¿Qué es un microcontrolador?

Estos circuitos integrados compactos (IC) contienen un núcleo de procesador (o núcleos), memoria de acceso aleatorio (RAM) y memoria de solo lectura programable 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 uso general, los microcontroladores integran periféricos de procesamiento, memoria y entrada/salida (E/S), incluidos temporizadores, contadores y convertidores de analógico a digital (ADC), en una unidad independiente eficiente y rentable. Al integrar varios componentes en un solo sistema, los microcontroladores son adecuados para aplicaciones que necesitan procesamiento de señales en tiempo real, como controlar motores y servos e interactuar con diferentes tipos de sensores y comunicaciones.

Los siguientes son componentes clave de un microcontrolador:

• Unidad central de procesamiento (CPU): Conocida coloquialmente como el "cerebro" de la computadora, la CPU es el componente central responsable de ejecutar las instrucciones y controlar las operaciones.

• Memoria: los microcontroladores contienen tanto memoria volátil (RAM), que almacena datos temporales que pueden perder si el sistema pierde energía, como memoria flash no volátil para almacenar el conjunto de instrucciones de programación (firmware) del microcontrolador.
  
  
• Periféricos: Dependiendo de la aplicación prevista, un microcontrolador puede contener varios componentes auxiliares, como interfaces de entrada/salida (E/S) que incluyen temporizadores, contadores, convertidores de señal analógica a digital (ADC) y digital a analógica (DAC) (ADC) 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 productos electrónicos de consumo que funcionan con baterías, como teléfonos inteligentes, relojes inteligentes y otros wearable, porque son livianos, pequeños y requieren una potencia comparativamente baja.

Un favorito entre los aficionados al código abierto, los microcontroladores de bajo costo y las placas de desarrollo de microcontroladores, como los fabricados por Arduino y Adafruit, se pueden configurar fácilmente dentro de un entorno de desarrollo integrado (IDE) empleando lenguajes de programación comunes como C, C++ y Python. Aunque son fácilmente accesibles incluso para los desarrolladores principiantes, los microcontroladores también se emplean 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 industrial y las aplicaciones del Internet de las cosas (IoT).

Los microcontroladores y los microprocesadores comparten muchas similitudes. Ambos pueden describir 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 del 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 soporte que proporcionan memoria, interfaz serial, E/S y otras características necesarias.

Mientras que los términos microprocesador y CPU a veces se utilizan indistintamente, es más preciso describir los semiconductores de microprocesador como circuitos integrados individuales que contienen una CPU y se pueden conectar a otros auxiliares 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 pueden requerir hardware especializado con mayor potencia de procesamiento son más adecuadas para los microprocesadores. Las tareas específicas dentro de los sistemas incrustados, como el control de sensores o motores, son buenos ejemplos de aplicaciones adecuadas para microcontroladores.

Al comparar microcontroladores y microprocesadores, es útil considerar 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 bajo o ultrabajo consumo en sistemas integrados, como electrodomésticos o dispositivos IoT.
   • Microprocesadores son más adecuados para aplicaciones de uso general y de alto rendimiento que requieren más potencia de procesamiento, como computadoras personales o servidores de centros de datos.
3. Desempeño:
   • 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 1 GHz.
4. Costos operativos:
   • El hardware de los microcontroladores es económico y, debido a que no requieren conocimientos de programación especializados, agregan poco a las cotizaciones generales del proyecto.
   • Los microprocesadores son más costosos y complejos. Configurar un sistema avanzado basado en microprocesadores puede requerir habilidades especializadas.

Los primeros tipos de microcontroladores surgieron de los avances realizados en la fabricación de microprocesadores a medida que los investigadores desarrollaron técnicas para integrar CPU, memoria y componentes periféricos en chips únicos.

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 productos electrónicos siguieron rápidamente.

En la actualidad, decenas de fabricantes de microcontroladores, como Intel, NXP y Arm, ofrecen cientos de variedades, desde opciones de uso general para aficionados y amateurs hasta soluciones altamente especializadas para tecnólogos profesionales y todo tipo de industrias.

Estos son algunos de los tipos más comunes de microcontroladores: