Principais Microcontroladores para Sistemas Embarcados

Introdução

Microcontroladores, ou MCUs para abreviar, podem ser encontrados na maioria dos sistemas eletrônicos embarcados atualmente. Desde máquinas de lavar, processadores de áudio digital, sistemas de controle de voo e muito mais. Os MCUs são processadores muito flexíveis que podem ser tipicamente programados em C/C++, são embalados juntamente com memória não volátil (FLASH) e volátil (RAM), e uma gama de periféricos e I/O. Às vezes, esses MCUs também podem ter capacidade sem fio (por exemplo, Bluetooth ou WiFi).

Ao começar na eletrônica e precisar adicionar um microcontrolador a um design de hardware personalizado, a enorme quantidade de opções pode inicialmente parecer esmagadora. Existem muitos fornecedores diferentes (como Texas Instruments, ST, Microchip, e assim por diante) e por fornecedor há uma seleção ainda maior de microcontroladores - sem mencionar até mesmo a variação dentro de uma família específica de microcontroladores. Por exemplo, uma rápida busca genérica usando Octopart para a poderosa linha de microcontroladores STM32H7 gera quase 250 resultados diferentes!

O microcontrolador específico, claro, tem que ser escolhido dependendo do sistema que está sendo projetado. Aqui, muitos aspectos precisam ser levados em conta, como memória disponível, periféricos necessários (como UART, SPI, etc.), custo, tipo de pacote, disponibilidade, ambiente de software, qualidade da documentação e mais.

Neste artigo, exploraremos alguns microcontroladores muito comuns usados na indústria hoje. Esperamos que isso ajude a reduzir a seleção – pelo menos em parte – para o seu próximo projeto, e exponha você a MCUs populares que podem ser encontrados em muitos sistemas embarcados modernos.

STMicroelectronics STM32

De longe, um dos fabricantes de microcontroladores mais populares e conhecidos, até o momento da escrita deste artigo, é a STMicroelectronics (ST). Isso se deve por bons motivos, já que seus MCUs têm preços acessíveis, estão disponíveis em muitas configurações e graus de desempenho diferentes, e podem ser depurados e programados usando, por exemplo, o ambiente de desenvolvimento STM32CubeIDE gratuito da ST. Sua linha STM32 de MCUs é baseada nos núcleos de processador ARM Cortex.

Além disso, a ST fornece muitos drivers pré-escritos, bem como uma camada de abstração de hardware (HAL) para suas peças. Estes estão integrados no STM32CubeIDE. Embora possa haver falhas ocasionais no HAL, esses drivers diminuem substancialmente o tempo de colocação no mercado e fornecem um excelente ponto de partida para o desenvolvimento de firmware.

Quando se trata de seleção de componentes, a ST oferece diversas famílias de microcontroladores diferentes. Desde os simples MCUs STM32F0 que podem ser úteis para lógica de interconexão simples, até os muito poderosos MCUs STM32H7 que podem executar algoritmos de processamento de sinal digital em tempo real, e tudo o mais entre eles. Além disso, a ST também oferece MCUs com capacidade sem fio, como as linhas STM32WL e STM32WB, para conectividade WiFi e Bluetooth, respectivamente.

Figura 1 Famílias de MCU da STMicroelectronics (Fonte: STMicroelectronics)

Meus MCUs favoritos da ST são as séries F4 e H7, que usei extensivamente em aplicações de processamento de sinais digitais para áudio. Certifique-se de conferir este tutorial completo de design de hardware baseado em STM32 usando o Altium Designer, para ver como é fácil adicionar um microcontrolador aos seus próprios projetos!

Nordic Semiconductor nRF

Se você está procurando por microcontroladores com capacidade sem fio, como aqueles que permitem conectividade Bluetooth ou WiFi, não deixe de dar uma olhada na linha de microcontroladores nRF da Nordic Semiconductor. São dispositivos muito capazes, especialmente se você tem requisitos de baixo consumo de energia.

