👥 Autores

⚡ Jesús D. Garza Camarena

Tabla de contenido

🔸 Introducción

En la era de la tecnología, los microcontroladores y microprocesadores son elementos esenciales que impulsan una amplia gama de dispositivos, desde electrodomésticos hasta supercomputadoras. Aunque comparten similitudes, presentan diferencias significativas en términos de arquitectura, capacidades y aplicaciones.

Este tema ofrece un análisis de los componentes más relevantes en el diseño de sistemas digitales: Microcontroladores (MCU), Microprocesadores (MPU), Field-Programmable Gate Arrays (FPGA) y System on Chips (SoC). Al final, comprenderás las características y aplicaciones de cada uno, lo que facilitará su selección en proyectos electrónicos.

📘 Fundamento Teórico

📖 Microcontrolador o MCU (microcontroller unit)

Un microcontrolador es un circuito integrado que incluye una unidad de procesamiento central (CPU), memoria, puertos de entrada/salida y periféricos integrados. Se utiliza principalmente en aplicaciones embebidas para controlar dispositivos y realizar tareas específicas.

Características principales:

• CPU: Cerebro del microcontrolador que ejecuta las instrucciones del programa.
• Memoria: Incluye tanto memoria ROM (para almacenar el software) como RAM (para datos temporales y operaciones).
• Periféricos de Entrada/Salida: Incluyen GPIOs, interfaces de comunicación (UART, SPI, I2C), temporizadores, convertidores ADC/DAC, entre otros.

Tarjeta de Desarrollo Arduino UNO basado en el ATmega328

📖 Microprocesador o MPU (microprocessor unit)

El microprocesador es el núcleo computacional en sistemas de propósito general. A diferencia del microcontrolador, no incluye memoria ni periféricos integrados, lo que permite mayor flexibilidad y escalabilidad al integrarlos externamente.

Características principales:

• CPU: Puede tener múltiples núcleos y es más poderosa comparada con la de un MCU.
• Memoria externa: Los MPU generalmente utilizan memoria externa para el almacenamiento de programas y datos, lo cual permite mayor flexibilidad y capacidad.
• Interfaces de alta velocidad: Incluyen Ethernet, USB, HDMI, y otras interfaces que manejan altas tasas de transferencia.
• Controladores avanzados: Pueden incluir controladores gráficos, manejo de señales digitales y más.

Raspberry Pi, con su procesador ARM Cortex

Computadoras personales y laptops

📖Field-Programmable Gate Array (FPGA)

Una FPGA es un circuito integrado que permite al usuario definir su funcionamiento interno describiendo su hardware. A diferencia de los microcontroladores y microprocesadores, su lógica puede adaptarse completamente a los requerimientos del usuario. Características principales:

• Matriz de bloques lógicos: Configurables para realizar diversas funciones lógicas.
• Matriz de interconexión programable: Conexiones configurables que conectan los bloques lógicos según las necesidades del diseño.
• Bloques de E/S: Conectan la FPGA con el mundo exterior a través de varios protocolos y estándares de interfaz.
• Memoria integrada: FPGAs típicamente incluyen bloques de memoria para almacenamiento temporal y configuración.

Modjo FPGA

https://sipeed.com/tangconsole

📖 System on Chip (SoC)

Un SoC combina todos los componentes necesarios para un sistema completo en un solo chip: CPU, memoria y periféricos de comunicaciones inalámbricas. Es altamente eficiente y compacto.

Características principales:

1. Integración completa
2. Alto rendimiento
3. Eficiencia energética

📖 Grafica de comparación

| --- | --- | --- | --- | --- |

📓Actividad

🧠 Ejercicios

• Define tres diferencias clave entre un FPGA y un MCU.
• Explica por qué un SoC es ideal para dispositivos móviles.
• Menciona una aplicación donde se prefiera usar un FPGA en lugar de un MCU o MPU.

❓Preguntas

• ¿Cómo se diferencian las arquitecturas de un MCU y un MPU?
• ¿Qué ventajas tiene un microcontrolador frente a un microprocesador en sistemas embebidos?
• ¿Qué rol desempeña la memoria integrada en un microcontrolador?

❗Véase también

✔️ Referencias

• Brown, J. F. (1994). Embedded systems programming in C and Assembly. Van Nostrand Reinhold.
• Dandamudi, S. P. (2005). Guide to RISC Processors for Programmers and Engineers. Springer.