viernes, 5 de diciembre de 2008

MICROCONTROLADORES




Los microcontroladores son computadoras completas y optimizadas, que se utilizan en aquellos sistemas donde otro tipo de computadoras no son adecuadas.






Un microcontrolador es un circuito integrado de alta escala de integración que incorpora la mayor parte de los elementos que configuran un controlador.

Un microcontrolador dispone normalmente de los siguientes componentes:


  • Procesador o UCP (Unidad Central de Proceso)
  • Memoria RAM para Contener los datos.
  • Memoria para el programa tipo ROM/PROM/EPROM.
  • Líneas de E/S para comunicarse con el exterior.
  • Diversos módulos para el control de periféricos (temporizadores, Puertas Serie y Paralelo
  • Generador de impulsos de reloj que sincronizan el funcionamiento de todo el sistema.

    El microcontrolador es en definitiva un circuito integrado que incluye todos los componentes de un computador. Debido a su reducido tamaño es posible montar el controlador en el propio dispositivo al que gobierna. En este caso el controlador recibe el nombre de controlador empotrado (embedded controller).



Características



Son diseñados para disminuir el costo económico y el consumo de energía de un sistema en particular. Por eso el tamaño de la CPU, la cantidad de memoria y los periféricos incluidos dependerán de la aplicación. El control de un electrodoméstico sencillo como una batidora, utilizará un procesador muy pequeño (4 u 8 bit) por que sustituirá a un autómata finito. En cambio un reproductor de música y/o vídeo digital (mp3 o mp4) requerirá de un procesador de 32 bit o de 64 bit y de uno o más Códec de señal digital (audio y/o vídeo). El control de un sistema de frenos ABS (Antilock Brake System) se basa normalmente en un microcontrolador de 16 bit, al igual que el sistema de control electrónico del motor en un automóvil.

Los microcontroladores representan la inmensa mayoría de los chips de computadoras vendidos, sobre un 50% son controladores "simples" y el restante corresponde a DSPs más especializados. Mientras se pueden tener uno o dos microprocesadores de propósito general en casa (vd. está usando uno para esto), usted tiene distribuidos seguramente entre los electrodomésticos de su hogar una o dos docenas de microcontroladores. Pueden encontrarse en casi cualquier dispositivo electrónico como automóviles, lavadoras, horno microondas, teléfonos, etc.

Un microcontrolador difiere de una CPU normal, debido a que es más fácil convertirla en una computadora en funcionamiento, con un mínimo de chips externos de apoyo. La idea es que el chip se coloque en el dispositivo, enganchado a la fuente de energía y de información que necesite, y eso es todo. Un microprocesador tradicional no le permitirá hacer esto, ya que espera que todas estas tareas sean manejadas por otros chips. Hay que agregarle los modulos de entrada/salida (puertos) y la memoria para almacenamiento de información.










los microcontroladores negocian la velocidad y la flexibilidad para facilitar su uso. Debido a que se utiliza bastante sitio en el chip para incluir funcionalidad, como los dispositivos de entrada/salida o la memoria que incluye el microcontrolador, se ha de prescindir de cualquier otra circuitería.





EVOLUCION DE LOS MICROCONTROLADORES



En 1976 salio a la luz el primer microordenador monopastilla que fue el antepasado del microcontrolador. Desde entonces los esfuerzos por mejorar este tipo de dispositivosse han ido renovando y, en 1982, la casa INTEL lanzo la primera generacion de microcontroladores de 8 bits. Estos microcontroladores pueden contener, entre otros, los siguientes elementos integrados en una sola pastilla:


CPU
Memoria RAM
Memoria ROM
Unidades de comunicacion paralelo y Serie con el exterior
Temporizadores-contadores
Controladores de Interrupciones
conversores A/D y D/A Reloj




La evolucion de los microcontroladores continua con el llamado microcontrolador PIC. Este emplea la arquitectura harvard y posee un repertorio de instrucciones reducido pero muy potente denominado RISC.

Las ventajas del empleo de los microcontroladores en los sitemas microprogramables son las siguientes:

Estan especialmente diseñados para aplicaciones industriales de automatizacion y de control de procesos el hardware adicional que necesitan para funcionar es pequeño o casi nulo posseen un software muy potente y sencillo






un poco mas de:







TIPOS DE MICROCONTROLADORES

INTEL (La familia 8051)

SEMENS

MOTOROLA

Para que se usan?




La limitación en la aplicación de los microcontroladores a un desarrollo de ingeniería tiene su límite en la imaginación del desarrollador. Con los diversos modelos disponibles podemos afrontar multitud de diseños distintos desde los más simples hasta los más complejos.



Realmente la dificultad no está en usar un microcontrolador para afrontar un proyecto hardware, sino en elegir el fabricante y el modelo adecuado para la aplicación. Con esto lo que tenemos que tener presente es que los microcontroladores nos solucionarán la vida en todos los temas, pero el objetivo es usar el mínimo número de ellos y con el menor coste por unidad. La frase anterior tiene trampa, todo diseño se puede afrontar con microcontroladores, pero según qué especificación o escenario, no siempre será la mejor idea usar uno solo, sino varios distribuidos. Habrá aplicaciones para las que no será posible usar un único microcontrolador, pero si varios de ellos, bien por restricciones de funcionamiento o económicas.


AQUITECTURA DE UN MICROCONTROLADOR



Los microcontroladores adoptaron la arquitectura clásica de von Neumann, en el momento presente se impone la arquitectura Harvard. La arquitectura de von Neumann se caracteriza por disponer de una sola memoria principal donde se almacenan datos e instrucciones de forma indistinta. A dicha memoria se accede a través de un sistema de buses único (direcciones, datos y control).


La arquitectura Harvard dispone de dos memorias independientes una, que contiene sólo instrucciones y otra, sólo datos. Ambas disponen de sus respectivos sistemas de buses de acceso y es posible realizar operaciones de acceso (lectura o escritura) simultáneamente en ambas memorias.




ARQUITECTURAS DE VON NEWMA Y HARVARD



Aplicaciones de los microcontroladores



Cada vez existen más productos que incorporan un microcontrolador con el fin de aumentar sustancialmente sus prestaciones, reducir su tamaño y coste, mejorar su fiabilidad y disminuir el consumo. Algunos fabricantes de microcontroladores superan el millón de unidades de un modelo determinado producidas en una semana.

Los microcontroladores están siendo empleados en multitud de sistemas presentes en nuestra vida diaria, como pueden ser juguetes, horno microondas, frigoríficos, televisores, computadoras, impresoras, módems, el sistema de arranque de nuestro coche, etc. Y otras aplicaciones con las que seguramente no estaremos tan familiarizados como instrumentación electrónica, control de sistemas en una nave espacial, etc. Una aplicación típica podría emplear varios microcontroladores para controlar pequeñas partes del sistema. Estos pequeños controladores podrían comunicarse entre ellos y con un procesador central, probablemente más potente, para compartir la información y coordinar sus acciones, como, de hecho, ocurre ya habitualmente en cualquier PC.


Antes de seleccionar un microcontrolador es imprescindible analizar los requisitos de la aplicación: