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Instituto Tecnológico de Estudios Superiores de Uruapan Microcontroladores Mecatrónica 7º Semestre Tipos y fabricantes de Microcontroladores Alejandro Campos Estrada 30/08/2013 Introducción Con el fin de aumentar sustancialmente las características de tamaño, versatilidad y costo, cada vez más produ...

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Instituto Tecnológico de Estudios Superiores de Uruapan Microcontroladores Mecatrónica 7º Semestre

Tipos y fabricantes de Microcontroladores

Alejandro Campos Estrada 30/08/2013

Introducción Con el fin de aumentar sustancialmente las características de tamaño, versatilidad y costo, cada vez más productos incorporan un microcontrolador. Algunos fabricantes de microcontroladores superan el millón de unidades de un modelo determinado producidas en una semana. Este dato puede dar una idea de la masiva utilización de estos componentes. Una aplicación típica podría emplear varios microcontroladores para controlar pequeñas partes del sistema. Estos pequeños controladores podrían comunicarse entre ellos y con un procesador central, probablemente más potente, para compartir la información y coordinar sus acciones, como, de hecho, ocurre ya habitualmente en cualquier PC. Actualmente los microcontroladores tienen gran uso en ramos como:    

Industria automotriz: Control de motor, alarmas, regulador del servofreno, dosificador, etc. Industria de los electrodomésticos: control de calefacciones, lavadoras, cocinas eléctricas, etc. Informática: como controlador de periféricos. Industria de imagen y sonido: tratamiento de la imagen y sonido, control de los motores de arrastre del giradiscos, video, etc.

Fabricantes de Microcontroladores A continuación se presentaran algunas empresas que se dedican a la fabricación y venta de microcontroladores de uso general, en algunos caso se presenta un breve resumen obtenido, en algunos casos, de las paginas mismas de los fabricantes y en otros casos de ciertas comparaciones hechas por usuarios expertos en el uso de diversas categorías de los productos de cada fabricante, en cuanto a Microchip el contenido se hizo poco extenso debido a que se consideró que por ser el que ofrece los productos más utilizados en lo que refiere al grado de estudios en los que se presenta esta investigación su clasificación de productos se utilizó para apoyar la descripción de tipos de Microcontroladores que se presentará más adelante en esta investigación.

Microchip Technology Inc. Microchip Technology Inc. es una empresa fabricante de microcontroladores, memorias y semiconductores analógicos, situada en Chandler, Arizona, EE. UU. Su Producto más popular son los microcontroladores PIC de 8 bits.

Freescale semiconductor Freescale Semiconductor es una compañía global líder en la industria de semiconductores enfocada proveer procesamiento embebido y productos de conectividad. Actualmente, se enfoca al suministro de productos para la industria automotriz, de redes, comunicaciones inalámbricas, control industrial e industrias de consumo

electrónico. Con se oferta de procesadores embebidos y de productos complementarios, proporciona una solución completa de semiconductores y software. Es una división independiente de Motorola. Entre sus productos sobre semiconductores destacan: productos analógicos, microcontroladores, DSP, memorias, etc. Los procesadores de Freescale son mundialmente usados, ya que su antecesor fue de la empresa Motorola y son muy fiables. Freescale distingue entre los microcontroladores de propósito general y de propósito específico, dentro de los cuales podremos encontrar las familias: HCS08, RS08 y HC08. Son microcontroladores que incorporan una variedad importante de periféricos según nuestras necesidades. Para el manejo de los procesadores, Freescale pone a disposición algunas alternativas, entre ellas destaca CodeWarrior, que su versión completa es de pago aunque, registrándonos en Freescale, podemos descargarnos una versión de evaluación.

