Noções básicas de microcontroladores:estrutura, princípio de funcionamento e aplicações

Microcontrolador a bordo

Fonte:Wikimedia Commons

Antes de mergulhar no mundo da eletrônica embarcada, você precisa entender o que é preciso. Por exemplo, este campo envolve escrever seus códigos. E é quase impossível fazer isso se você não entender o básico dos microcontroladores, a linguagem de programação que ele usa ou seus conceitos fundamentais de programação. Ou então você ficará confuso sobre por onde começar e sobrecarregado também.

Mas, há boas notícias:

Este artigo aprenderá as coisas básicas que você precisa para começar com a eletrônica embarcada. Discutiremos o que é, como o microcontrolador funciona, a estrutura básica e muito mais.

Vamos começar!

O que é um microcontrolador?

Microcontroladores

Fonte:Wikimedia Commons

Antes de definir o microcontrolador, é vital notar que ele difere do microprocessador (que discutiremos mais adiante no artigo).

Dito isto, o microcontrolador é um IC de integração em grande escala. E compreende as portas de E/S, unidade lógica, memória, unidade de computação eletrônica e outros módulos fundidos em um único chip. Você também pode se referir ao dispositivo como um computador de chip único.

Além disso, o microcontrolador também é um controlador incorporado. E é porque o dispositivo ao lado do circuito de suporte entra no aparelho que ele controla.

Você pode encontrar microcontroladores em muitos dispositivos ou aplicativos que exibem dados, medem, controlam, armazenam ou calculam. Curiosamente, a indústria automobilística encabeça a lista dos maiores usuários de microcontroladores. Afinal, os veículos precisam do dispositivo para controle do motor e regulação de outros sistemas.

Outra área em que os microcontroladores são comuns é na eletrônica de consumo. Assim, você pode encontrar microcontroladores em fornos, câmeras digitais, DVD players, etc. Equipamentos de teste e medição também usam microcontroladores, por exemplo, geradores de funções, multímetros, etc.

Noções básicas de microcontroladores– Como funciona o microcontrolador?

Normalmente, os microcontroladores executam um programa específico e se limitam a uma tarefa. Então, eles trabalham obtendo informações do dispositivo que controlam. Consequentemente, isso ajuda os microcontroladores a manter o controle. E faz isso enviando sinais para diferentes partes do dispositivo.

Por exemplo, o microcontrolador de uma TV funciona recebendo entrada do controle remoto. Em seguida, ele entrega a saída na tela da TV.

Os tipos de microcontroladores

Temos diferentes microcontroladores baseados nas seguintes categorias:conjuntos de instruções, memória e bits.

Conjuntos de instruções

Existem duas categorias de microcontroladores com base na configuração do conjunto de instruções:

RISCO

Este acrônimo significa Computadores com Conjunto de Instruções Reduzido. Ele faz isso reduzindo o ciclo de clock para cada instrução. E ajuda a diminuir o tempo de trabalho.

CISC

Este acrônimo representa Complex Instruction Set Computer. E permite que os usuários corrijam uma instrução como opção para diferentes comandos simples.

Memória

Cartão de memória (RAM)

Fonte:Wikimedia Commons

Na categoria de configuração de memória, existem dois tipos de microcontroladores:

Microcontrolador de memória incorporado

Este tipo de microcontrolador geralmente tem tantos componentes no chip como temporizadores e contadores, portas de E/S, memória de dados, interrupções, etc. Um exemplo de um microcontrolador de memória embutido é o Intel 8051.

Microcontrolador de memória externa

O design deste tipo de microcontrolador não possui memória de programa em seu chip. Um excelente exemplo de um microcontrolador de memória externa é o Intel 8031.

Bits

Existem três tipos de microcontroladores na categoria de configuração de bits:

Microcontrolador de 32 bits

Você pode encontrar o microcontrolador de 32 bits em aparelhos que usam controle automático, como aparelhos médicos, etc.

Microcontrolador de 16 bits

O microcontrolador de 16 bits é útil para aplicações de alto desempenho e precisão. Assim, você pode usar este microcontrolador para fazer operações lógicas e aritméticas. Um excelente exemplo deste microcontrolador é o Intel 8096.

Microcontrolador de 8 bits

O microcontrolador de 8 bits é o menos nesta categoria. E você pode usá-lo para realizar tarefas simples como executar operações lógicas e aritméticas como divisão, subtração, etc. Além disso, exemplos desse microcontrolador são Intel 8051 e 8031.

Estrutura básica de um microcontrolador

O microcontrolador possui três componentes fundamentais:portas de E/S, memória e a Unidade Central de Processamento.

Outros componentes deste dispositivo também são vitais. Mas os mencionados acima são dispositivos de suporte. Então, vamos dar uma olhada nos componentes primários de um microcontrolador com base em sua estrutura.

Noções básicas de microcontroladores– Memória

Normalmente, a maioria dos sistemas computacionais precisa de dois tipos de memória:memória de dados e memória de programa. A memória de dados ajuda a manter as informações temporárias enquanto executa as instruções. Mas a memória do programa consiste no programa. Ou seja, contém as instruções que a CPU irá executar.

