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Los sistemas electrónicos: los microcontroladores
La era del microcontrolador se inició hace más de 40 años, con la llegada de los primeros procesadores. Estos nuevos chips marcaron el despegue de la era digital y favorecieron que, en los años 70, aparecieran los primeros microprocesadores (8048 de Intel y 6800 de Motorola), cuya arquitectura sirve todavía hoy de referencia.
Los progresos conseguidos en la miniaturización han permitido conferir cada vez más capacidad y potencia a los microprocesadores, de los cuales han salido los microcontroladores.
Paralelamente a este desarrollo, la industria del automóvil se dio cuenta de que los microcontroladores podían ofrecer ventajas y prestaciones muy útiles en los sistemas electrónicos de sus equipamientos. Las primeras aplicaciones se llevaron a cabo en la gestión de los motores (centralita motor) y en la regulación de frenado (ABS).
¿Qué es exactamente un microcontrolador?
Un microcontrolador es el chip electrónico más sofisticado que existe. El microcontrolador constituye la parte central, el corazón de las placas electrónicas.
Cual director de orquesta, es el que confiere al calculador inteligencia y automatismo. Contiene un microprocesador, memorias digitales y diferentes módulos, que ahora veremos.
Un microcontrolador es un miniordenador en sí mismo. Al contrario que los microprocesadores, de los cuales se deriva, los microcontroladores están particularmente destinados a equipamientos portátiles o embarcados para funcionar en tiempo real.
Se caracterizan por un intercambio de datos importante y rápido con el exterior, velocidades de tratamiento de datos elevadas, consumo reducido y bajo coste.
Una aplicación, un microcontrolador
Los microcontroladores se hacen “a medida”, según la aplicación para la que están destinados. La gran diversidad de aplicaciones posibles obliga a los fabricantes a diferenciar los microcontroladores en diferentes versiones, que se distinguen por el tipo de memorias y los módulos integrados.
Los microcontroladores más extendidos incorporan mayoritariamente un microprocesador de 8, 16, 32 o 64 bits. Un microprocesador de 8 bits trata hasta 10 MIPS (millones de instrucciones por segundo), uno de 32 bits puede llegar a 100 MIPS y uno de 64 bits, 500 MIPS.
Constitución de los microcontroladores
Un microcontrolador reúne en el interior de un mismo chip todos los elementos de base de un sistema digital programable. Está compuesto por:
- Un microprocesador (CPU o Central Process Unit)
Es el núcleo del chip, denominado también core. Es la unidad programable que efectúa el tratamiento lógico de los datos del programa del calculador, según un juego de instrucciones memorizadas. Se ocupa también de comunicar, a través del bus de unión, con las diferentes memorias y módulos de entrada/ salida internas.
- Memorias digitales
RAM, ROM, EEPROM, Flash-Eprom.
- Módulos periféricos de entrada y salida
La mayor parte de estos módulos sirven para “descargar” al microprocesador de tareas rutinarias, en tiempo real, que requieren mucho tiempo de tratamiento. Los módulos más típicos son:
# Convertidores analógico/digitales (e inversamente).
# Contadores de impulsos: utilizados para el cálculo del régimen motor o de la velocidad de rueda, por ejemplo.
# Interfaces de comunicación serie: como la comunicación CAN.
# Etapas de salida digital: para el mando de motores paso a paso (entre otros).
# Timers: especie de cronómetros que son capaces de medir un tiempo de paso a estado “1” de una señal de entrada o de generar una señal de mando temporizado. Se aplica en el parpadeo de un testigo de alerta.
#Controlador de bus: Este módulo está dedicado a la comunicación con el resto de la electrónica digital que compone el calculador (como las memorias externas).
# Bus de unión: permite que el microprocesador se comunique con su periferia. Este bus puede ser de 4, 8, 16, 32 o 64 bits, según la potencia deseada. Por supuesto, la potencia del microprocesador depende del tamaño del bus. De nada sirve tener un microprocesador de 32 bits si se le asocia un bus de 8 bits.
# Controlador de interrupciones: Las interrupciones son eventos particulares mayores, que provienen del entorno externo al calculador, y que necesitan el desarrollo de una parte específica del programa.
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