Meilleurs microcontrôleurs pour les systèmes embarqués

Introduction

Les microcontrôleurs, ou MCU pour faire court, se trouvent dans la plupart des systèmes électroniques embarqués de nos jours. Des machines à laver, aux processeurs audio numériques, en passant par les systèmes de contrôle de vol, et bien plus encore. Les MCU sont des processeurs très flexibles qui peuvent généralement être programmés en C/C++, sont emballés avec de la mémoire non-volatile (FLASH) et volatile (RAM), ainsi qu'un éventail de périphériques et d'E/S. Parfois, ces MCU peuvent également être dotés de capacités sans fil (par exemple, Bluetooth ou WiFi).

Lorsque l'on débute en électronique et que l'on a besoin d'ajouter un microcontrôleur à une conception matérielle personnalisée, la quantité massive de choix peut initialement sembler accablante. Il existe de nombreux fournisseurs différents (tels que Texas Instruments, ST, Microchip, et ainsi de suite) et par fournisseur, il y a encore une plus grande sélection de microcontrôleurs - sans parler même de la variation au sein d'une famille de microcontrôleurs spécifique. Par exemple, une recherche rapide et générique en utilisant Octopart pour la puissante ligne de microcontrôleurs STM32H7 donne près de 250 résultats différents !

Le microcontrôleur spécifique doit bien sûr être choisi en fonction du système qui est conçu. Ici, de nombreux aspects doivent être pris en compte, tels que la mémoire disponible, les périphériques requis (comme UART, SPI, etc.), le coût, le type de boîtier, la disponibilité, l'environnement logiciel, la qualité de la documentation, et plus encore.

Dans cet article, nous explorerons certains microcontrôleurs très courants utilisés dans l'industrie aujourd'hui. Espérons que cela réduira la sélection – du moins en partie – pour votre prochain projet, et vous exposera à des MCU populaires qui peuvent être trouvés dans de nombreux systèmes embarqués modernes.

STMicroelectronics STM32

De loin l'un des fabricants de microcontrôleurs les plus populaires et les mieux connus, au moment de la rédaction de cet article, est STMicroelectronics (ST). Cela est pour une bonne raison, car leurs MCU sont bien tarifés, disponibles dans de nombreuses configurations et niveaux de performance différents, et peuvent être débogués et programmés en utilisant, par exemple, l'environnement de développement gratuit STM32CubeIDE de ST. Leur ligne de MCU STM32 est basée sur les cœurs de processeur ARM Cortex.

De plus, ST fournit de nombreux pilotes pré-écrits, ainsi qu'une couche d'abstraction matérielle (HAL) pour leurs composants. Ceux-ci sont intégrés dans STM32CubeIDE. Bien qu'il puisse y avoir des défauts occasionnels dans le HAL, ces pilotes réduisent considérablement le temps de mise sur le marché et fournissent un excellent point de départ pour le développement du firmware.

Lorsqu'il s'agit de la sélection des composants, ST offre de nombreuses familles de microcontrôleurs différentes. Des MCU STM32F0 simples qui peuvent être utiles pour une logique de 'colle' simple, aux MCU STM32H7 très puissants qui peuvent exécuter des algorithmes de traitement de signal numérique en temps réel, et tout ce qui se trouve entre les deux. De plus, ST propose également des MCU capables de se connecter sans fil, tels que les lignes STM32WL et STM32WB, pour la connectivité WiFi et Bluetooth respectivement.

Figure 1 Familles de MCU STMicroelectronics (Source : STMicroelectronics)

Mes microcontrôleurs préférés de chez ST sont les séries F4 et H7, que j'ai largement utilisés dans des applications de traitement de signal numérique pour l'audio. Assurez-vous de consulter ce tutoriel complet de conception matérielle basée sur STM32 en utilisant Altium Designer, pour voir combien il est facile d'ajouter un microcontrôleur à vos propres projets !

Nordic Semiconductor nRF

Si vous êtes à la recherche de microcontrôleurs capables de communication sans fil, tels que ceux permettant la connectivité Bluetooth ou WiFi, assurez-vous de jeter un œil à la ligne de microcontrôleurs nRF de Nordic Semiconductor. Ce sont des dispositifs très performants, surtout si vous avez des exigences de faible puissance.

