1.1.3 CARACTERÍSTICAS DEL 8751.

El microcontrolador 8751 perteneciente a la familia 51 de los microcontroladores fabricados por INTEL tiene la característica principal de ser una de las versiones de contener memoria ROM interna tipo EPROM

a. CARACTERISTICAS GENERALES.

- CPU de 8 bits.

- Procesador booleano (operación sobre bits).

- 4 puertos paralelos de 8 bits cada uno.

- 128 bytes de memoria RAM.

- 4K bytes de memoria ROM para el 8751.

- Espacio de memoria de 64K para programa externo.

- Espacio de memoria de 64K para datos externos.

- El 8751 presenta dos timers de 16 bits.

- Comunicación asincrónica full-duplex.

- 6 fuentes de interrupciones con niveles de prioridad .

- 2 interrupciones externas.

- 3 interrupciones de los dos timers, 2 para el 8751.

- 1 interrupción de la comunicación en serie.

- Oscilador interno.

En la figura 1.4 se muestra e una forma exclusiva el diagrama de bloques de las características generales del microcontrolador 8751.

Figura 1.4 Diagrama de bloques del microcontrolador 8751

b. CARACTERISTICAS DE MEMORIA EPROM INTEGRADAS EN EL MICROCONTROLADOR 8751.

Cuando en la serie 8xxx se encuentra 87xx esto quiere decir que tiene incorporado internamente una memoria EPROM.

Así el 8751 tiene una memoria EPROM de 4 KB.

El 8751 se programa a una tensión de VPP = 21V con pulsos de una frecuencia de unos 20 MHz a través de la línea prog, resultaría entonces que el 8751 duraría un tiempo de 4 minutos en cargar el programa .

Por medio del pin quik-pulse permite programar este dispositivo a una tensión de VPP = 12.5V y una serie de 25 pulsos de 100 microsegundos por cada byte enviado por la línea prog, esto minimiza el tiempo a unos 13 segundos de programación para el 8751, por sus respectiva memorias de 4 KB; en caso de haber tenido mas memoria, la programación tardaría un tiempo mayor, pese a que es proporcional el tamaño de la memoria de programa interna, con el tiempo de programación.

Las necesidades que tiene el microcontrolador 8751 son la siguientes:

• aplicar una frecuencia de 4 hasta 6 MHz a los pines XTAL1 y XTAL2.

• Se usa el puerto 1 y los pines p2.0 a p2.4 para direccionar las posmem de la memoria interna EPROM.

• Enviar la frecuencia de pulsos de programación a través del pin ALE/PROG.

• Aplicar al pin EA/VPP una tensión entre 5v y la tensión de programación VPP.

• Disponer la programación a gravar en el puerto 0.

• Enviar los pulsos de programación a través del pin ALE/PROG.

• Aplicar al pin EA/VPP una tensión que oscila entre +5V y la tensión de programación VPP.

En la tabla 1.2 se muestra la disposición que deben tener los pines para la escritura en la memoria EPROM.

Tabla 1.2 Pines que intervienen en la escritura de la memoria EPROM.

ALE/PROG se pone a nivel bajo durante 100 uS , 25 veces es decir 25 pulsos.

c. VERIFICACIÓN DE LOS DATOS PROGRAMADOS

Siempre que el sistema de protección de lectura de la memoria interna no haya sido activado, el programa grabado en la EPROM podrá ser leído con diversos propósitos como puede ser la verificación del programa durante o después de la programación.

Como puede ser la verificación del programa durante o después de la programación.

En la figura 1.5 se puede observar la operación para la verificación de los datos programados.

Figura 1.5. Organización para verificación de datos del microcontrolador.

Las direcciones de localización de la información en la memoria son aplicadas al puerto 1 y pines P2.0 a P2.4, los otros pines serán llevados a los niveles de tensión indicados. Los contenidos de las direcciones salen por el puerto 0, ya que en este puerto es necesario colocar resistencias de valores determinados ya que los pines del puerto 0 son de colector abierto.

Si la cadena de encriptación ha sido programa y los bits cerrojo no están programados, los datos presentes en el pórtico 0 serán datos criptografiados según la operación lógica xnor, entre los códigos de datos y la cadena de encriptación.

El usuario debe conocer la cadena de encriptación para desencriptar los datos durante la operación de verificación.

d. SISTEMAS DE PROTECCION DE LA INFORMACION EN LA EPROM.

