¿Qué son los microcontroladores? Propósito, dispositivo, software

Microcontrolador - Este es un chip especial diseñado para controlar varios dispositivos electrónicos. Los microcontroladores aparecieron por primera vez en el mismo año que los microprocesadores de uso general (1971).

A los desarrolladores de microcontroladores se les ocurrió una idea ingeniosa: combinar el procesador, la memoria, la ROM y los periféricos dentro de un gabinete que parece un microcircuito normal. Desde entonces, la producción de microcontroladores anualmente excede muchas veces la producción de procesadores, y su necesidad no ha disminuido.

Los microcontroladores son producidos por docenas de compañías, y no solo se producen microcontroladores modernos de 32 bits, sino también 16, e incluso 8 bits (como i8051 y análogos). Dentro de cada familia, a menudo puede encontrar modelos casi idénticos que difieren en la velocidad de la CPU y el tamaño de la memoria.

El hecho es que los microcontroladores se utilizan principalmente en sistemas empotrados, en juguetes, en máquinas herramientas, en electrodomésticos masivos, en domótica - donde no necesita potencia de procesador, sino un equilibrio entre precio y funcionalidad suficiente.

Es por eso que los tipos más antiguos de microcontroladores todavía están en uso: pueden hacer mucho: desde abrir puertas automáticamente y activar el riego de céspedes hasta integrarse en sistema de casa inteligente. Al mismo tiempo, hay microcontroladores más potentes que pueden realizar cientos de millones de operaciones por segundo y están atados con periféricos "a los dientes". Tienen tareas correspondientes. Por lo tanto, el desarrollador primero evalúa la tarea, y solo luego selecciona el hardware apropiado para ella.

Hoy en día, hay más de 200 modificaciones de microcontroladores compatibles con i8051, producidos por dos docenas de compañías, y una gran cantidad de otros tipos de microcontroladores. Los desarrolladores son populares con los microcontroladores PIC de 8 bits de Microchip Technology y AVR de Atmel, MSP430 de 16 bits de TI, así como con microcontroladores de 32 bits, arquitectura ARM, desarrollada por ARM Limited y vende licencias a otras compañías para su producción.

Microcontrolador PDIP PIC24 de 16 pines y 28 pines

Microcontrolador Atmel AVR ATmega8 en paquete DIP

Dispositivo microcontrolador AVR

El microcontrolador se caracteriza por una gran cantidad de parámetros, ya que es un dispositivo complejo controlado por software y un dispositivo electrónico (microcircuito). El prefijo "micro" en el nombre del microcontrolador significa que se realiza utilizando tecnología microelectrónica.

Durante la operación, el microcontrolador lee los comandos de la memoria o el puerto de entrada y los ejecuta. Lo que cada comando significa está determinado por el sistema de comando del microcontrolador. El sistema de comando está integrado en la arquitectura del microcontrolador y la ejecución del código de comando se expresa en el desempeño de ciertas microoperaciones por parte de los elementos internos del microcircuito.

Los microcontroladores permiten un control flexible de varios dispositivos electrónicos y eléctricos. Algunos modelos de microcontroladores son tan potentes que pueden cambiar directamente los relés (por ejemplo, a Guirnaldas de navidad).

Los microcontroladores, por regla general, no funcionan solos, sino que se sueldan en un circuito donde, además de él, se conectan pantallas, entradas de teclado, varios sensores, etc.

El software para microcontroladores puede atraer la atención de aquellos que aman “perseguir bits”, ya que la memoria en los microcontroladores generalmente oscila entre 2 y 128 Kb. Si es menos, entonces tiene que escribir en ensamblador o Fort, si es posible, use versiones especiales de BASIC, Pascal, pero principalmente C. Antes de finalmente programar el microcontrolador, se prueba en emuladores: software o hardware.

Puede surgir la pregunta: ¿el microprocesador y el microcontrolador son solo un nombre diferente para el mismo dispositivo, o siguen siendo cosas diferentes?

Un microprocesador es el dispositivo central de cualquier computadora, hecho por tecnología integrada. El nombre en sí mismo indica que en él se producen los procesos informáticos. Para hacer una computadora fuera de ella, incluso si no es muy moderna y poderosa (recuerde las construcciones de aficionados de Radio 86 o Sinclair), debe complementarse con dispositivos externos. En primer lugar, es RAM y puertos de entrada para la salida de información.