Ônibus

O System Bus é um dos componentes menos falados. Mas, é uma parte vital do microcontrolador.

Refere-se a uma coleção de fios de conexão que ligam a CPU a outros periféricos, como as portas de E/S e outros componentes de suporte.

Noções básicas de microcontroladores– CPU

A CPU é como a chuva do microcontrolador. E tem duas partes:a UC (Unidade de Controle) e a ALU (Unidade Lógica Aritmética).

Assim, a CPU é responsável por decodificar, ler e executar instruções para executar operações de transferência de dados, lógica e aritmética.

Interrupções

As interrupções são outro componente vital do microcontrolador. E tem um mecanismo de manipulação de interrupção. Além disso, esse componente pode ser relacionado a software, eterno, relacionado a hardware ou interno.

Noções básicas de microcontroladores– Portas de E/S

A E/S refere-se às portas de entrada/saída. Este componente oferece ao microcontrolador uma interface para conexões externas. Por exemplo, dispositivos de entrada como teclados, interruptores, etc., fornecem informações de um usuário para a CPU. E faz isso em um formulário de dados binários.

Assim, quando a CPU obtém as informações dos dispositivos de entrada, ela executa as instruções adequadas. Em seguida, ele responde através dos dispositivos de saída como impressoras, displays, LEDs, etc.

Porta serial

Este componente ajuda o microcontrolador a interagir via comunicação serial. Um microcontrolador só pode se comunicar com outros periféricos e dispositivos externos através da porta serial. E o UART é a comunicação serial mais comum do microcontrolador.

CAD

Este acrônimo significa Digital to Analog Converter. E é um circuito que muda sinais digitais para sinais analógicos. Além disso, este componente conecta a CPU do microcontrolador e os dispositivos analógicos (externos).

CPM

A sigla ADC significa conversor analógico para digital. E é o oposto do DAC. Ou seja, o circuito ajuda a mudar os sinais analógicos para sinais digitais. Além disso, este circuito cria uma conexão entre os dispositivos externos de Entrada Analógica e a CPU do microcontrolador.

Além disso, é crucial notar que os dispositivos analógicos são principalmente sensores. Assim, para que a CPU entenda a comunicação, os dados analógicos devem mudar para digitais.

Noções básicas de microcontroladores – contadores/temporizadores

Os contadores e temporizadores são componentes vitais do microcontrolador. E são responsáveis ​​por oferecer operações de contagem de eventos externos e atrasos de tempo. Além disso, os componentes oferecem Controle de Relógio, Geração de Funções, etc.

Bits de configuração

Microcontroladores geralmente têm um bit único. E são os bits de configuração. Este componente ajuda a estruturar as opções especiais do microcontrolador, que incluem (mas não se restringem a):

• Programação de baixa tensão ligada/desligada
• Ativar/desativar temporizador de inicialização
• Alternância interna/externa ativada/desativada
• Tipo de oscilador
• Monitor de relógio à prova de falhas ativado/desativado
• Ligar/desligar a redefinição de escurecimento
• Ativar/desativar o temporizador do Watchdog

Além disso, em um microcontrolador PIC, você notará bits de configuração. E é responsável pela proteção do código de dados e proteção do código do programa.

Ou seja, os bits de configuração impedem que o hardware de programação externo leia seu programa e espaços de dados. Portanto, será difícil para outros roubarem seu código.

Comparação entre o microprocessador e o microcontrolador

Microprocessador

Fonte:Wikimedia Commons

Microcontrolador

Fonte:Wikimedia Commons

O microcontrolador é um computador que consiste em temporizadores, ROM e outros periféricos. Portanto, você pode chamá-los de minicomputadores. Além disso, eles vêm em uma versão diferente. Mas os microprocessadores são circuitos integrados. E eles têm poder de processamento com apenas uma CPU dentro deles.

Aqui está uma tabela mostrando suas diferenças:

Prós

• Como ele grava e armazena instruções na memória, o microcontrolador não precisa de sistemas operacionais complexos.
• O chip não requer interface externa de componentes primários, como as portas de E/S.
• Você pode programar as portas de E/S.
• Colocar todos os componentes vitais reduz a área do produto, o custo e o tempo de design.

Contras

• Não tem sistema operacional. Portanto, você deve escrever todos os comandos.
• A memória do microcontrolador (dependendo da quantidade) pode limitar a instrução que o dispositivo pode executar.

Encerrando

Em resumo, os fundamentos do microcontrolador explicam o poder do microcomputador de chip único. Além disso, compreende vários periféricos que compõem a estrutura do dispositivo, como memória, CPU, portas de E/S, circuitos oscilatórios, etc. Além disso, os fabricantes incorporam o microcontrolador aos dispositivos que controlam.

E cada um dos periféricos desempenha um papel vital que contribui para o funcionamento do microcontrolador. O que você acha dos microcontroladores? Precisa de ajuda para obter o melhor para o seu projeto? Por favor, sinta-se à vontade para nos contatar.