หน่วยที่ 1 โครงสร้าง และส่วนประกอบของไมโครคอนโทรลเลอร์

 

ไมโครคอนโทรลเลอร์ (Microcontroller)

        คือ อุปกรณ์ควบคุมขนาดเล็กซึ่งมีความสามารถที่คล้ายคลึงกับระบบคอมพิวเตอร์ โดยรวบรวมเอาซีพียู หน่วยความจำ และพอร์ตซึ่งเป็นส่วนประกอบหลักที่สำคัญของระบบคอมพิวเตอร์เข้าด้วยกัน หรือจะเรียกอีกอย่างคือระบบคอมพิเตอร์ขนาดเล็ก

1) ส่วนประกอบพื้นฐานของไมโครคอนโทรลเลอร์

• CPU Core: หน่วยประมวลผลคำสั่ง (ALU, Register, Pipeline)
• หน่วยความจำ:
  • Program (Flash/ROM) เก็บเฟิร์มแวร์
  • SRAM เก็บตัวแปรขณะรัน
  • (อาจมี) EEPROM/NVS เก็บค่าถาวร
  • (ESP32) Cache + SPI Flash ภายนอก + RTC Memory + PSRAM (เสริม)
• Bus/Interconnect: เส้นทางเชื่อม CPU ↔ หน่วยความจำ ↔ เพอริเฟอรัล
• Peripherals: GPIO, Timer/Counter, PWM, ADC/DAC, UART/I²C/SPI, Watchdog ฯลฯ
• Clock/Power: แหล่งสัญญาณนาฬิกา, PLL, ตัวจัดการพลังงาน, โหมด Sleep
• Interrupt & Event: ระบบขัดจังหวะ เรียก ISR
• Boot & Security: ขั้นตอนบูต, fuse/eFuse, Bootloader, Partition (ESP32), Secure Boot/Flash Encrypt (ESP32)

2) Arduino UNO (ATmega328P – AVR 8-บิต @16 MHz)

            

CPU & สถาปัตยกรรม

• AVR 8-บิต RISC, single-core, Single-cycle ALU หลายคำสั่งรันใน 1–2 cycle
• Register File 32 ตัว (R0–R31), Harvard แยกคำสั่ง/ข้อมูล (Flash ≠ SRAM)

หน่วยความจำ (โดยทั่วไปบน UNO)

• Flash 32 KB (โปรแกรม) – ส่วนหนึ่งใช้ Bootloader
• SRAM 2 KB (ตัวแปร runtime, stack)
• EEPROM 1 KB (ค่าถาวร เช่น ค่าคาลิเบรต, การตั้งค่า)