MICROCONTROLADORES

Figura1, Principales marcas de microcontroladores

HISTORIA DE LOS MICROCONTROLADORES

Un microcontrolador es un circuito integrado o chip programable que posee en su interior las tres unidades básicas de funcionamiento de un computador, la CPU, memoria y periféricos de entrada y salida, lo cual le permite controlar uno o varios procesos al mismo tiempo, ejecutando la programación almacenada en su memoria.

Antes de existir el microcontrolador, se utilizaban para control los sistemas con microprocesador, el cual necesitaba varios elementos externos para llevar a cabo sus funciones.  Cuando se hace un diseño de este tipo se utilizan varios módulos:

• Microprocesador (CPU o Unidad Central de Proceso). Es el encargado de controlar el sistema, ejecuta las funciones escritas en la memoria de programa.
• Memorias ROM (Memoria de solo lectura). Se utilizan para almacenar el programa y no pierden la información, aunque se retire la alimentación del sistema.
• Memorias RAM (Memoria de acceso aleatorio). Se utilizan para guardar datos temporales durante la ejecución del programa. estas memorias se conocen como memorias volátiles por que pierden la información al retirarle la alimentación al sistema.
• Decodificadores de direcciones. Sirve para acceder correctamente a las memorias y a los dispositivos periféricos del microprocesador

Los microcontroladores hicieron su aparición hacia el año 1971, cuando Intel saco al mercado el primer microcontrolador el 4004 de 4 bits y 16 pines, además este circuito fue el primer procesador de computadora diseñado por Intel que previamente se dedicaba a construir chips de memoria, junto con este chip se creó una familia de circuitos integrados como el 4001 (ROM de 256 bytes), 4002 (RAM de 40 bytes), entre otros. Luego de la aparición del 4004 se creó el microcontrolador Intel 8048 que poseía de un formato parecido al 4004, es decir para su funcionamiento necesitaban de otros dispositivos adicionales.

Hacia el mismo año Texas Instruments desarrollo el TMS1000 comercializado en 1974, fue el primer microcontrolador que combinaba memoria RAM, memoria ROM, microprocesador y reloj en un mismo circuito integrado, este chip fue desarrollado para sistemas embebidos.

Debido al éxito alcanzado por el TMS1000 intel decide realizar lo mismo que Texas Instruments y es así como crean el Intel 8048, un microprocesador que no solo (al igual que él TMS1000) poseía memoria RAM, ROM, microprocesador y reloj interno, sino que también era compatible con millones de dispositivos de la época, lo cual lo hizo muy versátil llegando a usarse en numerosas aplicaciones.

En 1993, el lanzamiento de la EEPROM en los microcontroladores permite borrarla eléctrica y rápidamente, lo que permite tanto la creación rápida de prototipos y la programación en el sistema. El mismo año, Atmel lanza el primer microcontrolador que utiliza memoria flash Otras compañías rápidamente siguieron el ejemplo, con los dos tipos de memoria.

Actualmente la empresa líder en el mercado en la venta de microprocesadores es microchip debido al éxito rotundo de su microcontrolador PIC16F84 debido a su bajo costo y tamaño. Se ha usado en numerosas aplicaciones, que van desde los automóviles a decodificadores de televisión. Es muy popular su uso por los aficionados a la robótica y electrónica.

Puede ser programado tanto en lenguaje ensamblador como en Basic y principalmente en C, para el que existen numerosos compiladores. Cuando se utilizan los compiladores Basic, es posible desarrollar útiles aplicaciones en tiempo récord, especialmente dirigidas al campo doméstico y educacional.

MICROCONTROLLERS

HISTORY OF MICROCONTROLLERS

A microcontroller is an integrated circuit or programmable chip that has in its interior the three basic units of operation of a computer, the CPU, memory and peripherals of input and output, which allows you to control one or several processes at the same time, executing the programming stored in your memory.

Before the microcontroller existed, systems with microprocessors were used for control, which needed several external elements to carry out their functions. When a design of this type is made, several modules are used:

• Microprocessor (CPU or Central Processing Unit). It is in charge of controlling the system, executes the functions written in the program memory.

• ROM Memories (Read Only Memory). They are used to store the program and do not lose information, even if the power is removed from the system.

• RAM Memory (Random Access Memory). They are used to store temporary data during program execution. These memories are known as volatile memories because they lose information when the power is removed from the system.

• Address decoders. It serves to correctly access the memories and the peripheral devices of the microprocessor

The microcontrollers made their appearance around the year 1971, when Intel released the first microcontroller the 4004 4-bit 16-pin, this circuit was also the first computer processor designed by Intel that previously was dedicated to build memory chips, together With this chip, a family of integrated circuits was created, such as 4001 (ROM of 256 bytes), 4002 (RAM of 40 bytes), among others. After the appearance of the 4004, the Intel 8048 microcontroller was created. It had a format similar to 4004, that is to say, it needed other additional devices for its operation.

