Microcontrôleur. Motorola 68HC11

Microcontrôleur

Le Motorola 68HC11, ici en boîtier PLCC, est un microcontrôleur réputé.

Un microcontrôleur (en notation abrégée µcontrôleur) est un circuit intégré qui rassemble les éléments essentiels d'un ordinateur : processeur, mémoires (mémoire morte pour le programme, mémoire vive pour les données), unités périphériques et interfaces d'entrées-sorties. Les microcontrôleurs se caractérisent par un plus haut degré d'intégration, une plus faible consommation électrique, une vitesse de fonctionnement plus faible (de quelques mégahertz jusqu'à plus d'un gigahertz1) et un coût réduit par rapport auxmicroprocesseurs polyvalents utilisés dans les ordinateurs personnels.

Par rapport à des systèmes électroniques à base de microprocesseurs et autres composants séparés, les microcontrôleurs permettent de diminuer la taille, la consommation électrique et le coût des produits. Ils ont ainsi permis de démocratiser l'utilisation de l'informatique dans un grand nombre de produits et de procédés.

Les microcontrôleurs sont fréquemment utilisés dans les systèmes embarqués, comme les contrôleurs des moteurs automobiles, les télécommandes, les appareils de bureau, l'électroménager, les jouets, la téléphonie mobile, etc.

Sommaire

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• 1 Introduction : le domaine visé, les systèmes embarqués

• 2 Du microprocesseur au microcontrôleur

• 3 Composants intégrés

• 4 Architecture

• 5 Utilisations et volume du marché

• 6 Environnements de programmation

• 7 Familles de microcontrôleurs

• 8 Notes et références

Introduction : le domaine visé, les systèmes embarqués[modifier]

La plus grande partie des systèmes électroniques complexes utilisés de nos jours sont des systèmes embarqués : téléphonesmobiles, horloges, baladeurs, récepteurs GPS, électroménager, automobile, transport aérien/maritime/fluvial. Les systèmes embarqués se démarquent des systèmes informatiques traditionnels selon plusieurs aspects :

• Ils sont soumis à des contraintes de taille (intégration), de consommation électrique (autonomie) et de coût importantes (grande série) ;

• Ils sont en général assignés à une tâche bien précise. La taille des programmes et la quantité de mémoire (vive et morte), dont ils disposent, sont modestes (face à un micro-ordinateur) ;

• Ils doivent communiquer avec des dispositifs d'entrées-sorties (IO) : boutons, relais, résistances variables, optocoupleurs, moteurs électriques, LED, circuits intégrés logiques, etc. ;

• Ils n'ont parfois aucun dispositif d'interface homme-machine : ni clavier, ni écran, ni disque, ni imprimante, etc. Par exemple, le contrôleur d'injection de carburant du moteur d'une automobile est totalement invisible pour le conducteur.

Du microprocesseur au microcontrôleur[modifier]

Le processeur est l'élément central d'un système informatique : il interprète les instructions et traite les données d'un programme. Il a besoin de certains éléments externes pour fonctionner :

• une horloge pour le cadencer (en général à quartz ou Boucle à verrouillage de phase (PLL : Phase-Locked Loop)) ;

• de la mémoire pour stocker les variables durant l’exécution du programme (mémoire vive RAM) et le programme d’une mise sous tension à l’autre (mémoire morte ROM). Si l'on conçoit un système assigné à une tâche bien particulière (ce qui est généralement le cas des systèmes embarqués), le programme n'est pas amené à changer. Il peut donc être stocké dans une mémoire morte (ROM) ;

• des périphériques (pour interagir avec le monde extérieur).

Ces éléments sont reliés par 3 bus :

• le bus d'adresse qui permet au microprocesseur de sélectionner la case mémoire ou le périphérique auquel il veut accéder pour lire ou écrire une information (instruction ou donnée) ;

• le bus de données qui permet le transfert des informations entre les différents éléments ; ces informations seront soit des instructions, soit des données en provenance ou à destination de la mémoire ou des périphériques ;

• le bus de contrôle qui indique si l'opération en cours est une lecture ou une écriture, si un périphérique demande une interruptionpour faire remonter une information au processeur, etc.

Structure d'un système à microprocesseur

Traditionnellement, ces composants sont intégrés dans des circuits distincts. Le développement d'un tel système à base demicroprocesseur se trouve donc pénalisé par (liste non exhaustive) :

• la nécessité de prévoir l'interconnexion de ces composants (bus, câblage, nappes de connexion) ;

• la place occupée physiquement par les composants et les moyens d'interconnexion ;

• la consommation énergétique ;

• la chaleur dégagée ;

• le coût financier.

Les microcontrôleurs améliorent l'intégration et le coût (lié à la conception et à la réalisation) d'un système à base de microprocesseuren rassemblant ces éléments essentiels dans un seul circuit intégré. Un microcontrôleur est donc un composant autonome, capable d'exécuter le programme contenu dans sa mémoire morte dès qu'il est mis sous tension. Selon les modèles et les conditions de fonctionnement, les microcontrôleurs peuvent avoir besoin de quelques composants externes (quartz, quelques condensateurs, parfois une ROM), mais ceci reste très limité.

Lorsque toutes les fonctions du système informatique sont regroupées dans un unique circuit intégré, y compris les fonctions logiques, analogiques, radiofréquence, d'interface (USB, Ethernet, etc.), on parle alors de System on Chip (système sur puce ou système mono-puce). Ces composants sont basés

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