Circuit Intégré (IC) :

Le circuit intégré (CI), aussi appelé puce électronique, est un composant électronique reproduisant une ou plusieurs fonctions électroniques plus ou moins complexes. Il intègre souvent plusieurs types de composants électroniques de base dans un volume réduit, rendant le circuit facile à mettre en œuvre.


Carte à puce : carte contenant une puce (connecteur visible à gauche).
Il existe une très grande variété de ces composants divisés en deux grandes catégories :   analogique et numérique.

  • Historique :

Jack Kilby (1923 – 2005) est l'inventeur du circuit intégré. En 1958, cet Américain, alors employé par Texas Instruments , créait le tout premier circuit intégré, jetant ainsi les bases du matériel informatique moderne. À l'époque, Kilby avait tout simplement relié entre eux différents transistors en les câblant à la main. Il ne faudra par la suite que quelques mois pour passer du stade de prototype à la production de masse de puces en silicium contenant plusieurs transistors. Ces ensembles de transistors interconnectés en circuits microscopiques dans un même bloc, permettaient la réalisation de mémoires, ainsi que
d’unités logiques et arithmétiques. Ce concept révolutionnaire concentrait dans un volume
incroyablement réduit, un maximum de fonctions logiques, auxquelles l'extérieur accédait à travers des connexions réparties à la périphérie du circuit. Cette découverte a valu à Kilby un prix Nobel de physique en 2000.

=>Circuit intégré analogique :

Les circuits intégrés analogiques les plus simples peuvent être de simples transistors encapsulés les uns à côté des autres sans liaison entre eux, jusqu'à des assemblages complexes pouvant réunir toutes les fonctions requises pour le fonctionnement d'un appareil dont il est le seul composant.

Les amplificateurs opérationnels sont des représentants de moyenne complexité de cette grande famille où l'on retrouve aussi des composants réservés à l'électronique haute fréquence et de télécommunication. De nombreuses applications analogiques sont à base d'ampli Op.

=>Circuit intégré numérique :


Les circuits intégrés numériques les plus simples sont des portes logiques (et, ou et non), les plus complexes sont les microprocesseurs et les plus denses sont les mémoires. On trouve de nombreux circuits intégrés dédiés à des applications spécifiques , notamment pour le traitement du signal (traitement d'image, vidéo...) on parle alors de processeur de signal numérique (ou DSP pour Digital Signal Processor). Une famille importante de circuits intégrés est celle des composants de logique programmable (FPGA, CPLD). Ces composants sont amenés à remplacer les portes logiques simples en raison de leur grande densité d'intégration.

  • Composition :
 =>Le Boitier : 
Les circuits intégrés se présentent généralement sous la forme de boîtiers pleins rectangulaires, noirs, équipés sur un ou plusieurs côtés voire sur une face, de 'pattes'  permettant d'établir les connexions électriques avec l'extérieur du boîtier. Ces composants sont  soudé sur un circuit imprimé, ou enfichés, à des fins de démontage, dans des supports eux-mêmes brasés sur un circuit imprimé.
Circuits intégrés boîtier DIP.
Sur le boîtier peuvent être peint : le logo du fabricant, une référence qui permet d'identifier le composant, un code correspondant à des variantes ou révisions, la date de fabrication (4 chiffres codés AASS : année et semaine). Les progrès de l'intégration sont tels que les circuits intégrés peuvent devenir très petits. Leur taille ne dépend plus guère que de la capacité du boîtier à dissiper la chaleur produite par effet Joule et, bien souvent du nombre, de la taille des broches de sortie du circuit ainsi que de leur espacement.
Un microcontrôleur boîtier DIP.
Différents types de boîtiers permettent d'adapter le circuit intégré à son environnement de destination.
  • Le format le plus ancien a pour nom Dual Inline Package (DIP ou DIL) qui se traduit sommairement par ( boîtier avec deux lignes ).
  • La miniaturisation aidant, les circuits dits de surface ont fait leur apparition : le format SO.
Bien d'autres types existent :
=>Le Die :

Le die est la partie élémentaire, de forme rectangulaire, reproduite à l’identique à l’aide d’une matrice sur une tranche de silicium en cours de fabrication. Il correspond a un circuit intégré qui sera ensuite découpé et que l’on appellera une puce avant qu’elle ne soit encapsulée pour donner un circuit intégré complet, prêt à être monté sur une carte.
Un Die de circuit intégré VLSI .
Le Die d'un circuit intégré comprend sous des formes miniaturisées principalement des transistors, des diodes, des résistances, des condensateurs, plus rarement des inductances, car elles sont plus difficilement miniaturisables.

