¿Qué es un microcontrolador?

Estos circuitos integrados (CI) compactos contienen un núcleo (o núcleos) de procesador, una memoria de acceso aleatorio (RAM) y una memoria de sólo lectura programable y borrable eléctricamente (EEPROM) para almacenar los programas personalizados que se ejecutan en el microcontrolador, incluso cuando la unidad está desconectada de una fuente de alimentación.

A diferencia de los microprocesadores de propósito general, los microcontroladores integran procesamiento, memoria y periféricos de entrada/salida (E/S), incluidos temporizadores, contadores y convertidores analógico-digitales (ADC), en una unidad autónoma eficiente y rentable. Al integrar varios componentes en un único sistema, los microcontroladores son adecuados para aplicaciones que necesitan procesamiento de señales en tiempo real, como el control de motores y servos e interactuar con diversos tipos de sensores y comunicaciones.

A continuación se enumeran los componentes clave de un microcontrolador:

• Unidad central de procesamiento (CPU): coloquialmente conocida como el "cerebro" del ordenador, la CPU sirve como componente central responsable de ejecutar instrucciones y controlar operaciones.

• Memoria: los microcontroladores contienen memoria volátil (RAM), que, a diferencia de la memoria de programa, almacena datos temporales que pueden perderse si el sistema pierde energía, y memoria flash no volátil para almacenar el conjunto de instrucciones de programación del microcontrolador (firmware).
  
  
• Periféricos: dependiendo de la aplicación prevista, un microcontrolador puede contener diversos componentes auxiliares, como interfaces de entrada/salida (E/S), incluidos temporizadores, contadores, convertidores de señal analógico a digital (ADC) y digital a analógico (DAC), y protocolos de comunicación (UART, SPI, I2C). Los auxiliares también pueden incluir componentes como pantallas LCD, puertos de conectividad Ethernet o interfaces para este tipo de módulos.

Los microcontroladores son ideales para la electrónica de consumo a pilas, como teléfonos inteligentes, relojes inteligentes y otros dispositivos wearables, porque son ligeros, pequeños y requieren comparativamente poca energía.

Los microcontroladores de bajo coste y las placas de desarrollo de microcontroladores, como los de Arduino y Adafruit, son los favoritos de los aficionados al código abierto y pueden configurarse fácilmente en un entorno de desarrollo integrado (IDE) con lenguajes de programación comunes como C, C++ y Python. Aunque son fácilmente accesibles incluso para los desarrolladores principiantes, los microcontroladores también se utilizan con frecuencia para controlar sistemas en una amplia gama de aplicaciones profesionales, como la creación de prototipos, la robótica, los sistemas de automoción, la automatización sectorial y las aplicaciones de Internet de las cosas (IoT).

Los microcontroladores y los microprocesadores comparten muchas similitudes. Ambos pueden describirse como procesadores de un solo chip capaces de ejecutar lógica computacional, y ambos son muy valiosos en el desarrollo y la proliferación de la tecnología informática general. Sin embargo, los dos componentes difieren tanto en la arquitectura de hardware como en la aplicación.

La característica definitoria de un microcontrolador es la combinación de todos los elementos informáticos necesarios en un solo chip: los microcontroladores no requieren ningún circuito externo adicional para funcionar. Por el contrario, los microprocesadores constan de una CPU y varios chips de apoyo que proporcionan memoria, interfaz serie, E/S y otras funciones necesarias.

Aunque los términos microprocesador y CPU se utilizan a veces indistintamente, es más preciso definir los semiconductores de microprocesador como circuitos integrados individuales que contienen una CPU y pueden conectarse a otros periféricos externos, como dispositivos de entrada/salida.

La principal diferencia entre estos dos tipos de microchips es que los microcontroladores son autónomos, mientras que los microprocesadores están diseñados para interactuar con auxiliares externos.

Como resultado, las tareas generalizadas y exigentes que podrían requerir hardware especializado con mayor potencia de procesamiento son más adecuadas para los microprocesadores. Las tareas específicas dentro de los sistemas integrados, como el control de sensores o motores, son buenos ejemplos de aplicaciones de microcontroladores adecuadas.

Al comparar microcontroladores y microprocesadores, es útil tener en cuenta cuatro características clave:

1. Integraciones:
   • Los microcontroladores integran la CPU, la memoria y los auxiliares de E/S en un solo chip.
   • Los microprocesadores necesitan memoria externa y auxiliares adicionales.
2. Aplicaciones:
   • Los microcontroladores son más adecuados para aplicaciones específicas de baja o ultra baja potencia dentro de sistemas integrados, como electrodomésticos o dispositivos IoT.
   • Los microprocesadores son más adecuados para aplicaciones de uso general y de alto rendimiento que requieren más potencia de procesamiento, como los ordenadores personales o los servidores de los centros de datos.
3. Rendimiento:
   • Los microcontroladores están optimizados para la eficiencia y el procesamiento en tiempo real y funcionan a velocidades de reloj más bajas de hasta 200 MHz.
   • Los microprocesadores están diseñados para cálculos más exigentes y complicados y pueden funcionar a velocidades de reloj superiores a un GHz.
4. Costes operativos:
   • El hardware de los microcontroladores es económico y, como no requieren conocimientos especializados de programación, añaden poco a los presupuestos generales del proyecto.
   • Los microprocesadores son más caros y complejos. La configuración de un sistema avanzado basado en microprocesadores puede requerir habilidades especializadas.

Los primeros tipos de microcontroladores surgieron de los avances en la fabricación de microprocesadores, cuando los investigadores desarrollaron técnicas para integrar la CPU, la memoria y los componentes periféricos en un solo chip.

A los ingenieros de Texas Instruments, Gary Boone y Michael Cochran, se les atribuye la creación del primer microcontrolador en 1971. Fabricantes como Intel y varios proveedores japoneses de electrónica no tardaron en seguirles.

Hoy en día, docenas de fabricantes de microcontroladores diferentes, como Intel, NXP y Arm, ofrecen cientos de variedades, que van desde opciones de uso general para aficionados y aficionados hasta soluciones altamente especializadas para tecnólogos profesionales y todo tipo de sectores.

Estos son algunos de los tipos más comunes de microcontroladores: