Conceptos básicos de los microcontroladores:estructura, principio de funcionamiento y aplicaciones

Microcontrolador a bordo

Fuente:Wikimedia Commons

Antes de sumergirse en el mundo de la electrónica integrada, debe comprender lo que se necesita. Por ejemplo, este campo implica escribir sus códigos. Y es casi imposible hacer esto si no comprende los conceptos básicos de los microcontroladores, el lenguaje de programación que utiliza o sus conceptos fundamentales de programación. De lo contrario, estará confundido acerca de por dónde empezar y abrumado también.

Pero hay buenas noticias:

Este artículo aprenderá las cosas básicas que necesita para comenzar con la electrónica integrada. Discutiremos qué es, cómo funciona el microcontrolador, la estructura básica y más.

¡Empecemos!

¿Qué es un Microcontrolador?

Microcontroladores

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Antes de definir el microcontrolador, es fundamental tener en cuenta que difiere del microprocesador (del que hablaremos más adelante en este artículo).

Dicho esto, el microcontrolador es un IC de integración a gran escala. Y comprende los puertos de E/S, la unidad lógica, la memoria, la unidad de computación electrónica y otros módulos fusionados en un solo chip. También puede referirse al dispositivo como una computadora de un solo chip.

Además, el microcontrolador también es un controlador integrado. Y es porque el dispositivo junto con el circuito de apoyo entra en el aparato que controla.

Puede encontrar microcontroladores en muchos dispositivos o aplicaciones que muestran datos, miden, controlan, almacenan o calculan. Curiosamente, la industria del automóvil encabeza la lista de los mayores usuarios de microcontroladores. Después de todo, los vehículos necesitan el dispositivo para controlar el motor y regular otros sistemas.

Otra área donde los microcontroladores son comunes es en la electrónica de consumo. Por lo tanto, puede encontrar microcontroladores en hornos, cámaras digitales, reproductores de DVD, etc. Los equipos de prueba y medición también usan microcontroladores, por ejemplo, generadores de funciones, multímetros, etc.

Conceptos básicos de microcontroladores– ¿Cómo funciona el microcontrolador?

Por lo general, los microcontroladores ejecutan un programa en particular y se adhieren a una tarea. Entonces, funcionan al obtener información del dispositivo que controlan. En consecuencia, esto ayuda a los microcontroladores a mantener el control. Y lo hace enviando señales a diferentes partes del dispositivo.

Por ejemplo, el microcontrolador de un televisor funciona recibiendo información del control remoto. Luego, entrega la salida en la pantalla del televisor.

Los tipos de microcontroladores

Disponemos de diferentes microcontroladores basados ​​en las siguientes categorías:conjuntos de instrucciones, memoria y bits.

Conjuntos de instrucciones

Hay dos categorías de microcontroladores según la configuración del conjunto de instrucciones:

RISC

Este acrónimo significa Computadoras con conjunto de instrucciones reducido. Lo hace reduciendo el ciclo de reloj para cada instrucción. Y ayuda a disminuir el tiempo de trabajo.

CISC

Este acrónimo representa una computadora con conjunto de instrucciones complejas. Y permite a los usuarios corregir una instrucción como una opción para diferentes comandos simples.

Memoria

Tarjeta de memoria (RAM)

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En la categoría de configuración de memoria, existen dos tipos de microcontroladores:

Microcontrolador de memoria incorporado

Este tipo de microcontrolador suele tener tantos componentes en el chip como temporizadores y contadores, puertos de E/S, memoria de datos, interrupciones, etc. Un ejemplo de microcontrolador de memoria integrada es el Intel 8051.

Microcontrolador de memoria externa

El diseño de este tipo de microcontrolador no tiene una memoria de programa en su chip. Un excelente ejemplo de microcontrolador de memoria externa es el Intel 8031.

Brocas

Hay tres tipos de microcontroladores en la categoría de configuración de bits:

Microcontrolador de 32 bits

Puede encontrar el microcontrolador de 32 bits en dispositivos que usan control automático como dispositivos médicos, etc.

Microcontrolador de 16 bits

El microcontrolador de 16 bits es útil para aplicaciones de alto rendimiento y precisión. Entonces, puede usar este microcontrolador para realizar operaciones lógicas y aritméticas. Un excelente ejemplo de este microcontrolador es el Intel 8096.

Microcontrolador de 8 bits

El microcontrolador de 8 bits es lo de menos en esta categoría. Y puede usarlo para realizar tareas simples como ejecutar operaciones lógicas y aritméticas como división, resta, etc. Además, los ejemplos de este microcontrolador son Intel 8051 y 8031.

Estructura básica de un microcontrolador

El microcontrolador tiene tres componentes fundamentales:puertos de E/S, memoria y la Unidad Central de Procesamiento.

Otros componentes de este dispositivo también son vitales. Pero los mencionados anteriormente son dispositivos de apoyo. Por lo tanto, analizaremos de cerca los componentes principales de un microcontrolador en función de su estructura.

Conceptos básicos de microcontroladores– Memoria

Por lo general, la mayoría de los sistemas computacionales necesitan dos tipos de memoria:memoria de datos y memoria de programa. La memoria de datos ayuda a mantener información temporal mientras ejecuta instrucciones. Pero la memoria de programa consiste en el programa. Es decir, contiene las instrucciones que ejecutará la CPU.

