Microcontroladores: Componentes Clave, Arquitecturas de Procesador y Memorias ROM

Componentes Esenciales de un Microcontrolador

Un microcontrolador está compuesto por los siguientes componentes clave:

• Procesador o CPU (del inglés Central Processing Unit o Unidad Central de Proceso).
• Memoria para el programa tipo ROM.
• Memoria RAM para contener los datos.
• Líneas de E/S para comunicarse con el exterior.
• Diversos módulos para el control de periféricos (temporizadores, Puertas Serie y Paralelo, CAD: Conversores Analógico/Digital, CDA: Conversores Digital/Analógico, etc.).

Arquitecturas de Procesadores en Microcontroladores

Existen tres tipos principales de arquitectura de procesadores:

• CISC (Complex Instruction Set Computer): Disponen de más de 80 instrucciones en su repertorio, algunas de las cuales son muy sofisticadas y potentes, requiriendo muchos ciclos para su ejecución. Una ventaja de los procesadores CISC es que ofrecen instrucciones complejas que actúan como macros.
• RISC (Reduced Instruction Set Computer): En estos procesadores, el repertorio de instrucciones es muy reducido y las instrucciones son simples y generalmente se ejecutan en un ciclo. La ventaja de estos es que la sencillez y rapidez de las instrucciones permiten optimizar el hardware y el software del procesador.
• SISC (Specific Instruction Set Computer): En los microcontroladores destinados a aplicaciones muy concretas, el juego de instrucciones, además de ser reducido, es "específico", es decir, las instrucciones se adaptan a las necesidades de la aplicación prevista.

Tipos de Memoria ROM en Microcontroladores

Existen distintos tipos de memorias ROM, cuya elección determinará la aplicación del microcontrolador:

• ROM con máscara: Es una memoria no volátil de solo lectura cuyo contenido se graba durante la fabricación del chip.
• OTP (One Time Programmable): El microcontrolador contiene una memoria no volátil de solo lectura "programable una sola vez" por el usuario. Es el usuario quien puede escribir el programa en el chip mediante un sencillo grabador controlado por un programa desde una PC. La versión OTP es recomendable cuando el ciclo de diseño del producto es muy corto, o bien, para la construcción de prototipos y series muy pequeñas.
• EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory): Los microcontroladores que disponen de este tipo de memoria pueden borrarse y grabarse muchas veces. La grabación se realiza con un grabador gobernado desde un PC. Si, posteriormente, se desea borrar el contenido, disponen de una ventana de cristal en su superficie por la que se somete a la memoria a rayos ultravioleta durante varios minutos.
• EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory): Se trata de memorias de solo lectura, las cuales se pueden escribir y borrar eléctricamente. Tanto la programación como el borrado se realizan eléctricamente desde el propio grabador y bajo el control programado de un PC. La operación de grabado y borrado es muy cómoda y rápida. Los microcontroladores dotados de memoria EEPROM, una vez instalados en el circuito, pueden grabarse y borrarse tantas veces como se desee sin ser retirados de dicho circuito. El número de veces que puede grabarse y borrarse una memoria de este tipo es finito, por lo que no es recomendable una reprogramación continua. Este tipo de memoria es relativamente lenta.
• FLASH: Se trata de una memoria no volátil de bajo consumo, que se puede escribir y borrar. Funciona como una ROM y una RAM, pero consume menos y es más pequeña. A diferencia de la ROM, la memoria FLASH es programable en el circuito. Es más rápida y de mayor densidad que la EEPROM. La alternativa FLASH está recomendada frente a la EEPROM cuando se precisa gran cantidad de memoria de programa no volátil. Es más veloz y tolera más ciclos de escritura y borrado.