Qu’est-ce qu’un microcontrôleur ?
Un microcontrôleur est un circuit intégré regroupant un micro-processeur, de la mémoire et des périphériques sur la même puce. Contrairement à un microprocesseur classique, un microcontrôleur est surtout utilisé pour une application spécifique. De nos jours, les microcontrôleurs sont présents un peu partout : dans les appareils domestiques, médicaux, de télécommunication, dans les voitures, les avions, l’industrie, …
Microcontrôleurs en sciences physiques
Pour être plus en phase avec le monde qui nous entoure, les microcontrôleurs ont été introduits aux programmes de lycée de sciences physiques depuis la rentrée 2019.
Ces petits circuits programmables sont utilisables dans divers domaines de cet enseignement :
- Mesures de tension, courant, résistance (capteurs résistifs), capacité (capteurs capacitifs) ;
- Mesures directes de grandeurs physiques (capteurs spécifiques analogiques ou numériques) ;
- Mesures de durée (durée d’impulsion, période, fréquence, …) ;
- Génération de signaux (génération d’un son, de tension particulière) ;
- … etc.
Ils offrent surtout la possibilité d’aller au delà de la simple mesure en mettant en oeuvre des applications concrètes comme par exemples : un thermomètre (capteur CTN), un télémètre (écho d’ultrasons), un capteur de niveau d’eau (capteur capacitif), …
Les microcontrôleurs offrent aussi la possibilité de :
- faire de l’acquisition de données en mode autonome (ex. mesure de pression sur un ballon sonde) ou mode interface (avec un ordinateur) ;
- réaliser des appareils de mesure programmables et modulables (ex. pressiomètre, teslamètre, joulemètre, …).
Quels types de microcontrôleurs ?
Apparus dans les années 70, les microcontrôleurs à architecture 8 bits ne sont pas près de disparaître. Très peu chère, on les retrouve dans des petites applications (ex. télécommande). Par exemple, la célèbre carte Arduino UNO fonctionne avec un microcontrôleur 8 bits !
Actuellement, la tendance est aux microcontrôleurs 32 bits (STM32, SAMD, ESP32, …) qui sont plus adaptés aux applications évoluées. C’est ce type de microcontrôleur qui a permis le portage du langage Python au sein des microcontrôleurs : le langage MicroPython. Les cartes Micro:bit, Pyboard ou encore à base d’ESP32 en sont les parfaits exemples !
Microcontrôleur en 3,3 V ou 5 V ?
La plupart des microcontrôleurs récents sont alimentés en 3,3 V (norme actuelle). Seules certaines cartes Arduino comme la célèbre UNO implémentent des niveaux de tension de 5 V (obsolète) !
Cela peut poser des problèmes de compatibilité avec les capteurs et les actionneurs du marché. Il est donc important veiller à bien choisir des modules compatibles à la fois à 3,3V et 5V.
Programmation des microcontrôleurs
A l’origine, les microcontrôleurs se programmaient en langage machine (assembleur). Ce langage existe encore mais il est réservé à des spécialistes.
Langage Arduino
Puis les langages compilés plus évolués ont fait leur apparition. C’est la cas du langage Arduino qui est proche du langage C/C++. Ces types de langages ne sont pas conseillés au lycée car trop complexes.
Langage MicroPython
Depuis quelques années, les performances des microcontrôleurs ont permis le portage du langage Python au sein du microcontrôleur. MicroPython permet d’interpréter des instructions Python sur le microcontrôleur sans ordinateur !
