Tipos e Famílias de Microcontroladores

Prévia do material em texto

ARA0301 PROGRAMAÇÃO DE MICROCONTROLADORS
Aula 4: Tipos e Famílias de Microcontroladores
Prof. Dr. Roney L. de S. Santos
RONEY.LIRASALE@professores.estacio.br
MICROCONTROLADORES
2
• Importante: saber especificar dispositivos com desempenho
adequado para uma aplicação
• Desempenho adequado ≠ Melhor Desempenho Possível
– Microcontroladores vs Microprocessadores, concordam?
• Quando se trata de sistemas que podem ser produzidos aos
milhares, muitas vezes com necessidade de baixo consumo, o
custo por unidade é muito relevante
MICROCONTROLADORES
3
• Assim, especificar o microcontrolador adequado significa, muitas
vezes, escolher o que atende a aplicação nas condições mínimas
• Então, quais as características das famílias de
microcontroladores existentes no mercado são importantes na
escolha?
TIPOS DE MICROCONTROLADORES
4
• Um microcontrolador de n bits possui uma ALU capaz de
processar operandos com n bits de cada vez
– Seus registradores podem manipular n bits por vez
– Normalmente, o microcontrolador também terá n bits de barramento de
dados e n bits de largura para endereçamento de memória
TIPOS DE MICROCONTROLADORES
5
Limites dos microcontroladores de 8 e 32 bits
TIPOS DE MICROCONTROLADORES
6
• Exemplo: considerando um microcontrolador de 8 bits
– 0 a 255 (sem sinal)
– -128 a 127 (com sinal)
• Adicionar ou subtrair números dentro desse intervalo é bastante
simples e pode ser feito em um clock
TIPOS DE MICROCONTROLADORES
7
• No entanto, quando fornecido um operando que ultrapassa o
intervalo da ALU, ainda é possível, mas o processo fica um
pouco mais complexo...
• 640 + 150?
– O primeiro operando está além da capacidade de 8 bits
• O microcontrolador ainda faz a operação, mas leva mais tempo
TIPOS DE MICROCONTROLADORES
8
• No entanto, quando fornecido um operando que ultrapassa o
intervalo da ALU, ainda é possível, mas o processo fica um
pouco mais complexo...
• 640 + 150?
– O primeiro operando está além da capacidade de 8 bits
• O microcontrolador ainda faz a operação, mas leva mais tempo
• Nos microcontroladores de 8 bits, essa operação precisa ser
processada no software, mas nos microcontroladores de 16 bits
essa operação é realizada facilmente.
TIPOS DE MICROCONTROLADORES
9
• ARQUITETURAS DE 8 BITS vs 16 E 32 BITS
– Quais as vantagens de trabalhar com um microcontrolador que possui
uma largura de barramento maior?
– Maior desempenho em termos de operações mais rápidas
– Ferramentas de desenvolvimento mais poderosas
– Mais recursos
– Melhor eficiência de energia
TIPOS DE MICROCONTROLADORES
10
Arquitetura de um microcontrolador de 8 bits
TIPOS DE MICROCONTROLADORES
11
Arquitetura de um microcontrolador de 32 bits
TIPOS DE MICROCONTROLADORES
12
• Em geral, larguras de barramento menores limitam o
desempenho em troca de um pequeno benefício de custo para o
orçamento de um projeto.
• O número de ciclos aumenta conforme a largura do barramento
diminui
– Larguras de bits menores requerem mais ciclos para completar cálculos
maiores.
• Assim, leva mais ciclos para um microcontrolador de 8 bits completar um grande
cálculo do que os microcontrolador com uma largura de barramento de dados de 16
bits.
– O uso de um microcontrolador de 32 bits pode reduzir ainda mais os
ciclos computacionais.
TIPOS DE MICROCONTROLADORES
13
• Além da velocidade na conclusão de cálculos e na taxa de
transferência de dados, se houver uma interrupção ou falha no
meio de uma transferência, o microcontrolador de 8 bits tem
uma chance maior de não concluir a tarefa
– Com vários ciclos necessários, em comparação com um microcontrolador
de 32 bits que conclui a mesma tarefa em um ciclo.
