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Introdução aos Microcontroladores

Microcontrolador

Um microcontrolador é um chip que contém praticamente um pequeno computador embutido, de baixo custo, incluindo:

• Núcleo de processamento
• Memórias RAM / ROM /Flash
• Periféricos de E/S
• Conversores de sinais
• Gerador de Clock, entre outros.

Os microcontroladores, ou MCU (microcontroller unit) são projetados para uso em aplicações embarcadas e outros sistemas específicos.

Aplicações dos microcontroladores

Os microcontroladores encontram um número enorme de aplicações na eletrônica moderna, como por exemplo:

• Sistemas embarcados
• Brinquedos
• Sistemas R/C (controle remoto)
• Máquinas industriais e comerciais
• Eletrodomésticos

Vantagens

Existem diversas vantagens no uso de microcontroladores para a construção de circuitos eletrônicos. Dente elas, podemos citar as seguintes:

• Custos baixos de projeto e construção
• Consumo de energia mínimo
• Facilidade de programação
• Sistema compacto (“all in one”)
• Praticidade para reposição

MCU x CPU

Vamos fazer uma pequena comparação entre Microcontroladores e Microprocessadores.

Um microcontrolador é diferente de um microprocessador de várias maneiras. O principal ponto é a funcionalidade. Um microprocessador necessita de diversos componentes externos, como memórias, barramentos e periféricos para poder operar. O MCU contém esses elementos todos embutidos.

Além disso, um microprocessador geralmente faz parte de um sistema programável genérico, como um computador, ao passo que o MCU realiza apenas a tarefa específica para o qual foi programado, dentro de unm circuito eletrônico.

Arquiteturas Harvard x Von Neumann

Há basicamente dois tipos de arquiteturas de computadores digitais: Harvard e von Neumann

A arquitetura Harvard tem esse nome pois tem suas raízes no computador Harvard Mark I. Sua característica principal é que ela possui memórias separadas para armazenamento de dados e instruções. Desta forma, é possível acessar a memória de programa e a memória de dados simultaneamente. Geralmente a memória de programa (instruções) e´somente=leitura e a memória de dados é leitura/escrita. Assim, é impossível que o conteúdo de um programa seja modificado pelo programa em si.

Já a arquitetura von Neumann batizada a partir do matemático e cientista da computação John von Neumann. As máquinas com arquitetura von Neumann possuem um único sistema de armazenamento compartilhado para armazenar dados e as instruções a serem executadas. Desta forma, os programas podem ser facilmente modificados por si próprios, pois ficam armazenados na memória que é leitura/escrita.

 

Comparativo das arquiteturas Harvard e von Neumann

Arquitetura von Neumann	Arquitetura Harvard
Usada em processadores convencionais encontrados em PCs e Servers, e em alguns sistemas embarcados.	Usada em microcontroladores e DSPs encontrados em sistemas embarcados e sistemas de comunicação móveis
Dados e programas são armazenados na mesma memória.	Dados e programas são armazenados em memórias separadas.
O código é executado de forma serial e demora mais ciclos de clock.	O código é executado de forma paralela.
Os programas, geralmente, podem ser otimizados para diminuir de tamanho.	Os programas tendem a ser maiores com a complexidade.

 

Periféricos típicos de um MCU

Um microcontrolador possui, tipicamente, os periféricos listados a seguir:

• Conversores ADC / DAC
• Timers
• Linhas PWM (Pulse Width Modulation)
• Interface USB
• Interfaces UART, I2C, SPI
• Ethernet, CAN (Controller Area Network)

Um CAN (Controller Area Network) é um barramento projetado para que microcontroladores e outros dispositivos, como sensores, se comuniquem entre si sem a necessidade de um computador host.

Exemplos de Microcontroladores

Vejamos alguns exemplos típicos de microcontroladores comuns encontrados no mercado e usados comumente em projetos eletrônicos:

• ARM Cortex-M
• Atmel AVR / AVR 32
• Intel 8051
• Microchip PIC
• NXP LCP 2000 / 3000
• Paralax Propeller
• Texas Instruments MSP430

 

Programação de um Microcontrolador

• Os microcontroladores não possuem, geralmente, um sistema operacional; os programas rodam diretamente no chip (bare metal).
• O software que roda no microcontrolador é chamado de Firmware.
• O software é programado em linguagens C ou Assembly na maior parte dos casos, embora seja possível usar outras linguagens em alguns MCUs.
• A programação é feita como o uso de ferramentas instaladas em um PC (IDE)

Placas para estudo de microcontroladores

Há no mercado diversos kits e placas para estudo e prototipagem de sistemas embarcados e programação de microcontroladores. Como exemplo, podemos citar:

• Plataforma Arduino
• Microchip PIC Starter Kit
• Texas Instruments MSP430 Launchpad
• Keil MCB900 (NXP)

 

Próximos passos

Após entender o que são microcontroladores e conhecer os tipos mais comuns, vamos aprender a utilizar kits de aprendizagem de Microcontroladores.

O que abordaremos na Bóson:

• Arduíno
• Texas Instruments (Launchpad)
• Microchip (PIC)
• Intel 8051

E mais alguns outros. Enquanto isso, assista a um vídeo de Introdução aos Microcontroladores: