Tipos y aplicaciones de microcontroladores

Introducción al microcontrolador: 
un microcontrolador (μC o uC) es un microordenador de chip único fabricado a partir de la fabricación de VLSI. Un microcontrolador también se conoce como controlador integrado. Actualmente, varios tipos de microcontroladores están disponibles en el mercado con diferentes longitudes de palabra, como microcontroladores de 4 bits, 8 bits, 64 bits y 128 bits. El microcontrolador es una microcomputadora comprimida fabricada para controlar las funciones de los sistemas integrados en máquinas de oficina, robots, electrodomésticos, vehículos de motor y otros dispositivos. Un microcontrolador se compone de componentes como memoria, periféricos y lo más importante, un procesador. Los microcontroladores se emplean básicamente en dispositivos que necesitan un grado de control que debe aplicar el usuario del dispositivo.

Conceptos básicos del microcontrolador: 
cualquier dispositivo eléctrico que almacene, mida, muestre información o calcule forma parte de un 
chip de microcontrolador dentro de él. La estructura básica de un microcontrolador forma parte de: 
1. CPU: el microcontrolador del cerebro recibe el nombre de CPU. La CPU es el dispositivo que se utiliza para buscar datos, decodificarlos y, al final, completar con éxito la tarea asignada. Con la ayuda de la CPU, todos los componentes del microcontrolador están conectados en un solo sistema. 
La CPU recupera la instrucción captada por la memoria programable.
2. Memoria- En un chip de memoria microcontrolador funciona igual que un microprocesador. El chip de memoria almacena todos los programas y datos. Los microcontroladores están construidos con cierta cantidad de ROM o RAM (EPROM, EEPROM, etc.) o memoria flash para el almacenamiento de los códigos fuente del programa. 
3. Puertos de entrada / salida: los puertos de E / S se emplean básicamente para conectar o manejar diferentes dispositivos como, por ejemplo, impresoras, LCD, LED, etc.

4. Puertos serie: estos puertos proporcionan interfaces en serie entre el microcontrolador y varios otros periféricos, como el puerto paralelo. 
5.Timeros: puede incorporarse un microcontrolador con uno o más temporizadores o contadores. Los temporizadores y contadores controlan todas las operaciones de recuento y temporización dentro de un microcontrolador. Los temporizadores se emplean para contar pulsos externos. Las principales operaciones que realizan los temporizadores son: generación de impulsos, funciones de reloj, medición de frecuencia, modulaciones, hacer oscilaciones, etc. 
6.ADC (convertidor analógico a digital): se emplea ADC para convertir las señales analógicas en digitales. Las señales de entrada deben ser analógicas para ADC. La producción de señales digitales puede emplearse para diferentes aplicaciones digitales (como dispositivos de medición).

7.DAC (convertidor digital a analógico): este convertidor ejecuta funciones opuestas que realiza ADC. Este dispositivo se emplea generalmente para supervisar dispositivos analógicos como motores de corriente continua, etc. 
8. Control de interpretación: este controlador se utiliza para dar un control retrasado a un programa en funcionamiento. La interpretación puede ser interna o externa. 
9. Bloque de funcionamiento especial: algunos microcontroladores especiales fabricados para dispositivos especiales como sistemas espaciales, robots, etc. forman parte de este bloque de funciones especiales. Este bloque especial tiene puertos adicionales para llevar a cabo algunas operaciones especiales.

Tipos de microcontroladores: los 
microcontroladores se dividen en categorías según su memoria, arquitectura, bits y 
conjuntos de instrucciones. Entonces, analicemos los tipos de microcontroladores:

Bits: el 
microcontrolador de 8 bits ejecuta operaciones lógicas y aritméticas. Ejemplos de microcontrolador de 8 bits es Intel 8031/8051. 
El microcontrolador de 16 bits se ejecuta con mayor precisión y rendimiento en contraste con 8 bits. 
Ejemplo de microcontrolador de 16 bits es Intel 8096.

El microcontrolador de 32 bits se utiliza principalmente en dispositivos de control automático, como máquinas de oficina, dispositivos médicos implantables, etc. Requiere instrucciones de 32 bits para llevar a cabo cualquier función lógica o aritmética.

Memoria:

  • Microcontrolador de memoria externa: cuando una estructura incorporada está construida con un microcontrolador que no forma parte de todos los bloques de funcionamiento existentes en un chip, se denomina microcontrolador de memoria externa. A modo de ilustración: el microcontrolador 8031 ​​no tiene memoria de programa en el chip.
  • Microcontrolador de memoria incrustado: cuando se construye una estructura incorporada con un microcontrolador que forma parte de todos los bloques de funcionamiento existentes en un chip, se denomina microcontrolador de memoria incrustado. A modo de ilustración: el microcontrolador 8051 tiene todos los programas y memoria de datos, contadores y temporizadores, interrupciones, puertos de E / S y, por lo tanto, su microcontrolador de memoria incorporado.

Conjunto de instrucciones: 
CISC-CISC significa computadora con conjunto de instrucciones complejas, le permite al usuario aplicar 1 instrucción como 
alternativa a muchas instrucciones simples. 

RISC-RISC significa Computadoras con conjunto reducido de instrucciones. RISC reduce el tiempo de operación al 
acortar el ciclo del reloj por instrucción.

Arquitectura de memoria:

  • Microcontrolador Harvard Memory Architecture
  • Microcontrolador Princeton Memory Architecture

Microcontrolador 8051: 
el conjunto de microcontroladores más universalmente utilizado proviene de la familia 8051. Los microcontroladores 8051 persisten para ser una opción ideal para un gran grupo de aficionados y expertos. En el curso de 8051, la humanidad se convirtió en testigo presencial del conjunto de microcontroladores más revolucionario. El microcontrolador original 8051 fue inicialmente inventado por Intel. Los otros dos miembros de esta familia 8051 son-

  • 8052-Este microcontrolador tiene 3 temporizadores y 256 bytes de RAM. Además, tiene todas las características del microcontrolador 8051 tradicional. El microcontrolador 8051 es un subconjunto del microcontrolador 8052.
  • 8031 – Este microcontrolador es menos ROM, aparte de que tiene todas las características de un microcontrolador 8051 tradicional. Para la ejecución, se puede agregar una ROM externa de tamaño 64K a su chip.

El microcontrolador 8051 pone en funcionamiento 2 tipos de memoria diferentes, como NV-RAM, UV-EPROM y Flash.

Arquitectura del microcontrolador 8051:
El microcontrolador 8051 es un microcontrolador de ocho bits lanzado en el año 1981 por Intel Corporation. Está disponible en DIP de 40 pines (paquete doble en línea). Tiene 4kb de ROM (espacio programable en el chip) y 128 bytes de espacio RAM que se incluyen, si se desea, se pueden interconectar 64KB de memoria externa con el microcontrolador. Hay cuatro puertos paralelos de 8 bits que son fácilmente programables y direccionables. Un oscilador de cristal en chip está integrado en el microcontrolador que tiene una frecuencia de cristal de 12MHz. En el microcontrolador hay un puerto de entrada / salida en serie que tiene 2 pines. Dos temporizadores de 16 bits también se incorporan en él; estos temporizadores se pueden emplear como temporizadores para el funcionamiento interno y como contador para el funcionamiento externo.
Interrupción, Interrupción del temporizador 1, Interrupción externa 0, Interrupción del temporizador 0, Interrupción externa 1. El modo de programación de este microcontrolador 
incluye GPR (registros de propósito general), SFR (registros de función especial) y SPR (registros de propósito especial).

Microcontrolador PIC: 
controlador de interfaz periférica (PIC) proporcionado por tecnología de microchip para categorizar sus microcontroladores de chip solitarios. Estos dispositivos han sido extremadamente exitosos en microcontroladores de 8 bits. La principal causa detrás de esto es que la tecnología de microchips ha estado actualizando constantemente la arquitectura de los dispositivos e incluye muchos periféricos necesarios para el microcontrolador para satisfacer las necesidades de la clientela. Los microcontroladores PIC son muy populares entre aficionados e industriales; esto es solo la causa de la amplia disponibilidad, bajo costo, gran base de usuario y capacidad de programación en serie.

Arquitectura del microcontrolador PIC: 
la arquitectura de los microcontroladores PIC de 8 bits se puede clasificar como 
sigue: 1. Arquitectura de línea de base: en la arquitectura de línea base se incluyen microcontroladores PIC de la familia PIC10F, aparte de eso, también se incluye una fracción de las familias PIC12 y PIC16. . Estos dispositivos hacen uso de la arquitectura de palabras de programa de 12 bits con alternativas de paquete de seis a veintiocho pines. 
El conjunto de atributos definido brevemente de la arquitectura de línea de base permite las soluciones de producto más lucrativas. Esta arquitectura es perfecta para los gadgets con batería habilitada. La serie PIC10F200 es otro microcontrolador flash de 8 bit a un precio razonable con un paquete de 6 pines.

2. Arquitectura de Rango Múltiple – En este miembro de la línea media de PIC12 y PIC16 se agregan familias que atribuyen arquitectura de palabras de programa de 14 bits. Los gadgets PIC16 de gama media ofrecen una amplia variedad de alternativas de paquetes (del paquete 8 al 64), con niveles bajos a altos de 
incorporación periférica . Este dispositivo PIC16 posee una variedad de periféricos analógicos, digitales y seriales, como por ejemplo: convertidores SPI, USART, I2C, USB, LCD y A / D. Los microcontroladores PIC16 de rango medio han suspendido la capacidad de control con una carga de hardware de ocho niveles.
3. Arquitectura de alto rendimiento: la arquitectura de alto rendimiento incluye la familia de dispositivos PIC18. Estos microcontroladores hacen uso de una arquitectura de palabras de programa de 16 bits junto con alternativas de paquete de 18 a 100 pines. Los dispositivos PIC18 son microcontroladores de alto rendimiento con convertidores analógicos a digitales incorporados. Todos los microcontroladores PIC18 integran una arquitectura RISC altamente desarrollada que admite dispositivos flash. El PIC18 tiene atributos de cimentación mejorados, carga profunda de 32 niveles y varias interrupciones internas y externas.