  • Techniques de fabrications :

La fabrication d'un circuit intégré est un procédé complexe dont la tendance est à se compliquer de plus en plus.
Des microprocesseurs sur la tranche de silicium (wafer) qui sert à leur fabrication.
Le motif de base est le transistor, et ce sont ensuite les interconnexions métalliques entre les transistors qui réalisent la fonction particulière du circuit.
L'aluminium est souvent employé dans ce but, mais une technologie plus performante permet l'emploi du cuivre, qui conduit mieux l’électricité et la chaleur.
On utilise parfois du silicium polycristallin, également conducteur, notamment pour la grille du transistor .

 => Matière première :


La matière première de base habituellement utilisée pour fabriquer les circuits intégrés est le silicium, néanmoins, d'autres matériaux sont parfois employés, comme le germanium ou l'arséniure de gallium.
Le silicium est un semi-conducteur dans sa forme monocristalline. Ce matériau doit être pur à 99,99 %.
On fabrique d'abord un barreau cylindrique de silicium en le cristallisant très lentement. Ce barreau est ensuite découpé pour être utilisé sous forme de galettes de 100 à 800 μm d'épaisseur et ayant jusqu'à 300 mm de diamètre, appelé wafer (galette). Un wafer va supporter de nombreux circuits intégrés.

=>La photolithogravure :

La photolithographie, désigne l'ensemble des opérations permettant de délimiter l'extension latérale des matériaux sur la surface d'un substrat semi-conducteur, dont la structure est plus ou moins bidimensionnelle car basée sur l'empilement de couches à la surface d'une plaquette de silicium. Les motifs deviendront par la suite les différentes zones actives des composants électroniques (exemple : contact, drain...) ou les jonctions entre ces composants.

=>Étapes de fabrication :


Le nombre d'étapes de la fabrication des circuits intégrés a crû considérablement depuis 20 ans. Il peut atteindre plusieurs dizaines pour certaines productions spécialisées. Toutefois, on retrouve à peu près toujours la même série d'étapes :
  1. Préparation de la couche : on expose le wafer à du dioxygène pur après chauffage pour fabriquer une couche d'oxyde (isolant) en surface, ensuite le wafer est recouvert d'un vernis photosensible.
  2. Transfert : on transfère le dessin du circuit à reproduire sur la surface photosensible à l'aide d'un masque, comme pour la peinture au pochoir, en l'exposant aux ultraviolets. Le vernis non soumis aux rayonnements est dissous grâce à un solvant spécifique.
  3. Gravure : l'oxyde de silicium est protégé par le vernis aux endroits exposés aux ultraviolets. Un agent corrosif va creuser la couche d'oxyde aux endroits non protégés.
  4. Dopage : on dissout ensuite le vernis exposé avec un autre solvant, et des ions métalliques, appelés dopants, sont introduits dans le silicium exposé là où l'oxyde a été creusé, afin de le rendre conducteur.
  5. Couche suivante : l'opération est renouvelée pour créer les couches successives du circuit intégré ou du microprocesseur (jusqu'à 13).
  6. On détermine la qualité de la gravure selon le plus petit motif qu'il est possible de graver, en l'occurrence la largeur de la grille du transistor MOS.
Le circuit intégré d'une puce Intel 8742.
En 2004, les gravures les plus fines en production sont de 0,13 μm (ou 130 nm) et 90 nm.
En 2006, les gravures les plus fines en production sont de 60 nm et 30 nm.
=>Phases finales :
  1. On dépose une pellicule métallique aux endroits où le circuit devra être en contact avec les broches de sortie.
  2. Les circuits intégrés sont testés directement sur le wafer. 
  3. Le wafer est finalement découpé au moyen d'une scie circulaire au diamant d'une épaisseur de 0,02 mm ou via un procédé de découpe laser pour obtenir des Die.
  4. Les puces ainsi obtenues sont insérées dans un boîtier individuel de protection et reliées aux broches qui vont leur permettre de communiquer avec l'extérieur.
  5. Des tests de validation sévères et individuels sont alors entrepris pour qualifier les microprocesseurs, en fréquence et en température.

