¿Qué es un microcontrolador y cómo funciona?

Si alguna vez te has preguntado cómo funcionan todos esos dispositivos electrónicos que utilizamos a diario, la respuesta se encuentra en los microcontroladores. Estos pequeños componentes son la base de la electrónica moderna, permitiendo el funcionamiento de tus smartphones, electrodomésticos y muchos otros dispositivos. ¿Quieres conocer más sobre ellos y cómo trabajan? Sigue leyendo para descubrir qué es un microcontrolador y cómo se utiliza en la tecnología actual.

Un microcontrolador es un circuito integrado compacto que está diseñado para controlar o monitorear una operación específica en un sistema integrado. En un microcontrolador típico, un procesador, memoria y periféricos de entrada/salida (E/S) están incluidos en un solo chip. A veces se le llama controlador integrado o unidad de microcontrolador (MCU).

Los microcontroladores se encuentran en vehículos, robots, máquinas, transceptores de radio móviles, computadoras, electrodomésticos, etc. Algunos microcontroladores funcionan con frecuencia de pulso de reloj y usan expresiones de 4 bits. Los microcontroladores generalmente funcionan con baja potencia. Esto se debe a que la mayoría de los dispositivos que controlan funcionan con baterías.


Elementos de un Microcontrolador

Un microcontrolador, como es un sistema embebido, tiene algunos periféricos incluidos en un solo chip. Estos son:

Procesador/CPU

El procesador/CPU es el componente principal responsable de las operaciones realizadas por el controlador. El procesador/CPU también procesa y responde a las diversas instrucciones. Durante esto, el procesador/CPU realiza operaciones aritméticas, lógicas y de entrada-salida básicas y operaciones de transferencia de datos que comunican comandos a otros componentes en los sistemas integrados más grandes.


Memoria

La memoria del microcontrolador se usa para almacenar datos que recibe la CPU y los usa para responder a las instrucciones para las que está programado. Los dos tipos principales de memoria son:

  1. Memoria de programa: La memoria de programa es la memoria que almacena información a largo plazo sobre la instrucción que llevará a cabo la CPU. La memoria de programa es una memoria no volátil, lo que significa que la memoria de programa mantendrá información a lo largo del tiempo sin necesidad de una fuente de alimentación.
  2. Memoria de datos: La memoria de datos es el tipo de memoria requerida para el almacenamiento temporal de datos durante la ejecución de instrucciones. La memoria de datos es una memoria volátil, lo que significa que la memoria de datos contiene datos de forma temporal. La memoria de datos se mantiene solo cuando el dispositivo está conectado a una fuente de alimentación.

Periféricos de E/S

Los dispositivos de entrada y salida actúan como interfaz entre el procesador y el mundo exterior. Los puertos de entrada recibirían información y la enviarían al procesador en forma de datos binarios. El procesador recibe los datos y luego envía las instrucciones necesarias a los dispositivos de salida que ejecutarán tareas externas al microcontrolador.

Para un microcontrolador, el procesador, la memoria y los periféricos de E/S se consideran elementos definitorios, puede haber otros elementos que a menudo se incluyen. Algunos de estos elementos de apoyo son:

  1. Convertidor analógico a digital (ADC): ADC es un circuito que convertirá señales analógicas en señales digitales. ADC se utiliza para conectar un dispositivo de entrada analógica como un sensor a la CPU del microcontrolador.
  2. Convertidor digital a analógico (DAC): DAC es un circuito que convertirá señales digitales en señales analógicas. DAC se utiliza para la comunicación de las señales salientes a los componentes analógicos externos.
  3. Bus del sistema: El bus del sistema es el cable conector que unirá todos los componentes del microcontrolador.
  4. Puerto serie: El puerto serie es un ejemplo de un puerto de E/S que permitirá que el microcontrolador se conecte con los componentes externos. El puerto serie es similar a un puerto USB o un puerto paralelo. La única diferencia está en la forma en que intercambia bits.
¿Qué es un microcontrolador y cómo funciona?

Funcionamiento de los microcontroladores

Un microcontrolador es un chip que es un dispositivo de alta velocidad. El microcontrolador es más lento en comparación con una computadora. Entonces, cada comando se ejecuta rápidamente dentro de un microcontrolador. Un oscilador de cuarzo está presente en el microcontrolador que es habilitado por el registro de control lógico cuando se enciende el suministro al microcontrolador.

Los condensadores parásitos (es la capacitancia no deseada que existe entre las partes de los componentes o circuitos electrónicos debido a su proximidad entre sí) se recargan durante unos segundos durante la preparación inicial. Después de que el voltaje alcanza el valor máximo y la frecuencia del oscilador se estabiliza, la operación de escritura de bits también se estabiliza.

Microcontroladores para sistemas embebidos

Los microcontroladores y microprocesadores se utilizan ampliamente en productos de sistemas integrados. Los productos integrados utilizan un microcontrolador o un microprocesador para realizar una sola tarea, por ejemplo, una impresora. El procesador dentro de una impresora realiza solo una tarea, obtener datos e imprimirlos.

Algunos ejemplos de productos integrados que utilizan microcontroladores son:

  1. Hogar: electrodomésticos, intercomunicadores, teléfonos, sistemas de seguridad, contestadores automáticos, máquinas de fax, computadoras domésticas, televisores, sintonizador de TV por cable, VCR, grabadora de cámara, controles remotos, cámara, etc.
  2. Oficina: Teléfonos, computadoras, Sistemas de seguridad, Máquinas de fax, Microondas, Copiadora, Impresora láser, impresora a color, etc.
  3. Automático: contador de viajes, control del motor, bolsa de aire, instrumentación, sistema de seguridad, control de transmisión, entretenimiento, control de clima, teléfono celular, entrada sin llave, etc.

La escritura de bits se realiza a través de registros de funciones especiales. Todos estos son controlados por el pulso del reloj del oscilador y toda la electrónica comienza la función. Todo el proceso ocurre en nanosegundos.

Elegir un microcontrolador

Hay cuatro microcontroladores principales de 8 bits. Ellos son: el 6811 de Freescale, el 8051 de Intel, el Z8 de Zilog y el PIC 16X de Microchip Technology. Cada uno de estos microcontroladores tiene un conjunto único de instrucciones y registros. Por lo tanto, estos no son compatibles entre sí. Por lo tanto, si se escribe un programa para un microcontrolador, no se ejecutará en ningún otro controlador. Los microcontroladores de 16 y 32 bits también están disponibles en el mercado.

Los tres criterios para elegir microcontroladores son los siguientes:

  1. Satisfaga las necesidades informáticas de la tarea en cuestión de manera eficiente y rentable.
  2. La disponibilidad de herramientas de desarrollo de software como compiladores, ensambladores y depuradores. Se recomienda un compilador de lenguaje C eficiente en código.
  3. Amplia disponibilidad y fuentes confiables de microcontroladores.

Para analizar las necesidades informáticas de la aplicación del microcontrolador, se debe tener en cuenta lo siguiente:

  1. Velocidad: máxima velocidad admitida por el microcontrolador.
  2. Empaque: El microcontrolador viene en un tipo de empaque como si es un Dip de 4 pines (paquete doble en línea) o un QFP (paquete plano cuádruple), o algún otro formato de empaque. Todos estos son importantes en términos de espacio, ensamblaje y creación de prototipos del producto final.
  3. Consumo de energía: es fundamental para los productos que funcionan con baterías.
  4. La cantidad de RAM y ROM en el chip.
  5. El número de pines de E/S en el chip.
  6. El número de temporizadores en el chip.
  7. Facilidad de actualización a versiones de alto rendimiento o de menor consumo.
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