Sistema embebido para niños
Un sistema embebido es como un pequeño cerebro electrónico, un tipo especial de computadora que está diseñado para hacer una o pocas tareas muy específicas. A diferencia de una computadora personal (PC) que puede hacer muchas cosas diferentes, un sistema embebido se crea para una función dedicada.
Imagina que estos sistemas están "escondidos" dentro de otros aparatos. Por ejemplo, el cerebro que controla una máquina expendedora, el sistema de un taxímetro, o la electrónica de una fotocopiadora son todos sistemas embebidos. No parecen una computadora normal, pero tienen un microprocesador o microcontrolador que les permite funcionar.
La mayoría de las partes de un sistema embebido suelen estar integradas en una sola placa base. Esto ayuda a que sean pequeños y eficientes. Se pueden programar usando lenguajes como C o C++, que son como los idiomas que entienden estas computadoras.
Como se fabrican muchísimos de estos sistemas, una de las cosas más importantes es que sean económicos. Por eso, suelen usar procesadores y memorias más pequeños. Los primeros sistemas embebidos fueron desarrollados por IBM en los años 1980.
Muchos sistemas embebidos necesitan responder muy rápido a lo que sucede a su alrededor, esto se llama trabajar en "tiempo real". También existen plataformas como Arduino, mbed, Raspberry Pi y BeagleBone que ayudan a crear y diseñar estos sistemas.
Contenido
¿Qué partes tiene un sistema embebido?
El cerebro del sistema: Microprocesador o Microcontrolador
En el centro de un sistema embebido está el microprocesador o microcontrolador, que es como el cerebro. Esta CPU (Unidad Central de Procesamiento) es la que hace los cálculos y permite que el sistema funcione. Puede tener memoria dentro o fuera de sí mismo.
Cómo se comunica: Puertos y conexiones
La comunicación es muy importante. Los sistemas embebidos suelen tener formas de conectarse con otros dispositivos, ya sea con cables o de forma inalámbrica. Pueden usar puertos como USB, Wi-Fi, Bluetooth, o conexiones como IP para enviar y recibir información.
Lo que ves: Pantallas y luces
Algunos sistemas embebidos tienen una forma de mostrar información, como una pantalla gráfica, una pantalla táctil o una LCD (pantalla de cristal líquido). Otros pueden usar luces LED para indicar algo.
Lo que controla: Actuadores
Los actuadores son las partes que el sistema embebido controla. Por ejemplo, puede ser un motor eléctrico, un relé (un interruptor electrónico) o una salida de señal para controlar la velocidad de un motor.
Entradas y salidas: Sensores y botones
El sistema también tiene módulos para entradas y salidas, que le permiten recibir información de sensores (como la temperatura o la luz) o de botones. También puede activar luces LED o reconocer si un interruptor está abierto o cerrado.
El reloj interno: Módulo de reloj
Un módulo de reloj genera las señales de tiempo que el sistema necesita para funcionar correctamente. Es como el "tic-tac" interno que mantiene todo sincronizado. Los relojes de cuarzo son muy estables y comunes.
La energía: Módulo de alimentación
El módulo de energía se encarga de transformar la electricidad que recibe en las diferentes tensiones y corrientes que necesitan los componentes del sistema. Si el sistema usa baterías, el consumo de energía es clave para que dure mucho tiempo.
Microprocesadores y microcontroladores: ¿Cuál es la diferencia?
Un microprocesador es un chip que contiene la CPU de una computadora. Es el "cerebro" que procesa la información. Los microprocesadores varían en su consumo de energía, complejidad y costo.
Para que un microprocesador funcione como una computadora completa, necesita otros componentes como la memoria (para guardar instrucciones y datos) y los subsistemas de entrada/salida (para comunicarse con el exterior). Estos se conectan a través de "caminos" llamados buses.
