Tutorial Microcontroladores
Microcontroladores
¿Qué es un Microcontrolador?
Este capítulo contiene un conjunto de principios esenciales para hacer un detallado repaso de las tareas que se desarrollan dentro de un pequeño microcontrolador. Veremos que el microcontrolador es una de las formas más elementales que puede tener un sistema de computadora. Aún siendo mucho más pequeños que sus primos, las computadoras personales y las computadoras mainframes, los microcontroladores están constituidos por los mismos elementos básicos. En pocas palabras, podemos decir que las computadoras producen un patrón específico de salidas en base al estado actual de sus entradas, y siguiendo estrictamente las instrucciones contenidas en un programa.
Al igual que la mayoría de las computadoras, los microcontroladores son simples ejecutores de instrucciones de propósito general. La verdadera estrella de un sistema de computadora es el programa de instrucciones que son provistas por un programador humano. Este programa instruye a la computadora a realizar largas secuencias de muy simples acciones para efectuar tareas útiles tales como las que se propuso el programador.
Una vista completa de un Sistema de Computadora.
La figura 1-1 es una visión de alto nivel de un sistema de computadora. Simplemente cambiando el tipo de dispositivos de entrada y salida ésta puede ser la vista de una computadora personal (PC), una mainframe, o un simple microcontrolador (MCU). Los dispositivos de entrada y salida (I/O) presentados en la figura aparecen como típicos dispositivos de I/O encontrados en un sistema de computadora con microcontrolador.
Entradas.
Los dispositivos de entrada suministran al sistema de computadora la información proveniente del mundo exterior. En un sistema de PC, el dispositivo de entrada más común es el teclado del tipo máquina de escribir. Las mainframes usan teclados y lectores de tarjetas perforadas como dispositivos de entrada. Los sistemas con microcontrolador normalmente usan dispositivos de entrada mucho más simples tales como interruptores simples o conjuntos de algunas pocas teclas, encontraremos sin embargo, dispositivos de entrada más exóticos en sistemas basados en microcontroladores. Un ejemplo de dispositivo de entrada exótico es el sensor de oxígeno que en un automóvil tiene por objetivo medir la eficiencia de la combustión tomando muestras de los gases expelidos.
La mayoría de las entradas de los microcontroladores pueden únicamente procesar señales digitales, de los mismos niveles de tensión que la fuente de alimentación de la lógica principal. El potencial cero o nivel de tierra se denomina Vss y el potencial positivo o nivel de alimentación (Vdd) es típicamente 5 Volts de C.C. Un nivel de aproximadamente cero Volts es indicativo de un cero lógico y una tensión aproximadamente igual que la de la fuente de alimentación positiva es indicativo de un uno lógico.
Por supuesto que el mundo real está poblado de señales analógicas, o señales que son de otro niveles de tensión. Algunos dispositivos de entrada trasladan los niveles de tensión de una señal a los niveles Vdd y Vss necesarios para el microcontrolador. Otros dispositivos de entrada convierten señales analógicas en señales digitales (a valores binarios compuestos por unos y ceros) que la computadora puede reconocer y manipular. Hay microcontroladores que también incluyen tales circuitos conversores de señal analógica a digital en su mismo circuito integrado (es el caso de la familia HC908 FLASH).
Podemos recurrir a transductores para trasladar señales del mundo real a señales del nivel lógico que un microcontrolador puede reconocer y manipular. Veremos aplicaciones que incluyen transductores de temperatura, detectores de nivel de iluminación, sensores de presión, etc.. Es posible afirmar que con el transductor adecuado, casi cualquier propiedad física puede ser utilizada como una entrada a un sistema de computadora.
Salidas.
Los dispositivos de salida sirven para que el sistema de computadora suministre información al mundo exterior o bien realice acciones sobre éste. En un sistema de PC, el dispositivo de salida más común es la pantalla de un tubo de rayos catódicos (TRC). Los sistemas de computadora con microcontrolador normalmente utilizan dispositivos de salida mucho más simples tales como indicadores lumínicos o sonoros.
Existen circuitos de translación (a veces incluidos en el mismo circuito integrado del microcontrolador) que pueden convertir señales digitales a niveles de tensión analógica.
De ser necesario, podemos recurrir a un circuito auxiliar para trasladar los niveles naturales de la MCU Vdd y Vss a otros niveles de tensión.
El termino “controlador”de la palabra microcontrolador proviene del hecho que estas pequeñas computadoras usualmente se utilizan para controlar alguna cosa, mientras que, con una PC habitualmente se procesa información. En el caso de una PC, la salida en su mayor parte es información (presentada en la pantalla de un TRC o en su defecto impresa en papel). En un sistema de computadora con microcontrolador la salida en su mayor parte la integran señales de nivel lógico digital que se utilizarán para manejar presentadores de diodos de emisión lumínica (LED) o bien dispositivos eléctricos tales como reveladores o motores.