Microcontrôleur – Chapitre 1 – Introduction aux microcontrôleurs

Un microcontrôleur est un circuit intégré qui réunit :

  • un processeur,
  • des mémoires,
  • des interfaces,
  • et des périphériques.

Depuis l’avènement de l’informatique embarquée, on le retrouve partout (industrie, téléphonie, automatisation, automobile, …). Ses applications sont infinies.

Nous allons approcher quelques concepts qui permettront de nous lancer dans le développement d’applications utilisant un maximum de fonctionnalités.

Caractéristiques

Il existe une immense variété de microcontrôleurs ; chaque modèle est décrit par :

  • l’architecture de son processeur (PIC, AVR, ARM, MSP430, …) voire sa sous-architecture
  • sa taille de registre (8bit, 16bit, 32bit, 64bit, …)
  • son nombre de broches (8, 12, 32, 48, 64, 100, …)
  • son format (DIP, SMD, VQFN, …)
  • la plage de fréquence de son processeur (par exemple, de 32768Hz à 16MHz)
  • sa plage de tension de fonctionnement (par exemple, 1.8V à 6V)
  • la taille (128o, 2ko, 256ko) et le type de ses mémoires (RAM, SRAM, FRAM, ROM, EEPROM, Flash, …)
  • ses périphériques internes :
    • des canaux convertisseurs (analogique vers numérique), décrits par leur précision (10bit, 12bit, 16bit, …) et leur vitesse
    • des compteurs (aussi appelé timers) de 8bit, 16bit, …
    • des sorties PWM
    • des comparateurs
    • divers outils (débogueur, chien de garde, RESET, …)
  • ses bus de communication (SPI, I2C, CAN, UART, USB, …)

D’autres caractéristiques sont implicitement liées aux composants intégrés :

  • sa plage de température de fonctionnement (par exemple -40°C à 85°C)
  • sa consommation (par exemple 2microA au repos, 30mA en activité maximale)
  • son prix (de quelques centimes d’euros à plusieurs centaines)
  • la fiabilité de ses mémoires (par exemple 10000 cycles d’écriture pour de la mémoire Flash)

Utilisation

De par sa faible consommation et son volume réduit, le microcontrôleur est un élément clef dans l’industrie de l’informatique embarquée. Le support de différents bus de communication lui permet d’être connecté à presque tout ce qui peut contenir un courant électrique :

  • périphériques de sortie (écran, diode, moteur, haut-parleur, …)
  • interfaces d’entrée (clavier, souris, micro, écran tactile, boutons, …)
  • appareils de mesure (thermomètre, tachymètre, voltmètre, horloge, …)
  • interfaces de communication (GSM/GPRS/HSDPA, GPS, liaison radio, Bluetooth, WiFi, Ethernet, …)
  • extensions (mémoires, entrées/sorties, bus de communication, …)
  • d’autres microcontrôleurs

Il n’est donc pas étonnant de le retrouver partout, par exemple :

  • dans l’industrie pour piloter des machines
  • dans l’automatisation, dans des télécommandes
  • dans l’automobile pour diagnostiquer un véhicule en temps réel
  • dans le monde du spectacle pour piloter l’éclairage
  • dans l’aéronautique pour exploiter des données de vol

Rien que chez vous, vous disposez et utilisez des dizaines de microcontrôleurs sans le savoir :

  • dans une télécommande
  • dans un réveil
  • dans un lave-vaisselle
  • dans un interphone
  • dans un four
  • dans une cafetière
  • dans une voiture
  • dans un baladeur

Bien que l’interface avec un microcontrôleur parait technique, il est en réalité assez facile d’appréhender la programmation sur ces machines.

Le faible coût des modèles d’entrée de gamme ainsi que la possibilité de disposer de kit de développement à prix cassé chez certains constructeurs (TI et son Launchpad MSP430 à moins de 20€, Atmel avec ses ATTiny et ATMega présents dans les Arduino, leurs dérivés et leurs clones de 1€ à 100€, Microchip et ses PIC minimalistes et éprouvés) donnent une magnifique occasion pour se lancer dans ce monde !

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