Microcontroller;
Un microcontrolador (a veces abreviado mC, UC o MCU) es un pequeño ordenador en un solo circuito integrado que contiene un núcleo periféricos procesador, memoria y entrada programable / salida. La memoria del programa en forma de flash NOR o OTP ROM también se incluye a menudo en el chip, así como una típica pequeña cantidad de RAM. Microcontroladores están diseñados para aplicaciones embebidas, en contraste con los microprocesadores utilizados en ordenadores personales u otras aplicaciones de propósito general.
Los microcontroladores son utilizados en productos y dispositivos controlados automáticamente, como los sistemas de control de motores de automóviles, dispositivos médicos implantables, controles remotos, máquinas de oficina, electrodomésticos, herramientas eléctricas, juguetes y otros sistemas empotrados. Al reducir el tamaño y el costo en comparación con un diseño que utiliza un dispositivos microprocesador, la memoria y de entrada / salida independientes, microcontroladores hacen que sea económico para controlar digitalmente incluso más dispositivos y procesos. Microcontroladores de señal mixta son comunes, la integración de componentes analógicos necesarios para controlar sistemas electrónicos no digitales.
Algunos microcontroladores pueden usar palabras de cuatro bits y operar a frecuencias frecuencia de reloj tan bajas como 4 kHz, de bajo consumo de energía (milivatios de un solo dígito o microvatios). Ellos por lo general tienen la capacidad de retener la funcionalidad a la espera de un evento como una pulsación de botón o de otra interrupción; el consumo de energía durante el sueño (reloj de la CPU y la mayoría de los periféricos off) pueden ser sólo nanovatios, por lo que muchos de ellos muy adecuado para aplicaciones de baterías de larga duración. Otros microcontroladores pueden servir papeles de rendimiento crítico, en el que puedan necesitar para actuar más como un procesador de señal digital (DSP), con velocidades de reloj más altas y el consumo de energía.
diseño integrado;
Un microcontrolador puede ser considerado un sistema autónomo con un procesador, memoria y periféricos y se puede utilizar como un sistema embebido. [8] La mayoría de los microcontroladores en uso hoy en día están integrados en otras máquinas, tales como automóviles, teléfonos, electrodomésticos, y periféricos para sistemas informáticos.
Mientras que algunos sistemas embebidos son muy sofisticados, muchos tienen requisitos mínimos para la memoria y la duración del programa, sin sistema operativo, y baja complejidad del software. Dispositivos de entrada y salida típicas incluyen interruptores, relés, solenoides, LED, pantallas LCD pequeñas o personalizados, dispositivos de radiofrecuencia, y sensores de datos, tales como temperatura, humedad, nivel de luz, etc. Los sistemas embebidos normalmente no tienen teclado, pantalla, discos, impresoras u otros dispositivos reconocible de E / S de un ordenador personal, y pueden carecer de dispositivos de interacción humana de cualquier tipo.
interrupciones;
Micro controladores deben proporcionar en tiempo real (predecible, aunque no necesariamente rápida) respuesta a los acontecimientos en el sistema embebido que están controlando. Cuando se producen ciertos eventos, un sistema de interrupción puede advertir al procesador de suspender la tramitación de la secuencia de instrucción actual y comenzar una rutina de servicio de interrupción (ISR, o "controlador de interrupciones"). La ISR será realizar cualquier procesamiento requerido basado en la fuente de la interrupción, antes de regresar a la secuencia de instrucción original. Fuentes de interrupción posibles dependen del dispositivo, ya menudo incluyen eventos como un desbordamiento del temporizador interno, completando una conversión de analógico a digital, se presiona un cambio de nivel lógico en una entrada como la de un botón, y datos recibidos en un enlace de comunicación. Cuando el consumo de energía es importante como en dispositivos de la batería operada, las interrupciones pueden también despiertan un microcontrolador de un estado de baja energía, donde se detiene el procesador hasta que sea necesario para hacer algo por un evento periférico.
