¿Qué son los dispositivos programables? / What are programmable devices?

Español

En los últimos tiempos se ha extendido el aprendizaje de la programación de dispositivos programables en niveles educativos cada vez más tempranos. Muchas veces estos dispositivos son utilizados, pero se desconoce cuál es su estructura y elementos básicos. Además, en ocasiones la terminología para referirse a ellos es confusa.

Comencemos por la arquitectura de este tipo de dispositivos. Generalmente están compuestos por cuatro elementos principales:

  • El microprocesador, es el cerebro del dispositivo controla todo lo que ocurre y hace los cálculos. Al microprocesador le llega toda la información del sistema y decide qué hacer en cada momento, dependiendo de lo que hayamos programado.
  • Memorias, son los dispositivos en los que se almacena el programa que hayamos desarrollado y los valores de todas las variables.
  • Periféricos, son los responsables de comunicarse con el mundo exterior como pueden ser las entradas y salidas digitales. Una entrada digital puede ser por ejemplo un pulsador y una salida digital una luz. Hay muchas formas de comunicarse con el exterior, por lo que no nos extenderemos mucho más y se explicará en otra entrada más adelante. Dentro de los periféricos también están los contadores, que se utilizan para contar por ejemplo, las veces que se pulsa un botón o los temporizadores que se utilizan para medir el tiempo.
  • Módulos de control, se encargan de varias cosas, por ejemplo, el control de interrupciones es el responsable de avisar rápidamente al procesador cuando ocurre algo (suele denominarse un evento), por ejemplo, que se ha llegado a una temperatura, o que hemos apretado un botón. De esta forma el procesador puede llevar a cabo las acciones que hayamos programado. Los módulos de control controlan también la energía que se consume, por ejemplo en un móvil, si no se hace nada, se apaga la pantalla.

Todos estos elementos están contenidos en un chip que suele ser el chip más grande que aparece en el dispositivo y contiene un montón de patillas que son los canales por los que se comunica con el exterior. Por ejemplo, algunas de estas patillas están unidas a las entradas y salidas de la placa.

Los nombres con los que se denomina a estos dispositivos son variados, microcontrolador, μC  o  uC. En ocasiones, al estar todos los componentes integrados en un único chip se denomina también a este tipo de sistemas SoC (System on a Chip).  Este tipo de sistemas son cada vez más usados para el control de todo tipo de dispositivos, es posible encontrar sistemas de este tipo en coches, para el control de velocidad, aire acondicionado (¡hasta más de 100 en un único coche!). Cada vez se encuentran en más casas y permiten controlar la iluminación, la climatización, la alarma, etc. En estos casos los dispositivos aparecen dentro de los dispositivos que controlan, por lo que muchas veces se denominan también sistemas empotrados o embebidos. Para su uso en docencia, investigación y desarrollo, los microcontroladores se venden junto con la electrónica y elementos de conexión para poder utilizarlos de manera sencilla. A estos dispositivos se les llama normalmente placas de desarrollo.

Algunas de las placas de desarrollo más utilizadas en educación primaria y secundaria son Arduino, BBC Micro:bit , Raspberry Pi o Crumble.  Además, en los últimos años, estos dispositivos tienen la capacidad de conectarse entre ellos y a Internet, es lo que se define como Internet de las cosas o IoT (Internet of Things).

English

Acquiring programming skills using programable devices has been widely used in recent times in early childhood educational levels. These devices are used, but, many times, its structure and basic elements are unknown. In addition, sometimes the terminology used to name them is confusing.

Let’s start with the hardware architecture of this type of devices. They are usually composed of four main elements:

  • The microprocessor is the brain of the device, controls everything that happens and makes the calculations. The microprocessor receives all the information of the system and decides what to do in each moment, depending on what we have programmed.
  • The memories are the devices in which the program that we have developed and the values ​​of all the variables are stored.
  • The peripherals are responsible for communicating the system with the outside world. An example of peripherals are digital inputs and outputs. A digital input can be for example a push button and a digital output can be a lamp. There are many ways to communicate the system with the outside, so we will not extend the explanation and will be described in another post. Peripherals are also counters, which are used to count, for example, the times a button is pressed or the timers that are used to measure time.
  • Control modules, they take care of several things, for example, the interruption control is responsible for quickly notifying the processor when something happens (this is called “an event”), for example when a certain temperature has been reached, or when a button is pressed. In this way the processor can carry out the actions that we have programmed. The control modules also control the energy that is consumed. In a smart phone, for example, if nothing is done the screen is turned off.

All these elements are contained in a chip that is usually the largest that can be seen on the device and contains a lot of pins that are the channels through which they communicate with the outside world. For example, some of these pins are attached to the inputs and outputs of the board.

The names used to designate these devices are varied, microcontroller, μC or uC. Sometimes, being all the components integrated in a single chip, they are also called SoC (System on a Chip). These systems are increasingly used to control many physical devices, it is possible to find this type of systems in cars, for speed control, air conditioning (up to more than 100 in a single car!). They can be also found in houses and they allow to control the lighting, the air conditioning, the alarm, etc. In these cases, the devices appear inside the devices they control, which is why they are sometimes called embedded systems. For use in teaching and for research and development, microcontrollers are sold together with the electronics and connections to be able to use them in a simple way. These devices are usually called development boards.

Some of the development boards most used in primary and secondary education are  Arduino, BBC Micro:bit , Raspberry Pi or Crumble. In addition, in recent years, these devices have the ability to connect with each other and with the Internet, this is called IoT (Internet of Things).

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