En esta oportunidad quiero compartir con Uds. información sobre la programación de microcontroladores, tema estudiado en  la materia  de Sistemas Empotrados; este curso es dictado en la escuela de Informática de la Universidad Nacional de Trujillo.
Empezaremos desde lo más básico e iremos avanzando con la práctica de programación de PIC y terminaremos con un pequeño proyecto. Espero te sea de mucha ayuda esta información.

A veces lo pasamos desapercibidos, pero están allí, en algún lugar están trabajando incansablemente sin que nos demos cuenta que trabajan las 24 horas del día, los 365 días del año. En nuestra actualidad podemos decir que los microcontroladores están conquistando el mundo. Están presentes en nuestro trabajo, en nuestra casa y en nuestra vida en general. Se pueden encontrar controlando el funcionamiento de los ratones y teclados de los computadores, en los teléfonos, en los celulares, en los hornos microondas, en los televisores y en distintos artefactos de nuestro hogar; lo cierto es que cada vez dependemos mas de ellos. Actualmente lo supera a la cantidad de microprocesadores existentes en el mundo.

Estas pequeñas computadoras hacen que nuestra vida sea mas fácil; pero esta invasión de chips acaba de comenzar y los albores del siglo XXI serán testigos de la conquista masiva de estos diminutos computadores, que gobernarán la mayor parte de los aparatos que fabricamos y usaremos los humanos en el futuro.

¿Qué son los microcontroladores?.

Un microcontrolador es un circuito integrado programable que contiene todos los componentes de un computador (memoria, procesador, dispositivos E/S). Se emplea para controlar el funcionamiento de una tarea determinada y, debido a su reducido tamaño, suele ir incorporado en el propio dispositivo al que gobierna. Esta última característica es la que le confiere la denominación de «controlador incrustado» (embedded controller).

El microcontrolador es un computador dedicado. En su memoria sólo reside un programa destinado a gobernar una aplicación determinada; sus líneas de entrada/salida soportan el conexionado de los sensores y actuadores del dispositivo a controlar, y todos los recursos complementarios disponibles tienen como única finalidad atender sus requerimientos. Una vez programado y configurado el microcontrolador solamente sirve para gobernar la tarea asignada.

Si analizamos el mercado tecnológico observaremos que la industria Informática acapara gran parte de los microcontroladores que se fabrican. Casi todos los periféricos del computador, desde el ratón o el teclado hasta la impresora, son regulados por el programa de un microcontrolador. Los electrodomésticos de línea blanca (lavadoras, hornos, lavavajillas, etc.) y de línea marrón (televisores, videos, aparatos musicales, etc.) incorporan numerosos microcontroladores. Igualmente, los sistemas de supervisión, vigilancia y alarma en los edificios utilizan estos chips. También se emplean para optimizar el rendimiento de ascensores, calefacción, aire acondicionado, alarmas de incendio, robo, etc.

Hasta el momento ya hemos definido lo que es un microcontrolador pero puede causar alguna confusión de términos y conceptos cuando mencionamos los microprocesadores; entonces primero dejemos claros estos conceptos.

Controlador:

Es el dispositivo que se emplea para el gobierno de uno o varios procesos. Por ejemplo, el controlador que regula el Funcionamiento de un horno que dispone de un sensor que mide constantemente Su temperatura interna y cuando traspasa los límites prefijados, genera las Señales adecuadas que accionan los actuadores que intentan llevar el valor de La temperatura dentro del rango estipulado.

Aunque el concepto de controlador ha permanecido invariable atreves 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.

Microcontrolador:

En la actualidad, todos los elementos del controlador se han podido incluir en un chip, el cual recibe el nombre de microcontrolador. Realmente consiste En una sencilla pero completa computadora contenida en el corazón (chip) De un circuito integrado, basados en una arquitectura Harvard.

Un microcontrolador es un circuito integrado de alta escala de integración Que incorpora la mayor parte de los elementos que configuran un controlador. Es un C.I. que contiene todos los componentes de un computador; procesador o CPU (Unidad Central de Procesamiento). 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, Puertos Serie y Paralelo, CAD: Conversores Analógico/Digital, CDA: Conversores Digital/Analógico, etc.).Generador de pulsos de reloj que sincronizan el funcionamiento de todo el sistema.

El microcontrolador, es un sistema cerrado. Todas las partes del microcontrolador están contenidas en su interior y solo salen al exterior las líneas que gobiernan los periféricos, (por ejemplo sus unidades de memoria son fijas, porque son fabricadas con tamaños especifico).

Los productos que para su regulación incorporan un microcontrolador Disponen de las siguientes ventajas: Aumento de prestaciones, un mayor control sobre un determinado elemento representa una mejora considerable en El mismo. Aumento de la fiabilidad al reemplazar el microcontrolador por Un elevado número de elementos disminuye el riesgo de averías y se precisan Menos ajustes. Reducción del tamaño en el producto acabado. La integración Del microcontrolador en un chip disminuye el volumen, la mano de obra y los stocks. Mayor flexibilidad: las características de control están programadas por lo que su modificación solo necesita cambios en el programa de instrucciones. 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 (embedded controller).

