O que é um microcontrolador?

Um microcontrolador é um computador. Todos os computadores (independentemente de ser um computador de mesa (desktop), um grande mainframe ou um microcontrolador) possuem várias características  em comum:

• todos os computadores possuem uma CPU (unidade de processamento central) que executa programas. Se você está sentado agora em seu computador lendo este artigo, a CPU dessa máquina está executando um programa para implementar o navegador Web que está exibindo a página;
• a CPU carrega o programa de algum lugar. Em um computador de mesa, o programa de navegação é carregado a partir do disco rígido;
• o computador possui memória RAM (memória de acesso aleatório) onde ele pode armazenar "variáveis";
• o compuatdor também tem alguns dispositivos de entrada e saída para interagir com as pessoas. Em um computador de mesa, o teclado e mouse são dispositivos de entrada e o monitor e impressora são dispositivos de saída. O disco rígido é um dispositivo de E/S: ele manipula tanto a entrada como a saída.

Um computador de mesa é um computador de propósito geral que pode executar milhares de programas diferentes. Os microcontroladores são computadores de propósito específico. Existem outras características que definem os microcontroladores e se um computador combinar a maioria delas, pode ser chamado de "microcontrolador".

• Eles são "embutidos" no interior de algum outro dispositivo (geralmente um produto comercializado) para que possam controlar as funções ou ações do produto. Um outro nome para o microcontrolador, portanto, é controlador embutido.

• Os microcontroladores são dedicados e executam um programa específico. O programa é armazenado na memória ROM (memória apenas de leitura) e geralmente não muda.

• Microcontroladores geralmente são dispositivos de baixa potência. Um computador de mesa é quase sempre ligado na tomada e pode consumir 50 watts de eletricidade. Um microcontrolador alimentado por bateria pode consumir 50 miliwatts.

• Um microcontrolador possui um dispositivo dedicado de entrada (mas nem sempre) e geralmente possui um pequeno LED ou visor LCD de saída. Um microcontrolador também obtém a entrada do dispositivo que está controlando e o controla enviando sinais a diferentes componentes desse dispositivo.

  Por exemplo, o microcontrolador de uma TV obtém a entrada a partir do controle remoto e exibe a saída na tela da TV. O controlador controla o seletor de canais, o sistema de alto-falantes e determinados ajustes nos componentes eletrônicos do tubo de imagem (como saturação e brilho, por exemplo). A unidade de controle de motor em um carro obtém a entrada a partir de sensores como os sensores de oxigênio e detonação e controla a mistura de combustível e temporização das velas, por exemplo. Um controlador de forno microondas obtém a entrada a partir de um teclado, exibe a saída em um visor LCD e controla um relé que liga e desliga o gerador de microondas.

• Um microcontrolador geralmente é pequeno e barato. Os componentes são escolhidos para minimizar o tamanho e serem os mais econômicos possíveis.

• Um microcontrolador geralmente é feito para ser mais robusto de alguma forma.

  O microcontrolador que controla um motor de carro, por exemplo, tem que trabalhar em temperaturas extremas que um computador normalmente não suporta. Um microcontrolador de carro no Alaska tem que funcionar bem em temperaturas de -34ºC, enquanto o mesmo microcontrolador no Rio de Janeiro pode ter de operar a 42ºC. Quando se adiciona o calor que é gerado naturalmente pelo motor, a temperatura pode atingir de 65 a 80ºC no compartimento do motor. Por outro lado, um microcontrolador embutido dentro de um VCR não precisa ser tão resistente assim.

O processador em si, usado para implementar um microcontrolador pode variar amplamente. Por exemplo, o telefone celular, mostrado no artigo Dentro de um telefone celular digital (em inglês), contém um processador Z-80 (em inglês). O Z-80 é um microprocessador de 8 bits desenvolvido nos anos 70 e originalmente usado em alguns computadores da época. Parece que o GPS Garmin, mostrado no artigo Como funcionam os receptores GPS, contém uma versão de baixa potência do Intel 80386. O 80386 foi usado originalmente nos computadores de mesa.

Em muitos produtos, como os fornos microondas por exemplo, a demanda sobre a CPU é bem baixa e o preço é um aspecto importante. Nesses casos, os fabricantes utilizam chips de microcontrolador dedicado: chips que foram projetados originalmente para serem CPUs econômicas, pequenas, de baixo consumo e embutidas. O Motorola 6811 e o Intel 8051 (em inglês) são bons exemplos desses chips. Também existe uma linha de controladores populares chamados de "microcontroladores PIC" criados por uma empresa chamada Microchip (em inglês). Nos padrões atuais, eles são incrivelmente minimalistas; mas extremamente econômicos quando adquiridos em grandes quantidades e geralmente conseguem atender às necessidades de um projetista de dispositivos com apenas um chip.

Um chip microcontrolador simples pode conter 1.000 bytes de ROM e 20 bytes de RAM no chip, juntamente com 8 pinos de E/S (Entrada e Saída). Em grandes quantidades, o custo desses chips pode ser ninharia (dezenas de centavos a alguns reais). Você certamente nunca executará o Microsoft Word em tal chip: o Microsoft Word requer talvez 30 megabytes de RAM e um processador que possa executar milhões de instruções por segundo. Por outro lado, você também não precisa do Microsoft Word para controlar um forno microondas. Com um microcomputador, você tem uma tarefa específic a a ser executada e o baixo custo e o gasto de energia é o que é mais importante.