Un resumen sobre la tecnología IC para microcontroladores y sistemas integrados

Cada dispositivo electrónico que usamos en nuestra vida diaria está diseñado con circuitos de proyectos eléctricos y electrónicos. Estos circuitos eléctricos y electrónicos se pueden diseñar utilizando diversas tecnologías, como la tecnología de tubos de vacío, la tecnología de transistores, la tecnología de circuitos integrados o IC, la tecnología de microprocesadores y la tecnología de microcontroladores. Estas tecnologías se pueden implementar utilizando componentes eléctricos y electrónicos discretos, circuitos integrados, microprocesadores y microcontroladores. En este artículo, analizaremos la mejor tecnología para sistemas integrados entre las tecnologías IC y la tecnología IC avanzada, como la tecnología IC de microcontroladores. Pero, principalmente antes de continuar, debemos saber qué es la tecnología IC y la tecnología IC de microcontroladores.

Tecnología IC

En días anteriores, los dispositivos del sistema embebido se diseñaron utilizando tubos de vacío que serían mucho más grandes y más costosos. El primer transistor de contacto puntual fue desarrollado por John Bardeen y Walter Brattain en Bell Labs en 1947. Luego, la invención de los transistores ha reducido y reemplazado los voluminosos y costosos tubos de vacío en los diseños de computadoras. Posteriormente, el uso de transistores redujo el tamaño de los circuitos, ya que estos transistores son de menor tamaño, económicos, más rápidos en rendimiento, confiables y consumen muy menos energía. Los circuitos construidos con transistores y otros componentes electrónicos discretos se denominan circuitos discretos.

Se realizó un cambio revolucionario en el diseño de circuitos eléctricos y electrónicos y computadoras con la invención de circuitos integrados o tecnología IC. Los circuitos integrados son de tamaño muy pequeño, muy fiables, muy económicos y muy sencillos de utilizar. Este concepto de tecnología IC se introdujo en 1958, y esta tecnología IC miniaturizó muchos aparatos eléctricos y electrónicos como teléfonos móviles, portátiles, computadoras y muchos otros dispositivos. El circuito integrado se puede definir como un conjunto de circuitos electrónicos integrados en una pequeña placa de material semiconductor, normalmente denominada chip de silicio. Cada circuito integrado puede ser muy compacto y contener miles de millones de transistores y otros componentes en un área muy pequeña.

Generaciones de tecnología IC

Existen diferentes generaciones de circuitos integrados, clasificados según la cantidad de transistores utilizados en los chips de circuitos integrados. Ellos son:Integración a pequeña escala (SSI), circuitos integrados que contienen algunas decenas de transistores. La década de 1960 fue testigo de la integración de escala media (MSI), chips de circuitos integrados que contenían cientos de transistores. En la década de 1970 hubo integración a gran escala (LSI), en la que decenas de miles de transistores están integrados en cada chip. En la década de 1980 hubo una integración a gran escala (VLSI), en la que cientos de miles de transistores están integrados en cada chip. Además, se están desarrollando integración a ultra gran escala (ULSI), más de un millón de transistores integrados por chip, integración a escala de obleas (WSI), sistema en chip (SOC) y circuitos integrados tridimensionales (3D-IC). Los circuitos integrados como 555timer IC, 741 amplificadores operacionales, CMOS, NMOS, tecnología BICMOS, etc., se consideran ejemplos prácticos de tecnología IC.

Hay diferentes tipos de circuitos integrados como ADC, DAC, amplificadores, IC de administración de energía, IC de reloj y temporizador, y IC de interfaz que se utilizan para diversas aplicaciones de sistemas integrados.

Aplicación de tecnología IC

El proyecto de controlador de carga solar no basado en microcontroladores es una aplicación simple de la tecnología IC. En este proyecto, se logra un mecanismo de carga controlada para evitar condiciones de carga baja, sobrecarga y descarga profunda sin usar microcontrolador. Se utiliza un conjunto de amplificadores operacionales como comparadores para monitorear el voltaje del panel y la corriente de carga de forma continua. Los LED verde y rojo se utilizan como indicación. Los LED verdes se utilizan para indicar el estado de la batería completamente cargada y las condiciones de baja carga, sobrecarga o descarga profunda se indican mediante LED rojos.

Interruptor semiconductor de potencia El MOSFET se usa para cortar la carga, si los LED rojos indican una condición de batería baja o sobrecarga. Si los LED verdes indican que la batería está completamente cargada, entonces la energía solar se deriva a una carga ficticia en el circuito mediante un transistor. Por lo tanto, la batería está protegida contra la carga. Este proyecto se puede mejorar aún más con un módem GSM y un microcontrolador para lograr un sistema solar de comunicación y una sala de control para monitorear el estado del sistema.

Microcontrolador IC

El microcontrolador es un circuito integrado o IC avanzado que se incorpora con periféricos adicionales. El desarrollo y uso de las aplicaciones de los sistemas integrados está aumentando con el avance de las tecnologías de CI, como la tecnología de microprocesadores y la tecnología de microcontroladores. Las desventajas de la tecnología de transistores, la tecnología IC disminuyeron con la tecnología de microprocesador y microcontrolador de tecnologías IC avanzadas. Un microprocesador integra funciones de la unidad central de procesamiento (CPU) de una computadora en uno o varios circuitos integrados. Una unidad de microcontrolador puede tratarse como una pequeña computadora en un solo circuito integrado que consta de una pequeña unidad central de procesamiento, oscilador de cristal, temporizadores, perro guardián y E / S analógicas. Existen diferentes tipos de registros, interrupciones que se utilizan para algunas tareas específicas. Los microcontroladores son de diferentes tipos, como el microcontrolador AVR, el microcontrolador PIC, etc. Pero normalmente el microcontrolador IC 8051 se utiliza para la mayoría de las aplicaciones de sistemas integrados.

