Diferenças entre microcontrolador e microprocessador 11

Este artigo apresenta as características e diferenças entre microcontroladores e microprocessadores, dois termos muito utilizados em sistemas embarcados.

Os sistemas embarcados estão presentes em nosso cotidiano, seja em uma impressora, um eletrodoméstico ou até mesmo em um veículo. Em um sistema embarcado há pelo menos um sistema contendo microprocessador ou microcontrolador, que executa funções específicas que foram programadas para um propósito.

Essas funções podem ser comando de motores, leitura de sensores e muito mais. Cada projeto possui seu hardware e, consequentemente, uma funcionalidade. Imagine um carro moderno: quantos sistemas diferentes conversando entre si existem para que tudo funcione de forma correta: freios, injeção eletrônica, ré, entretenimento e tantos outros?

Todos esses módulos contidos em um veículo possuem seu próprio sistema eletrônico, e todos “conversam” entre si utilizando uma rede CAN.

Quem desenvolve um sistema embarcado precisa conhecer o que são microcontroladores e microprocessadores, para a melhor escolha conforme o projeto. A seguir, serão apresentados os microprocessadores.

 

Microprocessadores

Consiste em um circuito integrado (CI ou chip) que realiza cálculos computacionais. Este CI contém várias portas lógicas e executa comandos com linguagem de comando específica.

Estes cálculos são operações lógicas ou aritmética entre bits, ou seja, microprocessador entende somente zeros e uns. Para entender o funcionamento de um microprocessador, é feita uma analogia entre ele e um cozinheiro.

Para o cozinheiro fazer uma receita, é necessário que ele possua ingredientes, utensílios, livro de receitas e uma folha de rascunho para caso ele queira dobrar a receita e fazer cálculos temporários. O cozinheiro precisa “conversar” entre todos estes elementos e seguir a receita na ordem para que tudo ocorra de forma correta.

No caso do microprocessador, ocorre da mesma forma. Correlacionando, o cozinheiro é o microprocessador, os ingredientes e utensílios são os periféricos, o livro de receitas é a memória permanente (onde estão os programas) e a folha de rascunho é a memória temporária (onde ficam os dados temporários). O microprocessador é quem comanda estes elementos e faz com que os programas sejam executados de forma correta.

A seguir temos a arquitetura de um microprocessador.

A CPU é quem orquestra todos os elementos, ou seja, é o cérebro do sistema – realiza os cálculos e comanda a comunicação entre elementos. Já o barramento é a via de comunicação entre os elementos, exceto entre memória de programa e interface de entrada e saída, elementos que se comunicam de forma direta. O oscilador dita a velocidade e sincronismo do microprocessador.

A memória de dados é temporária, onde ficam os dados e torna possível o trabalho da CPU. A memória do programa contém o programa que será processado e é permanente. Por fim, a interface de entrada e saída faz integração com o mundo exterior – os periféricos são conectados através desta interface.

O microprocessador é um chip que necessita de outros periféricos para seu funcionamento. Precisa ser integrado a memórias, interfaces de comunicação e outros itens. Portanto, deve ser desenvolvido uma ou mais placas de circuito impresso (PCB ou PCI) que contenham estes elementos conversando entre si através de circuitos eletrônicos.

Para o desenvolvimento de sistemas embarcados, existem plataformas que são computadores completos que contém microprocessador. Uma plataforma de desenvolvimento bastante conhecida entre os makers é a Raspberry Pi.

A Raspberry Pi apresentada na imagem é a 4 modelo B. Consiste em um computador de placa única que foi criado com propósito de aprendizado de programação em Python (por isso o Pi em seu nome). Possui entradas USB para conectar teclado, mouse e outros periféricos, duas entradas micro HDMI, alimentação 5V por porta USB tipo C, porta Ethernet, WiFi e Bluetooth integrados, além de conectores para câmera e display.