Atmel Corporation Atmel es una compañía de semiconductores, fundada en 1984. Su línea de productos incluye microcontroladores (incluyendo derivados del 8051, el AT91SAM basados en ARM, y sus arquitecturas propias AVR y AVR32), dispositivos de radiofrecuencia, memorias EEPROM y Flash, ASICs, WiMAX, y muchas otras. También tiene capacidad de ofrecer soluciones del tipo system on chip (SoC). Arquitectura AVR: Esta arquitectura se basa en procesadores basados con núcleos RISC y arquitectura Harvard. Atmel distingue sus dispositivos AVR en las siguientes categorías: 

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Automotive AVR: Son microcontroladores donde su principal característica es que poseen periféricos integrados tales como convertidores A/D de 10-bits, bus CAN, periféricos de control de anchura de pulsos (PWM). Por lo tanto se convierte en una familia ideal para aquellos proyectos que se requieran varios canales de convertidores A/D, PWM, etc. AVR Z-Link: Microcontroladores especializados en trabajos basados en la tecnología ZigBee. CAN AVR: Son micros que poseen más de un canal del bus CAN, en sus versiones V2.0A and V2.0B standard, por lo tanto serán ideales para cuando un proyecto requiera controlar y manejar varios dispositivos de bus CAN. LCD AVR: Dispositivos creados para el manejo de segmentos de LCD, oscilan del 4 X 25 Segment LCD Driver al 4 X 40 Segment LCD Driver. Lighting AVR: Especialmente diseñados para controlar lámparas y motores, eso significa, que su principal ventaja en periféricos, son: varios canales de convertidor A/D, varios canales de PWM, periférico PSC con 4-bit del protocolo DALI. megaAVR: Esta familia es una familia de microcontroladores estándar de Atmel, donde según el proyecto, tendremos varios dispositivos englobados en esta familia que cubran nuestras necesidades. Smart Battery AVR: Microcontrolador dedicado a dispositivos que requieren baterías, es un dispositivo que su consumo de batería es muy bajo, ideal para proyectos móviles o portátiles.

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tinyAVR: Esta familia es estándar, al igual que la familia megaAVR, cuya cualidad es su tamaño y número de pines, digamos que son los "pequeñines" en número de pines de la gama AVR, pero con prestaciones más que suficientes para satisfacer nuestras necesidades si en nuestro proyecto no es necesario que el microcontrolador posea un número excesivo de pines. USB AVR: Especialidad de esta familia es la de controlar y manejar el USB.

Atmel, dispone de un software para poder trabajar con estos dispositivos, llamado AVR Studio, el cual es totalmente gratuito. El lenguaje de programación por defecto es el ASM (ensamblador) que viene incluido con el AVR Studio sin coste ninguno. Aunque Atmel expone que la arquitectura de sus microcontroladores están capacitados para trabajar en lenguaje C.

Texas Instruments Texas Instruments o TI, es una empresa norteamericana que desarrolla y comercializa semiconductores y tecnología para sistemas de cómputo. TI es el tercer mayor fabricante de semiconductores del mundo tras Intel y Samsung y es el mayor suministrador de circuitos integrados para teléfonos móviles. Igualmente, es el mayor productor de procesadores digitales de señal y semiconductores analógicos. Esta empresa, es normalmente conocida por sus siglas TI, donde su jerarquía de microcontroladores son: 16-bits, 32-bits (basados en arquitectura ARM7) y los DSP (Digital Signal Controller).

Arquitectura de 16-bits: Estos microcontroladores destacan por ser de bajo consumo, con arquitectura RISC, y es el denominado MSP430.  

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MSP430x1xx: Son microcontroladores de propósito general y de bajo consumo, no tienen módulos LCD y su memoria es del tipo flash-ROM. MSP430F2xx: Son microcontroladores basados en memoria flash con una rapidez de procesado bastante alta, 16MIPS con una cantidad de periféricos notables para proyectos complejos en necesidad de memoria y periféricos. MSP430x3xx: Son microcontroladores basados en memoria OTP, están orientados para procesos industriales, su velocidad de procesado es de 8MIPS con una cantidad de memoria de programa considerable. MSP430x4xx: Es la categoría alta de TI, con una cantidad de memoria alta al igual que su velocidad de procesado. Con módulo LCD y tecnología de memoria flash.