NE555:

Le NE555 ( couramment nommé 555  et créé en 1970 par Hans R. Camenzind ) est un circuit intégré utilisé pour la temporisation ou en mode multivibrateur.  . Ce composant est toujours utilisé de nos jours en raison de sa facilité d'utilisation, son faible coût et sa stabilité. 
Le NE555 contient 23 transistors, 2 diodes et 16 résistances qui forment 4 éléments :
  • deux amplificateurs opérationnels de type comparateur .
  • une porte logique de type inverseur .
  • une bascule SET-RESET.Le NE555 peut fonctionner selon trois modes : monostable, astable ou bistable.
  • Principales Caractéristiques:
Voici les principales caractéristiques de ce composant :
  1. Fonctionne sous des tensions d'alimentation de 4,5V à 16V (compatible TTL).
  2. Fréquence max 2 MHz.
  3. Stabilité en température 0,005 % par °C.
  4. Intensité maximale de sortie de 200 mA.
  • Brochages :
Le NE555 existe aussi en version double avec l'appellation NE556. La table suivante présente les broches présentes sur la version simple dans un boitier DIP ('Dual Inline Package' boîtier de circuit intégré ). Les autres boîtiers utilisent les mêmes noms de broches.
**NomDescription
1GNDMasse .
2TRIGGâchette, amorce la temporisation - Détecte lorsque la tension est inférieur à 1/3 de VCC .
3OUTSignal de sortie .
4RESETRemise à zéro, interruption de la temporisation (Délai avant l’exécution).
5CONTAccès à la référence interne (2/3 de VCC) .
6THRESSignale la fin de la temporisation lorsque la tension dépasse 2/3 de VCC .
7DISCHBorne servant à décharger le condensateur de temporisation .
8VCCTension d'alimentation, généralement entre 5 et 15V .
  • Principe de fonctionnement :
On peut voir à partir du schéma bloc ci-dessus les différents composants du NE555, soit :
  • 2 comparateurs (jaune et rouge ).
  • 3 résistances configurées en diviseur de tension. Les deux tensions respectivement de 1/3 et 2/3 de Vcc servent de références aux comparateurs (vert) .
  • 1 bascule SET-RESET contrôlée par les comparateurs (indigo) .
  • 1 inverseur (fuchsia) .
  • 1 transistor pour décharger le condensateur de temporisation (cyan).
L'opération du NE555 suit la logique de fonctionnement du schéma bloc présenté et peut prendre 4 états différents.
  • Le signal RESET est à un niveau bas : La bascule est remise à zéro, le transistor de décharge s'active et la sortie reste impérativement à un niveau bas. Aucune autre opération n'est possible.
  • Le signal TRIG est inférieur à 1/3 de VCC : la bascule est activée (SET) et la sortie est à un niveau haut, le transistor de décharge est désactivé.
  • Le signal THRES est supérieur à 2/3 de VCC : la bascule est remise à zéro (RESET) et la sortie est à un niveau bas, le transistor de décharge s'active.
  • Les signaux THRES et TRIG sont respectivement inférieurs à 2/3 de VCC et supérieurs à 1/3 de VCC : la bascule conserve son état précédent de même que pour la sortie et le transistor de décharge.
Ces états sont résumés dans le tableau suivant :
  RESET          TRIG           THRES        OUT       DISCH   
      0     X         X     0  Actif
      1  < 1/3 Vcc         X     1  Inactif
      1  > 1/3 Vcc    2/3 Vcc     0  Actif
     1  > 1/3 Vcc    2/3 Vcc  Valeur précédente