Los subsistemas de entrada reciben datos (por ejemplo, de un teclado o un sensor), y los de salida envían resultados (a una pantalla o un motor). A menudo se les llama periféricos.
Un microcontrolador (MCU) es un chip que ya incluye la CPU, la memoria y los circuitos de entrada/salida, todo en uno. Esto los hace muy compactos y útiles para tareas específicas. Por ejemplo, pueden incluir temporizadores o convertidores para señales analógicas y digitales.
A veces, las diferencias entre un microprocesador y un microcontrolador pueden ser un poco confusas, ya que ambos son "cerebros" electrónicos.
En general, un sistema embebido es un sistema con microprocesador cuyo hardware (las partes físicas) y software (los programas) están hechos a medida para resolver un problema específico de manera eficiente. Suelen interactuar con el entorno usando sensores para vigilar o controlar algo.
El término "embebido" o "empotrado" significa que esta pequeña computadora está "encerrada" o instalada dentro de un sistema más grande, y a veces ni siquiera te das cuenta de que hay una computadora allí. Por ejemplo, en muchos hogares, las personas usan diez o más sistemas embebidos al día sin saberlo.
Estos sistemas controlan aparatos como televisores, lavadoras, alarmas o teléfonos inalámbricos. Incluso un automóvil moderno puede tener cientos de microprocesadores y microcontroladores que controlan cosas como el motor, los frenos ABS o la dirección asistida.
Muchos sistemas embebidos son de tiempo real. Esto significa que deben responder a eventos externos en un tiempo muy limitado. Si no lo hacen, el sistema puede fallar. En sistemas complejos, a veces usan un sistema operativo especial llamado sistema operativo de tiempo real (RTOS) para manejar muchas tareas al mismo tiempo.
¿Dónde se usan los sistemas embebidos?
Ejemplos de aplicaciones
- En fábricas: Controlan máquinas para ensamblar productos o procesos de producción, interactuando con operadores.
- Puntos de venta (POS): Las cajas de los supermercados que leen códigos de barras, tarjetas bancarias y muestran precios.
- Puntos de información: Pantallas táctiles en oficinas de turismo o bibliotecas donde puedes buscar información.
- Decodificadores de televisión: Los aparatos que procesan la señal de televisión digital o de pago para que la veas en tu televisor.
- Sistemas de radar en aviones: Procesan señales para detectar objetos, y deben ser pequeños, ligeros y resistentes a condiciones extremas.
- Equipos médicos: En hospitales y ambulancias, para monitorear pacientes o controlar dispositivos.
- Cajeros automáticos: Para sacar dinero o hacer otras operaciones bancarias.
- Pasarelas Internet-LAN: Dispositivos que conectan redes locales a Internet.
- Y muchas otras cosas que aún se están inventando, como neveras "inteligentes" que controlan sus propios suministros.
¿Qué ventajas tienen?
Los sistemas embebidos modernos, especialmente los que usan procesadores similares a los de las PC, ofrecen muchas ventajas:
- Pueden usar sistemas operativos potentes que ya saben cómo manejar redes, gráficos o varias tareas a la vez.
- Es más fácil encontrar herramientas de desarrollo de software y programadores que sepan usarlas, porque son similares a las de las PC.
- Los componentes de hardware y software son más económicos porque se producen en grandes cantidades para las PC de todo el mundo.
Galería de imágenes
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Imagen del interior de un módem/enrutador ADSL. Un ejemplo de un sistema embebido. Las partes marcadas incluyen un microprocesador (4), RAM (6), y una memoria flash (7).
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El circuito integrado de un Intel 8742, un microcontrolador de 8 bits que incluye una CPU que funciona a 12 MHz, 128 bytes de RAM, 2048 bytes de EPROM y E/S en el mismo chip. Algunos de los cables de conexión se dañaron al abrir el paquete del chip. Vea el documento oficial (pdf) en el sitio web de Intel o vea una captura de pantalla del chip completo.
