Què és un microcontrolador?

Els microcontroladors són part integral dels sistemes incrustats. Un microcontrolador és bàsicament un equip petit i econòmic en un sol xip que comprèn un processador, una memòria petita i perifèrics d'entrada-sortida programables. Estan destinats a ser utilitzats en productes i dispositius controlats automàticament per realitzar tasques predefinides i preprogramades. Per tenir una millor idea del que realment és un microcontrolador; vegem un exemple de producte on s’utilitza el microcontrolador. Un termòmetre digital que mostra la temperatura ambient utilitza un microcontrolador connectat a un sensor de temperatura i a una unitat de visualització (com ara la pantalla LCD). Aquí el microcontrolador pren l'entrada del sensor de temperatura en format brut, el processa i el mostra a una petita unitat de pantalla LCD de forma llegible per l'home.De la mateixa manera, s'utilitzen microcontroladors simples o múltiples en molts dispositius electrònics segons el requisit i la complexitat de les aplicacions.

On s’utilitzen?

Els microcontroladors s’utilitzen en sistemes incrustats, bàsicament una varietat de productes i dispositius que combinen maquinari i programari, i que es desenvolupen per realitzar funcions particulars. Alguns exemples de sistemes incrustats on s’utilitzen microcontroladors poden ser: rentadores, màquines expenedores, microones, càmeres digitals, automòbils, equipament mèdic, telèfons intel·ligents, rellotges intel·ligents, robots i diversos electrodomèstics.

Per què fem servir microcontroladors?

Els microcontroladors s’utilitzen per utilitzar l’automatització en aplicacions incrustades. El motiu principal de la immensa popularitat dels microcontroladors és la seva capacitat per reduir la mida i el cost d'un producte o disseny, en comparació amb un disseny que es construeix mitjançant dispositius de microprocessador, memòria i entrada / sortida separats.

Com que els microcontroladors tenen funcions com microprocessador integrat, RAM, ROM, interfícies sèrie, interfícies paral·leles, convertidor analògic a digital (ADC), convertidor digital a analògic (DAC), etc., que facilita la creació d'aplicacions al seu voltant. A més, l'entorn de programació dels microcontroladors ofereix grans possibilitats per controlar els diferents tipus d'aplicacions segons el seu requisit.

Quins són els diferents tipus de microcontroladors?

Hi ha una àmplia gamma de microcontroladors disponibles al mercat. Diverses empreses com Atmel, ARM, Microchip, Texas Instruments, Renesas, Freescale, NXP Semiconductors, etc. fabriquen diferents tipus de microcontroladors amb diferents tipus de funcions. Mirant diversos paràmetres com la memòria programable, la mida del flaix, la tensió d’alimentació, els pins d’entrada / sortida, la velocitat, etc., es pot seleccionar el microcontrolador adequat per a la seva aplicació.

Vegem aquests paràmetres i els diferents tipus de microcontroladors segons aquests paràmetres.

Bus de dades (mida de bits):

Quan es classifiquen segons la mida de bits, la majoria dels microcontroladors van des de 8 fins a 32 bits (també hi ha disponibles microcontroladors de bits superiors). En un microcontrolador de 8 bits, el seu bus de dades consta de 8 línies de dades, mentre que en un microcontrolador de 16 bits el seu bus de dades consta de 16 línies de dades i així successivament per a microcontroladors de 32 bits i superiors.

Memòria:

Els microcontroladors necessiten memòria (RAM, ROM, EPROM, EEPROM, memòria flash, etc.) per emmagatzemar programes i dades. Mentre que alguns microcontroladors tenen xips de memòria incorporats, mentre que altres requereixen una memòria externa per connectar-se. S’anomenen microcontroladors de memòria incrustats i microcontroladors de memòria externa respectivament. La mida de memòria incorporada també varia segons els diferents tipus de microcontroladors i, en general, trobareu microcontroladors amb memòria de 4B a 4Mb.

Nombre de pins d'entrada / sortida:

Els microcontroladors varien segons el nombre de mides de pins d'entrada-sortida. Es pot triar un microcontrolador específic segons el requisit d'aplicació.

Conjunt d'instruccions:

Hi ha dos tipus de conjunts d’instruccions: RISC i CISC. Un microcontrolador pot utilitzar RISC (Reduced Instruction Set Computer) o CISC (Complex Instruction Set Computer). Com el seu nom indica, RISC redueix el temps d'operació que defineix el cicle de rellotge d'una instrucció; mentre que CISC permet aplicar una instrucció com a alternativa a moltes instruccions.

Arquitectura de la memòria:

Hi ha dos tipus de microcontroladors: els microcontroladors d’arquitectura de memòria de Harvard i els microcontroladors d’arquitectura de memòria de Princeton.

Aquí hi ha alguns microcontroladors populars entre estudiants i aficionats.

Sèrie de microcontroladors 8051 (8 bits)

Microcontroladors AVR d'Atmel (ATtiny, sèrie ATmega)

Microcontroladors de la sèrie PIC de Microchip

Microcontroladors de Texas Instruments com MSP430

Microcontroladors ARM

Característiques dels microcontroladors

Els microcontroladors s’utilitzen en sistemes incrustats per les seves diverses funcions. Com es mostra al diagrama de blocs següent d'un microcontrolador, inclou processador, pins d'E / S, ports sèrie, temporitzadors, ADC, DAC i control d'interrupcions.

Processador o CPU

El processador és el cervell d’un microcontrolador. Quan es proporciona l'entrada mitjançant pins d'entrada i instruccions mitjançant programes, processa les dades en conseqüència i es proporciona als pins de sortida.

Memòria

Els xips de memòria estan integrats en un microcontrolador per emmagatzemar tots els programes i dades. Hi pot haver diferents tipus de memòria integrada en microcontroladors com RAM, ROM, EPROM, EEPROM, memòria Flash, etc.

Ports d’entrada-sortida

Tots els microcontroladors tenen ports de sortida d’entrada. Depenent del tipus de microcontroladors, el nombre de pins de sortida d’entrada pot variar. S'utilitzen per relacionar-se amb dispositius d'entrada i sortida externs com a sensors, visualitzadors, etc.

Ports en sèrie

Faciliten la interfície sèrie dels microcontroladors amb altres perifèrics. Un port sèrie és una interfície de comunicació serial a través de la qual la informació es transfereix dins o fora d’un a un bit a la vegada.

ADC i DAC

De vegades, els sistemes incrustats necessiten convertir dades de digital a analògic i viceversa. Per tant, la majoria dels microcontroladors s’incorporen amb ADC (convertidor analògic a digital) incorporat i DAC (convertidors de digital a analògic) per realitzar la conversió necessària.

Temporitzadors

Els temporitzadors i comptadors són parts importants dels sistemes incrustats. Es requereixen per a diverses operacions com la generació d’impulsos, el recompte d’impulsos externs, la modulació, l’oscil·lació, etc.

Control d’interrupcions

El control d’interrupcions és una de les potents funcions dels microcontroladors. Es tracta d'una mena de notificació que interromp el procés en curs i que instrueix a realitzar la tasca definida pel control d'interrupcions.

Per resumir tot això, els microcontroladors són una mena de mini ordinadors compactes dissenyats per realitzar tasques específiques en sistemes incrustats. Amb una àmplia gamma de funcions, la seva importància i ús són enormes i es poden trobar en productes i dispositius de totes les indústries.