Micro controlador programável

Tipos de microcontroladores programáveis

Um **microcontrolador programável** recebe comandos programados para controlar as funções de dispositivos eletrônicos em resposta a sinais de entrada de sensores ou operadores. É um pequeno computador embutido em um dispositivo para controle e monitoramento. Consiste em um processador, memória e periféricos de entrada/saída. Os microcontroladores programáveis ​​vêm em vários tipos, que dependem de sua arquitetura e aplicações.

• MCU Harvard

  A arquitetura Harvard do microcontrolador aprimora a arquitetura modificada de Von Neumann. Ele usa armazenamento e barramento separados para memória de programa e dados, permitindo que instruções e dados sejam lidos e armazenados simultaneamente. Isso aumenta a velocidade de processamento do MCU. O microcontrolador programável Harvard é adequado para processamento de sinais, sistemas de controle e aplicações onde a velocidade é essencial. É rígido e requer um componente altamente preciso, tornando-o caro.

• MCU Von Neumann

  O microcontrolador começa a executar o código a partir de um vetor de reset quando a energia é aplicada. Ele segue um ciclo de busca e execução, lendo uma instrução e executando-a. O MCU Von Neumann é simples e flexível, usando a mesma memória para instruções e dados. Ele pode ser programado e reprogramado para executar várias tarefas, como controlar motores, ler sensores e se comunicar com outros dispositivos. Os microcontroladores programáveis ​​que usam essa arquitetura incluem as séries PIC16, PIC18, AT89S e 8051.

• MCUs de 8 bits

  Um MCU de 8 bits executa comandos 1 por vez em sequência para computação. Ele tem um decodificador de 3 a 10 linhas para selecionar uma parte, uma unidade aritmética simples e registradores para armazenamento de dados temporários. O MCU é adequado para tarefas básicas de controle, tornando microcontroladores programáveis ​​como PIC12/16, ATtiny, ATmega e AVR escolhas perfeitas por sua acessibilidade.

• MCUs de 16 bits

  Um MCU de 16 bits tem um barramento de dados maior para processar dados do que um modelo de 8 bits. Seu conjunto de instruções oferece operações mais extensas e complexas, como multiplicação e divisão. A velocidade e a eficiência dos microcontroladores de 16 bits os tornam adequados para aplicações que exigem maior poder de processamento, como processamento de sinal digital, controles automotivos e protocolos de comunicação. Exemplos incluem MSP430, dsPIC e a série STM32F2/F4 da STMicroelectronics.

• MCUs de 32 bits

  Com capacidade de memória aumentada e velocidades de processamento mais altas, um MCU de 32 bits pode lidar com quantidades maiores de dados e executar várias instruções simultaneamente. Ele tem vantagens arquitetônicas como registradores maiores, o que o torna compatível com técnicas de programação modernas. Os microcontroladores de 32 bits são ideais para sistemas embarcados complexos, como conectividade sem fio, reconhecimento de voz e sistemas operacionais em tempo real. Exemplos de produtos de microcontroladores programáveis ​​incluem STM32, ARM Cortex-M3/M4 e PIC32.

Função e recursos de microcontroladores programáveis

• Entrada e saída digital:

  As capacidades de entrada e saída digital de um microcontrolador permitem a comunicação com o mundo exterior. As portas de E/S digitais podem ser programadas para receber sinais de botões e interruptores como entrada digital ou para transmitir sinais para LEDs, buzzers e relés como saída digital. Isso permite que um microcontrolador programável interaja com vários dispositivos periféricos e sensores.

• Entrada e saída analógica:

  Sensores analógicos que medem temperatura, pressão e umidade fornecem suas leituras em forma analógica. A presença de um ADC permite a conversão desses sinais analógicos em digitais para que os microcontroladores possam processar os dados. Alguns microcontroladores podem produzir sinais analógicos com um DAC para controlar dispositivos como motores e válvulas.

• Temporizador e interrupção:

  Os temporizadores auxiliam em tarefas relacionadas ao tempo, como gerar atrasos precisos ou medir a largura do sinal para controle PWM. Os temporizadores também permitem funções de cronometragem, como relógios ou calendários. Além disso, os microcontroladores podem responder imediatamente a alterações no sinal digital ou analógico executando rotinas de interrupção, o que permite que eles reajam rapidamente a eventos e melhora a capacidade de resposta do sistema.

• Interface de comunicação:

  Os controladores programáveis ​​podem se comunicar com outros dispositivos e sistemas por meio de várias interfaces. Essa comunicação permite a troca de dados, expandindo as capacidades dos sistemas de controle embarcados.

• Memória:

  Os microcontroladores têm dois tipos de memória para armazenamento de código e dados. A memória flash armazena o programa de firmware, e a RAM fornece um espaço de trabalho para variáveis, buffers e pilhas de chamadas. Alguns microcontroladores também têm EEPROM para armazenamento não volátil de configurações.

Usos de microcontroladores programáveis

• Robótica

  Máquinas robóticas usam microcontroladores para pensar e agir. Quando o motorista pressiona um botão, a eletrônica no sistema de controle envia sinais para os motores do robô. O robô então se move como robôs programados para fazer.