Arquitectura de 32-bits. En esta arquitectura, disponemos lo que son mundialmente conocidos, como los procesadores de señal, Texas Instruments, es líder en este sector. Podemos encontrar varias familias.    

TMS320F283xx: Controladores en punto flotante. TMS320F281x: Controladores capaces de trabajar a 150MIPS de procesado. TMS320F280xx: Controladores capaces de trabajar a 100MIPS. TMS320LF240x: Vieja arquitectura de 16-bits, capaces de trabajar a 40MIPS. He puesto esta familia aquí, para no partir la familia de los DSP, aunque no es de arquitectura de 32-bits.

National Semiconductor Empresa Norteamericana, fabricante de productos electrónicos semiconductores, también, aunque de forma muy específica, fabrican microcontroladores. National, dentro de su fabricación, realizan microcontroladores de 8 y 16 bits con arquitectura Harvard. Arquitectura de 8-bits. Estos microcontroladores son los llamados COP8. Se dividen en tres familias   

COP8C: Microcontroladores con 32kBytes de memoria flash y 1kByte de RAM. Estos microcontroladores destacan por tener el periférico convertidor analógico-digital (A/D) de 10 bits. COP8S: Estos microcontroladores son iguales que la familia COP8C pero sin el periférico A/D. COP8A: Es la gama alta de 8-bits, aunque poseen menos memoria de programa, tienen integrado más periféricos integrados.

Para trabajar con esta familia, National dispone de entornos de trabajo (IDE) para tal propósito, los cuales no son gratuitos, pero se pueden obtener una versión demo. Arquitectura de 16-bits. Esta familia es la mayor de los microcontroladores de National. Son dispositivos de 16-bits denominados CR16. Son microcontroladores de propósito general, y no es recomendable para diseñadores nóveles (esto es expuesto por el propio fabricante en el apartado de este microcontroladores CR16).

Toshiba Empresa Japonesa, fabricante de productos electrónicos de consumo e industriales, así como semiconductores. Toshiba ofrece al usuario una gama amplia de microcontroladores de 8 y 16 bits con tecnología CISC y microcontroladores de 32-bits de tecnología RISC. Arquitectura de 8-bits.

Toshiba emplea en esta familia de 8-bits un gran número de microcontroladores con varios periféricos incorporados para reducir al máximo los componentes externos. En toda su familia incluye puertos seriales, timers tanto de 8 como de 16-bits. El diseñador puede seleccionar microcontroladores de propósito general, como especializados en bus CAN, controlador LCD y control de motores. Arquitectura de 16-bits. Es una familia mejorada orientada a los procesos industriales, aunque podemos encontrar dispositivos de propósito general, control de motores y control de LCD, igual que la familia de 8-bits. Se mejora la cantidad de memoria de programa y de datos, así como los periféricos integrados. Arquitectura de 32-bits. Es la categoría grande de Toshiba, con una cantidad de periféricos integrados bastante considerable, así como memorias de datos y de programa. Esta categoría está equipada con memoria NANO FLASH™.

Nec Empresa Japonesa dedicada a la fabricación de semiconductores. Nec destaca por su postura de apostar que todos sus microcontroladores, ya sean de 8, 16 o 32 bits, tengan memorias flash. Esta empresa, dispone de varias razones para usar sus productos, en este caso microcontroladores:    

Cantidad de familias suficientes para la selección que cubra las necesidades del diseñador. Bajo coste, esto es posible a la gran cantidad de periféricos internos que llevan sus microcontroladores, tales como: Oscilador interno de 8 MHz, Detectores de voltaje, funciones de reset incorporadas, etc. Facilidad de programación, Nec dispone de distintos dispositivos para tal propósito, aparte anuncia terceras empresas que trabajan para tal aplicación. Consumo bajo, esto es un dato y circunstancia crítica para diseños portátiles.