Microprocesador:

El microprocesador es un circuito integrado digital basado en una arquitectura Von Newman que contiene la Unidad Central de Proceso (CPU), también llamada procesador, de una computadora. Su CPU tiene como unidades funcionales: ALU (Unidad Aritmético Lógica), matriz de registros, unidad de control; Como Buses tiene: bus de direcciones, bus de datos y bus de control.

Los pines de un microprocesador sacan al exterior las líneas de sus buses de direcciones, datos y control, para permitir conectarle con la Memoria y los Módulos de E/S y configurar una computadora implementada por varios circuitos integrados. Se dice que un microprocesador es un sistema abierto porque su configuración es variable de acuerdo con la aplicación a la que se destine. Cuando un microprocesador se conecta a un dispositivo de memoria y se provee de dispositivos de entrada salida, pasa a ser un sistema microprocesador.

Para más información adjunto un fichero que trata con un poco más a detalle el tema de comparar los microcontroladores y microprocesadores.

Con la aparición de la microcomputadora, surgió una línea interesante de dispositivos que permiten controlar interfaces, estos se denominan controladores de interfaces periféricas (PIC). El PIC se creo con el objetivo de aligerar la carga del CPU principal. Comparado con un ser humano, el cerebro sería el CPU principal y el PIC el sistema nervioso autónomo.

El PIC al igual que el CPU puede realizar operaciones de cálculo y de memoria y las cuales son controladas por software. Sin embargo, la diferencia estriba en que las capacidades de E/S y memoria son mínimas.

Arquitectura interna del PIC.

Para hacerlo más ilustrativo y no tan aburrido esta parte teórica, te mostraré un video para saber como esta estructurado el PIC.

Importante: el video aquí mostrado es propiedad de: http://tutopic.webs.com/ el cual mantiene sus derechos de autor.

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 aquellos. Existe una gran diversidad de microcontroladores. Quizá la clasificación más importante sea entre microcontroladores de 4, 8, 16 o 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.

A la hora de escoger el microcontrolador a emplear en un diseño concreto hay que tener en cuenta multitud de factores, tales como: la documentación y herramientas de desarrollo disponibles, su precio, la cantidad de fabricantes que lo producen y por supuesto las características del microcontrolador (tipo de memoria de programa, numero de temporizadores, interrupciones, etc.).

Si el fabricante desea reducir costos debe tener en cuenta las herramientas de apoyo con que va a contar: emuladores, simuladores, ensambladores, compiladores, etc. Es habitual que muchos de ellos siempre se apuesten por microcontroladores pertenecientes a una única familia.

Antes de seleccionar un microcontrolador es imprescindible analizar los requisitos de la aplicación a realizar, tales como:

• Procesamiento de datos: Puede ser necesario que el microcontrolador realice cálculos críticos en un tiempo limitado. En ese caso debemos asegurarnos de seleccionar un dispositivo suficientemente rápido para ello.

• Entrada / Salida: Analizar si será necesario añadir periféricos hardware externos o cambiar a otro microcontrolador más adecuado a ese sistema, (por ejemplo, si se usará en el sistema un ADC para las entradas analógicas; un ahorro tanto de tiempo y dinero sería elegir un PIC que trae internamente un ADC, y de esta manera nos ahorramos el trabajo de construirlo, pues solo lo usaríamos como componente interno del PIC).

• Consumo: Algunos productos que incorporan microcontroladores están alimentados con baterías; lo mas conveniente en un caso como este puede ser que el microcontrolador esté en estado de bajo consumo.

• Memoria: Para detectar las necesidades de memoria de nuestra aplicación debemos separarla en memoria volátil (RAM), memoria no volátil (ROM, EPROM, etc.) y memoria no volátil modificable (EEPROM).

• Ancho de palabra: El criterio de diseño debe ser seleccionar el microcontrolador de menor ancho de palabra que satisfaga los requerimientos de la aplicación. Usar un microcontrolador de 4 bits supondrá una reducción en los costos importante, mientras que uno de 8 bits puede ser el más adecuado si el ancho de los datos es de un byte. Los microcontroladores de 16 y 32 bits, debido a su elevado costo, deben reservarse para aplicaciones que requieran sus altas prestaciones (Entrada/Salida potente o espacio de direccionamiento muy elevado).

• Diseño de la placa: La selección de un microcontrolador concreto condicionará el diseño de la placa de circuitos.

Para nuestras prácticas usaremos microcontroladores fabricados por Microchip Technology Inc. Por ser los más populares y que sigue ganando popularidad día a día.

Familias de Microcontroladores.

Para definir mejor las familias de microcontroladores te mostraré un video que encontré en la red, un video que nos habla de las familias 16FXX.

Importante: el video aquí mostrado es propiedad de: http://tutopic.webs.com/ el cual mantiene sus derechos de autor.

Hemos llegado al final de la teoría básica que debemos tener como conocimiento para empezar con los microcontroladores, pero es muy importante que leas los libros referentes a estos temas y puedas profundizar aún más; los libros también te los proporcionaré por medio de mi blog. La próxima entrada será la primera práctica con microcontroladores; hasta la próxima entrada.

Saludos!!!