MICROCONTROLADORES

CONSIDERAÇÕES SOBRE OS MICROCONTROLADORES

1.1. Considerações iniciais

Na área tecnológica é grande o fascínio por trabalhar com temas que imediatamente produzam, ou a curto prazo possam produzir, resultados diretamente ligados ao aumento de produtividade e/ou diminuição de custos. Evidentemente, esses trabalhos são incentivados por órgãos ligados à indústria, que devido à dinâmica do mercado, precisa oferecer respostas rápidas às suas necessidades. Infelizmente, essas respostas nem sempre se traduzem em um bem comum. Atualmente estamos presenciando uma verdadeira ressaca tecnológica, onde a automação, principalmente a robótica, tem provocado uma grande diminuição nos quadros de mão-de-obra.

As transformações que estamos presenciando são, sem dúvida, alimentadas pelos computadores, que para a grande maioria das pessoas são traduzidos pelos PCs e mainframes. Muitas dessas pessoas não sabem, mas um grande número de pequenos processadores (microcontroladores), embutidos em diversos equipamentos, exercem um papel importante no dia a dia delas. Despertar ao som de um CD Player programável, tomar café da manhã preparado por um microondas digital, e ir ao trabalho de carro, cuja injeção de combustível é microcontrolada, são apenas alguns exemplos. Paradoxalmente, para muitas dessas pessoas, “os computadores são apenas máquinas feitas para complicar as coisas”.

Os microcontroladores estão presentes também no dia a dia de pessoas de classes economicamente inferiores. Operários registram seu horário de entrada e saída no trabalho através de relógio-ponto microcontrolado e vão ao trabalho em transporte coletivo, cujo sistema de registro de passageiros é automatizado.

1.2. Os microcontroladores e suas aplicações

O mercado para microcontroladores continua em franca expansão, ampliando seu alcance principalmente em aplicações residenciais, industriais, automotivas e de telecomunicações. Segundo dados da National Semiconductor [NAT97], uma residência típica americana possui 35 produtos baseados em microcontrolador. A estimativa é de que até o início do próximo milênio, aproximadamente 250 produtos residenciais sejam comandados por esse tipo de dispositivo.

Num passado recente, o alto custo dos dispositivos eletrônicos limitou o uso dos microcontroladores apenas aos produtos domésticos considerados de alta tecnologia (tv, vídeo e som). Porém, com a constante queda nos preços dos chips, os microcontroladores passaram a ser utilizados em produtos menos sofisticados do ponto de vista da tecnologia, como máquinas de lavar, microondas, fogões e refrigeradores. Assim, a introdução do microcontrolador nestes produtos cria uma diferenciação e permite a inclusão de melhorias de segurança e de funcionalidade. Alguns mercados chegaram ao ponto de tornar obrigatório o uso de microcontroladores em determinados tipos de equipamentos, impondo um pré-requisito tecnológico.

Muitos produtos que temos disponíveis hoje em dia, simplesmente não existiriam, ou não teriam as mesmas funcionalidades sem um microcontrolador. É o caso, por exemplo, de vários instrumentos biomédicos, instrumentos de navegação por satélites, detetores de radar, equipamentos de áudio e vídeo, eletrodomésticos, dentre outros.

Entretanto, o alcance dos microcontroladores vai além de oferecer algumas facilidades. Uma aplicação crucial, onde os microcontroladores são utilizados, é na redução de consumo de recursos naturais. Existem sistemas de aquecimento modernos que captam a luz solar e, de acordo com a demanda dos usuários, controlam a temperatura de forma a minimizar perdas. Um outro exemplo, de maior impacto, é o uso de microcontroladores na redução do consumo de energia em motores elétricos, que são responsáveis pelo consumo de, aproximadamente, 50% de toda eletricidade produzida no planeta[GAN92]. Portanto, o alcance dessa tecnologia tem influência muito mais importante em nossas vidas, do que se possa imaginar.

O universo de aplicações dos microcontroladores, como já mencionado, está em grande expansão, sendo que a maior parcela dessas aplicações é em sistemas embutidos. A expressão “sistema embutido” se refere ao fato do microcontrolador ser inserido nas aplicações (produtos) e usado de forma exclusiva por elas. Como a complexidade desses sistemas cresce vertiginosamente, o software tem sido fundamental para oferecer as respostas às necessidades desse mercado. Tanto é, que o software para microcontroladores representa uma fatia considerável do mercado de software americano. Segundo Edward Yourdon [YOU91] [YOU97] a proliferação dos sistemas embutidos, juntamente com o advento da Microsoft, são os responsáveis pela retomada do crescimento da indústria de software naquele país.

1.3. Evolução dos microcontroladores

Antes dos microcontroladores, os sistemas de controle eram construídos, exclusivamente, por componentes lógicos discretos, e portanto, apresentavam grandes dimensões físicas. Posteriormente, os microprocessadores foram usados para implementar esses sistemas, o que permitiu grande redução no número de componentes utilizados. Até hoje é comum encontrarmos sistemas à base do Zilog Z80, Intel 8088, Motorola 6809 e outros.

Com a continuação do processo de miniaturização, todos os componentes necessários para um controlador foram integrados num único chip. Daí surgiu o termo microcontrolador. Um microcontrolador pode incorporar todas, ou quase todas, as partes necessárias para implementar um controlador.

Usualmente, os microcontroladores incorporam uma CPU, memória RAM, algum tipo de memória ROM, porta serial, portas paralelas de entrada/saída, contadores e temporizadores, e um controlador de interrupções. Além disso, eles possuem um amplo conjunto de instruções para manipular bits, realizar acesso direto aos pinos de entrada/saída, e um rápido e eficiente sistemas de processamento de interrupções. Com isso, e aliada à drástica redução do número de componentes envolvidos e a uma maior simplicidade de projeto, os microcontroladores se tornaram um grande atrativo para implementar sistemas de controle a um custo relativamente baixo.

Os microcontroladores são freqüentemente utilizados para controlar equipamentos das mais variadas áreas: eletrodomésticos, equipamentos automotivos, controle ambiental, indústria bélica e aeroespacial, instrumentação, controle de processos, automação industrial e muitas outras. A complexidade dos microcontroladores varia de acordo com a aplicação. Há microcontroladores bem simples usados para implementar pequenos sistemas