Pessoalmente, sou fã da linha nRF54 de dispositivos Bluetooth LE (baixa energia) e os usei em vários produtos de ultra-baixo consumo. No entanto, é importante ter em mente que, tipicamente, a embalagem dessas peças pode se tornar muito pequena e pode aumentar os custos de fabricação e montagem da PCB, embora eles também ofereçam tipos de pacotes QFN ‘mais acessíveis’. Claro, esses tamanhos de pacotes minúsculos podem ser muito benéficos para, por exemplo, produtos miniaturizados e vestíveis.

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

Espressif ESP32

Como alternativa ao nRF, a Espressif oferece sua linha de microcontroladores ESP32 (ou RFSoCs, na verdade) que são incrivelmente acessíveis e bastante potentes. Frequentemente oferecendo microcontroladores de núcleo duplo, capacidade WiFi e Bluetooth, e uma quantidade razoável de periféricos. Além disso, a comunidade online e a base de usuários do ESP32 são muito grandes, então você certamente encontrará ajuda para o seu projeto, caso precise.

Se você gostaria de aprender como incorporar microcontroladores ESP32 em seus próprios designs de hardware usando o Altium Designer, não deixe de conferir este vídeo tutorial!

Figura 3 Microcontrolador ESP32-C3 (Fonte: Mouser)

Tanto fabricantes quanto fabricantes terceirizados também oferecem módulos de sistema pré-certificados que integram antenas (ou conectores para antenas externas), o que pode simplificar substancialmente o processo de certificação, caso você queira vender seu design comercialmente.

Figura 4 Módulo Pré-Certificado ESP32 (Fonte: Mouser)

Raspberry Pi RP2040

Um microcontrolador relativamente novo é o RP2040 da Raspberry Pi, mais famosamente conhecido por seus computadores de placa única Raspberry Pi. Este microcontrolador possui um processador dual-core ARM Cortex-M0+, vários periféricos, bem como algo muito interessante conhecido como uma seção de I/O Programável. Os grandes atrativos do RP2040 são seu baixo preço (menos de 1 USD em pequenas quantidades), flexibilidade e disponibilidade.

Figura 5 Raspberry Pi RP2040 (Fonte: Raspberry Pi)

Microchip, NXP e Texas Instruments

Assim como a linha de microcontroladores STM32, outros fabricantes, como Microchip, NXP e Texas Instruments, oferecem suas próprias séries de MCUs em uma variedade de versões. As capacidades dessas peças entre esses fabricantes são tipicamente bastante semelhantes, então estar familiarizado com uma empresa, gostar de sua documentação ou simplesmente a disponibilidade das peças podem ser pontos de venda.

De 8 bits a 32 bits, passando por MCUs capazes de DSP e também com capacidade sem fio, a Microchip é bem conhecida por seus microcontroladores PIC. A NXP oferece microcontroladores de propósito geral, i.MX em tempo real e voltados para o setor automotivo. Por último, a Texas Instruments também possui um portfólio considerável de microcontroladores - no entanto, pela minha experiência pessoal, não tenho visto esses tão frequentemente em designs comerciais, comparado aos outros fabricantes.

Alguns dos componentes de destaque desses fabricantes incluem:

• Microchip: Seus produtos incluem microcontroladores PIC e a linha de produtos extremamente popular ATMega adquirida da Atmel
• Texas Instruments: A série MSP430 é a linha de microcontroladores mais popular deles, há também a linha SimpleLink que integra WiFi
• NXP Semiconductor: i.MX é, sem dúvida, a linha de produtos mais popular deles, há também a linha de produtos LPC que aparece em muitos sistemas de grau industrial

Outro

Exploramos alguns dos principais fabricantes de microcontroladores e seus dispositivos, mas tenha em mente que esta não é de forma alguma uma lista extensiva e é bastante geral. Existem muitos outros fabricantes que oferecem ótimos microcontroladores que não foram mencionados aqui – bem como alguns dos MCUs mais antigos, como as variantes ATmega, que ainda são usados por muitos designers ao redor do mundo hoje.

Não deixe de conferir Octopart para ajudá-lo a escolher o microcontrolador certo para o seu próximo projeto. Quando você tiver escolhido um MCU, certifique-se de usar uma ferramenta ECAD poderosa, como Altium Designer, para levar seu projeto para o próximo nível.