O microprocessador da Raspberry Pi 4 é o Broadcom BCM2711B0 1.5 GHz 64 bits quad-core Cortex A72. A memória RAM pode ser de 2, 4 ou 8 GB. Suporta sistemas operacionais no cartão micro SD, geralmente baseados em Linux. A versão mais utilizada é a Raspberry Pi OS ou Raspian, fornecida gratuitamente no site da Raspberry Pi Foundation.

Diferente de um computador pessoal comum, possui a funcionalidade de fazer projetos com hardware, tendo um conjunto de pinos de entrada/saída onde são conectados LEDs, sensores e muitos outros itens. As possibilidades de projetos são imensas e há uma comunidade mundial que compartilha seus projetos em sites, fóruns, blogs e vídeos.

Nem todos os projetos precisam de uma plataforma com grande processamento como uma Raspberry Pi. Alguns projetos podem ser supridos com uso de microcontroladores, tema do tópico a seguir.

Microcontroladores

Consiste em um circuito integrado (CI ou chip) que contém um microprocessador embutido juntamente com periféricos dentro de um único encapsulamento. Estes periféricos são memórias EEPROM, Flash, SRAM, temporizadores, comparadores, conversores e muito mais.

Como um único chip de um microcontrolador contém todos estes periféricos dentro dele, faz com que seu processamento seja menor e mais limitado do que um microprocessador que trabalha com os itens separados.

Diferente de um microprocessador que roda jogos, gráficos e outras tarefas com grande processamento, o microcontrolador é utilizado para tarefas mais simples, como controle de luminosidade, temperatura, temporização, leitura de sensores, etc. Diversos sistemas embarcados fazem uso de microcontroladores, como, por exemplo, uma máquina de arroz.

Na imagem, temos uma placa controladora de uma máquina de arroz. O microcontrolador realiza o controle de temperatura, display, tempo de cozimento dentre outras tarefas. Neste caso, não é necessário um alto processamento, pois as tarefas são simples.

Os microcontroladores são mais baratos que os microprocessadores. São programáveis através de diversas linguagens (C, Python, Assembly, etc) e possibilita vários projetos conforme suas configurações. Há diversos fabricantes que produzem microcontroladores de várias famílias, com quantidade de pinos de entrada/saída, memórias e arquiteturas distintas. A fim de facilitar o uso de microcontroladores, foram desenvolvidas plataformas para prototipagem, dentre elas, a mais conhecida é a plataforma Arduino.

A Raspberry Pi Foundation lançou uma plataforma microcontrolada, chamada Raspberry Pi Pico, em detalhes na figura a seguir.

Esta placa possui um microcontrolador desenvolvido pela própria Raspberry Pi Foundation, chamado RP2040. Trata-se de um Arm Cortex M0+, com 26 pinos de entrada/saída, comunicação SPI, I2C e UART, três conversores analógico/digital, 16 canais PWM, 264 kB de memória SRAM e 2 MB de memória Flash.

A programação é feita usando linguagem C e microPython. No site oficial da Raspberry Pi, é possível encontrar toda a documentação, assim como em nosso blog em que explicamos tudo além de como começar a programação da Pico.

Para escolher uma plataforma para seu projeto, é necessário se atentar a algumas dicas:

• Microcontrolador é uma coisa, microprocessador é outra. São arquiteturas diferentes para propósitos diferentes. Um microcontrolador contém um microprocessador, mas não o contrário;
• Se seu projeto necessita de maior poder de processamento, tem gráficos e outros recursos, utilize uma plataforma com microprocessador;
• Se seu projeto executa tarefas simples, sem necessidade de grande processamento, utilize uma plataforma com microcontrolador;
• Os preços de uma plataforma microcontrolada são mais baixos. Enquanto a Raspberry Pi Pico custa US$ 4, uma Raspberry Pi 4 Modelo B custa a partir de US$ 35.

Gostou de conhecer sobre os microprocessadores e microcontroladores? É interessante conhecer as diferenças e características para que você faça a melhor escolha para desenvolver projetos. Deixe seu comentário logo abaixo se gostou do artigo.