=>fonctionnement monostable :
Diagramme schématique du NE555 en configuration monostable .
L'utilisation du NE555 en configuration monostable permet de générer une impulsion d'une durée définie seulement à l'aide d'une résistance et d'un condensateur comme illustrée dans le schéma ci-dessus. Une impulsion est engendrée suite à l'application d'un front descendant à l'entrée du circuit (TRIG).
Immédiatement après l'application du front descendant la bascule interne est activée ainsi que la sortie. Du même coup, le transistor de décharge est désactivé permettant au condensateur C de se charger à travers la résistance R. La forme d'onde aux bornes du condensateur est celle d'un circuit de premier ordre RC face à un échelon de tension, c'est-à-dire une exponentielle croissante. Lorsque cette exponentielle atteint une valeur égale à deux tiers de la tension d'alimentation 2/3Vcc, la bascule interne est désactivée ramenant la sortie et le condensateur à zéro.

t_w = 1,1 \times R \times C
 La durée de l'impulsion t_w est donnée par la formule suivante :
Forme d'onde du NE555 en configuration monostable.
=> fonctionnement astable :
La configuration astable permet d'utiliser le NE555 comme oscillateur. Deux résistances et un condensateur permettent de modifier la fréquence d'oscillations ainsi que le rapport cyclique. L'arrangement des composants est tel que présenté par le schéma ci-dessus. Dans cette configuration, la bascule est réinitialisée automatiquement à chaque cycle générant un train d'impulsion perpétuelle comme ci-dessous.
Une oscillation complète est effectuée lorsque le condensateur se charge de 1/3 de Vcc jusqu'à 2/3 de Vcc. Lors de la charge, les résistances Ra et Rb sont en série avec le condensateur, mais la décharge s'effectue à travers de Rb seulement. C'est de cette façon que le rapport cyclique peut être modifié. La fréquence d'oscillations f ainsi que le rapport cyclique \alpha suivent les relations suivantes :
                   => 
\alpha = 1 - \frac {R_b} { (R_a + 2R_b) }
                    =>  
f = \frac {1.44} { (R_a + 2R_b)C }

  • Applications :
Le circuit NE555 est encore utilisé dans le milieu de l'éducation. On le trouve également dans des montages simples nécessitant peu de composants et une conception rapide (clignotement de LED, mesure de température).
La NE555 à l’origine a une fonction de TIMER (compter le temps en boucle).Mais on peut l’utiliser pour bien d’autres applications, tel que dans la « musique » on peut en faire un oscillateur simple mais plutôt efficace.
NE555 Timer: Monostable Mode.
  • Les variantes du NE555 :
Plusieurs fabricants réalisent ce circuit sous des appellations différentes dont en voici quelques une :

=>Motorola -> MC1455 .
=>Fairchild -> NE555 .
=>Philips -> NE555D .
=>Texas instruments -> SN52555 .
=>National -> LM555C .
ICM7555IPA.
Il existe plusieurs versions de ce circuit intégré. Le circuit ICM7555IPA est un NE555 modifié. Ce circuit comporte non pas des transistors bipolaires mais des transistors à effet de champ. De ce fait, en plus de consommer très peu de courant sa tension de fonctionnement est étendue (entre 2V et 18V). Par ailleurs le courant d'entrée des détecteurs de tensions est de l'ordre du pico ampère . Ce modèle en particulier est adapté pour des temporisateurs de précision alimentés en très basse tension. D'autres modèles ont des caractéristiques différentes encore. Certains peuvent osciller jusqu'à plusieurs MHz, d'autres peuvent fonctionner à des tensions très faibles (à partir de 1V pour certains modèles). Cependant, ces circuits là sont bien plus coûteux que le NE555 standard et sont produits à moindre échelle. C'est pourquoi ils sont peu accessibles au grand public.
NE556, version double du 555.