TIPOS DE MICROCONTROLADORES
14
• Fatores a se levar em conta:
• Custo
• Tamanho do código
• Recursos
TIPOS DE MICROCONTROLADORES
15
• Fatores a se levar em conta:
• Custo
– Microcontroladores de 8 bits ainda são os mais baratos, porém, os de 32
bits podem ser tão baratos quanto
– Custos de mão de obra é menor nos componentes de 8 bits
• Opções, recursos, ferramentas e um corpo maior de código é mais exigente
• Tamanho do código
• Recursos
TIPOS DE MICROCONTROLADORES
16
• Fatores a se levar em conta:
• Custo
– Microcontroladores de 8 bits ainda são os mais baratos, porém, os de 32
bits podem ser tão baratos quanto
– Custos de mão de obra é menor nos componentes de 8 bits
• Opções, recursos, ferramentas e um corpo maior de código é mais exigente
• Tamanho do código
• Recursos
TIPOS DE MICROCONTROLADORES
17
• Fatores a se levar em conta:
• Custo
– Microcontroladores de 8 bits ainda são os mais baratos, porém, os de 32
bits podem ser tão baratos quanto
– Custos de mão de obra é menor nos componentes de 8 bits
• Opções, recursos, ferramentas e um corpo maior de código é mais exigente
• Tamanho do código
• Recursos
TIPOS DE MICROCONTROLADORES
18
• Fatores a se levar em conta:
• Custo
• Tamanho do código
– Quanto maior a largura, mais denso será o código
– Programar com 32 bits é muito mais desafiador em assembly do que 8
bits
– Ferramentas modernas permitem que os desenvolvedores trabalhem em
linguagens de alto nível, como C/C++
• Porém, microcontroladores de 8 bits podem ser codificados com mais eficiência com o
código de máquina
• Recursos
TIPOS DE MICROCONTROLADORES
19
• Fatores a se levar em conta:
• Custo
• Tamanho do código
• Recursos
– Em um microcontrolador de 32 bits, a escala de recursos aumenta muito
– Desempenho em tempo real é mais fácil de alcançar em dispositivos de
32 bits com acesso direto à memória
TIPOS DE MICROCONTROLADORES
20
• Em resumo, a decisão de trabalhar em 8 bits ou 16 e 32 bits
depende
– do que a aplicação exige
– do custo final do microcontrolador
– da mão de obra de desenvolvimento
– da necessidade de preparar os recursos da aplicação para o futuro
– e de quanto tempo se possui para pôr o produto no mercado.
TIPOS DE MICROCONTROLADORES
21
• No final das contas, a escolha depende de compensações. Como
uma decisão para o desenvolvimento pessoal, é aconselhável
estar familiarizado com ambos.
FAMÍLIAS DE MICROCONTROLADORES
22
• Microcontrolador 8051
• Microcontroladores AVR
– TinyAVR
– MegaAVR
• ATMega328, presentes nos modelos Arduino Uno e Nano
– XmegaAVR
• Microcontroladores PIC
• Microcontroladores ARM
• Microcontroladores MSP
• Microcontrolador ESP32
FAMÍLIAS DE MICROCONTROLADORES
23
• Microcontrolador 8051
– Arquitetura CISC
– Ainda persiste como escolha para um grande grupo de programadores
– Originalmente inventado pela Intel em 1981
– Arquitetura 8 bits, 4KB de memória ROM, 128B de RAM (+ 64KB de
memória externa, se desejado)
FAMÍLIAS DE MICROCONTROLADORES
24
• Microcontroladores AVR
– Desenvolvido pela Atmel Corporation
– Advanced Virtual RISC
– Arquiteturas Harvard RISC
– TinyAVR:
• Menos memória, tamanho pequeno, adequado para aplicações simples
– MegaAVR
• Boa quantidade de memória (até 256KB), maior número de periféricos embutidos e
adequados para aplicações moderadas a complexas
• ATMega328, presentes nos modelos Arduino Uno e Nano
– XmegaAVR
• Usado comercialmente para aplicações que requerem grande quantidade de memória
de programa e alta velocidade
FAMÍLIAS DE MICROCONTROLADORES
25
• Microcontroladores PIC
– Peripheral Interface Controller
– Populares entre usuários comuns e na indústria
– Ampla disponibilidade, baixo custo, grande base de usuários e
capacidade de programação serial
– CPU RISC
FAMÍLIAS DE MICROCONTROLADORES
26
• Microcontroladores ARM
– Arquitetura RISC de 32 bits
– Grande variedade de opções e oportunidades de uso
• Cortex-A: núcleos de processador de aplicações para sistemas de alto desempenho,
como smartphones e tablets.
