Principes de base des microcontrôleurs :la structure, le principe de fonctionnement et les applications

Microcontrôleur embarqué

Source :Wikimedia Commons

Avant de plonger dans le monde de l'électronique embarquée, vous devez comprendre ce qu'il faut. Par exemple, ce champ implique l'écriture de vos codes. Et il est presque impossible de le faire si vous ne comprenez pas les bases des microcontrôleurs, le langage de programmation qu'il utilise ou ses concepts de programmation fondamentaux. Sinon, vous ne saurez pas par où commencer et vous serez également dépassé.

Mais, il y a de bonnes nouvelles :

Cet article vous apprendra les éléments de base dont vous avez besoin pour démarrer avec l'électronique embarquée. Nous discuterons de ce que c'est, du fonctionnement du microcontrôleur, de la structure de base, etc.

Commençons !

Qu'est-ce qu'un microcontrôleur ?

Microcontrôleurs

Source :Wikimedia Commons

Avant de définir le microcontrôleur, il est essentiel de noter qu'il diffère du microprocesseur (dont nous parlerons plus loin dans l'article).

Cela dit, le microcontrôleur est un circuit intégré d'intégration à très grande échelle. Et il comprend les ports d'E/S, l'unité logique, la mémoire, l'unité de calcul électronique et d'autres modules fusionnés sur une seule puce. Vous pouvez également faire référence à l'appareil en tant qu'ordinateur à puce unique.

De plus, le microcontrôleur est également un contrôleur embarqué. Et c'est parce que l'appareil à côté des circuits de support va dans l'appareil qu'il contrôle.

Vous pouvez trouver des microcontrôleurs dans de nombreux appareils ou applications qui affichent des données, mesurent, contrôlent, stockent ou calculent. Fait intéressant, l'industrie automobile arrive en tête de liste des plus grands utilisateurs de microcontrôleurs. Après tout, les véhicules ont besoin de l'appareil pour contrôler le moteur et réguler d'autres systèmes.

Un autre domaine où les microcontrôleurs sont courants est celui de l'électronique grand public. Ainsi, vous pouvez trouver des microcontrôleurs dans les fours, les appareils photo numériques, les lecteurs DVD, etc. Les équipements de test et de mesure utilisent également des microcontrôleurs, par exemple des générateurs de fonctions, des multimètres, etc.

Les bases des microcontrôleurs– Comment fonctionne le microcontrôleur ?

En règle générale, les microcontrôleurs exécutent un programme particulier et s'en tiennent à une tâche. Ainsi, ils fonctionnent en obtenant l'entrée de l'appareil qu'ils contrôlent. Par conséquent, cela aide les microcontrôleurs à garder le contrôle. Et il le fait en envoyant des signaux à différentes parties de l'appareil.

Par exemple, le microcontrôleur d'un téléviseur fonctionne en obtenant une entrée de la télécommande. Ensuite, il délivre la sortie sur l'écran du téléviseur.

Les types de microcontrôleurs

Nous avons différents microcontrôleurs basés sur les catégories suivantes :jeux d'instructions, mémoire et bits.

Jeux d'instructions

Il existe deux catégories de microcontrôleurs basés sur la configuration du jeu d'instructions :

RISC

Cet acronyme signifie ordinateurs à jeu d'instructions réduit. Pour ce faire, il réduit le cycle d'horloge de chaque instruction. Et cela aide à réduire le temps de travail.

ICCA

Cet acronyme signifie Complex Instruction Set Computer. Et cela permet aux utilisateurs de fixer une instruction en option à différentes commandes simples.

Mémoire

Carte mémoire (RAM)

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Dans la catégorie configuration mémoire, il existe deux types de microcontrôleurs :

Microcontrôleur de mémoire intégré

Ce type de microcontrôleur comporte généralement de nombreux composants sur la puce, tels que des minuteries et des compteurs, des ports d'E/S, une mémoire de données, des interruptions, etc. Un exemple de microcontrôleur à mémoire intégrée est l'Intel 8051.

Microcontrôleur de mémoire externe

La conception de ce type de microcontrôleur n'a pas de mémoire programme sur sa puce. Un excellent exemple de microcontrôleur à mémoire externe est l'Intel 8031.

Bouts

Il existe trois types de microcontrôleurs dans la catégorie de configuration de bits :

Microcontrôleur 32 bits

Vous pouvez trouver le microcontrôleur 32 bits dans les appareils qui utilisent le contrôle automatique comme les appareils médicaux, etc.

Microcontrôleur 16 bits

Le microcontrôleur 16 bits est utile pour les applications hautes performances et précision. Ainsi, vous pouvez utiliser ce microcontrôleur pour effectuer des opérations logiques et arithmétiques. Un excellent exemple de ce microcontrôleur est l'Intel 8096.

Microcontrôleur 8 bits

Le microcontrôleur 8 bits est le moins dans cette catégorie. Et vous pouvez l'utiliser pour effectuer des tâches simples comme l'exécution d'opérations logiques et arithmétiques comme la division, la soustraction, etc. De plus, des exemples de ce microcontrôleur sont Intel 8051 et 8031.

Structure de base d'un microcontrôleur

Le microcontrôleur comporte trois composants fondamentaux :les ports d'E/S, la mémoire et l'unité centrale de traitement.

D'autres composants de cet appareil sont également vitaux. Mais ceux mentionnés ci-dessus sont des périphériques de support. Nous allons donc examiner de près les principaux composants d'un microcontrôleur en fonction de sa structure.

