Este es el cuarto artículo de una serie en la que enseñamos a nuestros lectores lo que es un microcontrolador, que proporciona información básica para aquellos que deseen utilizar este componente en sus proyectos. La serie es ideal para los que tienen conocimientos básicos de la electrónica, pero no saben nada acerca de los microcontroladores. Se trata de una serie ideal para STEMers, los estudiantes, los makers y aficionados.
MSP430
La familia de microcontroladores MSP430 de Texas Instruments para la función de ultra bajo consumo está especialmente indicada para aplicaciones alimentadas por batería como robots, vehículos autónomos, IoT, vestibles, etcétera.
El consumo en modo de espera (idle) puede ser tan bajo como 1 µA dependiendo del tipo y frecuencia puede llegar a 25 MHz. Tienen seis modos de programación y puede entrar en operación a partir do reposo en un tiempo muy corto, del orden de 1 microsegundo.
El MSP430 es en su 6ª generación, pasa en su propia denominación:
Así, en la numeración típica que tenemos algo así como:
MSP430F2618ATZQWT-EP, como en la siguiente tabla.
En ella tenemos:
a) Primer grupo (MSP) - familia de los procesadores
b) Segundo grupo (430) - plataforma
c) Tercer grupo (F) - indica el tipo de memoria
d) Grupo cuarta (2) – generación de los dispositivos
e) Quinto grupo (6) – modelo dentro de la generación
f) Sexto grupo (18) – uno o dos dígitos que indica la cantidad de memoria como la tabla:
| Sufixo | RAM | ROM | Sufixo | RAM | ROM | |
| 0 | 128 | 1 K | 10 | 5 K | 32 K | |
| 1 | 128 | 2 K | 11 | 10 K | 48 K | |
| 2 | 256 | 4 K | 12 | 5 K | 55/56 K | |
| 3 | 256 | 8 K | 13 | |||
| 4 | 512 | 12 K | 14 | |||
| 5 | 512 | 16 K | 15 | |||
| 6 | 1 K | 24 K | 16 | 4 K | 92 K | |
| 7 | 1 K | 32 K | 17 | 8 K | 92 K | |
| 8 | 2 K | 48K | 18 | 8 K | 116 K | |
| 9 | 2 K | 60K | 19 | 4 K | 120 K |
g) Sufijo opcional que indica la variante de dispositivo con recursos adicionales (A)
h) Sufijo que indica el rango de temperatura (T) – en el caso -40 a + 105 ° C
i) Envoltura (ZQW) – como el Texas
j) Símbolos finales (EP) que indica recursos adicionales, en el caso calificado para uso automotriz.
En la web del autor, se encuentran varios proyectos con este microcontrolador, así como en el sitio web de Texas Instruments (WWW.ti.com).
Renesas
Se trata de otra empresa que ofrece una buena línea de microcontroladores para aplicaciones mecatrónicas y mucho más. Los microcontroladores son fáciles de usar, robustos y de bajo costo en varias familias disponibles que se pueden encontrar en https://www.renesas.com/pt-br/products/microcontrollers-microprocessors.html
Las principales familias son:
RL78 - 32 MHz, 1.6 a 5.5 V y µA actual página 46
RX - 32 MHz a 240 MHz, memoria flash hasta de 4 MB con USB, CAN, timer para control de motor y TFT.
RH850 - bajo consumo, funcionamiento de alta temperatura para aplicaciones en control.
RZ - basado en ARM con display
Códec de Vídeo Fuill - HD
Otras familias pueden encontrarse en el sitio web de la empresa.
NXP
Esta empresa también ofrece una amplia línea de microcontroladores para diferentes usos, como Mecatrónica, robótica, Internet y más.
Estos se basan en MUCs que van desde 8 a 32 bits, como se muestra en la siguiente tabla.
Otros
En lo sitio de Mouser se puede acezar muchos otros fabricantes como:
- Analog Devices
- Epson
- Parallax
- On Semiconductor
- ST Micdroelectronics
- Zilog
Recursos en venta (shields e breakout boards)
Las salidas de un microcontrolador, tales como los usados en las placas Arduino sólo pueden suministrar corrientes de 20 mA a 5 V y 50 mA en 3,3 V.