• Cortex-R: Núcleos de alto desempenho para aplicações em tempo real.
• Cortex-M: Núcleos de microcontroladores para uma ampla gama de aplicações
embutidas.
– Sensível ao custo e de alto desempenho
• Sistemas de controle de instrumentosindustriais
• Redes
• Sensores sem fio
• Sistemas automotivos
FAMÍLIAS DE MICROCONTROLADORES
27
• Microcontroladores MSP
– Mixed Signal Processor
– CPU de 16 bits
– Instruções incorporadas de baixo custo e baixíssima dissipação de
energia
• Principal característica do microcontrolador
– Arquitetura Von Neumann RISC
• Códigos de programação mais curtos e densos para desempenho rápido
FAMÍLIAS DE MICROCONTROLADORES
28
• Microcontrolador ESP32
– Chip com recursos Wi-Fi e Bluetooth
– Núcleo único ou dual com frequência de até 240 MHz
– Projetado para dispositivos móveis, eletrônicos e aplicativos IoT
– Atinge um consumo de energia ultrabaixo por meio de recursos de
economia de energia
ATIVIDADE VERIFICADORA DE APRENDIZAGEM 1
29
1. É muito comum classificar microcontroladores pelo número de
bits. Se um microcontrolador é dito de 8 bits significa que este
possui:
Quais as opções estão corretas?
A) 8 bits de barramento para endereçamento de memória.
B) 8 bits como tamanho da palavra de memória.
C) 8 bits para os operandos da ALU (Unidade Lógica Aritmética).
D) 8 bits como tamanho do contador de programa.
E) 8 bits de barramento de dados.
ATIVIDADE VERIFICADORA DE APRENDIZAGEM 1
30
1. É muito comum classificar microcontroladores pelo número de
bits. Se um microcontrolador é dito de 8 bits significa que este
possui:
Quais as opções estão corretas?
A) 8 bits de barramento para endereçamento de memória.
B) 8 bits como tamanho da palavra de memória.
C) 8 bits para os operandos da ALU (Unidade Lógica Aritmética).
D) 8 bits como tamanho do contador de programa.
E) 8 bits de barramento de dados.
ATIVIDADE VERIFICADORA DE APRENDIZAGEM 1
31
2. Os Arduinos têm se tornado muito populares, muito em virtude da grande
comunidade que sustenta uma IDE com muitas bibliotecas e muitos exemplos
de aplicações, além de código aberto e hardware livre de licenças. Qual é
o microcontrolador da plataforma de desenvolvimento Arduino Uno?
Quais opções estão corretas?
A) 80C51
B) ATmega328
C) ARM CortexM
D) PIC16F877
E) Arduino
ATIVIDADE VERIFICADORA DE APRENDIZAGEM 1
32
2. Os Arduinos têm se tornado muito populares, muito em virtude da grande
comunidade que sustenta uma IDE com muitas bibliotecas e muitos exemplos
de aplicações, além de código aberto e hardware livre de licenças. Qual é
o microcontrolador da plataforma de desenvolvimento Arduino Uno?
Quais opções estão corretas?
A) 80C51
B) ATmega328
C) ARM CortexM
D) PIC16F877
E) Arduino
ARA0301 PROGRAMAÇÃO DE MICROCONTROLADORES
33
• Dúvidas?
• Fiquem à vontade para entrar em contato no 
RONEY.LIRASALE@professores.estacio.br
	Slide 1
	Slide 2
	Slide 3
	Slide 4
	Slide 5
	Slide 6
	Slide 7
	Slide 8
	Slide 9
	Slide 10
	Slide 11
	Slide 12
	Slide 13
	Slide 14
	Slide 15
	Slide 16
	Slide 17
	Slide 18
	Slide 19
	Slide 20
	Slide 21
	Slide 22
	Slide 23
	Slide 24
	Slide 25
	Slide 26
	Slide 27
	Slide 28
	Slide 29
	Slide 30
	Slide 31
	Slide 32
	Slide 33
	Slide 34