontrolador PIC 16C73 (todos os mnemônicos estão explicados detalhadamente no Anexo1);

• Alta performance RISC (conjunto de instruções restrito);

• Todas as instruções são executadas em um só ciclo de clock, ou seja, 200 ns para uma entrada de clock de 20MHz;

Relação entre o sinal de clock e o ciclo de instrução (cima). Exemplo de execução de uma instrução (de baixo).

• Possui capacidade de interrupção, ou seja, sua rotina pode ser parada no instante que se necessitar;
• Memória de programa (EPROM) de 4K x 14;

• Memória de dados (RAM) 192 x 8 (192 bytes);

• Conversor analógico/digital – em alguns microcontroladores mais poderosos, como o PIC16C73, existe, ainda, um conversor A/D, ou seja, um circuito que transforma um nível analógico em uma palavra digital.

Fluxograma da lógica de conversão A/D de um PIC16C73.

Diagrama de blocos do conversor A/D interno de um PIC16C73

Modelo de uma entrada de nível analógico.

Características Elétricas do PIC16C73

O PIC 16C73, em suas características elétricas, também não deixa à desejar. Possui total proteção contra sobre-carga e proteção contra brown-out, ou seja, quando o nível de tensão é baixo demais para a segurança de suas ações, ele auto desliga-se.

A tabela a seguir mostra suas características máximas e mínimas para cada porta.

Características elétricas do PIC16C73