Programas;
Típicamente programas para microcontroladores deben caben en la memoria de programa disponible on-chip, ya que sería costoso para proporcionar un sistema con externo, expandible, la memoria. Los compiladores y ensambladores se utilizan para convertir los códigos de lenguaje de alto nivel y el lenguaje ensamblador en un código máquina compacta para su almacenamiento en la memoria del microcontrolador. Dependiendo del dispositivo, la memoria de programa puede ser permanente, la memoria que sólo puede ser programado en la fábrica, o la memoria de programa que puede ser flash campo alterable o borrable memoria de sólo lectura de sólo lectura.
Los fabricantes a menudo han producido versiones especiales de sus microcontroladores con el fin de ayudar al desarrollo de hardware y software del sistema de destino. Originalmente estos incluían versiones EPROM que tienen una "ventana" en la parte superior del dispositivo a través del cual la memoria del programa puede ser borrado por luz ultravioleta, listos para la reprogramación después de una programación ("quemar") y el ciclo de prueba. Desde 1998, las versiones EPROM son raros y han sido sustituidos por EEPROM y flash, que son más fáciles de usar (se puede borrar electrónicamente) y más barato de fabricar.
Otras versiones pueden estar disponibles cuando se accede a la ROM como un dispositivo externo y no como memoria interna, sin embargo, estos son cada vez más raro debido a la amplia disponibilidad de los programadores de microcontroladores baratos.
El uso de dispositivos programables en campo en un microcontrolador puede permitir actualización de campo del firmware o autorizar que las revisen fábrica finales a los productos que han sido reunidos, pero aún no enviados. Memoria programable también reduce el tiempo de espera requerido para el despliegue de un nuevo producto.
Cuando se requieren cientos de miles de dispositivos idénticos, usando piezas programadas en el momento de la fabricación puede ser una opción económica. Estos "máscara programados" partes tienen el programa establecido en la misma forma que la lógica del chip, al mismo tiempo.
Un microcontrolador personalizable incorpora un bloque de lógica digital que puede ser personalizado con el fin de proporcionar una capacidad de procesamiento adicional, periféricos e interfaces que se adaptan a los requerimientos de la aplicación. Por ejemplo, el AT91CAP de Atmel dispone de un bloque de lógica que puede ser personalizado durante la fabricación de acuerdo con los requerimientos del usuario.
Otras características del microcontrolador;
Microcontroladores contienen habitualmente de varias decenas de entrada de propósito general / pines de salida (GPIO). Pines GPIO son software configurable para entrada o un estado de salida. Cuando pines GPIO están configurados para un estado de entrada, a menudo se utilizan para leer sensores o señales externas. Configurado para el estado de la salida, pines GPIO pueden manejar dispositivos externos, como los LED o motores.
Muchos sistemas embebidos necesitan leer sensores que producen señales analógicas. Este es el propósito del convertidor de analógico a digital (ADC). Desde procesadores se construyen para interpretar y datos digitales del proceso, es decir, 1 y 0, no son capaces de hacer cualquier cosa con las señales analógicas que pueden ser enviados a él por un dispositivo. Así, el convertidor analógico a digital se utiliza para convertir los datos de entrada en una forma que el procesador puede reconocer. Una característica menos común en algunos microcontroladores es un convertidor de digital a analógico (DAC) que permite que el procesador de señales analógicas de salida o niveles de voltaje.
Además de los convertidores, muchos microprocesadores embebidos incluyen una variedad de temporizadores también. Uno de los tipos más comunes de los temporizadores es el temporizador de intervalo programable (PIT). Un PIT puede o bien la cuenta atrás desde algún valor a cero, o hasta la capacidad del registro de cuenta, desbordando a cero. Una vez que llega a cero, envía una interrupción al procesador indicando que se ha terminado de contar. Esto es útil para dispositivos como termostatos, que ponen a prueba periódicamente la temperatura a su alrededor para ver si necesitan que apagar el aire acondicionado encendido, la calefacción, etc.
Una modulación de ancho de bloque (PWM) Pulso dedicada hace posible que la CPU para controlar convertidores de potencia, cargas resistivas, motores, etc., sin necesidad de utilizar una gran cantidad de recursos de la CPU en bucles temporizador ajustados.
Asíncrono universal receptor / transmisor (UART) bloque permite recibir y transmitir datos a través de una línea serie con muy poca carga en la CPU. Dedicado en el chip de hardware también incluye a menudo la capacidad de comunicarse con otros dispositivos (chips) en formatos digitales como I²C e Interfaz Periférico Serial (SPI).
