Construye tu computadora Mínimum.

Parte 2: Diagrama esquemático.

Por: Oscar Toledo Esteva.       Septiembre de 2018.


La computadora Mínimum está orientada al campo educativo y al control de mecanismos, para manipular algoritmos con el repertorio de instrucciones del microprocesador, para activar las puertas de entradas, salidas o analógicas para monitorizar el tiempo o el medio ambiente por medio de instrumentos de laboratorio, manejar las señales de otros dispositivos para diseñar productos industriales o desarrollar nuevas tareas en el area de la ingeniería y la ciencia. Para crear Mínimum con pocos componentes en una dimension de 3x3 centímetros, se emplearon varias computadoras de diseño propio, para comprobar cada etapa del circuito, la fabricación del circuito impreso, comunicación con el lenguaje ensamblador, programas para ilustrar el uso de cada periférico del microprocesador, instrumentos para medir los intervalos de temporización, creación del software para cumplir los protocolos de grabación del MicroSD. UART, I2C, etc, grabación de la memoria flash interna, y el programa de enlace para dialogar con el microprocesador.

Fig 3. Interfaz serializado con norma RS232C para comunicar la computadora anfitrión con el microprocesador. El switch de botón momentaneo reinicia Mínimum desde una locación prefijada para iniciar el programa del usuario.

Mínimum es una computadora que como los demás sistemas digitales usa únicamente dos valores discretos, denominados señales digitales, cada pata del microprocesador usa dos rangos de valores, excepto para las funciones análogas, el valor alto es el uno, y el valor bajo es el cero, el voltaje de alimentación de Mínimum determina el valor alto con un voltaje que oscila entre 3.3 y 1.5 voltios, y el valor bajo entre 1 y 0.5 voltios. Los rangos altos y bajos pueden tener diferentes nombres como: alto = high o 1, bajo = low o 0. 0 = falso. 1 = verídico. 0 y 1 es la asociación binaria y a cada dígito se le llama bit. Las computadoras digitales representan su información por grupos de bits, 4 dígitos binarios es un cuarteto, 8 dígitos o bits es un byte. Las instrucciones y los datos para procesar en Mínimum es con grupos de bits, las computadoras no usan cifras decimales, octales, hexadecimales, claves ASCII, UUEncode, pero nosotros si.

Fig 4. Diagrama de la computadora Minimum. Las puertas para entradas y salidas GPIO (General Purpose Input/Output) disponibles del microprocesador al inicio siempre están en el modo entrada, el modo para salida y otras funciones alternas deben ser programadas, para controlar visualizadores LCD, 4 canales de timer, lineas de control para manipular robots, 4 motores paso a paso para CNC o impresora 3D. Otras puertas pueden interfazar lectores de memoria SD, sensores, teclados, etc.

Foto 4. Versión de la computadora Mínimum montada en un circuito impreso comercial con el regulador de voltaje y el interfaz UART con conectores para RS232C y la fuente regulada de 5 voltios, display LCD, memoria SD, y botón RESET.

Foto 5. Circuito impreso de 3x3 centímetros de fabricación exclusiva, donde están conectadas todas las pistas que corresponden al diseño del microprocesador de nuestra computadora, con doble capa de pistas de conexión interconectadas al regulador de voltaje, y el interfaz RS232, incluye islas de conexión para futuros componentes como: condensadores de acoplo, resistencias y inductores contra ruidos eléctricos, diodo para batería, cristales de cuarzo para el reloj calendario y el microprocesador con la precisión necesaria para el interfaz USB.

 

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