Aula_Microp_5_2019

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AULA5 AULA5 ––
Sobre Sobre MicrocontroladoresMicrocontroladores
Prof. JoProf. Joãão Quadroso Quadros
Tópicos:
• Microcontroladores - Evolução
• Características dos Microcontroladores 
• Tipos de Microcontroladores
• Questões
MICROCONTROLADORES - Evolução
�Década de 70 surgiram os primeiros microchips 
encapsulados. 
� Empresas Freescale (HCS08), ATMEL(AVR), 
Intel(8051), Microchip (PICs), National (COP8), 
Zilog (Z8). 
�Características inicias: capacidade de bits, 
velocidade, variedade de periféricos,baixo 
consumo, memória.
MICROCONTROLADORES - Evolução
� Capacidade em bits
8, 16 , 32 bits e até 64 bits.
� Tecnologia de programação
- Gravado em ROM pelo fabricante.Desvantagem: custono grande 
volume de produção .
- OTP (One Time Programmable),baixo custo, com a programação 
é feita pelo usuário, mas só pode ser feito uma vez. 
- Alternativa em EPROM. A grande desvantagem é o apagamento 
dos dados nas lâmpadas de luz UV;
- Surge a EEPROM, que permite a gravação e apagamento dados 
eletricamente, com baixa velocidade de acesso.
- Atual tecnologia á a de Flash com baixo custo, velocidade e 
facilidade de manuseio na programação. A vantagem de ser possível 
reprogramar milhares de vezes (até mais do que a EEPROM). 
MICROCONTROLADORES - Evolução
Velocidade
Executa as operações na velocidade de MHz com o mais 
baixo consumo de energia. 
Memória
Não se exige grandes quantidades de memória para código e
dados (FLASH-RAM). Para código até 1MB e para dados até
128KB.
Periféricos
Possui um conjunto de periféricos específicos integrado ao
microcontrolador.
MICROCONTROLADORES - Evolução
� Periféricos comuns
- Temporizadores (PWM, OUTPUT COMPARE, INPUT 
CAPTURE)
- Conversor Analógico/Digital
- Entradas/saídas de propósito geral
- Relógio de Tempo Real
- Sistema de proteção de fluxo de programa (WDT, 
COP)
- Porta de Comunicação Assíncrona (UART, CAN) 
- Porta de Comunicação Síncrona (IIC, SPI)
- Universal Serial Bus (USB)
MICROCONTROLADORES - Evolução
� Periféricos especiais
• Controladores Ethernet;
• Geração criptográfica;
• Geração de números aleatórios ou geração e verificação de 
código de redundância cíclica O 
• Tratamento de aritmética (ponto flutuante);
• Controle de acesso direto à memória (DMA) ; 
MICROCONTROLADORES - Evolução
� Linguagem de programação
Assembly: É a linguagem nativa que tem uma abordagem 
direta ao seu núcleo. Possibilita desenvolver códigos com melhor 
eficiência, com melhor utilização dos recursos e menor consumo de 
memória.
C / C + +: Linguagem com boa estrutura, portabilidade e 
reutilização de recursos de processamento. Os compiladores dessa 
linguagem estão cada vez mais otimizados,
Phyton: Nova linguagem que vem se firmando no campo de 
microcontroladores, é orientada a objeto e de fácil uso.
MICROCONTROLADORES - Evolução
• Montador Assembler. Este é o programa que transforma 
o código escrito na linguagem Assembly em linguagem 
de máquina, substituindo as instruções, variáveis pelos 
códigos binários e endereços de memória 
correspondentes.
• Os compiladores de várias linguagens de alto nível 
fazem a compilação dos programas em duas etapas, na 
primeira transformando o código fonte em código 
Assembly e em seguida gerando o binário com a ajuda 
de um Assembler.
