MCU – Microcontrôleur : unité centrale embarquée
Aujourd’hui on va explorer en détail ce qu’est un MCU, ou microcontrôleur, un composant essentiel dans presque tous les systèmes électroniques modernes embarqués.
Définition et rôle d’un MCU
Un microcontrôleur (MCU, pour Microcontroller Unit) est un circuit intégré qui embarque un processeur, de la mémoire et des périphériques d’entrée/sortie sur une seule puce. Il est conçu pour contrôler des fonctions spécifiques dans des systèmes embarqués, souvent en temps réel.
Contrairement aux microprocesseurs classiques utilisés dans les ordinateurs, les MCU sont optimisés pour la simplicité, l’efficacité énergétique et l’autonomie. Ils sont couramment utilisés dans les appareils électroménagers, les capteurs industriels, les systèmes automobiles, les jouets électroniques, les équipements médicaux, et bien plus encore.
Composants internes d’un microcontrôleur
- UC (unité de calcul) : le cœur du MCU, responsable du traitement des instructions.
- Mémoire flash : pour stocker le programme (non volatile).
- RAM : pour les données temporaires et les variables.
- Périphériques d’E/S : ports numériques, analogiques, interfaces série (UART, SPI, I²C).
- Minuterie/compteur : pour la gestion du temps et des interruptions.
- Convertisseurs ADC/DAC : pour traiter les signaux analogiques.
Fonctionnement d’un MCU
Le programme stocké dans la mémoire flash s’exécute dès que le microcontrôleur est alimenté. L’UC lit les instructions, traite les entrées provenant de capteurs ou de boutons, et contrôle les sorties comme des LED, des moteurs ou des écrans. Ce fonctionnement est souvent cyclique et doit respecter des contraintes strictes de temps réel dans certains contextes.
Exemple d’utilisation typique
Dans une station météo domestique, un MCU collecte des données à partir de capteurs de température, pression et humidité, les traite, les affiche sur un écran LCD, et peut également les envoyer via une liaison sans fil.
Critères de choix d’un MCU
Le choix d’un microcontrôleur dépend de plusieurs facteurs :
- Architecture : 8 bits (ex. : AVR, PIC), 16 bits ou 32 bits (ex. : ARM Cortex-M).
- Consommation d’énergie : cruciale pour les dispositifs à batterie.
- Interfaces disponibles : selon les capteurs ou modules à connecter.
- Mémoire embarquée : selon la complexité du programme.
- Facilité de développement : disponibilité des outils, communautés et bibliothèques.
Langages et environnements de programmation
La majorité des MCU se programment en langage C ou en assembleur. Certains environnements populaires incluent :
- Arduino IDE : très répandu pour les débutants, basé sur des cartes à microcontrôleur AVR ou ARM.
- STM32CubeIDE : pour les MCU STM32 (ARM Cortex-M).
- MPLAB X : pour les microcontrôleurs PIC et dsPIC de Microchip.
Demain on découvrira un composant complémentaire très souvent associé aux MCU pour la gestion des communications sans fil.