Microcontrôleur :

le Microcontrôleur (en notation abrégée µc, ou uc ou encore MCU en anglais) est un Circuit programmable capable d’exécuter un programme et qui possède des circuits d’interface intégrés avec le monde extérieur.

Les microcontrôleurs sont apparus  :
⇒ Quand on a sut les fabriquer, c'est à dire quand les technologies d’intégrations ont suffisamment progressées.
⇒ Quand dans les applications domestiques ou industrielles ont avait besoin de systèmes 

« intelligents » ou tout au moins programmables. 
Les microcontrôleurs sont fréquemment utilisés dans les systèmes embarqués, comme les contrôleurs des moteurs automobiles, les télécommandes, les appareils de bureau, l'électroménager, les jouets, la téléphonie mobile, etc.

  •    Utilisation :
 Toutes les solutions à base de composants programmables ont pour but de réduire 
le nombre de composants sur le circuit électronique et donc fiabiliser le circuit.
Le microcontrôleur est en concurrence avec d’autres technologies Suivants les applications:       3 types de technologies :
 

=>Logique câblée :
  • très rapide, fonctions réalisées par une voie matérielle.
  • non programmable, peu économique quand l’application est complexe peu de souplesse : durée d’étude prohibitif et circuit difficilement modifiable.
=>Réseaux de logique programmables (PAL, LCA,..):
  •  rapide, adapté au traitement de signaux complexes.
  •  prix élevé et langage de programmation non standard.
=>Les μprocesseurs:
  •  grande souplesse : fonctions sont réalisées par voie logicielle puissance de calcul, langage évolué.
  • nombre important de composant à réunir, solution onéreuse.
 https://sites.google.com/site/f1apy0/geek-vfo/teensy++2.jpg
_si la fonction à réaliser est simple ⇒ une logique câblée.
_si le nombre d'unités à réaliser est très important ⇒ circuits intégrés dédié en logique câblée pour les fonctions simples.

  • Avantages et inconvénients :
Une réalisation logicielle est toujours plus lente qu'une réalisation en logique câblée : le microprocesseur exécute une instruction à la fois.
Les μcontrôleurs = avantage des μprocesseurs mais limités aux applications ne nécessitant pas trop de puissance de calcul, nombre de composant très réduit, mais souvent surdimensionnement devant les besoins de l’application.

 
      =>Les avantages des microcontrôleurs:


- Diminution de l’encombrement du matériel et du circuit imprimé.
- Simplification du tracé du circuit imprimé (plus besoin de tracer de bus !).
- Augmentation de la fiabilité du système
          >nombre de composants .
          >connexions composants/supports et composant circuit imprimé .
- Intégration en technologie MOS, CMOS, ou HCMOS.
          >diminution de la consommation.
- Le microcontrôleur contribue à réduire les coûts à plusieurs niveaux:
          >moins cher que les composants qu’il remplace.
          >Diminution des coûts de main d’oeuvre (conception et montage).
- Environnement de programmation et de simulation évolués.

 http://electronique.perso.sfr.fr/Ethernet/carte.jpg

    =>Les défauts des microcontrôleurs :

 
- le microcontrôleur est souvent surdimensionné devant les besoins de l’application.
- Investissement dans les outils de développement.
- Écrire les programmes, les tester et tester leur mise en place sur le matériel qui entoure   

    le microcontrôleur.
- Incompatibilité possible des outils de développement pour des microcontrôleurs de même marque.
- Les microcontrôleurs les plus intégrés et les moins coûteux sont ceux disposant de ROM programmables par masque.





              En conclusion :


le microcontrôleur présente l’avantage des μprocesseurs mais limités aux applications ne nécessitant pas trop de puissance de calcul (architecture courante 8bits).
 

