Principales microcontroladores para sistemas embebidos

Introducción

Los microcontroladores, o MCUs por sus siglas en inglés, se pueden encontrar en la mayoría de los sistemas electrónicos embebidos hoy en día. Desde lavadoras, hasta procesadores de audio digital, sistemas de control de vuelo, y mucho más. Los MCUs son procesadores muy flexibles que típicamente pueden ser programados en C/C++, están empaquetados junto con memoria no volátil (FLASH) y memoria volátil (RAM), y una serie de periféricos y E/S. A veces, estos MCUs también pueden tener capacidad inalámbrica (por ejemplo, Bluetooth o WiFi).

Cuando se comienza en la electrónica y se necesita añadir un microcontrolador a un diseño de hardware personalizado, la enorme cantidad de opciones puede parecer inicialmente abrumadora. Hay muchos diferentes proveedores (como Texas Instruments, ST, Microchip, y así sucesivamente) y por proveedor hay una selección aún mayor de microcontroladores - sin mencionar incluso la variación dentro de una familia específica de microcontroladores. Por ejemplo, una búsqueda rápida y genérica usando Octopart para la potente línea de microcontroladores STM32H7 arroja ¡casi 250 resultados diferentes!

El microcontrolador específico, por supuesto, tiene que ser elegido dependiendo del sistema que se está diseñando. Aquí, muchos aspectos necesitan ser tomados en cuenta, tales como la memoria disponible, periféricos requeridos (como UART, SPI, etc.), costo, tipo de paquete, disponibilidad, entorno de software, calidad de la documentación y más.

En este artículo, exploraremos algunos microcontroladores muy comunes utilizados en la industria hoy en día. Esperamos que esto reduzca la selección – al menos en parte – para tu próximo proyecto, y te exponga a MCUs populares que pueden ser encontrados en muchos sistemas embebidos modernos.

STMicroelectronics STM32

Con diferencia, uno de los fabricantes de microcontroladores más populares y conocidos, al momento de escribir este artículo, es STMicroelectronics (ST). Esto tiene una buena razón de ser, ya que sus MCUs tienen precios razonables, están disponibles en muchas configuraciones y grados de rendimiento diferentes, y pueden ser depurados y programados usando, por ejemplo, el entorno de desarrollo gratuito STM32CubeIDE de ST. Su línea de MCUs STM32 se basa en núcleos de procesador ARM Cortex.

Además, ST proporciona muchos controladores preescritos, así como una capa de abstracción de hardware (HAL) para sus componentes. Estos están integrados en STM32CubeIDE. Aunque puede haber fallos ocasionales en el HAL, estos controladores disminuyen sustancialmente el tiempo de salida al mercado y proporcionan un excelente punto de partida para el desarrollo de firmware.

Cuando se trata de la selección de componentes, ST ofrece numerosas y diferentes familias de microcontroladores. Desde los sencillos MCUs STM32F0 que pueden ser útiles para lógica de interconexión simple, hasta los muy potentes MCUs STM32H7 que pueden ejecutar algoritmos de procesamiento de señales digitales en tiempo real, y todo lo que hay en medio. Además, ST también ofrece MCUs con capacidad inalámbrica, como las líneas STM32WL y STM32WB, para conectividad WiFi y Bluetooth respectivamente. Una captura de pantalla de una computadora Descripción generada automáticamente Figura 1 Familias de MCU de STMicroelectronics (Fuente: STMicroelectronics) TRADUCCIÓN:

Mis MCUs favoritos de ST son las series F4 y H7, los cuales he utilizado extensamente en aplicaciones de procesamiento de señales digitales para audio. ¡Asegúrate de revisar este tutorial completo de diseño de hardware basado en STM32 usando Altium Designer, para ver lo fácil que es agregar un microcontrolador a tus propios proyectos!

Nordic Semiconductor nRF

Si estás en el mercado buscando microcontroladores con capacidad inalámbrica, como aquellos que permiten la funcionalidad Bluetooth o WiFi, asegúrate de echar un vistazo a la línea de microcontroladores de la serie nRF de Nordic Semiconductor. Son dispositivos muy capaces, especialmente si tienes requisitos de bajo consumo de energía.

