Les microcontrôleurs se trouvent dans divers appareils, y compris la voiture que vous conduisez, votre ordinateur, votre smartphone et même votre machine à café. Alors que la demande de technologies de l'information et de collecte de données continue d'augmenter, les microcontrôleurs sont devenus intégrés au monde moderne. Le microcontrôleur joue un rôle fondamental dans la révolution technologique qui a considérablement façonné le monde moderne.
Les microcontrôleurs sont de petits appareils polyvalents et abordables qui peuvent être mis en œuvre avec succès et programmés non seulement par des ingénieurs expérimentés, mais aussi par des étudiants, des amateurs et des professionnels de divers domaines. Les applications de microcontrôleur sont infinies, avec des exemples allant de l'équipement médical et de l'électronique grand public aux systèmes aérospatiaux et aux dispositifs industriels.
Cet article vise à fournir des connaissances essentielles sur les microcontrôleurs que tout le monde devrait connaître. Alors, continuez à lire pour améliorer votre compréhension de ces appareils remarquables!
Qu'est-ce que le microcontrôleur?
Un microcontrôleur, également appelé MCU, est un circuit intégré (IC) très polyvalent utilisé pour contrôler d'autres composants d'un système électronique. Ils sont conçus pour implémenter certaines tâches et sont couramment utilisés pour une application spécifique. Un microcontrôleur standard comprend un processeur, une mémoire et des périphériques d'entrée / sortie (E / S) intégrés dans une seule puce.
Les appareils électroménagers, les systèmes de contrôle des moteurs automobiles, les outils électriques et les ordinateurs sont des exemples de produits et d'appareils qui doivent être automatiquement contrôlés dans certaines situations. Cependant, les applications des microcontrôleurs s'étendent bien au-delà de ces exemples, englobant une vaste gamme d'industries et de secteurs.
Essentiellement, un microcontrôleur est responsable de la collecte des entrées, du traitement de ces informations et de la génération de sorties spécifiques en fonction des informations recueillies. En règle générale, les microcontrôleurs fonctionnent à basse vitesse, allant de 1 MHz à 200 MHz, et doivent être conçus pour consommer moins de puissance car ils sont intégrés dans d'autres dispositifs qui peuvent avoir une plus grande consommation d'énergie dans différentes zones.
Types de microcontrôleurs
Les types courants de microcontrôleurs sont:
- L'Intel MCS-51 est communément appelé microcontrôleur 8051.
- Le microcontrôleur AVR
- Le contrôleur d'interface programmable (PIC)
Avant de sélectionner un microcontrôleur pour votre projet, vous devez garder à l'esprit plusieurs facteurs. Outre le coût, il est crucial de considérer la vitesse maximale, la taille du stockage, le nombre ou les types d'E / S de vitesse disponibles sur un MCU, une consommation électrique, des contraintes et un support de développement.
Les composants centraux d'un microcontrôleur
La structure de base du microcontrôleur comprend différents composants, et les composants centraux sont:
- Unité de traitement centrale (CPU): Souvent appelé le «cerveau» de l'appareil car il joue un rôle crucial dans le fonctionnement d'un microcontrôleur. Il traite et répond à un large éventail d'instructions qui dirigent efficacement le fonctionnement du microcontrôleur. Cela comprend la réalisation d'opérations arithmétiques complexes, la gestion du flux de données et la génération de signaux de contrôle précis en suivant les instructions du programmeur. En utilisant un CPU, tous les composants du microcontrôleur sont connectés à un système particulier. De plus, le CPU a la capacité de récupérer et de décoder les instructions récupérées via la mémoire programmable.
- Mémoire:La mémoire d'un microcontrôleur est utilisée pour enregistrer les données que reçoit que le processeur reçoit, qui est ensuite utilisée pour exécuter des instructions programmées.