Personnellement, je suis fan de leur ligne nRF54 de dispositifs Bluetooth LE (low energy) et je les ai utilisés dans divers produits à ultra-faible consommation. Gardez à l'esprit cependant que généralement, le conditionnement de ces composants peut devenir très petit et peut augmenter vos coûts de fabrication et d'assemblage de PCB, bien qu'ils offrent également des types de boîtiers QFN 'plus accessibles'. Bien sûr, ces tailles de boîtiers très petites peuvent être très bénéfiques pour, par exemple, les produits miniatures et portables.

Figure 2 Microcontrôleur nRF54 Bluetooth LE (Source : Nordic Semiconductor)

Espressif ESP32

Comme alternative à nRF, Espressif propose sa ligne de microcontrôleurs ESP32 (ou plutôt RFSoCs) qui sont incroyablement abordables et très puissants. Offrant souvent des microcontrôleurs à double cœur, la capacité WiFi et Bluetooth, et un nombre raisonnable de périphériques. De plus, la communauté en ligne et la base d'utilisateurs d'ESP32 sont très importantes, vous trouverez donc certainement de l'aide pour votre projet si vous en avez besoin.

Si vous souhaitez apprendre à intégrer des microcontrôleurs ESP32 dans vos propres conceptions matérielles en utilisant Altium Designer, assurez-vous de consulter cette vidéo tutorielle !

Figure 3 Microcontrôleur ESP32-C3 (Source : Mouser)

Les fabricants et les fabricants tiers proposent également des modules système pré-certifiés qui intègrent des antennes (ou des connecteurs pour antennes externes), ce qui peut considérablement simplifier le processus de certification, au cas où vous souhaiteriez vendre votre conception commercialement.

Figure 4 Module ESP32 Pré-Certifié (Source : Mouser)

Raspberry Pi RP2040

Un microcontrôleur relativement nouveau est le RP2040 de Raspberry Pi, principalement connu pour leurs ordinateurs monocarte Raspberry Pi. Ce microcontrôleur dispose d'un processeur double cœur ARM Cortex-M0+, de nombreux périphériques, ainsi que d'une section très intéressante connue sous le nom de Programmable I/O. Les grands atouts du RP2040 sont son faible prix (moins de 1 USD en petites quantités), sa flexibilité et sa disponibilité.

Figure 5 Raspberry Pi RP2040 (Source : Raspberry Pi)

Microchip, NXP et Texas Instruments

À l'instar de la ligne de microcontrôleurs STM32, d'autres fabricants, tels que Microchip, NXP et Texas Instruments, proposent leur propre série de MCU dans une variété de versions. Les capacités de ces composants chez ces fabricants sont généralement assez similaires, donc être familier avec une entreprise, apprécier leur documentation, ou simplement la disponibilité des pièces peuvent être des arguments de vente.

Des MCU de 8 bits à 32 bits, capables de DSP, et également équipés de capacités sans fil, Microchip est bien connu pour leurs microcontrôleurs PIC. NXP propose des microcontrôleurs à usage général, des i.MX temps réel, et des microcontrôleurs ciblant l'automobile. Enfin, Texas Instruments dispose également d'un portefeuille conséquent de microcontrôleurs - cependant, d'après mon expérience personnelle, je ne les ai pas vus très fréquemment dans les conceptions commerciales, comparés aux autres fabricants.

Certains des composants phares de ces fabricants incluent :

• Microchip : Leurs produits incluent les microcontrôleurs PIC et la ligne de produits ATMega extrêmement populaire acquise auprès d'Atmel
• Texas Instruments : La série MSP430 est leur ligne de microcontrôleurs la plus populaire, il y a aussi la ligne SimpleLink qui intègre le WiFi
• NXP Semiconductor : i.MX est sans doute leur ligne de produits la plus populaire, il y a aussi la ligne de produits LPC qui apparaît dans de nombreux systèmes de grade industriel

Conclusion

Nous avons exploré certains des principaux fabricants de microcontrôleurs et leurs dispositifs, mais gardez à l'esprit que cela n'est en aucun cas une liste exhaustive et est assez général. Il existe de nombreux autres fabricants qui offrent d'excellents microcontrôleurs qui n'ont pas été mentionnés ici – ainsi que certains des MCU plus anciens, tels que les variantes ATmega, qui sont toujours utilisés par de nombreux concepteurs à travers le monde aujourd'hui.

Assurez-vous de consulter Octopart pour vous aider à choisir le bon microcontrôleur pour votre prochaine conception. Lorsque vous avez choisi un MCU, assurez-vous d'utiliser un outil ECAD puissant, tel que Altium Designer, pour amener votre conception au niveau supérieur.