Il existe plusieurs architecture de microcontrôleurs de 4 à 128 bits pour les applications demandant une certaine puissance de calcul (injecteurs automobile).
  •  microprocesseur et microcontrôleur:


Le processeur est l'élément central d'un système informatique : il interprète les instructions et traite les données d'un programme. Il a besoin de certains éléments externes pour fonctionner :
  • une horloge pour le cadencer .
  • de la mémoire pour stocker les variables durant l’exécution du programme (mémoire vive RAM) et le programme d’une mise sous tension à l’autre (mémoire morte ROM).
  • des périphériques (pour interagir avec le monde extérieur).
Ces éléments sont reliés par 3 bus :

  • le bus d'adresse qui permet au microprocesseur de sélectionner la case mémoire ou le périphérique auquel il veut accéder pour lire ou écrire une information (instruction ou donnée).
  • le bus de données qui permet le transfert des informations entre les différents éléments ; ces informations seront soit des instructions, soit des données en provenance ou à destination de la mémoire ou des périphériques.
  • le bus de contrôle qui indique si l'opération en cours est une lecture ou une écriture, si un périphérique demande une interruption pour faire remonter une information au processeur, etc.
Structure d'un système à microprocesseur.


 Traditionnellement, ces composants sont intégrés dans des circuits distincts. Le développement d'un tel système à base de microprocesseur se trouve donc pénalisé par  :

  • la nécessité de prévoir l'interconnexion de ces composants (bus, câblage, nappes de connexion).
  • la place occupée physiquement par les composants et les moyens d'interconnexion.
  • la consommation énergétique.
  • la chaleur dégagée.
  • le coût financier.



Les microcontrôleurs améliorent l'intégration et le coût $ (lié à la conception et à la réalisation) d'un système à base de microprocesseur en rassemblant ces éléments essentiels dans un seul circuit intégré. Un microcontrôleur est donc un composant autonome, capable d'exécuter le programme contenu dans sa mémoire morte dès qu'il est mis sous tension. Selon les modèles et les conditions de fonctionnement, les microcontrôleurs peuvent avoir besoin de quelques composants externes (quartz, quelques condensateurs, parfois une ROM), mais ceci reste très limité.
Lorsque toutes les fonctions du système informatique sont regroupées dans un unique circuit intégré, y compris les fonctions logiques, analogiques, radiofréquence, d'interface (USB, Ethernet, etc.), on parle alors de System on Chip (système sur puce ou système mono-puce). Ces composants sont basés sur un ou plusieurs cœurs de microcontrôleur, microprocesseur, processeur graphique, contrôleur de périphériques, etc…
  •   programmation des microcontrôleurs
Le programme d'un microcontrôleur est généralement appelé micrologiciel.


À l'origine, les microcontrôleurs se programmaient en assembleur. Fortement bas niveau , l'assembleur posa et pose toujours d'énormes problèmes pour la maintenance et l'évolution des logiciels embarqués. Désormais, on utilise de plus en plus des langages de haut niveau, notamment le langage C, capable de faciliter la programmation de microcontrôleurs toujours plus puissants. Ces compilateurs C présentent généralement certaines restrictions liées aux spécificités des microcontrôleurs (mémoire limitée, par exemple). Le compilateur GCC peut produire du code pour certains microcontrôleurs. Avec l’augmentation de la puissance et de la quantité de mémoire de stockage  disponible dans les microcontrôleurs, les programmes de ces derniers peuvent désormais être écrits en C++. Il existe même des  plateformes en C++ destinés à l’embarqué, comme Qtopia, mais l'utilisation de ceux-ci restera limitée aux microcontrôleurs les plus puissants.

Il existe des environnements pour aider au développement de certaines applications. Par exemple, LabVIEW et son langage G permettent de programmer les microcontrôleurs Blackfin d'Analog Devices.










 Des simulateurs sont disponibles pour certains microcontrôleurs, comme l'environnement MPLAB de Microchip. Les développeurs peuvent ainsi analyser le comportement du microcontrôleur et du programme, comme s'il s'agissait du composant réel. Un simulateur montre l'état interne du processeur, ainsi que celui de ses sorties. Bien que la plupart des simulateurs ne proposent pas de simuler les autres composants d'un système, ils permettent de spécifier les entrées à volonté. On peut de cette façon créer des conditions qui seraient sans cela difficiles à reproduire dans une implémentation physique. Cela facilite donc l'analyse et la résolution des problèmes. De la même façon, certains logiciels de CAO simulent le comportement du microcontrôleur et des composants qui l'entourent. On peut ainsi afficher les états des entrées et sorties des différents composant au cours de l'exécution d'un programme.