Les bases des microcontrôleurs– Mémoire

En règle générale, la plupart des systèmes informatiques ont besoin de deux types de mémoire :la mémoire de données et la mémoire de programme. La mémoire de données permet de conserver des informations temporaires pendant l'exécution des instructions. Mais la mémoire programme est constituée du programme. C'est-à-dire qu'il contient les instructions que le processeur exécutera.

Autobus

Le bus système est l'un des composants dont on parle le moins. Mais c'est une partie vitale du microcontrôleur.

Il fait référence à un ensemble de fils de connexion qui relient le processeur à d'autres périphériques tels que les ports d'E/S et d'autres composants de support.

Les bases des microcontrôleurs– Processeur

Le CPU est comme la pluie du microcontrôleur. Et il comporte deux parties :la CU (unité de contrôle) et l'ALU (unité arithmétique et logique).

Ainsi, le processeur est responsable du décodage, de la lecture et de l'exécution des instructions pour exécuter les opérations de transfert de données, de logique et d'arithmétique.

Interruptions

Les interruptions sont un autre composant vital du microcontrôleur. Et il dispose d'un mécanisme de gestion des interruptions. En outre, ce composant peut être lié au logiciel, éternel, lié au matériel ou interne.

Les bases des microcontrôleurs– Ports d'E/S

Les E/S font référence aux ports d'entrée/sortie. Ce composant offre au microcontrôleur une interface vers des connexions externes. Par exemple, les périphériques d'entrée tels que les claviers, les commutateurs, etc., transmettent des informations d'un utilisateur à la CPU. Et il le fait dans un formulaire de données binaires.

Ainsi, lorsque le CPU obtient les informations des périphériques d'entrée, il exécute les instructions appropriées. Ensuite, il répond via les périphériques de sortie tels que les imprimantes, les écrans, les LED, etc.

Port série

Ce composant aide le microcontrôleur à interagir via une communication série. Un microcontrôleur ne peut communiquer avec d'autres périphériques et appareils externes que via le port série. Et l'UART est la communication série la plus courante du microcontrôleur.

DAC

Cet acronyme signifie Digital to Analog Converter. Et c'est un circuit qui transforme les signaux numériques en signaux analogiques. De plus, ce composant connecte le processeur du microcontrôleur et les périphériques analogiques (externes).

ADC

L'acronyme ADC signifie convertisseur analogique-numérique. Et c'est l'inverse du DAC. C'est-à-dire que le circuit aide à changer les signaux analogiques en signaux numériques. De plus, ce circuit crée une connexion entre les périphériques d'entrée analogiques externes et le processeur du microcontrôleur.

De plus, il est crucial de noter que les appareils analogiques sont principalement des capteurs. Par conséquent, pour que le CPU comprenne la communication, les données analogiques doivent passer au numérique.

Principes de base des microcontrôleurs :compteurs/minuteries

Les compteurs et les temporisateurs sont des composants vitaux du microcontrôleur. Et ils sont chargés de proposer des opérations de comptage des événements extérieurs et des temporisations. En outre, les composants offrent le contrôle de l'horloge, la génération de fonctions, etc.

Bouts de configuration

Les microcontrôleurs ont généralement un bit unique. Et ce sont les bits de configuration. Ce composant aide à structurer les options spéciales du microcontrôleur, qui incluent (mais ne sont pas limités à) :

• Activation/désactivation de la programmation basse tension
• Mise sous/hors tension du minuteur
• Commutation interne/externe activée/désactivée
• Type d'oscillateur
• Activation/désactivation du moniteur d'horloge à sécurité intégrée
• Réinitialisation Brown Out activée/désactivée
• Activation/désactivation de la minuterie de surveillance

De plus, sur un microcontrôleur PIC, vous remarquerez des bits de configuration. Et il est responsable de la protection du code de données et de la protection du code de programme.

Autrement dit, les bits de configuration empêchent le matériel de programmation externe de lire votre programme et vos espaces de données. Par conséquent, il sera difficile pour les autres de voler votre code.

Comparaison entre le microprocesseur et le microcontrôleur

Microprocesseur

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Microcontrôleur

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Le microcontrôleur est un ordinateur composé de minuteries, de ROM et d'autres périphériques. Par conséquent, vous pouvez les appeler des mini-ordinateurs. De plus, ils viennent dans une version différente. Mais les microprocesseurs sont des circuits intégrés. Et ils ont une puissance de traitement avec seulement un processeur à l'intérieur.

Voici un tableau montrant leurs différences :

Avantages

• Puisqu'il écrit et stocke des instructions dans la mémoire, le microcontrôleur n'a pas besoin de systèmes d'exploitation complexes.
• La puce ne nécessite pas d'interfaçage externe des composants principaux tels que les ports d'E/S.
• Vous pouvez programmer les ports d'E/S.
• La mise en place de tous les composants vitaux réduit la surface du produit, le coût et le temps de conception.

Inconvénients

• Il n'a pas de système d'exploitation. Par conséquent, vous devez écrire toutes les commandes.
• La mémoire du microcontrôleur (en fonction de la quantité) peut limiter les instructions que l'appareil peut exécuter.

Conclusion

En résumé, les bases du microcontrôleur expliquent la puissance du micro-ordinateur monopuce. En outre, il comprend plusieurs périphériques qui composent la structure de l'appareil, comme la mémoire, le processeur, les ports d'E/S, les circuits oscillatoires, etc. De plus, les fabricants intègrent le microcontrôleur dans les appareils qu'ils contrôlent.

Et chacun des périphériques joue un rôle vital qui contribue au fonctionnement du microcontrôleur. Que pensez-vous des microcontrôleurs ? Avez-vous besoin d'aide pour trouver le meilleur pour votre projet? N'hésitez pas à nous contacter.