Arquitectura de 8-bits: Nec divide dicha arquitectura en cuatro grandes familias: Propósito General: Son microcontroladores que cubren las necesidades de la mayoría de proyectos, entre ellos, destacan nos ofrecen dos familias: Una de ellas es la llamada 78K0/Kx2, destaca por la cantidad de memoria de programa disponible y por su número de pines, la otra familia es la denominada 78K0S/Kx1+, donde encontramos microcontroladores ideales para proyectos con una necesidad de números de pines pequeña, ya que en esta familia encontramos microcontroladores que van de los 10 a los 30 pines, y una memoria justa para aplicaciones sencillas. LCD Control: Dispositivos que son útiles, cuando las necesidades del proyecto es controlar pantallas lcd. Podemos encontrar dos categorías que integran esta familia, la primera es la llamada 78K0S, especializados en velocidades

hasta 5Mhz, y la otra familia es 78K0, es la gama alta de esta familia, son microcontroladores con velocidades hasta 20 MHz y diseñados para que externamente no requieran demasiados componentes para su correcto funcionamiento. Motor Control: Encontramos una única familia, la denominada µPD78F071x, son microcontroladores ideales para proyectos donde el control de velocidades, posición y potencia de motores es requerido por nuestro proyecto. Poseen, entre otros periféricos, ocho canales del convertidor A/D de 10-bits. Control Remoto: Microcontroladores con una cantidad de memoria necesaria para el correcto funcionamiento de recepción y envío de comandos IR, y por supuesto, en esta familia, encontramos microcontroladores de bajo consumo. Arquitectura de 16-bits: En esta arquitectura, encontramos microcontroladores de propósito general, son los llamados 78K0R/Kx3, son dispositivos de bajo consumo, con una velocidad de procesado veloz, y cantidad de memoria flash para satisfacer nuestros diseños. Arquitectura de 32-bits: Es la categoría grande de Nec, se divide en dos familias: Propósito General: Basados en arquitectura RISC Harvard, encontramos varias familias, la denominada V850ES/Hx2, con un número de pines que se comprenden entre 64 y 144, la familia llamada V850ES/Hx3, con una cantidad de periféricos integrados de propósito general bastante amplios y operan a 5V, la familia V850ES/Jx2 y V850ES/Jx3, rango de operación de 3V para mantener el rango de consumo lo más bajo posible, y la familia V850ES/Kx2, que puede operar desde los 2.7V hasta los 5.5V, es una familia que se puede utilizar para varias aplicaciones por su rango de alimentación. Motor Control: Microcontroladores que operan a velocidades hasta 64Mhz y con una rapidez de procesado de 131MIPS para aplicaciones de control de motores. Se distinguen dos familias, la denominada V850ES/Ix2, microcontroladores con periférico integrado de multifunción de timer, y la otra familia es la llamada V850E/Ix3, con gran cantidad de periféricos integrados para el control de motores.

Tipos de Microcontroladores Los microcontroladores suelen clasificarse por familias o por el número de Bits que manejan (4, 8, 16 ó 32 bits). Lógicamente los microcontroladores de 16 y 32 bits son superiores a los de 4 y 8 bits en cuanto a funcionalidades, siendo que los microcontroladores de 8 bits dominan el mercado. Prácticamente la totalidad de los microcontroladores actuales se fabrican con tecnología CMOS 4 (Complementary Metal Oxide Semiconductor). Esta tecnología supera a las técnicas anteriores por su bajo consumo y alta inmunidad al ruido.

Arquitectura de 8-bits. 