Une fois le programme compilé, le fichier binaire doit être envoyé au microcontrôleur. On utilise soit :

 => un programmateur, pour microcontrôleurs et souvent également d’EEPROM. On parle alors de programmateur universel.
 =>un programmateur ISP qui a l'avantage de ne pas nécessiter de sortir le microcontrôleur du système électronique complet. Ce type de programmation pourra se faire via le bus de communication standard JTAG ou un autre bus, souvent propriétaire et, malheureusement, inadapté au test des cartes lors de la phase de production.

Toutefois, le programme qui a été envoyé peut comporter des bogues (bugs), aussi, pour parvenir à les détecter on peut utiliser un émulateur in-circuit.

  • Composants intégrés: 
Un microcontrôleur intègre sur un unique die (petit morceau de semiconducteur sur lequel un circuit intégré électronique a été fabriqué).
  • un processeur (CPU), avec une largeur du chemin de données allant de 4 bits pour les modèles les plus basiques à 32 ou 64 bits pour les modèles les plus évolués.
  • de la mémoire vive (RAM) pour stocker les données et variables.
  • de la mémoire morte (ROM) pour stocker le programme. Différentes technologies peuvent être employées : EPROM, EEPROM, mémoire flash .

  • souvent un oscillateur pour le cadencement. Il peut être réalisé avec un quartz, un circuit RC ou encore une PLL.
  • des périphériques, capables d'effectuer des tâches spécifiques. On peut mentionner entre autres :
    • les convertisseurs analogiques-numériques (CAN) (donnent un nombre binaire à partir d'une tension électrique).
    • les convertisseurs numériques-analogiques (CNA) (effectuent l'opération inverse).
    • les générateurs de signaux à modulation de largeur d'impulsion .
    • les timers/compteurs (compteurs d'impulsions d'horloge interne ou d'événements externes).
    • les comparateurs (comparent deux tensions électriques).
    • les contrôleurs de bus de communication (UART, SSP, CAN , USB, etc.).
 http://i.ytimg.com/vi/-PpzHPX2IwM/hqdefault.jpg


 Le fonctionnement des périphériques peut être paramétré et commandé par le programme et/ou les entrées-sorties. Les périphériques peuvent générer une interruption qui contraint le processeur à quitter le programme en cours pour effectuer une routine de traitement de l’interruption, lorsque l’événement qui la déclenche survient.
Les microcontrôleurs peuvent généralement se placer dans un état de sommeil, dans lequel ils présentent une très faible consommation électrique. Un signal envoyé par l'un de leurs périphériques (timer, broche d'entrée-sortie,  etc.) permet de les faire sortir de cet état de sommeil.

Système Embarqué :

Un système embarqué peut être défini comme un système électronique et informatique autonome, qui est dédié à une tâche bien précise, possédant des ressources d'ordre spatial  et énergétique  limitées. Le terme de « SystèmeEmbarqué » désigne aussi bien le matériel que le logiciel utilisé.
Les systèmes embarqués exécutent des tâches prédéfinies et ont un cahier des charges
contraignant à remplir, qui peut être d'ordre :
- D'espace compté, avec un espace mémoire limité de l'ordre dequelques Mo (Méga octets)   maximum.
Ils font de plus trèssouvent appel àl'informatique et aussiaux systèmes « temps réel ».
- De consommation énergétique le plus faible possible, due à l'utilisation de sources
autonomes, batteries, panneaux solaires .
- Temporelle, dont le temps d'exécution de tâches est déterminé, Des compétences pluridisciplinaires en termes d’électronique (de commande et de puissance), d’automatique et d’informatique industrielle sont donc nécessaires pour concevoir de tels systèmes. 