Les microcontrôleurs sont conçus avec une certaine capacité de mémoire RAM / ROM / Flash pour stocker le code source du programme. Il est important de noter que la mémoire du microcontrôleur peut être classé en deux types distincts:
- La mémoire du programme est responsable du stockage des informations à long terme sur les instructions exécutées par le CPU. La mémoire du programme n'est pas volatile, ce qui signifie qu'elle conserve des informations sans source d'alimentation. Cette caractéristique permet à la mémoire du programme de préserver les données sur une période prolongée.
- La mémoire des données fait référence à la mémoire volatile (c'est-à-dire RAM), qui sert de stockage temporaire pendant les instructions d'exécution. La mémoire des données est appelée volatile car les données sont perdues lorsque le microcontrôleur perd l'énergie.
- Périphériques d'E / S: Les périphériques d'E / S se réfèrent simplement aux composants qui s'interfacent avec le processeur et la mémoire. Ces dispositifs d'entrée et de sortie servent d'interface entre le processeur et le système externe. Les ports d'entrée reçoivent des informations et les transmettent au processeur sous forme de données binaires. Le processeur reçoit ensuite ces données et envoie les instructions requises aux périphériques de sortie, qui exécutent des tâches externes au microcontrôleur. Bien que le CPU, la mémoire et les périphériques d'E / S soient les éléments centraux du microcontrôleur, il existe de nombreux composants de support du microcontrôleur, et ils sont:
- Analogue à Digital Converter (ADC): Ce circuit convertit les signaux analogiques en signaux numériques. Les microcontrôleurs peuvent s'interfacer avec des dispositifs analogiques externes, tels que des capteurs, via son processeur.
- Le convertisseur analogique numérique (DAC) est l'inverse d'un ADC, permettant au processeur du microcontrôleur de transmettre ses signaux sortants à des dispositifs analogiques externes.
- Bus système: Ce fil conjonctif relie tous les composants du microcontrôleur ensemble.
- Port série: Il s'agit d'un port d'E / S qui permet la connexion entre le microcontrôleur et les composants externes. Il fonctionne de manière similaire pour les ports USB ou parallèles mais diffère en échange de bits.
Applications du microcontrôleur
Les microcontrôleurs ont des applications étendues dans plusieurs industries et secteurs, notamment dans la maison et l'industrie, la fabrication, l'éclairage, la robotique, l'automobile, l'éclairage, l'énergie intelligente, l'automatisation industrielle, les communications et Internet.
Une application de microcontrôleur particulièrement remarquable est son utilisation comme processeur de signal numérique. Souvent, les signaux analogiques reçus viennent avec un certain degré de bruit, qui fait référence à des valeurs incertaines qui ne peuvent pas être facilement traduites en valeurs numériques standard.
Dans de tels cas, les microcontrôleurs s'avèrent inestimables car ils utilisent leurs fonctionnalités ADC et DAC pour convertir le signal analogique bruyant entrant en un signal numérique fluide et précis. En tirant parti de la puissance des microcontrôleurs, les industries peuvent relever efficacement les défis posés par des signaux analogiques bruyants, assurant un traitement de données précis et fiable.
Les microcontrôleurs permettent le fonctionnement fluide des systèmes électromécaniques présents dans divers articles de commodité quotidiens. Ces articles comprennent des fours, des appareils mobiles, des réfrigérateurs, des tasters, des téléviseurs, des systèmes de jeux vidéo et des systèmes d'arrosage de la pelouse. De plus, les microcontrôleurs sont largement utilisés dans des machines de bureau telles que les photocopiers, les scanners, les imprimantes, les télécopies, les distributeurs automatiques de billets et les systèmes de sécurité.
Les microcontrôleurs plus sophistiqués sont essentiels dans divers domaines, tels que les avions, les véhicules, les vaisseaux spatiaux, les systèmes médicaux et la vie et les robots. Dans le domaine médical, les microcontrôleurs peuvent réguler les opérations de cœurs artificiels, de reins et d'autres organes vitaux. De plus, ils contribuent de manière significative au fonctionnement transparent des dispositifs prothétiques. Les microcontrôleurs sont des composants essentiels qui assurent le fonctionnement et la fiabilité lisses de ces technologies avancées.