מיקרו-בקר הוא שבב מעגל משולב המשלב בין פונקציות ליבת מיקרו-מעבד, זיכרון, התקני קלט/פלט ושעון. הוא בעל יכולות מחשוב ובקרה חזקות ונמצא בשימוש נרחב במכשירים אלקטרוניים שונים, כגון מכשירי חשמל ביתיים, אלקטרוניקה לרכב, ציוד תקשורת ואוטומציה תעשייתית.
המבנה הבסיסי של מיקרו-בקר מורכב מהרכיבים העיקריים הבאים:
1. ליבת מיקרו-מעבד (CPU): הליבה של מיקרו-בקר היא מיקרו-מעבד, שאחראי על ביצוע הוראות, ביצוע חישובים, בקרת זרימת הנתונים וניהול התקנים היקפיים. ליבות מיקרו-בקר נפוצות כוללות גרסאות של 8-bit, 16-bit ו-32-bit, כגון סדרת Intel 8051 וסדרת ARM Cortex-M.
2. זיכרון: מיקרו-בקר מכיל סוגים שונים של זיכרון המשמש לאחסון הוראות תוכנית, נתונים ומשתנים. אלה כוללים בעיקר זיכרון תוכניות (ROM, Flash), זיכרון נתונים (RAM) וזיכרון לא -נדיף (EEPROM). זיכרון תוכנית משמש לאחסון קוד תוכנית ונתונים קבועים, בעוד שזיכרון נתונים משמש לאחסון משתנים ונתונים במהלך ביצוע התוכנית.
3. התקני קלט/פלט (I/O): מיקרו-בקרים מקיימים אינטראקציה עם הסביבה החיצונית באמצעות התקני קלט ופלט. התקני קלט נפוצים כוללים לחצנים, מתגים וחיישנים, בעוד שהתקני פלט כוללים נוריות LED, זמזמים ותצוגות גביש נוזלי (LCD). למיקרו-בקרים יש בדרך כלל פיני קלט/פלט-כלליים (GPIO) שניתן לתכנת לתפקד ככניסות או יציאות.
4. מעגל שעון: מיקרו-בקר דורש אות שעון יציב כדי לסנכרן את הפעולות הפנימיות שלו. מעגל השעון מספק את אות השעון המשמש לשליטה על מהירות הפעולה ומחזור השעון של ליבת המיקרו-מעבד. מעגלי שעון נפוצים כוללים מתנדים קריסטל ומהודים קרמיים.
5. פסיקות חיצוניות: מיקרו-בקר יכול לקבל אותות חיצוניים, כגון אלה מכפתורים או חיישנים, באמצעות מפעילי פסיקה חיצוניים. כאשר מופעלת פסיקה חיצונית, המיקרו-בקר יכול להשעות את המשימה הנוכחית שלו, לבצע שגרת שירות פסיקה ולטפל באירוע החיצוני.
6. ממשק תקשורת טורית: מיקרו-בקרים כוללים בדרך כלל ממשקי תקשורת טוריים להחלפת נתונים עם מכשירים אחרים. ממשקי תקשורת טוריים נפוצים כוללים UART (משדר אוניברסלי אסינכרוני-משדר), SPI (ממשק היקפי טורי) ו-I2C (מעגל משולב בין-).
7. תזמון ובקרה: מיקרו-בקר דורש מעגל תזמון ובקרה כדי ליצור אותות בקרה שונים המשמשים לתיאום הפעולה של מרכיביו השונים. מעגלי תזמון ובקרה כוללים מחוללי תזמון ומעגלי תזמון לוגיים.
האמור לעיל מתאר את המבנה הבסיסי של מיקרו-בקר. אמנם ייתכנו שינויים קלים בין דגמים ומותגים שונים, אך המבנה הכללי נותר זהה במידה רבה. היכולות החזקות והגמישות של המיקרו-בקרים הופכים אותם למרכיב ליבה הכרחי בתכנון מערכת משובצת.