Autobús

El System Bus es uno de los componentes de los que menos se habla. Pero es una parte vital del microcontrolador.

Se refiere a una colección de cables de conexión que vinculan la CPU a otros periféricos como los puertos de E/S y otros componentes de soporte.

Conceptos básicos de microcontroladores– CPU

La CPU es como la lluvia del microcontrolador. Y consta de dos partes:la CU (Unidad de control) y la ALU (Unidad aritmética lógica).

Por lo tanto, la CPU es responsable de decodificar, leer y ejecutar instrucciones para ejecutar operaciones de transferencia de datos, lógica y aritmética.

Interrupciones

Las interrupciones son otro componente vital del microcontrolador. Y tiene un mecanismo de manejo de interrupciones. Además, este componente puede ser de software, eterno, de hardware o interno.

Conceptos básicos de microcontroladores– Puertos de E/S

La E/S se refiere a los puertos de entrada/salida. Este componente ofrece al microcontrolador una interfaz para conexiones externas. Por ejemplo, los dispositivos de entrada como los teclados, interruptores, etc., brindan información de un usuario a la CPU. Y lo hace en un formulario de datos binarios.

Entonces, cuando la CPU obtiene la información de los dispositivos de entrada, realiza las instrucciones adecuadas. Luego, responde a través de dispositivos de salida como impresoras, pantallas, LED, etc.

Puerto Serie

Este componente ayuda al microcontrolador a interactuar a través de la comunicación en serie. Un microcontrolador solo puede comunicarse con otros periféricos y dispositivos externos a través del puerto serie. Y el UART es la comunicación serial más común del microcontrolador.

CAD

Este acrónimo significa Convertidor digital a analógico. Y es un circuito que cambia las señales digitales a señales analógicas. Además, este componente conecta la CPU del microcontrolador y los dispositivos analógicos (externos).

CAD

El acrónimo ADC significa convertidor analógico a digital. Y es lo opuesto al DAC. Es decir, el circuito ayuda a cambiar las señales analógicas a señales digitales. Además, este circuito crea una conexión entre los dispositivos de entrada analógica externos y la CPU del microcontrolador.

Además, es crucial tener en cuenta que los dispositivos analógicos son en su mayoría sensores. Por lo tanto, para que la CPU entienda la comunicación, los datos analógicos deben cambiar a digitales.

Conceptos básicos de microcontroladores:contadores/temporizadores

Los contadores y temporizadores son componentes vitales del microcontrolador. Y se encargan de ofrecer operaciones de conteo de eventos externos y retardos de tiempo. Además, los componentes ofrecen control de reloj, generación de funciones, etc.

Bits de configuración

Los microcontroladores suelen tener un bit único. Y son los bits de configuración. Este componente ayuda a estructurar las opciones especiales del microcontrolador, que incluyen (pero no se limitan a):

• Activar/desactivar programación de bajo voltaje
• Activar/desactivar temporizador de encendido
• Conmutación interna/externa de encendido/apagado
• Tipo de oscilador
• Monitor de reloj a prueba de fallas activado/desactivado
• Borrar apagado Restablecer encendido/apagado
• Activar/desactivar temporizador de vigilancia

Además, en un microcontrolador PIC, notará los bits de configuración. Y es responsable de la protección del código de datos y del código del programa.

Es decir, los bits de configuración evitan que el hardware de programación externo lea su programa y espacios de datos. Por lo tanto, será difícil que otros roben su código.

Comparación entre el microprocesador y el microcontrolador

Microprocesador

Fuente:Wikimedia Commons

Microcontrolador

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El microcontrolador es una computadora que consta de temporizadores, ROM y otros periféricos. Por lo tanto, puede llamarlos mini-ordenadores. Además, vienen en una versión diferente. Pero los microprocesadores son circuitos integrados. Y tienen potencia de procesamiento con solo una CPU en su interior.

Aquí hay una tabla que muestra sus diferencias:

Ventajas

• Dado que escribe y almacena instrucciones en la memoria, el microcontrolador no necesita sistemas operativos complejos.
• El chip no requiere una interfaz externa de componentes principales como los puertos de E/S.
• Puede programar los puertos de E/S.
• Poner todos los componentes vitales reduce el área del producto, el costo y el tiempo de diseño.

Desventajas

• No tiene un sistema operativo. Por lo tanto, debe escribir todos los comandos.
• La memoria del microcontrolador (dependiendo de la cantidad) puede limitar las instrucciones que puede realizar el dispositivo.

Conclusión

En resumen, los conceptos básicos del microcontrolador explican el poder de la microcomputadora de un solo chip. Además, comprende varios periféricos que conforman la estructura del dispositivo, como la memoria, la CPU, los puertos de E/S, los circuitos oscilatorios, etc. Además, los fabricantes integran el microcontrolador en los dispositivos que controlan.

Y cada uno de los periféricos juega un papel vital que contribuye a la función del microcontrolador. ¿Qué opinas de los microcontroladores? ¿Necesitas ayuda para conseguir el mejor para tu proyecto? No dude en comunicarse con nosotros.