Para proteger el programa grabado en la EPROM contra la intrusión se han establecido dos niveles de protección consistentes , el primero, en una cadena de encriptación y el segundo en bits de cerrojo. La siguiente descripción es aplicable al 8751 ya que se dispone de la misma opción pero programada en fábrica.

d1. NIVEL 1 DE PROTECCION.: cadena de encriptación

Dentro de la memoria eprom hay 32 bits que forman la cadena de encriptación que inicialmente está desprogramado, cada ves que un byte es direccionado durante la verificación , se utilizan 5 líneas de dirección para seleccionar un byte de la cadena de encriptación . este byte es sometido a la operación lógica xnor con el código byte de información creando un byte encriptado. Si la cadena de encriptación está desprogramada, es decir todos los bits a uno , al efectuar la operación xnor con aquel dato no resultará modificado y podrá ser leído fácilmente.

d2. NIVEL 2 DE PROTECCION: Bits cerrojo.

También en el chip hay dos bits cerrojo que pueden ser programados (P) o desprogramados (D) para obtener los resultados de la tabla 1.3.

Al borrar la eprom también se borra la cadena de encriptación y los bits cerrojo, lo que permite al usuario una nueva reprogramación

Cuando se programa el bit cerrojo 1 en el nivel lógico en el pin EA es muestreado y latcheado durante el reset. Si el microcontrolador se pone a tensión sin reset, el lath inicializa un valor aleatorio y mantiene dicho valor hasta que la señal reset sea activada. Es necesario que el valor latcheado de EA esté de acuerdo con el nivel lógico externo de ese pin, para que el dispositivo funcione normalmente.

e. BORRADO DE LA INFORMACION DE LA EPROM.

El borrado de la eprom se produce cuando el microcontrolador es expuesto a una luz con una longitud de onda corta entre 2000 y 4000 anstroms. La exposición a la luz del sol y a la luz artificial de un tubo fluorescente, que tienen longitudes de onda dentro de ese rango, durante un tiempo prolongado (alrededor de una semana para la luz del sol, o tres años para a un nivel bajo de luz fluorescente) pueden causar el borrado accidental de la memoria EPROM. Se recomienda que se coloque una etiqueta opaca en la ventana que, al mismo tiempo que protege de la luz, sirva para identificar el programa, la versión y la fecha de su grabación.

Para proceder al borrado de la EPROM, por parte del usuario, se recomienda su exposición a la luz de una lámpara ultravioleta de 2537 anstroms de 12000 µW/cm cuadrado, durante 20 o 30 minutos a una distancia de la ventana e la eprom de 2 a 3 centímetros. El borrado de la eprom deja la cadena de bits a 1.

Para poder alimentar al tablero electrónico, es necesario un nivel de tensión de +5V para satisfacer las necesidades del microcontrolador 8751, y para evitar inconvenientes en la fuente de alimentación del circuito, el diseño de la fuente consistirá en una que de un valor fijo o por lo menos precisión en la salida para los circuitos integrados. Además de encontrar una posibilidad de conexión a la red de 110Vde corriente alterna, para lograr la conversión de la tensión alterna a continua y la reducción a la tensión de trabajo del microcontrolador; se analizarán los componentes que conformen el diseño para que sea de facilidad para identificarlos, además de obtener conocimientos sobre las características de los mismos .

Para obtener estas tensiones fundamentalmente del circuito a ralizarse, se parte básicamente de tres aspectos importantes que debe poseer cada fuente; entre ellos podemos observar en la Fig. 1.10

Fig 1.10 Diagrama de bloques básico de una fuente de alimentación.

a1. TRANSFORMADOR.

El transformador esta constituido por dos bobinas unidas en un núcleo de ferrita, a manera de un cuadrado, la bobina de entrada se denomina primaria, y la de salida se considera como secundaria.

Como fundamento el transformador es un elemento que reduce o disminuye la alimentación de tensión alterna de entrada, causado por un efecto electromagnético que se produce por la tensión alterna en la bobina primaria; y de acuerdo a una relación de bobinados, se puede producir tanto un aumento o disminución de tensión; para el caso se requiere disminuir la tensión de entrada.

En la Figura 1.11 se muestra el tipo de transformador que se utilizara en el circuito de alimentación, con su respectiva apariencia física.

Fig. 1.11 Toma central del transformador en el secundario.

La Figura 1.12a muestra el símbolo y las partes de un transformador, que consiste en dos devanados unidos en un núcleo.

Fig. 1.12a Indica las conexiones de primario y secundario.

La Figura 1.12b indica un transformador con salidas de dos fases invertidas a 180 grados tanto la primera como la segunda.