Principais características dos 
Microcontroladores:
�Memória e periféricos integrados no chip
�Bus de endereços estreito só permitindo o 
gerenciamento de pequena quantidade de memória
�Tratamento de poucos formatos de dados 
(tipicamente 8 ou 16 bits)
�Ausência de co-processador e com unidade 
aritmética e lógica limitada
�Limitados modos de endereçamento (tratamento 
ineficiente de funções de linguagens de alto nível)
�Baixo custo
�Baixo consumo
�Arquitetura:
�Alguns exemplos de microcontroladores
que utilizam microprocessadores com 
arquitetura RISC:
� O PIC (Microchip) e o MSP430 
(Texas Instruments), AVR(Atmel). 
arquitetura CISC:
�MC68HC08 e HCS08 (Freescale) e o 
8051 (Intel).
Principais características dos 
Microcontroladores:
Principais características dos 
Microcontroladores:
Principais características dos 
Microcontroladores:
Fabricantes de 
Microcontroladores: 
•Microchip
•Intel
•Atmel
•Freescale
Fabricantes de Microcontroladores:Microchip
• Arquitetura Harvard
• RISC
• Possui de 33 a 77 instruções
Fabricantes de 
Microcontroladores:Microchip
Fabricantes de 
Microcontroladores:Microchip
Fabricantes de 
Microcontroladores:Microchip
Fabricantes de 
Microcontroladores:Microchip
Fabricantes de Microcontroladores:Microchip 
C ou Assembly?
• O tamanho do código HEX final gerado pelo compilador 
C é sempre maior que o gerado por “Assembler” (em 
média 10% a 30%);
• Velocidade de execução do programa gerado pelo 
compilador “C” é inferior do que do “Assembly”. 
Fabricantes de Microcontroladores:Intel
8051
Fabricantes de Microcontroladores:Intel
8051
Fabricantes de Microcontroladores:Intel
8051
Fabricantes de Microcontroladores:Intel
8051
Fabricantes de Microcontroladores:Intel
8051
Fabricantes de Microcontroladores:Intel
8051
Fabricantes de Microcontroladores:Intel
8051
Fabricantes de Microcontroladores:Intel
8051
Fabricantes de Microcontroladores: Atmel
(AVR)
• Microcontrolador RISC
• Arquitetura Harvard
• Licença Atmel (http://www.atmel.com)
• Projetado para atender aplicações específicas
• Operação com consumo bastante reduzido de energia
• 118 instruções
• Uma instrução por ciclo para maioria das instruções (pipeline)
• Operações registrador-registrador
• Projetado para implementar soluções “single chip”
Fabricantes de Microcontroladores: Atmel
(AVR)
• Core RISC
• Velocidades de clock modestas (4-16 MHz)
• Barramento de 8 bits 
• 32 registradores de uso geral de 8 bits
• Flash programável in-circuit
• Pequena quantidade de EEPROM e SRAM
• Diversos periféricos embarcados (UART, SPI, ADC, PWM, 
WDT)
Fabricantes de Microcontroladores: Atmel
(AVR)
AtMega 328
8 bits
Clock 20MHz
32 kbytes flash (programas)
2k bytes RAM (dados)
Fabricantes de Microcontroladores: Atmel
(AVR)
Two 8-bit Timer/Counters with Separate Prescaler and Compare Mode
One 16-bit Timer/Counter with Separate Prescaler, Compare Mode, and
Capture Mode
Real Time Counter with Separate Oscillator
Six PWM Channels
8-channel 10-bit ADC
Programmable Serial USART
Client/Server SPI Serial Interface
Byte-oriented 2-wire Serial Interface (Philips I2C compatible)
Havard Architecture
Fabricantes de Microcontroladores: Atmel
(AVR)
Fabricantes de Microcontroladores: Atmel
(AVR)
Fabricantes de Microcontroladores: Atmel
(AVR)
Fabricantes de 
Microcontroladores:Freescale
Aplicações:
A Freescale Semicondutores é líder global em design e 
manufatura de semicondutores para os mercados 
automotivo (sistema de luz, sistema eletrônico, sistema 
de controle de combustível, sistema de suspensão, F1-
Ferrari, etc.), de bens de consumo, industrial, de rede e 
de comunicação sem fio. 
