Introdução

Você acredita que cada um de vocês está usando pelo menos 20 microcontroladores em sua casa?! Bem, isso é um fato. Existem mais de dois bilhões de microcontroladores sendo produzidos a cada ano. Quase todas as pessoas, tanto nas nações desenvolvidas quanto nas em desenvolvimento, não conseguem passar um dia sem usar microcontroladores.

O microcontrolador é um chip de computador embutido que controla a maioria dos aparelhos eletrônicos e aparelhos que as pessoas usam diariamente, desde máquinas de lavar até freios ABS de carros.

Invenção de Microcontroladores

Foi durante 1970 e 1971, quando a Intel estava trabalhando na invenção do primeiro microprocessador do mundo, que Gary Boone, da Texas Instruments, estava trabalhando em um conceito bastante semelhante e inventou o microcontrolador. Boone projetou um único chip de circuito integrado que poderia conter quase todos os circuitos essenciais para formar uma calculadora; apenas o display e o teclado não foram incorporados. Surpreendentemente, esse avanço excepcional no campo da eletrônica e da comunicação recebeu um nome comum de TMS1802NC; no entanto, o dispositivo não era comum. Tinha cinco mil transistores fornecendo 3000 bits de memória de programa e 128 bits de memória de acesso! Assim, foi possível programá-lo para realizar uma série de funções.

A Intel também criou muitos microcontroladores importantes, além de produzir o primeiro microprocessador do mundo. Os mais importantes produzidos pela Intel são os microcontroladores 8048 e 8051. O 8048 foi lançado em 1976 e foi o primeiro microcontrolador da Intel. Foi usado como processador no teclado do PC da IBM. O microcontrolador 8051 foi lançado em 1980 e é um dos microcontroladores mais populares. Ele é até usado agora e é considerado um dos microcontroladores de vida mais longa.

Foi durante a década de 1990 que microcontroladores avançados com memórias ROM eletricamente apagáveis e programáveis, como a memória flash, começaram a inundar o mercado de eletrônicos. A característica única desses microcontroladores é que eles podem ser programados, apagados e reprogramados apenas com a ajuda de sinais elétricos. Muitos dos microcontroladores usados atualmente, como os disponíveis na Atmel e Microchip, usam a tecnologia de memória flash. Da qual vimos em módulos anteriores o funcionamento das memórias.

Hoje, além dos gadgets de uso geral, microcontroladores exclusivos estão sendo criados para áreas como iluminação, automotiva, comunicações e bens de consumo movidos a baixa energia. Os microcontroladores atuais, como AVR e PIC, tornaram-se menores e mais elegantes, mas cada vez mais poderosos. Por exemplo, existem microcontroladores tão minúsculos disponíveis, pequenos e baratos o suficiente para serem usados em produtos simples como escovas de dente e brinquedos.

Microcontrolador PIC

O microcontrolador PIC foi desenvolvido no ano de 1993 pela tecnologia de microchip. O termo PIC significa (Peripheral Interface Controller). Inicialmente, ele foi desenvolvido para oferecer suporte a computadores PDP para controlar seus dispositivos periféricos e, portanto, denominado dispositivo de interface periférica. Esses microcontroladores são muito rápidos e fáceis de executar em um programa em comparação com outros microcontroladores. A arquitetura do microcontrolador PIC é baseada na arquitetura Harvard. Os microcontroladores PIC são muito populares devido à sua facilidade de programação, ampla disponibilidade, fácil interface com outros periféricos, baixo custo, grande base de usuários e capacidade de programação serial (reprogramação com memória flash), etc.

Arquitetura do microcontrolador PIC

A arquitetura do microcontrolador PIC compreende CPU, portas de E/S, organização de memória, conversor A/D, temporizadores/contadores, interrupções, comunicação serial, oscilador e módulo CCP que pode ser visualizado abaixo.

Figura 1 - Arquitetura de um Microcontrolador PIC

As principais características da arquitetura do microcontrolador PIC são:

1. Arquitetura Harvard: os microcontroladores PIC utilizam a arquitetura Harvard, que separa a memória de programa e a memória de dados. Essa separação permite uma largura de banda maior e melhor desempenho em comparação com a arquitetura von Neumann, onde a memória de programa e a memória de dados compartilham o mesmo barramento.
2. Conjunto de instruções reduzido (RISC): os microcontroladores PIC têm um conjunto de instruções reduzido, o que simplifica o projeto do hardware e a programação. As instruções são de tamanho fixo (normalmente 12, 14 ou 16 bits) e executam em um único ciclo de clock, exceto em casos de saltos e ramificações.
3. Pipeline de instruções: a maioria dos microcontroladores PIC possui um pipeline de duas etapas, que permite a busca de uma instrução enquanto a instrução anterior está sendo executada. Isso resulta em um melhor desempenho.
4. Banco de registros: os microcontroladores PIC têm vários bancos de registros que são usados para armazenar variáveis e informações de estado. Os bancos de registros são organizados em áreas como o Registrador de Função Especial (SFR) e a Memória de Acesso Aleatório (RAM).
5. Periféricos integrados: os microcontroladores PIC possuem uma variedade de periféricos integrados, como conversores analógico-digitais (ADCs), temporizadores, módulos de comunicação (UART, SPI, I2C) e outros recursos que facilitam a implementação de várias funções em um único chip.