• Automação

  As fábricas usam máquinas de microcontroladores para fazer trabalhos sozinhas. As máquinas podem montar peças automaticamente, encher recipientes ou realizar verificações de qualidade. O uso de sistemas automatizados baseados em microcontroladores ajuda a produzir produtos mais rapidamente e com menos erros.

• Controle

  Os microcontroladores permitem o controle preciso de coisas como temperatura, pressão e umidade. Os sistemas de aquecimento, por exemplo, usam microcontroladores para manter a temperatura no nível definido pelo usuário. Ele atinge esse controle por meio de sensores e atuadores.

• Monitoramento

  Dispositivos baseados em microcontroladores podem monitorar continuamente as condições e relatar os resultados. Sensores ambientais, por exemplo, os usam para verificar a qualidade do ar e o clima. Eles acompanham coisas como níveis de poluição, temperatura e umidade e enviam esses dados para algum lugar para serem analisados.

• Sistemas

  As unidades de microcontroladores são componentes-chave em sistemas embarcados. Sistemas embarcados são dispositivos onde computadores são embutidos neles. Computadores com sistemas embarcados incluem termostatos digitais em residências, eletrodomésticos como máquinas de lavar roupa e até carros.

  Esses são exemplos de máquinas que possuem sistemas embarcados. O microcontrolador funciona com sensores e outros componentes eletrônicos dentro do sistema embarcado. Ele ajuda o termostato a exibir a temperatura e controlar o aquecimento e o resfriamento. Quando a máquina de lavar roupa executa um ciclo, seu sistema embarcado controla o nível da água, o tempo de lavagem e a velocidade de centrifugação. Os carros também dependem de microcontroladores dentro de sistemas embarcados para monitorar o motor, os freios e muito mais.

• MCU em instrumentos de medição

  Os microcontroladores ajudam os dispositivos de medição, como termômetros, velocímetros e multímetros, a funcionar corretamente. Eles facilitam a leitura de temperatura, velocidade, voltagem e outras medidas digitalmente. Os programas internos coletam dados de sensores e mostram leituras precisas em displays.

Como escolher microcontroladores programáveis

Os compradores de microcontroladores programáveis ​​devem escolher o tipo que atenderá às suas aplicações e necessidades esperadas. Os seguintes elementos devem ser considerados ao escolher um microcontrolador;

• Memória: A quantidade de informações que um controlador pode armazenar e recuperar depende da memória. Como a memória atende a várias funcionalidades em um microcontrolador, o modelo de memória é significativo. Cada microcontrolador possui um modelo de memória alternativo, e o tipo e a quantidade de memória esperada para uma tarefa serão influenciados por seu modelo de memória.
• Velocidade do calculador: O local onde a velocidade do programa é determinada está no centro do microcontrolador. O número de ciclos por segundo desempenha um papel na execução do equipamento. A execução de cada microcontrolador é influenciada por seus ciclos de execução por MHz.
• Tensão e corrente de operação: Ao escolher um microcontrolador, a corrente e a tensão de trabalho devem ser consideradas. A corrente que o microcontrolador consome desempenha um papel significativo em aplicações controladas por bateria.
• Contagem de pinos e arquitetura: Os microcontroladores programáveis ​​têm vários designs e verificações de órgãos. Os detalhes da aplicação e o número de periféricos afiliados devem coincidir com o design e a contagem de órgãos do microcontrolador. A engenharia é essencial, pois decide como os MCUs programáveis ​​lidam com informações.
• Periféricos e pacotes: Antes de escolher um microcontrolador, é preciso pensar nos gadgets e avaliar seus requisitos. Gadgets enquadrados, como temporizadores, interfaces de comunicação, DACs e ADCs, são exemplos de periféricos integrativos. É preciso saber sobre o tipo de pacote e a área correspondente do pino.

Q&A

Q1: Quais linguagens de programação podem ser usadas com microcontroladores programáveis?

A1: Um microcontrolador programável requer uma linguagem de programação específica. Suas linguagens típicas são C, C++, Python e Assembly Language.

Q2: Quais ferramentas são necessárias para programar um microcontrolador?

A2: Várias ferramentas essenciais são necessárias para programar um microcontrolador. Elas incluem um ambiente de desenvolvimento integrado (IDE), um editor de texto e um programador ou depurador.

Q3: Como os microcontroladores podem ser programados para sistemas embarcados?

A3: Para programar microcontroladores para sistemas embarcados, primeiro defina os requisitos do sistema, depois selecione o microcontrolador e desenvolva o firmware usando um IDE. Depois disso, teste e depure o firmware e integre o microcontrolador no sistema.

Q4: Qual a diferença entre um microcontrolador programável e um kit de desenvolvimento de microcontroladores?

A4: Um microcontrolador programável é um pequeno computador em um chip que pode ser programado para executar várias tarefas. No entanto, um kit de desenvolvimento de microcontroladores é uma coleção de hardware e software usada para desenvolver, programar e testar aplicações baseadas em microcontroladores.