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PIC10: Es la familia "Baseline" de Microchip, son micros con 12-bit de palabra de programa y destacan por su bajo precio y número de pines escasos, hay micros de 6 a 14 pines. Son micros potentes ya que según modelo pueden contener periféricos de reloj interno, convertidor A/D, comparadores, interrupciones externas... Por lo tanto son ideales para cuando el tamaño es escaso y la cantidad de pines no es demasiado grande para nuestros proyectos. PIC12: En esta familia, podemos distinguir en dos grandes grupos, el grupo "Baseline" y la "Mid-Range", es decir el medio rango de Microchip. Son micros más potentes que la familia PIC10 ´por tener más prestaciones. En caso de que nuestro proyecto necesiten más pines y periféricos internos que los que nos ofrece la familia PIC10, esta es nuestra familia ideal, bajos coste y un número abundante de periféricos internos. PIC16: Esta familia es muy parecida a la PIC12, en cambio, dispone de más pines por lo tanto en algunos PIC's de esta familia, podemos encontrar varios periféricos juntos y listos para poder ser usados con sus respectivos pins. En esta familia también nació el mítico PIC16C84, un microcontrolador que alzó las venta y la publicidad de la empresa Microchip. PIC18: Es la familia más alta de Microchip, y una de las que se están usando más acorde al paso del tiempo, los usuarios descubren esta fantástica familia y quedan encantados, micros con una cantidad de pines y periféricos considerables, por lo tanto, los hacen ideales para proyectos con envergadura y complejidad media-alta.

Arquitectura de 16-bits. Microchip, pone a disposición del usuario, dos familias cuyo procesador es de 16-bits. Una es la llamada PIC24, que sigue la línea de microcontroladores de 8-bits, y la otra es la denominada dsPIC, es la apuesta de Microchip en el mundo del procesado de señal. 

PIC24: Microcontroladores con un alto rendimiento y de bajo coste. Podemos encontrar dos subfamilias, la denominada PIC24F, es la subfamilia que ofrece Microchip para aplicaciones de bajo coste, donde podemos encontrar microcontroladores con memoria flash hasta 128kBytes y una velocidad de procesado de 16MIPS. La otra subfamilia, es la denominada PIC24H, ésta es la hermana mayor que la anterior, donde son ideales para proyectos con un alto rendimiento, con una velocidad de procesado de 40MIPS y memoria flash de programa hasta 256kBytes entre otras cosas.

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dsPIC: Son dispositivos especializados en trabajar en el procesado digital de señales, encontramos dos subfamilias, la subfamilia menor denominada dsPIC30, cuya aplicación es necesaria para proyectos de sistemas embebidos en tiempo real con una alimentación de 5V a una velocidad de procesado de 30MIPS. La subfamilia grande, es la llamada dsPIC33F, y se distinguen de la anterior subfamilia, que la tensión de alimentación a una velocidad de procesado de 40MIPS es de 3.3V, aparte ésta subfamilia dispone de más memoria de programa flash y de memoria RAM.

Arquitectura de 32-bits. En esta categoría, encontramos sólo una familia, la denominada PIC32, diseñados para aplicaciones embebidas que requieran una cantidad de memoria mayor, un procesado de la información mayor, y una cantidad considerable de periféricos. Para el trabajo con esta categoría, Microchip ofrece el entorno de trabajo MPlab, el cual incluye el compilador en ensamblador de forma gratuita denominado ASM32, pero para esta categoría, se aconseja utilizar un lenguaje de nivel medio-alto, tal como es el caso del lenguaje C. A continuación una tabla comparativa entre algunos tipos de Microcontroladores de diferentes marcas y diferente número de bits:

FABRICANTE

FAMILIA

ARQUITECTURA

IDE

ADUC8xx

CISC 8 bits 8051

-

ADUC7xx

RISC 32 bits ARM7

-

AT89xxx

CISC 8 bits 8051

Prog. independientes

TS87xxx

CISC 8 bits

Prog. independientes

AVR

RISC 8 bits

AVR studio

AT91xxx

RISC 16 ARM7/9

EP73xxx

RISC 32 bits ARM7

-

EP93xxx

RISC 32 bits ARM9

-

C8051F

CISC 8 bits 8051

-

Analog Device www.analog.com

Atmel www.atmel.com

bits

-

Cirrus Logic www.cirrus.com

Cygnal www.silabs.com

HC05

CISC 8 bits 6800

-

HC08

CISC 8 bits 6809

Code Warrior