Esto significa que si queremos controlar circuitos o dispositivos de corriente más alta no se puede hacer su conexión directa en estas placas.
Incluso teniendo en cuenta las situaciones en que controlamos cargas de mayor potencia, si usamos todas las salidas simultáneamente para ello, corremos el riesgo de sobrecargar el microcontrolador, que lo lleva a su límite de disipación.
Para controlar cargas de mayor potencia por encima de 50 mA, tenemos que utilizar algún tipo de la interfaz de capacidad más alta, generalmente conocida como " Shield ".
Un Shield no es más que un circuito de potencia, que de las salidas del microcontrolador como Arduino, puede controlar una carga determinada.
Así, en los capítulos anteriores en los circuitos que dimos cómo drivers para controlar relés, solenoides y motores, también actúan como Shields para microcontroladores.
En esta función la señal de control para ellos proviene de las salidas de los microcontroladores, ambas de 3,3 V a 5 V, conforme la disponibilidad y elección.
Algunos Shields ofrecen la posibilidad para aislar la salida del microcontrolador del circuito o el dispositivo controlado, agregando la seguridad que es especialmente importante cuando el circuito o dispositivo administrado está conectado a la red eléctrica.
En general, los Shields se pueden montar con facilidad, tanto experimentalmente en matrices de contacto como planeados o en placas universales, y hay la posibilidad de comprar la unidad lista.
Las placas que contienen conjuntos de relés, puentes de H son comunes para control de cargas de mayor potencia o con la característica de retrotracción. (Figura1)
Sin embargo, hay casos donde no existe la placa preparada o si hay ofrece mucho más allá de lo que necesitamos.
Por ejemplo, podemos necesitar controlar una carga de energía a través de un relé, pero sólo tenemos shields en venta con 4 relés.
Pagamos por cuatro y utilizamos sólo uno, que además de ser un residuo, puede poner en peligro un proyecto para ocupar el menor espacio posible.
En este caso, incluso es mejor montar el shield y para ello es necesario un circuito para este propósito.
En este sítio contamos con proyectos de drives y shields donde encontramos varias opciones para estas interfaces, uso de componentes comunes para agregar funciones adicionales como, por ejemplo, una sincronización externa u otro dispositivo que no necesita ser programado.
Otra posibilidad es que no existe un shield para lo que queremos hacer lo que de todos requiere no sólo un circuito para accionamiento, así como su propio circuito.
Por ejemplo, si estamos creando una alarma audible de alto poder, más allá del circuito de accionamiento que implica, por ejemplo, un relé, también necesitamos una sirena propia que será controlada.
En la construcción de un shield para esto, tomamos un enfoque diferente al problema: podemos hacer la sirena ser controlada por microcontrolador, por ejemplo, eliminando muchos componentes de Arduino.
La adaptación de los circuitos comunes "blocs constructivos" como los que tenemos en miles de nuestros artículos, circuitos, mini proyectos de nuestro sitio y libros ofrece una amplia gama de ideas.
Podemos usar shields, como el de la Figura 2 que contiene una matriz de contactos.
Más que eso, podemos usar nuestras simulaciones para verificar que un proyecto funcione no necesariamente utilizando un microcontrolador que está disponible en el simulador.
Electrónica
Aunque las placas de microcontroladores como el Arduino, MSP430, PIC y otros contienen la mayor parte de la electrónica que necesitan nuestros proyectos, los conocimientos básicos de electrónica son todavía fundamentales para el desarrollo de un proyecto, excepto en algunos casos en que los shields hagan todo.
Se reúnen para saber qué y, cómo conectarse y qué programar es esencial para los proyectos de estos tableros.
En nuestro sitio web, además de una gran cantidad de artículos teóricos sobre circuitos, proyectos y esquemas de interpretación, además el principio de funcionamiento de todos, es decir, el lector tendrá la posibilidad de comprar libros y cursos de apoyo.
Shields Sensores
Del mismo modo tenemos los actuadores de los circuitos, las señales que controlan nuestro proyecto pueden venir de los más diversos tipos de sensores.
Muchos de ellos pueden conectarse directamente a las placas, porque proporcionan señales compatibles como LDRs, termistores, micro switches, etcétera.