Si usamos tecnología IC, entonces se requieren múltiples números de componentes discretos para realizar algunas tareas en sistemas embebidos. Si usamos tecnología IC avanzada, como la tecnología de microcontroladores, con solo escribir unas pocas líneas de programación simples podemos realizar múltiples tareas. Por lo tanto, la cantidad de componentes discretos, el tamaño de los circuitos, la complejidad y el costo se pueden reducir en los sistemas integrados mediante el uso de tecnología de microcontroladores.

Aplicación de la tecnología de microcontroladores

El controlador de carga solar que utiliza un microcontrolador es una aplicación típica de la tecnología IC avanzada del microcontrolador. Para utilizar la energía solar de manera eficiente, los sistemas de iluminación alimentados por energía solar, que incluyen linternas solares, farolas solares y sistemas de iluminación solar para casas y jardines, se están utilizando tanto en áreas rurales como urbanas. El sistema de energía solar consta principalmente de cuatro componentes principales:módulo fotovoltaico, batería recargable, carga y controlador de carga solar.

En la figura se muestra el diagrama de bloques de un sistema de energía solar con cuatro bloques principales que utilizan tecnología de microcontroladores. Entre estos cuatro componentes, considere el controlador de carga solar que utiliza un microcontrolador que desempeña un papel importante en el aumento del rendimiento general del sistema de energía solar. Los componentes de hardware utilizados para el circuito del controlador de carga solar son el microcontrolador AT89C2051, el ADC0831 en serie, el regulador de voltaje IC7805, el interruptor de semiconductor de potencia MOSFET, la pantalla LCD, la batería recargable, el control de carga, el sensor del anochecer al amanecer y un control de carga.

Se usa una batería para proporcionar un suministro regulado de 5 VCC para encender el microcontrolador que se usa para monitorear el voltaje de la batería usando ADC. El voltaje de 0V-20V se reduce a V-5V usando un divisor de potencial con una disposición de resistencia hecha en el pin 2 del ADC y estos valores se muestran en la pantalla LCD. Usando una técnica de regulación en paralelo, se permite que la corriente de carga fluya hacia la batería y deja de cargar la batería si la batería está completamente cargada. Según las señales de entrada recibidas desde el sensor de anochecer a amanecer, el microcontrolador conmuta el relé de carga o de carga. La pantalla LCD es impulsada por el microcontrolador para mostrar el mensaje de carga.

Si la batería está completamente cargada (hasta 14 V), entonces el relé se energiza a través del MOSFET para interrumpir la carga. Luego, el microcontrolador iniciará el temporizador de 5 minutos y la pantalla LCD mostrará el mensaje como batería llena. Si se agota este temporizador, la batería se vuelve a conectar al panel solar mediante un relé y, por lo tanto, la corriente de carga solar se pulsa mientras haya voltaje solar. Si el voltaje del panel solar cae por debajo del voltaje del diodo Zener del sensor del anochecer al amanecer, entonces el microcontrolador recibe una señal del sensor del anochecer al amanecer, luego activa la carga a través del MOSFET y se muestra un mensaje de carga encendida en la pantalla LCD. Si el voltaje cae por debajo de 10 V del sensor de anochecer a amanecer, entonces el microcontrolador apaga la carga a través del MOSFET.

La mejor tecnología para sistemas integrados

En este artículo, anteriormente se discutieron brevemente la tecnología IC y la tecnología IC de microcontroladores junto con sus ejemplos, tipos y aplicaciones prácticas de la tecnología de microcontroladores y IC en aplicaciones de sistemas embebidos. El controlador de carga solar discutido anteriormente con la tecnología IC anterior y con tecnología IC avanzada, como la tecnología IC de microcontrolador, muestra diferencias entre ambas tecnologías. Y también muestra que ambas tecnologías todavía se están utilizando según el requisito. Ambas tecnologías tienen algunas ventajas y desventajas cuando se utilizan para sistemas integrados.

La tecnología IC redujo el tamaño de los circuitos en comparación con el tamaño del circuito construido con componentes discretos. Una tecnología avanzada de microcontrolador IC reduce el tamaño de los circuitos al reemplazar muchos circuitos integrados en el circuito con un solo microcontrolador IC. Por lo tanto, el costo de los circuitos con la tecnología IC es menor que el de la tecnología discreta o de transistores. El costo de los circuitos de tecnología IC de microcontrolador es menor, en comparación con el costo de los circuitos diseñados con tecnología IC. De manera similar, para varios parámetros, la tecnología de microcontroladores es preferible para sistemas integrados en comparación con la tecnología IC y la tecnología de transistores o componentes discretos.

La figura muestra aplicaciones de sistemas integrados diseñadas con diferentes tecnologías. Para algunas aplicaciones específicas de sistemas integrados, la tecnología IC es preferible a la tecnología de microcontroladores. Pero la mayoría de las aplicaciones de sistemas integrados utilizan tecnología de microcontroladores, ya que es más avanzada y tiene más ventajas en comparación con la tecnología IC. Además, se le proporcionará ayuda técnica de las tecnologías Edgefx para elegir una tecnología particular para el trabajo de su proyecto académico en función de su interés en los sistemas integrados.