Microcontroladores

MICROCONTROLADORES

- Están conquistando el mundo

- Presentes en

Microcontroladores

- Aplicaciones

Controlador.- Dispositivo que se emplea para el gobierno de uno ó varios procesos.

- Inicialmente con dispositivos electromecánicos

- Luego con lógica discreta (diodos y transistores, etc.)

- Actualmente con lógica digital (microprocesadores y memorias)

Microcontrolador.- Circuito integrado de alta escala de integración que incorpora la mayor parte de los elementos que configuran un controlador.

Elementos del

Microcontrolador

Ventajas:

• Aumento de prestaciones: un mayor control sobre un determinado elemento representa una mejora considerable en el mismo.

• Aumento de la fiabilidad: al reemplazar el microcontrolador por un elevado número de elementos disminuye el riesgo de averías y se precisan menos ajustes.

• Reducción del tamaño en el producto acabado: La integración del microcontrolador en un chip disminuye el volumen, la mano de obra y los stocks.

• Mayor flexibilidad: las características de control están programadas por lo que su modificación sólo necesita cambios en el programa de instrucciones.

Diferencia entre microprocesador y microcontrolador.

El microprocesador es un circuito integrado que contiene la Unidad Central de Proceso (UCP), también llamada procesador, de un computador. La UCP está formada por la Unidad de Control, que interpreta las instrucciones, y el Camino de Datos, que las ejecuta.

Las patitas de un microprocesador sacan al exterior las líneas de sus buses de direcciones, datos y control, para permitir conectarle con la Memoria y los Módulos de E/S y configurar un computador implementado por varios circuitos integrados. Se dice que un microprocesador es un sistema abierto porque su configuración es variable de acuerdo con la aplicación a la que se destine.

El microcontrolador es en definitiva un circuito integrado que incluye todos los componentes de un computador. Debido a su reducido tamaño es posible montar el controlador en el propio dispositivo al que gobierna. En este caso el controlador recibe el nombre de controlador empotrado (embedded controller).

Si sólo se dispusiese de un modelo de microcontrolador, éste debería tener muy potenciados todos sus recursos para poderse adaptar a las exigencias de las diferentes aplicaciones. Esta potenciación supondría en muchos casos un despilfarro. En la práctica cada fabricante de microcontroladores oferta un elevado número de modelos diferentes, desde los más sencillos hasta los más poderosos. Es posible seleccionar la capacidad de las memorias, el número de líneas de E/S, la cantidad y potencia de los elementos auxiliares, la velocidad de funcionamiento, etc. Por todo ello, un aspecto muy destacado del diseño es la selección del microcontrolador a utilizar.

Aplicaciones de los microcontroladores.

 Cada día más productos incorporan un microcontrolador

- Aumentar prestaciones

- Reducir tamaño y costo

- Mejorar fiabilidad

- Disminuir costo

 Producción de más de un millón de unidades de un modelo en una semana

 Aplicación en:

Una aplicación típica podría emplear varios microcontroladores para controlar pequeñas partes del sistema. Estos pequeños controladores podrían comunicarse entre ellos y con un procesador central, probablemente más potente, compartir la información y coordinar sus acciones, como, de hecho, ocurre ya habitualmente en cualquier PC.

Mercado de los microcontroladores.

 Se venden cientos de microcontroladores por cada microprocesador

 Existe gran diversidad de modelos

 Microcontroladores de 4, 8, 16 y 32 bits.

 Los de 4 bits se niegan a desaparecer, los de 8 bits dominan el mercado

 Los de 16 y 32 bits dan mayores prestaciones, pero son caros

 Los de 4 y 8 bits son apropiados para la mayoría de las aplicaciones

 Más usados en la Industria automotriz por su exigencia.

 Tecnología de fabricación CMOS 4 (bajo consumo y alta inmunidad al ruido

 30 % se aplica en computadoras y periféricos

 25 % aplicaciones de consumo (TV, juegos, video, electrodomésticos, etc.)