Microcontrolador AVR: 
AVR también conocido como Advanced Virtual RISC, es un 
microcontrolador de microprocesador RISC de 8 bits de arquitectura Harvard personalizado . Fue inventado en el año 1966 por Atmel. La arquitectura de Harvard significa que el programa y los datos se acumulan en diferentes espacios y se usan simultáneamente. Fue una de las principales familias de microcontroladores que empleó la memoria flash en el chip básicamente para almacenar programas, en contraste con la EPROM, EEPROM o ROM programable de una sola vez, utilizada por otros microcontroladores al mismo tiempo. La memoria flash es una memoria programable no volátil (constante en el apagado). Arquitectura del microcontrolador AVR:
La arquitectura de los microcontroladores AVR fue desarrollada por Alf-Egil Bogen y Vegard Wollan. El nombre AVR se deriva de los nombres de los desarrolladores de arquitectura del microcontrolador. El AT90S8515 fue el primer microcontrolador que se basó en la arquitectura AVR; por otro lado, el primer microcontrolador que golpeó el mercado comercial fue AT90S1200 que se lanzó en el año 1997.

La SRAM, Flash y EEPROM están todas incorporadas en un solo chip, eliminando así el requisito de cualquier otra memoria externa en dispositivos máximos. Varios dispositivos forman parte de la alternativa de bus externo paralelo, para agregar dispositivos adicionales de memoria de datos. Aproximadamente todos los dispositivos, excepto los chips TinyAVR, incluyen una interfaz en serie, que se utiliza para vincular grandes chips de memoria flash y EEPROM.

Microcontrolador AMR: 
AMR es el nombre de una empresa que diseña arquitectura de microprocesadores. También se dedica a otorgar licencias a los productores que fabrican chips originales. En realidad, AMR es una arquitectura RISC genuina de 32 bits. Inicialmente fue desarrollado en el año 1980 por Acorn Computers Ltd. Este microprocesador base AMR no tiene memoria flash incorporada. ARM está especialmente diseñado para dispositivos de microcontroladores, es simple de entrenar y utilizar, sin embargo, lo suficientemente potente como para los dispositivos integrados más desafiantes.

Arquitectura de AMR Microcontroller: 
la arquitectura AMR es un procesador RISC de 32 bits desarrollado por ARM Ltd. Debido a sus atributos de ahorro de energía, las unidades de procesamiento central ARM prevalecen en el mercado de la electrónica móvil, donde un menor gasto energético es un objetivo de diseño vital. La arquitectura ARM forma parte de los elementos RISC subyacentes:

  • Máximo funcionamiento de ciclo individual
  • Archivo de registro constante de 16 × 32 bits.
  • Cargar o almacenar arquitectura.
  • Ancho de instrucción preestablecido de 32 bits para simplificar la canalización y la decodificación, con una densidad de código mínima.
  • Para el acceso a la memoria desalineada no hay soporte

Aplicaciones de microcontroladores: los 
microcontroladores están destinados a dispositivos integrados, en comparación con los microprocesadores que se utilizan en PC u otros 
dispositivos de uso múltiple. Los microcontroladores se emplean en invenciones y dispositivos administrados automáticamente, como herramientas eléctricas, dispositivos médicos implantables, sistemas de control de motores de automóviles, máquinas de oficina, dispositivos de control remoto, juguetes y muchos más 
sistemas integrados. Al reducir el tamaño y el gasto en comparación con un diseño que utiliza un microprocesador diferente, dispositivos de E / S y memoria, los microcontroladores lo hacen económico para controlar cada vez más dispositivos y operaciones. Mixed signal micro-
los controladores son generales; armar componentes analógicos requiere controlar estructuras electrónicas no digitales.

Aplicación del microcontrolador en dispositivos Life to Day Life:

  • Dispositivos de detección y control de luz
  • Dispositivos de detección y control de temperatura
  • Dispositivos de detección y seguridad contra incendios
  • Dispositivos de instrumentación industrial
  • Dispositivos de control de proceso

Aplicación de microcontrolador en dispositivos de control industrial:

  • Dispositivos de instrumentación industrial
  • Dispositivos de control de proceso

Aplicación de microcontrolador en dispositivos de medición y medición:

  • Volt Meter
  • Medición de objetos giratorios
  • Medidor de corriente
  • Sistemas de medición manuales

Fuente: www.electronicshub.org/microcontrollers/