Personalmente, soy un fan de su línea nRF54 de dispositivos Bluetooth LE (baja energía) y los he utilizado en varios productos de ultra-bajo consumo. Sin embargo, ten en cuenta que típicamente el empaquetado de estas partes puede ser muy pequeño y puede aumentar los costos de fabricación y ensamblaje de tu PCB, aunque también ofrecen tipos de paquetes QFN ‘más accesibles’. Por supuesto, estos tamaños de paquete pequeños pueden ser muy beneficiosos para, por ejemplo, productos miniatura y wearables.

Figura 2 Microcontrolador nRF54 Bluetooth LE (Fuente: Nordic Semiconductor)

Espressif ESP32

Como alternativa a nRF, Espressif ofrece su línea de microcontroladores ESP32 (o RFSoCs, más bien) que son increíblemente asequibles y bastante potentes. A menudo ofrecen microcontroladores de doble núcleo, capacidad WiFi y Bluetooth, y un número razonable de periféricos. Además, la comunidad en línea y la base de usuarios de ESP32 es muy grande, por lo que seguramente encontrarás ayuda con tu proyecto si la necesitas.

Si te gustaría aprender cómo incorporar microcontroladores ESP32 en tus propios diseños de hardware usando Altium Designer, ¡asegúrate de ver este video tutorial!

Figura 3 Microcontrolador ESP32-C3 (Fuente: Mouser)

Tanto los fabricantes como los fabricantes de terceros también ofrecen módulos de sistema pre-certificados que integran antenas (o conectores para antenas externas), lo cual puede simplificar sustancialmente el proceso de certificación, en caso de que quieras vender tu diseño comercialmente.

Figura 4 Módulo Pre-Certificado ESP32 (Fuente: Mouser)

Raspberry Pi RP2040

Un microcontrolador relativamente nuevo es el RP2040 de Raspberry Pi, más conocido por sus computadoras de placa única Raspberry Pi. Este microcontrolador cuenta con un procesador de doble núcleo ARM Cortex-M0+, numerosos periféricos, así como algo muy interesante conocido como una sección de Entradas/Salidas Programables (Programmable I/O). Los grandes puntos de venta del RP2040 son su bajo precio (menos de 1 USD en pequeñas cantidades), flexibilidad y disponibilidad.

Figura 5 Raspberry Pi RP2040 (Fuente: Raspberry Pi)

Microchip, NXP y Texas Instruments

Al igual que la línea de microcontroladores STM32, otros fabricantes, como Microchip, NXP y Texas Instruments, ofrecen sus propias series de MCUs en una variedad de versiones. Las capacidades de estas piezas entre estos fabricantes suelen ser bastante similares, por lo que estar familiarizado con una empresa, gustar de su documentación o simplemente la disponibilidad de las partes pueden ser puntos de venta.

Desde microcontroladores de 8 bits hasta 32 bits, capaces de DSP y también MCUs con capacidad inalámbrica, Microchip es bien conocido por sus microcontroladores PIC. NXP ofrece microcontroladores de propósito general, i.MX de tiempo real y orientados al automóvil. Por último, Texas Instruments también tiene un amplio portafolio de microcontroladores; sin embargo, por experiencia personal, no he visto estos con demasiada frecuencia en diseños comerciales, en comparación con los otros fabricantes.

Algunos de los componentes insignia de estos fabricantes incluyen:

• Microchip: Sus productos incluyen microcontroladores PIC y la línea de productos ATMega enormemente popular adquirida de Atmel
• Texas Instruments: La serie MSP430 es su línea de microcontroladores más popular, también está la línea SimpleLink que integra WiFi
• NXP Semiconductor: i.MX es posiblemente su línea de productos más popular, también está la línea de productos LPC que aparece en muchos sistemas de grado industrial

Conclusión

Hemos explorado algunos de los principales fabricantes de microcontroladores y sus dispositivos, pero ten en cuenta que esta lista no es de ninguna manera exhaustiva y es bastante general. Hay muchos otros fabricantes que ofrecen excelentes microcontroladores que no se mencionaron aquí, así como algunos de los MCUs más antiguos, como las variantes de ATmega, que todavía son utilizados por muchos diseñadores en todo el mundo hoy en día.

Asegúrate de visitar Octopart para ayudarte a elegir el microcontrolador adecuado para tu próximo diseño. Cuando hayas elegido un MCU, asegúrate de usar una herramienta ECAD potente, como Altium Designer, para llevar tu diseño al siguiente nivel.