En mikrokontroller er en integrert kretsbrikke som integrerer en mikroprosessorkjerne, minne, inngangs-/utgangsenheter og en klokke, blant andre funksjoner. Den har kraftige data- og kontrollfunksjoner og er mye brukt i ulike elektroniske enheter, som husholdningsapparater, bilelektronikk, kommunikasjonsutstyr og industriell automasjon.
Den grunnleggende strukturen til en mikrokontroller består av følgende hovedkomponenter:
1. Mikroprosessorkjerne (CPU): Kjernen i en mikrokontroller er en mikroprosessor, som er ansvarlig for å utføre instruksjoner, utføre beregninger, kontrollere dataflyt og administrere perifere enheter. Vanlige mikrokontrollerkjerner inkluderer 8-bit, 16-bit og 32-bits varianter, for eksempel Intel 8051-serien og ARM Cortex-M-serien.
2. Minne: En mikrokontroller inneholder ulike typer minne som brukes til å lagre programinstruksjoner, data og variabler. Disse inkluderer først og fremst programminne (ROM, Flash), dataminne (RAM) og ikke-flyktig minne (EEPROM). Programminne brukes til å lagre programkode og konstante data, mens dataminne brukes til å lagre variabler og data under programkjøring.
3. Input/output (I/O)-enheter: Mikrokontrollere samhandler med det eksterne miljøet gjennom inngangs- og utgangsenheter. Vanlige inngangsenheter inkluderer knapper, brytere og sensorer, mens utgangsenheter inkluderer LED-er, summer og flytende krystallskjermer (LCD-er). Mikrokontrollere har vanligvis flere generelle-inn-/utgangspinner (GPIO) som kan programmeres til å fungere som enten innganger eller utganger.
4. Klokkekrets: En mikrokontroller krever et stabilt klokkesignal for å synkronisere interne operasjoner. Klokkekretsen gir klokkesignalet som brukes til å kontrollere driftshastigheten og klokkesyklusen til mikroprosessorkjernen. Vanlige klokkekretser inkluderer krystalloscillatorer og keramiske resonatorer.
5. Eksterne avbrudd: En mikrokontroller kan motta eksterne signaler, for eksempel de fra knapper eller sensorer, via eksterne avbruddstriggere. Når et eksternt avbrudd utløses, kan mikrokontrolleren suspendere sin nåværende oppgave, utføre en avbruddstjenesterutine og håndtere den eksterne hendelsen.
6. Seriell kommunikasjonsgrensesnitt: Mikrokontrollere har vanligvis serielle kommunikasjonsgrensesnitt for utveksling av data med andre enheter. Vanlige serielle kommunikasjonsgrensesnitt inkluderer UART (Universal Asynchronous Receiver-Sender), SPI (Serial Peripheral Interface) og I2C (Inter-Integrated Circuit).
7. Timing og kontroll: En mikrokontroller krever en timing- og kontrollkrets for å generere ulike kontrollsignaler som brukes til å koordinere driften av dens ulike komponenter. Timing- og kontrollkretser inkluderer timinggeneratorer og timinglogiske kretser.
Ovennevnte beskriver den grunnleggende strukturen til en mikrokontroller. Selv om det kan være små variasjoner mellom ulike modeller og merker, forblir den generelle strukturen stort sett den samme. De kraftige egenskapene og fleksibiliteten til mikrokontrollere gjør dem til en uunnværlig kjernekomponent i innebygd systemdesign.