El microcontrolador tiene un procesador, RAM, memoria de programa y, además, un conjunto completo de dispositivos periféricos que convierten el procesador en una computadora totalmente funcional. Según la antigua terminología de la era soviética, dichos dispositivos se llamaban microcomputadoras de un solo chip. Pero la informática soviética, como saben, ha llegado a un callejón sin salida, y con ella OMEVM.

Pero la tecnología informática extranjera no se detuvo, por lo tanto, OMEVM se hizo conocido como controladores (del inglés. Control - para administrar, controlar). Y de hecho, los controladores resultaron ser muy adecuados para controlar diversos equipos, incluso no muy complicados.

El MICROCONTROLLER ya no es un procesador, pero tampoco una computadora.

El procesador central en cada computadora es la computadora principal. Aunque la computadora no está destinada únicamente a la carga computacional, el procesador es el elemento principal en ella. Pero no solo la computadora tiene un procesador.

Si lo piensa y observa más de cerca, puede encontrar que los procesadores se utilizan en la mayoría de los electrodomésticos. Solo allí no usan procesadores como en una computadora, sino microprocesadores e incluso microcontroladores.

Entonces, ¿qué es un microcontrolador y en qué se diferencia del procesador real o son estos componentes electrónicos completamente diferentes?

Los grandes circuitos integrados o circuitos integrados son procesadores. Los microprocesadores son esencialmente los mismos procesadores, pero debido al prefijo "micro" su esencia se determina que son en miniatura que sus hermanos "grandes". En su tiempo histórico, un procesador con su tamaño podía ocupar más de una habitación, era correcto nombrarlos como dinosaurios extintos por macroprocesadores, para organizarlos de alguna manera en la idea moderna de la electrónica.

De tamaño reducido y el procesador organizado ocupa menos espacio y se puede colocar en un producto más compacto, este es el microprocesador. Pero el procesador en sí puede hacer poco, excepto enviar datos entre los registros y realizar algunas operaciones aritméticas y lógicas en ellos.

Para que el microprocesador envíe datos a la memoria, esta memoria debe estar presente en el propio chip, en el que se encuentra el elemento del procesador, o conectada a la RAM externa hecha en forma de un chip o módulo separado.

Además de la memoria, el procesador debe interactuar con dispositivos externos: periféricos. De lo contrario, qué tipo de beneficio se puede esperar del trabajo del procesador, mezclando y moviendo datos de un lado a otro. El punto es cuando el procesador interactúa con los dispositivos de E / S. En una computadora, es un teclado, un mouse y dispositivos de visualización como pantalla, opcionalmente una impresora y, por ejemplo, un escáner, nuevamente para ingresar información.

Para controlar los dispositivos de E / S, los elementos y circuitos de amortiguación apropiados son indispensables. En base a ellos, se implementa la interfaz llamada hardware. Las formas de interactuar con los elementos de la interfaz requieren la presencia de circuitos de puertos de entrada-salida, decodificadores de direcciones y modeladores de bus con circuitos de amortiguación para aumentar la capacidad de carga del microprocesador.

Integración del procesador con todos los elementos adicionales necesarios, de modo que este producto se vierta en algún tipo de construcción completa y conduzca a la formación de un microcontrolador. Un microcircuito o microcontrolador implementa un procesador y circuitos de interfaz en un solo chip.

Un chip autónomo que contiene casi todo, por lo que es suficiente para construir un producto terminado, es un ejemplo de un microcontrolador típico. Por ejemplo, un reloj electrónico de pulsera o un reloj de alarma tiene un microcontrolador en el interior, que implementa todas las funciones de dicho dispositivo. Los dispositivos periféricos individuales se conectan directamente a las patas del microcircuito del microcontrolador, o se comparten elementos o microcircuitos adicionales de pequeño o mediano grado de integración.

Los microcontroladores se usan ampliamente en productos que contienen todo el sistema exclusivamente en un microcircuito en miniatura, a menudo llamado microconjunto. Por ejemplo, una tarjeta de crédito "chip" contiene un microcontrolador dentro de una base de plástico. Tableta de intercomunicación También contiene un microcontrolador en su interior. Y los ejemplos del uso y la aplicación de microcontroladores son tan extensos en el mundo moderno que es fácil detectar la presencia de un controlador en un dispositivo más o menos inteligente, desde un juguete para niños hasta un auricular inalámbrico para teléfono celular.