Fig. 1.12b muestra las inversiones de fase por efecto de las bobinas.

La relación que tienen los devanados del transformador es:

N1/N2 = V1/V2

Siendo que n1 es el numero de vueltas de alambre de cobre en la bobina primaria.

Siendo n2 el numero de vueltas de alambre de cobre en la bobina secundaria.

Siendo V1 la tensión del primario.

Siendo V2 la tensión del secundario.

a2. EL DIODO RECTIFICADOR.

Es un semiconductor, es decir conduce en un solo sentido, y en el otro actúa como aislante.

Símbolo:

Pueden ser de silicio o de germanio, es decir de metales de valencia 4. Poseen un enlace covalente, es decir que comparte dos electrones con su átomo adyacente.

Consiste en un cristal intrínseco es decir impurificado, sin electrones de carga mayoritarios. Es decir no posee electrones libres.

Contiene básicamente dos capas que son:

• El material tipo N, que consiste en un elemento dotado con un electrón mas a cada uno de sus enlaces atómicos.

• El material tipo P, que consiste en un material al cual le falta un electrón.

Este dispositivo posee dos terminales, el ánodo, el cátodo, y entre las dos capas se halla una juntura o zona desértica.

El diodo puede actuar como un interruptor cerrado cuando se lo polariza directamente; cuando la corriente de una fuente de poder circula de positivo a negativo y al conectar el terminal del ánodo al positivo de la fuente, y el cátodo a una resistencia hacia el negativo, el diodo hace como un interruptor el cual permite el paso de los electrones. En este caso el diodo presenta una tensión de umbral de 0.7 Voltios.

En la polarización inversa en cambio el diodo actúa como un interruptor abierto sin dejar la conducción de los electrones en todo el circuito. Cuando se tiene una fuente de alimentación continua, y su terminal positivo esta conectado al cátodo y su ánodo a una resistencia; y de esta al negativo se producirá el efecto antes mencionado.

Un diodo semiconductor puede tener otros efectos en la señal alterna, como el de recortar la señal, de acuerdo a la disposición del elemento o a la combinación de los diodos, se pueden diseñar rectificadores tales como de media onda y de onda completa.

RECTIFICADORES.

Existen dos tipos; el de media onda y el de onda completa, por las necesidades que tiene el diseño de la fuente se utilizara la mas efectiva que es un tipo puente.

RECTIFICADOR PUENTE.

Es una disposición de diodos como se muestra en la figura 1.13. la señal alterna recortara en cada ciclo tanto positivo como negativo; esto quiere decir que los diodos actuaran en cada ciclo correspondiente y como resultado se obtendrán solo semiciclos continuados positivos en la señal de salida.

En la figura 1.13 se puede observar una disposición en puente de diodos, la cual puede estar interna en un solo circuito integrado.

Fig. 1.13 Puente rectificador.

En la figura 1.14 se muestra un ejemplo de una fuente de poder utilizando un rectificador tipo puente.

Fig. 1.14 Fuente de poder con puente de diodos.

Hoy en día la tecnología hay podido diseñar en un solo chip este puente rectificador.

a3. El condensador.

Es un elemento pasivo que presenta la cualidad de almacenar energía eléctrica, basándose en el principio físico de la carga eléctrica, pero sometida a un aislante.

Presenta dos terminales conectadas a láminas conductoras.

• Se oponen a cambios bruscos de tensión.

• Almacenan energía eléctrica.

Símbolo:

La unidad del condensador es el faradio, pero de estas unidades no existe, solo existen desde milifaradio mf, microfaradio µf, nanofaradio nf, etc.

a4. La resistencia

Es un elemento pasivo, el cual disminuye el paso de los electrónes de un conductor, y su unidad es el ohmio; su símbolo:

I = V/R

Donde:

I representa la intensidad.

V representa la tensión.

R representa la resistencia.

a5. El regulador de tensión.

Es un circuito que en su interior contiene un transistor , un protector de sobretensión cortocircuito. Este dispositivo termina con el problema de la falta de linealidad o de estabilidad de las fuentes de alimentación, especialmente para evitar problemas en circuitos que requieren de esa linealidad.

Símbolo:

Fig. 1.15 Indica la configuración de la fuente de alimentación

En la figura 1.15 se muestra una fuente que tiene las características para proporcionar una salida de +5V teniendo en cuenta los siguientes componentes:

• Puente de diodos; puede ser en CI.

• C1, C2; condensadores de 1000 µf.

• C3, C4; condensadores de 470 µf.

• U1 o CI 7805.