A mikrokontroller egy integrált áramköri chip, amely integrálja a mikroprocesszor magot, a memóriát, a bemeneti/kimeneti eszközöket és egy órát, többek között más funkciókat is. Erőteljes számítási és vezérlési képességekkel rendelkezik, és széles körben használják különféle elektronikus eszközökben, például háztartási készülékekben, autóelektronikában, kommunikációs berendezésekben és ipari automatizálásban.
A mikrokontroller alapvető szerkezete a következő fő összetevőkből áll:
1. Mikroprocesszormag (CPU): A mikrokontroller magja egy mikroprocesszor, amely az utasítások végrehajtásáért, a számítások elvégzéséért, az adatáramlás vezérléséért és a perifériás eszközök kezeléséért felelős. A gyakori mikrokontrollermagok közé tartoznak a 8-bites, 16 bites és 32 bites változatok, például az Intel 8051 sorozat és az ARM Cortex-M sorozat.
2. Memória: A mikrokontroller különféle típusú memóriákat tartalmaz, amelyek programutasítások, adatok és változók tárolására szolgálnak. Ide tartozik elsősorban a programmemória (ROM, Flash), az adatmemória (RAM) és a nem felejtő memória (EEPROM). A programmemória a programkód és az állandó adatok tárolására szolgál, míg az adatmemória a változók és adatok tárolására szolgál a program végrehajtása során.
3. Bemeneti/kimeneti (I/O) eszközök: A mikrokontrollerek bemeneti és kimeneti eszközökön keresztül lépnek kapcsolatba a külső környezettel. A gyakori beviteli eszközök közé tartoznak a gombok, kapcsolók és érzékelők, míg a kimeneti eszközök a LED-ek, a hangjelzők és a folyadékkristályos kijelzők (LCD). A mikrokontrollerek általában több általános-célú bemeneti/kimeneti (GPIO) érintkezővel rendelkeznek, amelyek be- vagy kimenetként is programozhatók.
4. Óraáramkör: A mikrokontrollernek stabil órajelre van szüksége a belső működésének szinkronizálásához. Az óraáramkör biztosítja a mikroprocesszormag működési sebességének és órajelének szabályozására szolgáló órajelet. A gyakori óraáramkörök közé tartoznak a kristályoszcillátorok és a kerámia rezonátorok.
5. Külső megszakítások: A mikrokontroller külső megszakítási triggereken keresztül képes külső jeleket fogadni, például gomboktól vagy érzékelőktől. Külső megszakítás indításakor a mikrokontroller felfüggesztheti aktuális feladatát, végrehajthat egy megszakítási szolgáltatási rutint, és kezelheti a külső eseményt.
6. Soros kommunikációs interfész: A mikrokontrollerek jellemzően soros kommunikációs interfészekkel rendelkeznek a más eszközökkel való adatcseréhez. A gyakori soros kommunikációs interfészek közé tartozik az UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter), az SPI (soros periféria interfész) és az I2C (Inter-Integrated Circuit).
7. Időzítés és vezérlés: A mikrokontrollernek időzítő és vezérlő áramkörre van szüksége, hogy különféle vezérlőjeleket generáljon, amelyek a különböző alkatrészei működésének összehangolására szolgálnak. Az időzítő és vezérlő áramkörök magukban foglalják az időzítő generátorokat és az időzítési logikai áramköröket.
A fentiek egy mikrokontroller alapvető felépítését írják le. Bár a különböző modellek és márkák között előfordulhatnak csekély eltérések, a teljes szerkezet nagyjából ugyanaz marad. A mikrokontrollerek erőteljes képességei és rugalmassága a beágyazott rendszerek tervezésének nélkülözhetetlen alapvető összetevőjévé teszik őket.