Le microcontrôleur est né lorsque les technologies d’intégration ont suffisamment progressé pour permettre sa fabrication et aussi parce que très souvent, dans des applications domestiques ou industrielles, on a besoin d'un système "intelligent", complet, puissant, facile à mettre en œuvre et d'une grande souplesse d'emploi ; le tout dans un seul boîtier. Il permet d’avoir, dans un seul boîtier, tous les éléments nécessaires à la mise en œuvre d’un automatisme industriel. Il ne reste qu’à l’interfacer avec les différents capteurs et pré-actionneurs du processus à commander. Grâce à l'arrivée des microcontrôleurs, des cartes qui contenaient des dizaines de circuits intégrés logiques se sont vues réduites à un seul boîtier.

On définit ainsi un microcontrôleur comme étant une unité de traitement de l’information de type microprocesseur à laquelle on a ajouté des périphériques internes permettant de réaliser des montages sans nécessiter l’ajout de composants externes.

1. Architecture externe.

Les fabricants de microcontrôleurs intègrent autant que possible dans un seul boîtier l'ensemble des fonctions de la structure d’un système à microprocesseur. Cette intégration poussée est généralement réalisée en technologie HCMOS qui permet une diminution de la consommation énergétique, une simplification du tracé du circuit imprimé (nombre réduit de boîtiers) ainsi qu'une réduction globale du coût.

Ainsi la structure générale d’un système à microcontrôleur est donnée à la figure ci-dessous.

2. Architecture interne.

La structure interne d'un microcontrôleur comporte typiquement :

• Une unité de calcul et de commande (CPU).
• De la mémoire de donnée (RAM, EEPROM).
• De la mémoire programme (ROM, PROM, EPROM, EEPROM).
• Un compteur/temporisateur (timer) pour générer ou mesurer des signaux avec une grande précision temporelle.
• Des interfaces parallèles pour la connexion des entrées/sorties.
• Des interfaces série (synchrones et asynchrones) pour le dialogue avec d’autres unités.

Il peut aussi posséder :

• Un chien de garde (Watchdog) qui assure la surveillance du programme.
• Une sortie PWM (Pulse Width Modulation) pour la modulation d’impulsion.
• Un convertisseur analogique-numérique et numérique-analogique (CAN/CNA) pour le traitement des signaux analogiques.

3. Généralité sur les microcontrôleurs de type PIC.

Un PIC n’est rien d’autre qu’un microcontrôleur. La dénomination PIC est sous copyright de Microchip. Ses caractéristiques principales sont :

• Séparation des mémoires de programme et de données (architecture Harvard) : On obtient ainsi une meilleure bande passante et des instructions et des données pas forcément codées sur le même nombre de bits.
• Communication avec l'extérieur seulement par des ports : il ne possède pas de bus d'adresses, de bus de données et de bus de contrôle comme la plupart des microprocesseurs.
• Utilisation d'un jeu d'instructions réduit, d'où le nom de son architecture : RISC (Reduced Instructions Set Construction). Les instructions sont ainsi codées sur un nombre réduit de bits, ce qui accélère l'exécution (1 cycle machine par instruction sauf pour les sauts qui requièrent 2 cycles). En revanche, leur nombre limité oblige à se restreindre à des instructions basiques, contrairement aux systèmes d'architecture CISC (Complex Instructions Set Construction) qui proposent plus d'instructions donc codées sur plus de bits mais réalisant des traitements plus complexes.

a) Les différentes familles des PIC.

Il existe trois familles de PIC :

1. La famille Base-Line pour laquelle les instructions sont codées sur 12 bits.
2. La famille Mid-Range pour laquelle les instructions sont codées sur 14 bits.
3. La famille High-End pour laquelle les instructions sont codées sur 16 bits.

b) Identification d’un PIC.

Un PIC est identifié par un numéro de la forme suivant : xx(L)XXyy –zz.

• xx : Famille du composant (12 pour Base-Line, 16 pour Mid-Range, 18 pour High-End).
• L : Tolérance plus importante de la plage de tension.
• XX : Type de mémoire de programme (C : EPROM ou EEPROM ; CR: PROM ; F : flash).
• yy : Identification.
• zz : Vitesse maximum du quartz.

3. Description générale du PIC16F877A.

Le PIC16F877A est un microcontrôleur de la famille mid-range qui se présente sous la forme d’un circuit intégré disponible en boîtier DIL de 40 broches. Il est réalisé en technologie HCMOS FLASH, et est cadencé par une horloge interne ou externe pouvant avoir une fréquence de 0 à 20MHz.

Les principales caractéristiques des séries 16F87X sont données dans le tableau ci-dessous.

Les différents circuits de brochage sont donnés ci-dessous.

Le schéma bloc est donné à la figure ci-dessous.