Un microcontrolador (a veces abreviado mC, UC o MCU) es un pequeño ordenador en un solo circuito integrado que contiene un núcleo periféricos procesador, memoria y entrada programable / salida. La memoria del programa en forma de flash NOR o OTP ROM también se incluye a menudo en el chip, así como una típica pequeña cantidad de RAM. Microcontroladores están diseñados para aplicaciones embebidas, en contraste con los microprocesadores utilizados en ordenadores personales u otras aplicaciones de propósito general.
Los microcontroladores son utilizados en productos y dispositivos controlados automáticamente, como los sistemas de control de motores de automóviles, dispositivos médicos implantables, controles remotos, máquinas de oficina, electrodomésticos, herramientas eléctricas, juguetes y otros sistemas empotrados. Al reducir el tamaño y el costo en comparación con un diseño que utiliza un dispositivos microprocesador, la memoria y de entrada / salida independientes, microcontroladores hacen que sea económico para controlar digitalmente incluso más dispositivos y procesos. Microcontroladores de señal mixta son comunes, la integración de componentes analógicos necesarios para controlar sistemas electrónicos no digitales.
Algunos microcontroladores pueden usar palabras de cuatro bits y operar a frecuencias frecuencia de reloj tan bajas como 4 kHz, de bajo consumo de energía (milivatios de un solo dígito o microvatios). Ellos por lo general tienen la capacidad de retener la funcionalidad a la espera de un evento como una pulsación de botón o de otra interrupción; el consumo de energía durante el sueño (reloj de la CPU y la mayoría de los periféricos off) pueden ser sólo nanovatios, por lo que muchos de ellos muy adecuado para aplicaciones de baterías de larga duración. Otros microcontroladores pueden servir papeles de rendimiento crítico, en el que puedan necesitar para actuar más como un procesador de señal digital (DSP), con velocidades de reloj más altas y el consumo de energía.
diseño integrado;
Un microcontrolador puede ser considerado un sistema autónomo con un procesador, memoria y periféricos y se puede utilizar como un sistema embebido. [8] La mayoría de los microcontroladores en uso hoy en día están integrados en otras máquinas, tales como automóviles, teléfonos, electrodomésticos, y periféricos para sistemas informáticos.
Mientras que algunos sistemas embebidos son muy sofisticados, muchos tienen requisitos mínimos para la memoria y la duración del programa, sin sistema operativo, y baja complejidad del software. Dispositivos de entrada y salida típicas incluyen interruptores, relés, solenoides, LED, pantallas LCD pequeñas o personalizados, dispositivos de radiofrecuencia, y sensores de datos, tales como temperatura, humedad, nivel de luz, etc. Los sistemas embebidos normalmente no tienen teclado, pantalla, discos, impresoras u otros dispositivos reconocible de E / S de un ordenador personal, y pueden carecer de dispositivos de interacción humana de cualquier tipo.
interrupciones;
Micro controladores deben proporcionar en tiempo real (predecible, aunque no necesariamente rápida) respuesta a los acontecimientos en el sistema embebido que están controlando. Cuando se producen ciertos eventos, un sistema de interrupción puede advertir al procesador de suspender la tramitación de la secuencia de instrucción actual y comenzar una rutina de servicio de interrupción (ISR, o "controlador de interrupciones"). La ISR será realizar cualquier procesamiento requerido basado en la fuente de la interrupción, antes de regresar a la secuencia de instrucción original. Fuentes de interrupción posibles dependen del dispositivo, ya menudo incluyen eventos como un desbordamiento del temporizador interno, completando una conversión de analógico a digital, se presiona un cambio de nivel lógico en una entrada como la de un botón, y datos recibidos en un enlace de comunicación. Cuando el consumo de energía es importante como en dispositivos de la batería operada, las interrupciones pueden también despiertan un microcontrolador de un estado de baja energía, donde se detiene el procesador hasta que sea necesario para hacer algo por un evento periférico.
Programas;
Típicamente programas para microcontroladores deben caben en la memoria de programa disponible on-chip, ya que sería costoso para proporcionar un sistema con externo, expandible, la memoria. Los compiladores y ensambladores se utilizan para convertir los códigos de lenguaje de alto nivel y el lenguaje ensamblador en un código máquina compacta para su almacenamiento en la memoria del microcontrolador. Dependiendo del dispositivo, la memoria de programa puede ser permanente, la memoria que sólo puede ser programado en la fábrica, o la memoria de programa que puede ser flash campo alterable o borrable memoria de sólo lectura de sólo lectura.