 16 % se aplica en comunicaciones

 16 % se aplica a nivel Industrial

 El resto ( aprox. 13 %) se usa en la industria automotriz

 Los de 32 bits tienen aplicación en procesamiento de imágenes, comunicaciones, usos militares, procesos industriales y control del almacenamiento masivo de datos.

¿Qué microcontrolador emplear?

A la hora de escoger el microcontrolador a emplearse en un diseño concreto hay que tener en cuenta multitud de factores, como la documentación y herramientas de desarrollo disponibles y su precio, la cantidad de fabricantes que lo producen y por supuesto las características del microcontrolador (tipo de memoria de programa, número de temporizadores, interrupciones, etc.), como son:

• Costos. Se venden 10 veces más los C que los P

• Aplicación:

 Procesamiento de datos:

- Cálculos críticos en tiempo limitado

- Velocidad de operación

- Precisión de datos a manejar

- Cambios a procesadores más potentes (16 ó 32 bits)

- Uso de librerías para manejo de datos de alta precisión.

• Entrada / Salida:

 Conveniente dibujar diagrama de bloques del sistema

 Identificar cantidad y tipo de señales a usar

 Añadir periféricos

 Cambiar el C a otro más adecuado al sistema

• Consumo:

 Generalmente alimentados con baterías (+ 5Vcd)

 Alimentación de respaldo (cortes de energía)

 Estado de bajo consumo y activación ante señal apropiada.

 No consumen mucha energía en su operación (mW ó W)

• Memoria:

 Volátil (RAM)

 No volátil (ROM, PROM, EPROM, etc.)

 No volátil modificable (EEPROM). Util para incluir información específica como un número de serie ó parámetros de calibración.

 Tipo de memoria determinado por el nivel de ventas previsto.

• Ancho de palabra:

 Seleccionar el menor ancho de palabra que satisfaga los requerimientos de la aplicación.

 Menor número de bits, menor costo

 Los de 16 y 32 bits para mayores prestaciones

• Diseño de la placa ó PCB

 La selección del C condiciona el diseño de la placa

 Un C barato puede encarecer el resto de los componentes.

• Algunos de los micrcontroladores más usuales:

 8048 (INTEL). Padre de los microcontroladores actuales. Su Precio,

disponibilidad y herramientas de desarrollo lo hace muy popular.

 8051 (INTEL Y OTROS). Es sin duda el más popular, Fácil de programar y potente. Bien documentado, posee cientos de variantes e incontables herramientas de desarrollo.

 80186, 80188 y 80386 EX (INTEL).- Versiones en microcontrolador de los populares microprocesadores 8086 y 8088. Su principal ventaja es que permiten aprovechar las herramientas de desarrollo para PC.

 68HC11 (MOTOROLA Y TOSHIBA).- Es un microcontrolador de 8 bits, potente y popular con gran cantidad de variantes.

 683XX (MOTOROLA).- Proviene de la popular familia 68K, a la que se incorporan algunos periféricos. Son microcontroladores de altísimas prestaciones

 PIC (Microchip).- Ganan popularidad día a día. Primeros microcontroladores RISC

• Recursos comunes a todos los microcontroladores:

 Integrados en un solo chip ó pastilla

 Disponen de bloques esenciales como:

- Procesador

- Memoria de datos e instrucciones

- Líneas de Entrada / salida

- Oscilador de reloj

- Módulos controladores de periféricos

Sin embargo, cada fabricante intenta enfatizar los recursos más idóneos para las aplicaciones a las que se destinan preferentemente.

Arquitectura básica:

Inicialmente los microcontroladores adoptaron la arquitectura clásica de Von Neumann, pero actualmente se impone la arquitectura Harvard. La de Von Neumann se caracteriza por disponer de una sola memoria principal donde se almacenan datos e instrucciones de forma indistinta. Además se accede a través de un sistema de buses único (direcciones, datos y control). La Harvard dispone de dos memorias independientes; una que contiene sólo instrucciones y otra sólo datos. Ambas disponen de sus respectivos sistemas de buses de acceso y es posible realizar operaciones de acceso (lectura o escritura) simultáneamente en ambas. Los microcontroladores PIC responden a la arquitectura Harvard.

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