Empresas no Brasil como Magnetti Marelli, Visteon, 
Whirlpool, Motorola, Electrolux, Continental, Kostal, 
Delphi dentre outros, são clientes da Freescale
Semicondutores. 
Fonte: Microcontroladores. Pfrsa Watanabe, UFPA
Arquitetura do HC08/HCS08
•aprimoramentos do motorola 68000; 
•se baseiam na arquitetura Von Neumann
(programa armazenado em memória junto 
com os dados); 
•conjunto de instruções CISC (instruções 
complexas e especializadas).
HC08/HCS08
PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS DO HC08:
• Frequência de Barramento: até 8MHz;
• 64kBytes de endereços de memória para 
programa (até 4096 bytes) , dados (128 
bytes) e periféricos;• Modo de baixo consumo Stop e Wait;
• Registrador de 16 bits para SP e HX;
HC08/HCS08
PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS DO HC08:
• 16 modos de endereçamento;
Instrução rápida Multiplicação (8 bits) e 
Divisão (16 por 8 bits);
• 4 canais A/D de 8 bits;
HC08/HCS08
PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS DO 
HCS08:
• Frequência de Barramento: até 20MHz;
• São até 2,5 vezes mais rápidos que os HC08;
• 64kBytes de endereços de memória para 
programa (até 8112 bytes) , dados (512 
bytes) e periféricos;
• Modo de baixo consumo: Além do Wait, tem-
se Stop1(até 20nA), Stop2 e Stop3;
HC08/HCS08
PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS DO HCS08:
• Além dos 16 modos de endereçamento 
(novos modos de endereçamento para: 
CPHX, LDHX, STHX) => privilegia o uso de 
compilador C;
• 8 canais A/D de 8 e 10 bits;
HC08/HCS08
PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS DO HCS08:
• Interrupção de tempo real (RTI);
• Contador/Temporizador de 8 e 16 bits;
• Comunicação Serial Assincrona: SCI
• Comunicação Serial Síncrono 
(mestre/escravo): SPI => memória e 
conversores A/D;
• Comunicação Serial IIC (mestre/escravo) => 
Memórias, relógios de tempo real, etc;
HC08/HCS08 (Diagrama de Blocos)
HC08 HCS08
HC08/HCS08
HC08/HCS08
Característica HC08 HCS08
pinagem 8/16 pinos 8/16/28 DIP
Até 64 LQFP
Tensão de operação 3 ou 5V 1,8 à 3,6V
A/D 4 canais 8bits 8 canais 10 bits
Interrupção de 
Tempo Real
----------- 1 módulo (relógio)
Baixo consumo 2 Modos 5 Modos
Frequência 8MHz (5V)
4MHz (3V)
Até 40MHz
Corrente de saída 15 a 25mA 2 a 10mA
HC08/HCS08
PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS DO HCS08:
Fabricantes de Microcontroladores:ARM
Fabricantes de Microcontroladores:ARM
Fabricantes de Microcontroladores:ARM
Fabricantes de Microcontroladores:ARM
Fabricantes de Microcontroladores:ARM
Fabricantes de Microcontroladores:ARM
Questões:
1) Quais são os recursos de microcontroladores discutidos neste texto?
2) Por que é importante o conceito de microcontrolador de baixo consumo?
3) Qual é a razão para a baixa quantidade de memória implementada em um
microcontrolador?
4) Cite três periféricos de microcontroladores.
5) Por que a linguagem C é muito utilizada em programação de microcontroladores?
6) Cite uma razão para migrar para máquinas de maior número de bits.
7) Cite características do HC08 e HCS08
8) Cite características do PIC
9) Cite características do AVR
10)Cite características do 8051
11)Cite características do ARM
12) Faça um quadro comparativo de todas as famílias estudadas e aponte quais 
aplicações cada uma delas pode ter