Towards the same year Texas Instruments developed the TMS1000 marketed in 1974, it was the first microcontroller that combined RAM memory, ROM, microprocessor and clock in the same integrated circuit, this chip was developed for embedded systems.

Due to the success achieved by the TMS1000 intel, it decided to do the same as Texas Instruments and that is how they created the Intel 8048, a microprocessor that not only (like the TMS1000) had RAM, ROM, microprocessor and internal clock, but also It was compatible with millions of devices of the time, which made it very versatile coming to be used in numerous applications.

In 1993, the launch of the EEPROM in the microcontrollers allows to erase it electrically and quickly, which allows both the rapid creation of prototypes and programming in the system. The same year, Atmel launches the first microcontroller that uses flash memory. Other companies quickly followed suit, with both types of memory.

Currently the leading company in the market for the sale of microprocessors is microchip due to the resounding success of its PIC16F84 microcontroller due to its low cost and size. It has been used in numerous applications, ranging from automobiles to television set-top boxes. Its use by fans of robotics and electronics is very popular.

It can be programmed in assembly language as well as in Basic and mainly in C, for which there are numerous compilers. When Basic compilers are used, it is possible to develop useful applications in record time, especially for the domestic and educational field.

CONTROLADOR Y MICROCONTROLADOR

Recibe el nombre de controlador el dispositivo que se emplea para el gobierno de uno o varios procesos. Por ejemplo, el controlador que regula el funcionamiento de un horno dispone de un sensor que mide constantemente su temperatura interna y, cuando traspasa los límites prefijados, genera las señales adecuadas que accionan los efectores que intentan llevar el valor de la temperatura dentro del rango estipulado.

Aunque el concepto de controlador ha permanecido invariable a través del tiempo, su implementación física ha variado frecuentemente. Hace tres décadas, los controladores se construían exclusivamente con componentes de lógica discreta, posteriormente se emplearon los microprocesadores, que se rodeaban con chips de memoria y E/S sobre una tarjeta de circuito impreso. En la actualidad, todos los elementos del controlador se han podido incluir en un chip, el cual recibe el nombre de microcontrolador.

Un microcontrolador dispone normalmente de los siguientes componentes

• Procesador o μP (CPU - 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, CAD: Conversores Analógico/Digital, CDA: Conversores Digital/Analógico, etc.).
• 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.

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. Este dato puede dar una idea de la masiva utilización de estos componentes. 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.

EL MERCADO DE LOS MICROCONTROLADORES

Aunque en el mercado de la microinformática la mayor atención la acaparan los desarrollos de los microprocesadores, lo cierto es que se venden cientos de microcontroladores por cada uno de aquéllos. Existe una gran diversidad de microcontroladores. Quizá la clasificación más importante sea entre microcontroladores de 4, 8, 16 ó 32 bits. Aunque las prestaciones de los microcontroladores de 16 y 32 bits son superiores a los de 4 y 8 bits, la realidad es que los microcontroladores de 8 bits dominan el mercado y los de 4 bits se resisten a desaparecer. La razón de esta tendencia es que los microcontroladores de 4 y 8 bits son apropiados para la gran mayoría de las aplicaciones, lo que hace absurdo emplear micros más potentes y consecuentemente más caros. Uno de los sectores que más tira del mercado del microcontrolador es el mercado automovilístico. De hecho, algunas de las familias de microcontroladores actuales se desarrollaron pensando en este sector, siendo modificadas posteriormente para adaptarse a sistemas más genéricos. El mercado del automóvil es además uno de los más exigentes: los componentes electrónicos deben operar bajo condiciones extremas de vibraciones, choques, ruido, etc. Y seguir siendo fiables. El fallo de cualquier componente en un automóvil puede ser el origen de un accidente.

En cuanto a las técnicas de fabricación, cabe decir que prácticamente la totalidad de los microcontroladores actuales se fabrican con tecnología CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor). Esta tecnología supera a las técnicas anteriores por su bajo consumo y alta inmunidad al ruido.  Pese a estar diseñados con tecnología CMOS, los uC no son vulnerables a las descargas electrostásticas (ESD) pues sus terminales están protegidos por diodos zener.

La distribución de las ventas según su aplicación es la siguiente:

• Una tercera parte se absorbe en las aplicaciones relacionadas con los computadores y sus periféricos.
• La cuarta parte se utiliza en las aplicaciones de consumo (electrodomésticos, juegos, TV, vídeo, etc.)
• El 16% de las ventas mundiales se destinó al área de las comunicaciones.
• Otro 16% fue empleado en aplicaciones industriales.
• El resto de los microcontroladores vendidos en el mundo, aproximadamente un 10% fueron adquiridos por las industrias de automoción.

Hasta el año 2007 la empresa Microchip es pionera en el mundo en el número de microcontroladores vendidos.

También los modernos microcontroladores de 32 bits van afianzando sus posiciones en el mercado, siendo las áreas de más interés el procesamiento de imágenes, las comunicaciones, las aplicaciones militares, los procesos industriales y el control de los dispositivos de almacenamiento masivo de datos.

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