마이크로컨트롤러란 무엇인가요?

이러한 소형 집적 회로(IC)에는 프로세서 코어, 랜덤 액세스 메모리(RAM), 전기적으로 지울 수 있는 프로그래밍 가능 읽기 전용 메모리(EEPROM)가 포함되어 있어 장치가 전원 공급 장치에서 분리된 상태에서도 마이크로컨트롤러에서 실행되는 사용자 정의 프로그램을 저장할 수 있습니다.

범용 마이크로프로세서와 달리 마이크로컨트롤러는 타이머, 카운터 및 아날로그-디지털 컨버터(ADC)를 포함한 처리, 메모리 및 입력/출력(I/O) 주변 장치를 효율적이고 비용 효율적인 하나의 독립형 장치로 통합합니다. 마이크로컨트롤러는 여러 구성 요소를 단일 시스템으로 결합하여 모터 및 서보 제어, 다양한 유형의 센서 및 통신과의 인터페이스 등 실시간 신호 처리가 필요한 애플리케이션에 적합합니다.

마이크로컨트롤러의 주요 구성 요소는 다음과 같습니다.

• 중앙 처리 장치(CPU): 컴퓨터의 '두뇌'라고도 불리는 CPU는 명령을 실행하고 작업을 제어하는 핵심 구성 요소입니다.

• 메모리: 마이크로컨트롤러에는 프로그램 메모리와 달리 시스템 전원이 끊기면 손실될 수 있는 임시 데이터를 저장하는 휘발성 메모리(RAM)와 마이크로컨트롤러의 프로그래밍 명령어 세트(펌웨어)를 저장하는 비휘발성 플래시 메모리가 모두 포함되어 있습니다.
  
  
• 주변 장치: 마이크로컨트롤러에는 사용 목적에 따라 타이머, 카운터, 아날로그-디지털(ADC) 및 디지털-아날로그(DAC) 신호 변환기(ADC)를 포함한 입력/출력(I/O) 인터페이스와 통신 프로토콜(UART, SPI, I2C) 등 다양한 보조 구성 요소가 포함될 수 있습니다. 보조 장치에는 LCD 화면, 이더넷 연결 포트 또는 이러한 유형의 모듈을 위한 인터페이스와 같은 구성 요소도 포함될 수 있습니다.

마이크로컨트롤러는 가볍고 작으며 필요한 전력이 비교적 낮기 때문에 스마트폰, 스마트워치, 기타 웨어러블 기기 등 배터리로 작동하는 가전제품에 이상적입니다.

오픈 소스 애호가들이 선호하는 저가형 마이크로컨트롤러 및 마이크로컨트롤러 개발 보드(예: Arduino 및 Adafruit에서 만든 보드)는 C, C++, Python과 같은 일반적인 프로그래밍 언어를 사용하여 통합 개발 환경(IDE) 내에서 쉽게 구성할 수 있습니다. 마이크로컨트롤러는 초보 개발자도 쉽게 사용할 수 있지만 프로토타이핑, 로보틱스, 자동차 시스템, 산업 자동화 및 사물인터넷(IoT) 애플리케이션을 비롯한 광범위한 전문 애플리케이션의 시스템을 제어하는 데에도 자주 사용됩니다.

마이크로컨트롤러와 마이크로프로세서는 많은 유사점을 공유합니다. 둘 다 컴퓨팅 로직을 실행할 수 있는 단일 칩 프로세서로 설명할 수 있으며, 일반 컴퓨팅 기술의 개발과 확산에서 매우 중요한 역할을 한다는 점도 같습니다. 그러나 두 구성 요소는 하드웨어 아키텍처와 적용 분야에서 다른 점이 있습니다.

마이크로 컨트롤러의 가장 큰 특징은 필요한 모든 컴퓨팅 요소를 단일 칩에 결합한 것으로, 작동하는 데 추가적인 외부 회로가 필요하지 않습니다. 반대로 마이크로프로세서는 CPU와 메모리, 직렬 인터페이스, I/O 및 기타 필요한 기능을 제공하는 여러 가지 지원 칩으로 구성됩니다.

마이크로프로세서와 CPU라는 용어가 같은 의미로 사용되기도 하지만, 마이크로프로세서 반도체는 CPU가 포함되어 있고 입출력 장치와 같은 다른 외부 보조 장치에 연결할 수 있는 단일 집적 회로로 설명하는 것이 더 정확합니다.

이 두 가지 마이크로칩의 주요 차이점은 마이크로컨트롤러는 독립형인 반면, 마이크로프로세서는 외부 보조 장치와 연결되도록 설계되었다는 것입니다.

따라서 마이크로프로세서에는 향상된 처리 능력을 가진 특수 하드웨어가 필요할 수 있는 일반화되고 까다로운 작업이 더 적합합니다. 센서 또는 모터 제어와 같은 임베디드 시스템 내의 특정 작업은 마이크로컨트롤러에 적합한 애플리케이션의 좋은 예입니다.

마이크로컨트롤러와 마이크로프로세서를 비교할 때는 다음과 같은 네 가지 주요 특징을 고려하는 것이 도움이 됩니다.

1. 통합:
   • 마이크로컨트롤러는 CPU, 메모리 및 I/O 보조 장치를 단일 칩에 통합합니다.
   • 마이크로프로세서에는 외부 메모리와 추가 보조 장치가 필요합니다.
2. 애플리케이션:
   • 마이크로컨트롤러는 가전제품이나 IoT 장치와 같은 임베디드 시스템 내의 특정 저전력 또는 초저전력 애플리케이션에 더 적합합니다.
   • 마이크로프로세서는 개인용 컴퓨터 또는 데이터 센터의 서버처럼 더 많은 처리 능력이 필요한 범용 및 고성능 애플리케이션에 적합합니다.
3. 성능:
   • 마이크로컨트롤러는 효율성과 실시간 처리에 최적화되어 있으며 최대 200MHz의 낮은 클럭 속도로 작동합니다.
   • 마이크로프로세서는 보다 까다롭고 복잡한 계산을 위해 제작되었으며 1GHz 이상의 클럭 속도로 작동할 수 있습니다.
4. 운영 비용:
   • 마이크로컨트롤러 하드웨어는 비용이 저렴하고, 전문적인 프로그래밍 지식이 필요하지 않기 때문에 전체 프로젝트 예산에 큰 영향을 미치지 않습니다.
   • 마이크로프로세서는 더 비싸고 복잡하며, 고급 마이크로프로세서 기반 시스템을 구성하려면 전문 기술이 필요할 수 있습니다.

최초의 마이크로컨트롤러 유형은 연구자들이 CPU, 메모리 및 주변 장치 구성 요소를 단일 칩으로 통합하는 기술을 개발함에 따라 마이크로프로세서 제조 기술이 발전하면서 생겨났습니다.

Texas Instruments의 엔지니어인 게리 분(Gary Boone)과 마이클 코크란(Michael Cochran)이 1971년에 최초의 마이크로컨트롤러를 만든 것으로 알려져 있습니다. Intel과 같은 제조업체와 일본의 여러 전자제품 업체가 빠르게 그 뒤를 따랐습니다.

현재 Intel, NXP 및 Arm과 같은 수십 개의 다양한 마이크로컨트롤러 제조업체는 애호가와 아마추어를 위한 범용 옵션부터 전문 기술자 및 모든 종류의 산업을 위한 고도로 전문화된 솔루션에 이르기까지 수백 가지 종류의 제품을 제공하고 있습니다.

다음은 몇 가지 일반적인 유형의 마이크로컨트롤러입니다.