En mikrocontroller er en integreret kredsløbschip, der integrerer en mikroprocessorkerne, hukommelse, input/output-enheder og et ur, blandt andre funktioner. Det besidder kraftige computer- og kontrolfunktioner og er meget udbredt i forskellige elektroniske enheder, såsom husholdningsapparater, bilelektronik, kommunikationsudstyr og industriel automation.
Den grundlæggende struktur af en mikrocontroller består af følgende hovedkomponenter:
1. Mikroprocessorkerne (CPU): Kernen i en mikrocontroller er en mikroprocessor, som er ansvarlig for at udføre instruktioner, udføre beregninger, kontrollere dataflow og administrere perifere enheder. Almindelige mikrocontrollerkerner omfatter 8-bit, 16-bit og 32-bit varianter, såsom Intel 8051-serien og ARM Cortex-M-serien.
2. Hukommelse: En mikrocontroller indeholder forskellige typer hukommelse, der bruges til at gemme programinstruktioner, data og variabler. Disse omfatter primært programhukommelse (ROM, Flash), datahukommelse (RAM) og ikke-flygtig hukommelse (EEPROM). Programhukommelse bruges til at gemme programkode og konstante data, mens datahukommelse bruges til at gemme variabler og data under programafvikling.
3. Input/Output (I/O)-enheder: Mikrocontrollere interagerer med det eksterne miljø gennem input- og outputenheder. Almindelige inputenheder omfatter knapper, kontakter og sensorer, mens outputenheder inkluderer LED'er, summer og flydende krystalskærme (LCD'er). Mikrocontrollere har typisk flere generelle-indgangs-/udgangsben (GPIO), der kan programmeres til at fungere som enten input eller output.
4. Urkredsløb: En mikrocontroller kræver et stabilt kloksignal for at synkronisere dens interne operationer. Urkredsløbet tilvejebringer det kloksignal, der bruges til at styre mikroprocessorkernens driftshastighed og klokcyklus. Almindelige urkredsløb omfatter krystaloscillatorer og keramiske resonatorer.
5. Eksterne afbrydelser: En mikrocontroller kan modtage eksterne signaler, såsom dem fra knapper eller sensorer, via eksterne afbrydelsesudløsere. Når en ekstern afbrydelse udløses, kan mikrocontrolleren suspendere sin aktuelle opgave, udføre en afbrydelsesservicerutine og håndtere den eksterne hændelse.
6. Seriel kommunikationsgrænseflade: Mikrocontrollere har typisk serielle kommunikationsgrænseflader til udveksling af data med andre enheder. Almindelige serielle kommunikationsgrænseflader omfatter UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter), SPI (Serial Peripheral Interface) og I2C (Inter-Integrated Circuit).
7. Timing og kontrol: En mikrocontroller kræver et timing- og kontrolkredsløb for at generere forskellige styresignaler, der bruges til at koordinere driften af dens forskellige komponenter. Timing- og kontrolkredsløb omfatter timinggeneratorer og timinglogiske kredsløb.
Ovenstående beskriver den grundlæggende struktur af en mikrocontroller. Selvom der kan være små variationer mellem forskellige modeller og mærker, forbliver den overordnede struktur stort set den samme. Mikrocontrollernes kraftfulde egenskaber og fleksibilitet gør dem til en uundværlig kernekomponent i indlejret systemdesign.