Mikrodenetleyici programlanabilme, bir programı içerisinde depolayıp daha sonra çalıştırabilme özelliklerine sahip tek bir chip 'ten oluşan bilgisayardır. Bu özelliği mikrodenetleyicileri mikroişlemcilerden ayıran özelliğidir.

Mikrodenetleyicilerde bir CPU ( Central Process Unit ) , RAM ( Random Access Memory )  ROM ( Read Only Memory ) , input - output ( giriş - çıkış  I/O ) uçları , seri ve parelel portlar , sayıcılar ( counter ) ve bazı mikrodenetleyicilerde de Analog 'dan Digital 'e ( A/D ) ya da Digital 'den Analog 'a ( D/A ) çeviriciler (konvertör ) bulunur. Mikroişlemciler kullanılarak oluşturulan sistemlerde ise ( örneğin kullandığımız bilgisayarlar ) bu özelliklerin her biri için ayrı mikroişlemci kullanılır.

Mikrodenetleyicileri mikroişlemcilerden ayıran diğer bir özellikleri gerçek zamanlı uygulamalarda çalışmalarıdır. Gerçek zamanlı uygulamalarda işlemcinin dışındaki elektronik ortamdan)gelen işaretler çok hızlı değişim gösterebilir. Bu nedenle bunları işleyip gereken çıkışları aynı hızlılıkta dış dünyaya uygulamak gerekebilir. Mikrodenetleyiciler böyle bir performansı, çok küçük boyutlarda ve çok daha az güç tüketerek gerçekleştirebilirler. Öte yandan mikrodenetleyicilerin matematik işlem yapma yeteneklerinin kısıtlı olduğundan, çok çeşitli on-chip çevre birimlerine sahip olmakla birlikte bunların kapasitelerinin de sınırlı olması nedeniyle bir mikroişlemcinin kullanıldığı (kişisel bilgisayar gibi) yerler için uygun değildirler. Sonuç olarak mikroişlemciler ve mikrodenetleyiciler temelde aynı alt yapı çalışma mantığına sahip olmakla birlikte kullanım yeri ve amacına göre iki ayrı grup ürün olarak değerlendirilebilir.

Mikrodenetleyiciler Neden Kullanılırlar?

Mikrodenetleyiciler ucuz olmaları, tek mikrodenetleyici ile elektronik çözümler üretebilme imkanı ve mikrodenetleyici içinde program depolayabilme ve istenildiğinde çalıştırabilme olanağı gibi nedenlerle tercih edilirler.

Mikroişlemcinin kullanımı ve mikroişlemcili sistemin tasarımı mikrodenetleyicili sisteme göre hem daha masraflı hem de daha karmaşıktır. Mikrodenetleyicili bir sistemin çalışması için elemanın kendisi ve bir osilasyon kaynağının olması yeterlidir. Mikrodenetleyicinin ihtiyaç duyduğu önbellek ve giriş çıkış birimi bir yonga içerisinde bulunmaktadır. Ancak mikroişlemcili bir sistemde önbellek harici olarak bulunur.

Mikrodenetleyici Mimarisi

Mikrodenetleyici mimarileri hafıza organizasyonu açısından ya da komut işleme tekniği açısından sınıflandırılabilir.

Hafıza organizasyonu açısından mikrodenetleyiciler Von Neuman ve Harvard olmak üzere iki mimari üzerine tasarlanır. Geçmişte Von Neuman mimarisi tercih edilse de 1970’li yılların sonlarında Harvard mimarisi mikrodenetleyici tasarımında standart hale gelmiştir. Günümüzde bu iki mimari yapının özelliklerini de içeren mikrodenetleyiciler (MAXQ ailesi) de bulunmaktadır.

Von Neuman mimarisinde tümleşik tek bellek bulunur. Yani veri ve program alanı aynı hafıza haritası üzerinde bulunur. Bu mimari 80X86, 68HC11, v.b. işlemcilerde kullanılmıştır. PC olarak bilinen kişisel bilgisayarlar arasında standarttır.

Bu mimarinin birimleri bellek, merkezi işlem birimi ve giriş / çıkış birimleridir. Bileşenler arasındaki iletişim, iletişim yolları adı verilen kanallar ile gerçekleşir. Bu iletişim yolları ; veri yolları, adres yolları ve kontrol yollarıdır.

İşlem biriminin bellek biriminden ayrıştırılması bu mimarinin en önemli özelliğidir. Komut ve veri için aynı belleğin kullanıldığı ‘Von Neuman Mimarisinde’, komut ve veriler aynı yol kullanılarak iletilirler. Bu durum, komut ve verinin iletilmesinin gerektiği durumlarda veri ile ilgili iletişim sistemlerinin, komut ile ilgili iletişim işlemlerini beklemesini gerektirir.

Harvard mimarisinde yalıtılmış çift bellek bulunur. Yani veri ve program alanı ayrı hafıza ünitesi üzerindedir.

Bu mimaride veri ve komutları iletmek amacıyla kullanılan yollar birbirinden bağımsızdır. İletim için kullanılan yolların farklı olması, aynı anda veri ve komutun iletilmesini mümkün hale getirir. Diğer bir ifadeyle, komut kod bellekten okunurken, komutun gerçekleştirilmesi sırasında ihtiyaç duyulan veri, veri belleğinden okunabilir.

Harvard Mimarisi, performansın çok önemli olduğu sistemlerde ve günümüzde özellikle sayısal işaret işleme görevini yapan tümleşik devrelerde (DSP: Digital Signal Processor) ve güvenliğin önemsendiği mikrodenetleyicilerde tercih edilmektedir.

Mikrodenetleyiciler Nasıl Kullanılırlar?

Mikrodenetleyiciler, program dilleri ile oluşturulan kodların uygun derleyiciler kullanarak mikrodenetleyiciye aktarılması ile programlanır. Program içerisinde belirli koşullara ya da  input - output ( I / O ) uçlarından alınan sinyallere göre kararlar verdirilebilir. Elde edilen sinyallere ve verilere göre matematiksel ve mantıksal işlemler yapılarak sonuçlar tekrar I / O uçlarından digital sinyaller halinde ( 5 V = lojik 1 , 0 V = lojik 0 ) verilir.

Piyasadaki Bazı Mikrodenetleyiciler