Microcontroladores: Funcionamiento, Arquitecturas y Aplicaciones Industriales

¿Qué es un Microcontrolador (μC)?

Un μC es un circuito integrado de alta escala de integración que incorpora la mayor parte de los elementos que configuran un controlador. Se trata de un sistema cerrado que contiene en su interior todas las partes de un computador, mientras que en el exterior se encuentran las líneas que gobiernan los periféricos.

Este dispositivo contiene un procesador (UCP) y se encuentra presente en una amplia gama de productos como juguetes, hornos de microondas, mouse y televisores, entre otros. Se fabrican principalmente con tecnología CMOS.

Componentes principales

• Procesador (UCP).
• Memoria RAM: Contiene los datos.
• Memoria de programa: Tipo ROM, PROM o EPROM.
• Líneas para E/S: Entrada y salida.
• Módulos periféricos.

Ventajas de los microcontroladores

• Aumento de la fiabilidad.
• Aumento de las prestaciones.
• Reducción del tamaño en el producto acabado.
• Mayor flexibilidad.

Clasificación y Aplicaciones

Existen microcontroladores de 4, 8, 16 o 32 bits:

• 4 y 8 bits: No son tan potentes, pero resultan más económicos.
• 16 y 32 bits: Son potentes y superiores.

Los μC de 32 bits se utilizan en el procesamiento de imágenes, comunicación, aplicaciones militares, procesos industriales y el control de dispositivos de almacenamiento de datos.

Consideraciones para la selección de un μC

• Costos/Aplicación: Analizar los requisitos del proyecto.
• Procesamiento de datos: Determinar si se requieren 8, 16 o 32 bits.
• E/S: Determinar la cantidad de periféricos necesarios.
• Consumo: Determinar la alimentación requerida.
• Memoria: Decidir entre memoria volátil (RAM), no volátil (ROM) o no volátil modificable (EEPROM).

Modelos Históricos y Relevantes

• 8048 (Intel): El primero de todos.
• 8051 (Intel y otros): El más popular, fácil de programar, potente y con múltiples variantes y herramientas de desarrollo.
• 80-186, 188, 386 EX (Intel): Permiten aprovechar las herramientas de desarrollo con PC.
• 68HC11 (Motorola y Toshiba): De 8 bits y posee gran cantidad de variantes.
• 683xx (Motorola): De altísima prestación.
• PIC (Microchip): Fueron los primeros μC con arquitectura RISC.

Arquitecturas de Computador

Arquitectura de Von Neumann

Se caracteriza por disponer de una sola memoria principal donde se almacenan datos e instrucciones de forma indistinta.

Arquitectura de Harvard

Es la utilizada en la actualidad. Dispone de dos memorias independientes: una contiene solo instrucciones y otra solo datos. Ambas poseen sistemas de buses de acceso, lo que permite realizar operaciones de acceso simultáneamente en ambas memorias.

Diferencia con el Microprocesador (μP)

El μP es un circuito integrado que contiene la unidad central de proceso. En este, las patillas sacan al exterior las líneas de los buses de dirección, datos y control. Se considera un sistema abierto porque su configuración es variable de acuerdo con la aplicación a la que se destine.