Los fabricantes a menudo han producido versiones especiales de sus microcontroladores con el fin de ayudar al desarrollo de hardware y software del sistema de destino. Originalmente estos incluían versiones EPROM que tienen una "ventana" en la parte superior del dispositivo a través del cual la memoria del programa puede ser borrado por luz ultravioleta, listos para la reprogramación después de una programación ("quemar") y el ciclo de prueba. Desde 1998, las versiones EPROM son raros y han sido sustituidos por EEPROM y flash, que son más fáciles de usar (se puede borrar electrónicamente) y más barato de fabricar.
Otras versiones pueden estar disponibles cuando se accede a la ROM como un dispositivo externo y no como memoria interna, sin embargo, estos son cada vez más raro debido a la amplia disponibilidad de los programadores de microcontroladores baratos.
El uso de dispositivos programables en campo en un microcontrolador puede permitir actualización de campo del firmware o autorizar que las revisen fábrica finales a los productos que han sido reunidos, pero aún no enviados. Memoria programable también reduce el tiempo de espera requerido para el despliegue de un nuevo producto.
Cuando se requieren cientos de miles de dispositivos idénticos, usando piezas programadas en el momento de la fabricación puede ser una opción económica. Estos "máscara programados" partes tienen el programa establecido en la misma forma que la lógica del chip, al mismo tiempo.
Un microcontrolador personalizable incorpora un bloque de lógica digital que puede ser personalizado con el fin de proporcionar una capacidad de procesamiento adicional, periféricos e interfaces que se adaptan a los requerimientos de la aplicación. Por ejemplo, el AT91CAP de Atmel dispone de un bloque de lógica que puede ser personalizado durante la fabricación de acuerdo con los requerimientos del usuario.
Otras características del microcontrolador;
Microcontroladores contienen habitualmente de varias decenas de entrada de propósito general / pines de salida (GPIO). Pines GPIO son software configurable para entrada o un estado de salida. Cuando pines GPIO están configurados para un estado de entrada, a menudo se utilizan para leer sensores o señales externas. Configurado para el estado de la salida, pines GPIO pueden manejar dispositivos externos, como los LED o motores.
Muchos sistemas embebidos necesitan leer sensores que producen señales analógicas. Este es el propósito del convertidor de analógico a digital (ADC). Desde procesadores se construyen para interpretar y datos digitales del proceso, es decir, 1 y 0, no son capaces de hacer cualquier cosa con las señales analógicas que pueden ser enviados a él por un dispositivo. Así, el convertidor analógico a digital se utiliza para convertir los datos de entrada en una forma que el procesador puede reconocer. Una característica menos común en algunos microcontroladores es un convertidor de digital a analógico (DAC) que permite que el procesador de señales analógicas de salida o niveles de voltaje.
Además de los convertidores, muchos microprocesadores embebidos incluyen una variedad de temporizadores también. Uno de los tipos más comunes de los temporizadores es el temporizador de intervalo programable (PIT). Un PIT puede o bien la cuenta atrás desde algún valor a cero, o hasta la capacidad del registro de cuenta, desbordando a cero. Una vez que llega a cero, envía una interrupción al procesador indicando que se ha terminado de contar. Esto es útil para dispositivos como termostatos, que ponen a prueba periódicamente la temperatura a su alrededor para ver si necesitan que apagar el aire acondicionado encendido, la calefacción, etc.
Una modulación de ancho de bloque (PWM) Pulso dedicada hace posible que la CPU para controlar convertidores de potencia, cargas resistivas, motores, etc., sin necesidad de utilizar una gran cantidad de recursos de la CPU en bucles temporizador ajustados.
Asíncrono universal receptor / transmisor (UART) bloque permite recibir y transmitir datos a través de una línea serie con muy poca carga en la CPU. Dedicado en el chip de hardware también incluye a menudo la capacidad de comunicarse con otros dispositivos (chips) en formatos digitales como I²C e Interfaz Periférico Serial (SPI).
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