¿Qué son los Microcontroladores?

Desde que descubrí la existencia de los Microcontroladores, hace ya muchos años, en mi último curso como estudiante de ingeniería, tuve claro que el Proyecto Fin de Carrera lo dedicaría al estudio de la familia de microcontroladores 8051 (MCS51 de Intel), incluyendo el diseño y puesta en servicio de un “ordenador monoplaca” para la realización de prácticas de taller de las siguientes generaciones de estudiantes de ingeniería.

Microcontroladores 8051
Microcontroladores Familia 8051

Ni podía imaginarme por aquel entonces que esa familia de microcontroladores, junto a la de los famosos PICs de Microchip, de cuyo estudio se encargó otro compañero de carrera, llegarían a protagonizar, entre otros, lo que me atrevo a calificar como uno de los mayores avances en el control electrónico digital de dispositivos físicos desde la invención de los circuitos integrados digitales.

Como comenté en la anterior entrada, a principios de los años 70 aparecen en el mercado electrónico los primeros circuitos integrados llamados Microprocesadores, lo que supuso una revolución en todos los campos de la electrónica y de sus aplicaciones. Gracias a su eficacia y capacidad de programación, rápidamente pasaron de sus primeras aplicaciones en calculadoras electrónicas a implementarse en numerosos sistemas de control e instrumentación industrial, sustituyendo a métodos artesanales o equipos electrónicos analógicos que hasta entonces existían. No sólo eran más económicos, rápidos y fiables, además dotaban a los sistemas electrónicos de posibilidades hasta entonces desconocidas, como era el poder modificar su funcionamiento mediante programación sin tener que sustituir un solo cable, conexión o componente eléctrico del sistema.

Un microprocesador es, básicamente, un circuito electrónico secuencial que procesa y controla información codificada digitalmente en forma de señales eléctricas. Pero para poder realizar este procesamiento, requiere conectarse a una serie de circuitos electrónicos auxiliares externos: Memorias, periféricos de entrada y salida, etc. En función de las necesidades de procesamiento y prestaciones que se requiera, durante el diseño de circuitos digitales con microprocesadores, se eligen las características de estos circuitos auxiliares de manera que se cubran esas necesidades con el mínimo de componentes, y por lo tanto, que el costo y tamaño del circuito electrónico sean óptimos.

Microprocesador
Microprocesador y circuitos auxiliares externos.

Los circuitos auxiliares del microprocesador pueden ser, entre otros:

  • Todo tipo de memorias (RAM, ROM, EPROM, etc.)
  • Periféricos de Entradas/Salidas Digitales.
  • Controladores de Interrupciones.
  • Coprocesadores matemáticos.
  • Periféricos de Comunicación Hombre-Máquina.
  • Temporizadores.

Desde el inicio, todo este tipo de circuitos auxiliares estaban, al igual que los microprocesadores, contenidos en circuitos integrados que los fabricantes ordenan por gamas, características o tipos de aplicaciones. Pero rápidamente comprobaron que había una serie de configuraciones y diseños de conjuntos de microprocesador y circuitos auxiliares que se repetían para diferentes aplicaciones electrónicas, por lo comenzaron a englobar en un sólo circuito integrado tanto microprocesador como los circuitos auxiliares más frecuentes en aplicaciones industriales. De esta manera, nos encontramos con circuitos integrados que sin necesidad de otros circuitos auxiliares externos tienen la capacidad de procesar y almacenar información digital, y de comunicarse e interacturar eléctricamente con el exterior. A estos nuevos circuitos integrados, especializados fundamentalmente en sistemas de control industriales, se les llamó Microcontroladores.

Microcontrolador
Integración de circuitos en un Microcontrolador.

La evolución de los microcontroladores ha ido pareja a la de sus “hermanos” los microprocesadores. Los primeros eran de 8 bits, pero a medida que se derrollaba la capacidad de proceso de los microprocesadores, también aparecieron microcontroladores de 16, 32 y 64 bits. Y ya no sólo especializados en el entorno industrial. Hoy en día los microcontroladores están presentes en cualquier equipo electrónico que nos podamos imaginar, desde electrodomésticos, alarmas, detectores de incendios o equipos digitales multimedia, hasta robots industriales o aplicaciones simples como juguetes, termostatos electrónicos, el control de alumbrado led de un árbol de Navidad o una simple tostadora.

El uso de microcontroladores se ha universalizado, pero a diferencia de lo que ocurre con los microprocesadores, los microcontroladores de 8 bits, debido a que son extremadamente económicos y sencillos de programar, se continúan fabricando y utilizando en infinidad de aplicaciones electrónicas, y podemos considerarlos un estándar en aquellas aplicaciones que no requieren gran capacidad de proceso de información, es decir, que no necesiten, por ejemplo, algún tipo de reconocimiento de imagen, entorno gráfico propio o procesos estadísticos complejos. También se emplean microcontroladores de 8 bits en subsistemas que se encargan de labores muy especializadas dentro de sistemas electrónicos más complejos.

Actualmente se dispone de microcontroladores de propósito general y de otros especializados y diseñados específicamente para determinadas aplicaciones electrónicas como las comunicaciones inalámbricas o el control de motores. Se puede elegir el fabricante y modelo que mejor se adapte a nuestras necesidades. Los encontramos ordenados por familias que cuentan con características y herramientas de programación comunes, de manera que al diseñador de circuitos electrónicos de control le permite escalar dentro de los distintos microcontroladores de la familia, desde el más sencillo, hasta el más completo o complejo, sin necesidad de cambiar entorno o filosofía de programación.

Familas de Microcontroladores
Familas más populares de Microcontroladores.

Con caracter general, los microcontroladores disponen de:

  • Unidad Central de Proceso (CPU) común para toda la familia de microcontroladores.
  • Memoria de datos de tipo RAM.
  • Memoria de programa de tipo ROM/EPROM/EEPROM/Flash.
  • Líneas de E/S para conectarse con el exterior (puertos).
  • Líneas de comunicación serie.
  • Recursos auxiliares (Temporizadores, Conversores Analógico/Digital, Conversores Digital/Analógico, etc.)
  • Modo de bajo consumo (Power Down).
  • Protección del programa.
  • Generador interno de impulsos de reloj (sincroniza el funcionamiento de todo el sistema)
Ejemplo de estructura interna de un Microcontrolador
Ejemplo de estructura interna de un Microcontrolador de 8 bits

En el siguiente video, estudiantes del plantel CBTIS 4 nos explican qué es un Microcontrolador y sus distintos componentes internos:


Si deseas ampliar información, te puedo recomendar los siguietes enlaces:

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