Intérieur d'un modem/router ADSL. Un exemple de système embarqué. Les parties numérotées inclues: 
(4)le microprocesseur , (6)la RAM , et (7) la mémoire flash .
  • Caractéristiques:
Plutôt que des systèmes universels effectuant plusieurs tâches, les systèmes embarqués sont étudiés pour effectuer des tâches précises. Certains doivent répondre à des contraintes de temps réel pour des raisons de fiabilité et de rentabilité. D'autres ayant peu de contraintes au niveau performances permettent de simplifier le système et de réduire les couts de fabrication.

 

Les systèmes embarqués ne sont pas toujours des modules indépendants. Le plus souvent ils sont intégrés dans le dispositif qu'ils contrôlent.
Le logiciel créé pour les systèmes embarqués est appelé firmware. Il est stocké dans de la mémoire en lecture seule ou de la mémoire flash plutôt que dans un disque dur. Il fonctionne le plus souvent avec des ressources matérielles limitées : un petit, voire pas de clavier, un petit écran et peu de mémoire.


  Interface utilisateur:
Certains systèmes embarqués peuvent ne pas avoir d'interface utilisateur (ils sont alors spécialisés dans une seule tâche). Mais cette interface peut également être similaire à celle d'un système d'exploitation d'ordinateur (par exemple un PDA).

=>Les systèmes les plus simples comportent uniquement des boutons, des LED.
=>Les systèmes les plus complexes peuvent avoir un écran tactile ou encore un écran comportant des boutons de façon à minimiser l'espace. La signification des boutons change selon l'écran et la sélection se fait naturellement en pointant la fonction désirée.
=>Les ordinateurs de poche possèdent en général un bouton au style de « joystick » pour la navigation.
=>Avec l'explosion du web, les fabricants de systèmes embarqués ont proposé une nouvelle option : une interface au style d'une page web sur une connexion au réseau. Cela permet d'éviter le coût d'un système sophistiqué tout en conservant une interface complète sur un autre ordinateur, quand cela est nécessaire.


   Fiabilité:
Les systèmes embarqués sont la plupart du temps dans des machines qui doivent fonctionner en continu pendant de nombreuses années, sans erreurs et, dans certains cas, réparer eux-mêmes les erreurs quand elles arrivent. C'est pourquoi les logiciels sont toujours développés et testés avec plus d'attention que ceux pour les PC.

La question de la fiabilité peut inclure :

=> Le système ne peut pas être éteint pour des réparations ou ce sont des réparations inaccessibles.


Par exemple : les câbles sous-marins, les balises de navigation, les puits de forage…

=>Le système doit rester en marche pour des raisons de sécurité. Souvent, les sauvegardes sont effectuées par un opérateur.
Dans ce cas, le « mode mou » est toléré.

Par exemple : les systèmes de contrôle des réacteurs, les usines chimiques, les signaux de train…

=>Un arrêt du système peut provoquer des pertes monétaires énormes s'il s'éteint.
Par exemple : les systèmes de ponts ou d'ascenseurs, les transferts de fond, les salles de bourse, les ventes ou services automatiques…

  • Réalisation d'un systéme embarqué:

 Parmi le matériel nécessaire pour réaliser un système embarqué on trouve :



=>La documentation  sur les composants utilisés. C'est la première source d'informations pour le développement !

=>L'outillage de base de l'électronicien (fer à souder, insoleuse…).

=>Les outils d'analyse temporelle : oscilloscope, analyseur logique

=>Des composants de base (résistances, condensateurs…).


=>Un microprocesseur ou un microcontrôleur .


=>Un compilateur croisé (programme informatique qui transforme un code source écrit dans un langage de programmation (le langage source) en un autre langage informatique (le langage cible)).


==>Un programmateur de microcontrôleur ou un programmateur in-situ.(une fonctionnalité qui permet aux composants électroniques (microcontrôleurs en particulier) d'être programmés ou reprogrammés).


=>Un émulateur in-circuit ou ICE (dispositif matériel permettant de déboguer le logiciel d'un système embarqué ). Cet équipement permet le débogage matériel et logiciel , cependant il reste coûteux.


=>Ingénierie des systèmes: approche multidisciplinaire pour définir, développer et déployer des systèmes embarquant des technologies numériques.