Microcontroladores – noções gerais


Flash
Possuem memória de programa interna do tipo
Flash (gravável e apagável eletricamente).
Podem ser reprogramados. Isso faz com que o
código possa ser mudado várias vezes.
Microcontroladores – noções gerais
Definição
Um microcontrolador pode ser definido como
um single-chip computer (computador em um
único chip), microcomputer, ou ainda como
embedded controller. O termo MCU (Micro
Controller Unit) também é bastante utilizado
para se designar esse dispositivo. No mesmo
chip estão integrados uma CPU, também
chamada de core (núcleo), e circuitos
auxiliares (periféricos) como memória de
programa, memória de dados, circuito de
clock, interface de comunicação serial,
temporizadores/contadores, portas de I/O, etc.
Esses diferentes recursos embutidos em um
microcontrolador variam em função do modelo
e do fabricante. É uma tarefa do desenvolvedor
especificar o microcontrolador mais adequado
para cada aplicação.
Classificação
1. Quanto ao número de bits de dados
Um importante critério para a classificação dos
microcontroladores é o número de bits de
dados. O segmento mais popular é o de 8 bits,
sendo que existem ainda os modelos de 4, 16
e 32 bits.
2. Quanto ao armazenamento do
programa
Outra
forma
de
se
classificar
os
microcontroladores é em função do método de
armazenamento do programa (código). São
exemplos:

ROMless
Requerem uma memória externa
armazenamento do programa.
para
o

OTP
One-Time
Programable
–
permite
a
programação uma única vez. São viáveis para
produção em baixa escala, na qual não se
justifica arcar com o custo de uma máscara.

Masked
Contêm uma ROM que é programada pelo
fabricante, com o código fornecido pelo
usuário. São mais baratos que os equivalentes
OTP ou flash, mas justificáveis apenas se
comprados em grandes quantidades (a partir
de milhares).
Microcontroladores – noções gerais

EPROM
Possuem memória de programa interna do tipo
EPROM (UV-EPROM). O programa pode ser
gravado e depois apagado expondo-se a janela
do dispositivo à luz ultravioleta. Após o
apagamento um novo programa pode ser
gravado.

EEPROM
Possuem memória de
EEPROM (Eletrically
Read Only Memory).
com
memória
reprogramados.
programa interna do tipo
Erasable Programmable
Assim como os modelos
Flash,
podem
ser
Recursos e outras características de
hardware

Faixa de alimentação
A maioria dos modelos utiliza o padrão de
alimentação TTL de 5,0V, mas há modelos que
utilizam tensões mais baixas como, por
exemplo, 3,3V.

Clock
O método mais comum de se fornecer o clock
a um microcontrolador é conectando-se um
cristal e capacitores externos, nos pinos
referrentes so oscilador interno. Também
existe a possibilidade de gerar o clock
externamente e entregá-lo ao dispositivo. As
freqüências de clock típicas vão de 4 à 16MHz.

Entrada de reset
Quando
um
microcontrolador
é ligado,
procedimento chamado de power-on, há a
necessidade de resetá-lo. Geralmente, uma
malha RC externa conectada ao pino reset é
utilizada
para
executar
esta
tarefa
automaticamente.
Existem
modelos
que
dispensam estes componentes externos.

Ports de I/O (In/Out)
Geralmente
esses
pinos
podem
ser
configurados como entrada ou saída digital,
permitindo o interfaceamento com o mundo
externo. O acesso às linhas pode ser feito de
uma só vez (endereçando o byte), ou
individualmente (bit-endereçável), caso o
microcontrolador forneça este benefício.
É comum que essas linhas de I/O possuam
funções especiais, relacionadas aos "periféricos
1/3
Timers/Counters
(temporizadores/contadores)
Em sistemas microcontrolados em geral, os
timers/counters são utilizados para gerar
pedidos de interrupção periódicos e precisos,
medir larguras de pulsos externos, contagem
de tempo, entre outras funções.
on-chip" (serial, conversor A/D e etc.). Confere
ao usuário determinar se elas serão usadas por
esses periféricos ou como porta digital de I/O
padrão. Algumas linhas podem ainda ter maior
capacidade de corrente do que outras (para
drivear LEDs, por exemplo, em que é
necessária capacidade de 20mA).


Brownout detector
A tradução para o termo brownout é "redução
ou falta de energia". Tem a função de proteger
o dispositivo, evitando que possíveis falhas na
alimentação levem-no a executar operações
indevidas ou ao corrompimento de dados. Isso
é feito mantendo-se o micro resetado,
enquanto a tensão não retorne a valores
aceitáveis.

Interface serial
Um
microcontrolador
pode
oferecer
comunicação serial baseada em diferentes
protocolos. Os tipos de interfaces são:

Watchdog timer
Garante o funcionamento do microcontrolador,
resetando-o caso ele trave. Quando ocorre um
overflow do watchdog timer, o micro é
resetado. Para prevenir um overflow, o
watchdog timer deve ser limpo antes que isso
ocorra, o que é feito através de instruções de
programa.