Sin embargo, en algunos casos, las señales no son compatibles con las entradas que requieren shields especiales que procesan sus señales en una forma apropiada de excitación.
En este caso, tenemos shields de sensores inerciales y señales de radio hasta que pueden recibir una señal de un teléfono celular, control de la tableta a través de conexión Wifi.
Aunque en algunos casos también se pueden montar estos shields, hay muchos de ellos que se pueden comprar.(figura 3)
Donde conseguir Shields
La MOUSER ELECTRÓNICS también ofrece shields de excelente calidad, originales y no los que le permite poner en duda su fiabilidad.
Simplemente acceder a su sitio a través de nuestra publicidad y en tipo de búsqueda en la palabra «Shield» que el lector verá todas las opciones disponibles.
Breakout Boards
Además de shields, que son las placas que contienen periféricos del microcontrolador como Arduino, hay las llamadas Breakout Boards o placas de "quiebra" si adoptamos una traducción al pie de la letra.
Sin embargo, hay otros periféricos que son útiles al trabajar con un microcontrolador y estos son los llamados de Breakout Boards que no tienen un término portugués para su cita, pero que podría ser llamado "tarjetas de componentes".
Breakout Boards
Como su nombre en inglés indica, esta placa contiene un solo componente que, debido a sus dimensiones muy pequeñas, no se puede conectar directamente a una placa del microcontrolador para su producción y son «rotos» o ampliados para tener acceso a sus terminales, como se muestra en la figura 4.
Esto nos permite trabajar con este componente único acoplado a un microcontrolador para desarrollar un proyecto, evaluar su operación, o para complementar un proyecto que requiere su presencia.
En el caso de un circuito integrado que tiene sus pinos accesibles de tal manera que fácilmente puede ser conectados a un microcontrolador.
Sería el equivalente a una matriz de contacto, sino en la forma de una placa de circuito impreso con el componente o incluso algunos componentes ya soldados, como se muestra en la figura 5.
Las ventajas del uso de estos tableros son diversas.
Además del hecho del tamaño, pues los circuitos integrados pueden ser SMD en lugar de convencionales DIP o DIL y no necesita ser montado en matrices del contacto, tienen la ventaja de contactos porque podemos usar la soldadura en los enlaces.
Esto permite montajes mucho más compactos como los proyectos de IoT, usable y otros requieren en muchos casos.
Otra ventaja es la posibilidad de utilizar la misma placa en otros proyectos por los bornes de conexión ser soldados o desoldados de la placa del microcontrolador.
También podemos mencionar un hecho muy importante que facilita a los desarrolladores es el hecho de que los nombres de los pinos están perfectamente identificados en estas placas.
Vea que hay una diferencia entre un shield y un Breakout Board. Los shields contienen circuitos completos con funciones concretas, generalmente más grandes.
Los Breakout Boards contienen uno o pocos componentes específicos que deben utilizarse en las funciones de los componentes que contiene y no una función de circuito. Son más pequeños y más simples.
Por supuesto, en algunos casos, la función de un Breakout Boards puede ser el mismo como un shield, pero no siempre eso ocurre y si ocurre, Breakout Boards puede hacer lo mismo en forma más simple.
Para trabajar con un breakout board es necesario tener en cuenta una diferencia.
Ellas deben ser soldadas, lo que implica la necesidad de un soldador y tener habilidad en este tipo de operación, siempre teniendo cuidado con el exceso de calor.
Usted también debe conocer las tensiones que puedan soportar los componentes que contienen, elegir la correcta alimentación tanto como del microcontrolador como de una fuente adicional.
En la Mouser Electronics puede encontrar muchos tipos de Breakout Boards, de distintos fabricantes como vemos a continuación.
Tipos antiguos
Desde el primer microcontrolador en 1971, el 4004 de Intel, una plétora de tipos surgió en los años y muchos de ellos, aunque se puede considerar obsoletas, pueden todavía encontrar y utilizar principalmente con re-educativo principalmente para facilidad de uso y bajo costo.
Así que es común encontrar proyectos aún o incluso las escuelas que aún están basadas en microcontroladores como el Z80, 80C51, COP8, etcétera.
En internet hay muchos sitios y foros que discuten proyectos con estos microcontroladores.