Interrupções
Quando gerada uma interrupção (externa ou
interna), o interrupt handler (gerencidor de
interrupção) responsabiliza-se por fazer a CPU
executar a subrotina de interrupção e retornar
ao programa principal. Alguns conceitos
relativos às interrupções são descritos a
seguir:
Estrutura nesting
A maioria dos micros possui estrutura de
interrupção
nesting,
isto
é,
uma
interrupção de prioridade maior pode
interromper outra de prioridade menor
que esteja sendo atendida.
Mascaramento
É a
possibilidade de se impedir,
geralmente por software, que uma certa
interrupção
seja
atendida.
Existem
também as interrupções não-mascaráveis,
que não podem ser desabilitadas por
software.
Tipo de ativação das interrupções
Em geral, o microcontrolador pode
reconhecer o sinal lógico de interrupção
de duas maneiras distintas:
- pelo nível (alto ou baixo);
ou
- pela borda (subida ou descida);
Microcontroladores – noções gerais
UART/Enhanced UART
UART
é
a
sigla
para
Universal
Asynchronous Receiver/Transmiter, e é o
tipo de interface serial mais utilizada,
baseada no padrão RS-232. Algumas
dessas UARTS, para gerar o boud rate (ou
neste caso taxa de bits por segundo BPS), necessitam de um timer do
microcontrolador,
enquanto
outras
possuem um gerador de boud rate
exclusivo, que utiliza o clock. Os boud
rates mais comuns são de 300, 1200,
2400, 4800 e 9600 bouds.
A Enhanced UART, ou "UART avançada",
tem todas as características da UART,
além de funcionalidades como detecção de
erro e reconhecimento automático de
endereço.
SPI
O padrão SPI (Serial Peripheral Interface)
é dedicado à comunicação com periféricos
ou, mais precisamente, entre dois
circuitos integrados. Trata-se de um
padrão bastante útil, já que atualmente
muitos chips como conversores A/D,
memórias EEPROM ou Real Time Clocks
exigem este tipo de comunicação.
I2 C
O chamado Inter-Integrated Circuit (I2C),
trata-se de um padrão instituído pela
Philips, dedicado também à comunicação
entre chips.
CAN bus
O padrão CAN bus (Control Area Network)
funciona muito bem em ambientes
ruidosos e insalubres, como em indústrias
ou equipamentos pesados. É ideal para
aplicações
que
requerem
uma
comunicação confiável.

Conversor A/D
Utilizado para a aquisição (digitalização) de
sinais
analógicos.
Como
exemplos
de
2/3
resoluções disponíveis pode-se citar os
modelos de 8, 10 ou 12 bits. A maioria deles
permite gerar uma interrupção quando uma
conversão é finalizada.

Conversor D/A
Utilizado para a geração de sinais analógicos.

Comparador analógico
Quando a entrada positiva do comparador é
maior que a negativa sua saída é setada,
podendo ser gerada uma interrupção. Uma das
aplicações é a monitoração do nível de tensão
de uma bateria, para avaliar suas condições de
carga.

PWM
A saída PWM entrega pulsos com largura do
tempo em alto configurável por software. O
duty cycle (dado por talto/T) é programado
escrevendo-se em registros especiais do
microcontrolador. A aplicação mais difundida é
no controle de potência de motores.

Low-Power Modes
A maioria dos microcontroladores pode entrar
em modos de baixo consumo (low-power), nos
quais uma potência baixíssima é consumida. O
micro é “acordado” por uma interrupção
interna, externa, ou reset. Esses modos são
tipicamente chamados de Wait, Idle, Sleep,
entre outros.

Real Time Clock
Significa relógio de tempo real. Uma vez
programados, mantém informações como
hora, minutos, segundos e data atualizadas.
Geralmente é necessário um cristal externo.

EEPROM
Dependendo da aplicação, pode ser necessário
o armazenamento de dados que não podem
ser perdidos quando desligada a alimentação.
Para isso, alguns microcontroladores oferecem
um espaço de memória de dados EEPROM, que
é do tipo não volátil, e atende a essa
necessidade.

Driver dedicado para display
Alguns microcontroladores oferecem drivers
para displays especiais do tipo LCD comuns ou
matriciais.
de 80 instruções (o 8051, por exemplo, tem
111). Muitas delas são bastante eficientes e
especializadas, mas às vezes complicadas,
requerendo vários ciclos de clock para sua
execução.

RISC
Reduced Instruction
Set
Computer,
ou
computador de set de instruções reduzido.
Implementando-se
menos
instruções,
o
hardware do chip é reduzido, resultando em
um dispositivo menor. Isso implica em menos
consumo, além da possibilidade de adição de
outros recursos. Instruções mais simples são
executadas com maior velocidade.
Ferramentas para desenvolvimento

Emulador
É o equipamento ideal para o desenvolvimeto
de projetos. Ele é "soquetado" no lugar do
microcontrolador, podendo monitorar todos os
parâmetros internos. Utiliza como interface o
PC.

Simulador
Simula o microcontrolador no PC. É indicado no
processo
de
depuração
do
programa,
permitindo que se busquem erros de algoritmo
e de lógica, por exemplo. Não faz interface
com os dispositivos externos.

Assemblador
É o programa que transforma os códigos
escritos em assembly em linguagem de
máquina. Geralmente os fabricantes dos chips
fornecem gratuitamente assembladores para
seus dispositivos.

Compilador C
A maioria dos microcontroladores possuem
compiladores C disponíveis. Isso permite o
desenvolvimento de aplicações de forma mais
ágil, se comparada à programação em
assembly.
Os
códigos
gerados
pelos
compiladores mais modernos são bastante
eficientes em termos de velocidade.
Arquiteturas

CISC
Complex Instruction Set Computer,
ou
computador de set de instruções complexo.
Um microcontrolador CISC típico possui mais
Microcontroladores – noções gerais
3/3