Systèmes embarqués et microcontrôleurs

Cette leçon de révision pour le Baccalauréat technologique STI2D, spécialité Systèmes d'information et numérique (SIN), traite des systèmes embarqués et des microcontrôleurs, thème central du programme officiel de Terminale.

Le cours présente le microcontrôleur comme l'unité centrale de traitement d'un système embarqué, regroupant processeur, mémoire et périphériques. Il distingue les deux types de mémoire qu'il embarque : la mémoire RAM, volatile, utilisée pour stocker les données temporaires du programme, et la mémoire Flash, non-volatile, utilisée pour stocker le code du programme lui-même. Les caractéristiques propres à un système embarqué sont travaillées : une consommation d'énergie optimisée et une conception dédiée à une tâche spécifique, par opposition à un système informatique généraliste.

La leçon détaille les entrées/sorties du microcontrôleur, avec les broches GPIO (General Purpose Input Output) configurables en entrée ou en sortie, ainsi que le convertisseur analogique-numérique (CAN), qui transforme la tension analogique délivrée par un capteur en valeur binaire exploitable par le processeur. Les protocoles de communication série I2C et SPI, standards pour relier des capteurs et périphériques à courte distance, sont présentés, de même que la modulation de largeur d'impulsion (PWM), technique permettant de faire varier la puissance moyenne délivrée à une charge via son rapport cyclique — utile par exemple pour contrôler la vitesse d'un moteur ou la luminosité d'une LED.

Le cours aborde également des mécanismes de fiabilité et de réactivité : l'interruption, qui force le processeur à suspendre sa tâche principale pour traiter un événement prioritaire, le watchdog (chien de garde), qui réinitialise le système en cas de blocage logiciel pour garantir sa fiabilité, ainsi que le RTOS (Real-Time Operating System), système d'exploitation garantissant des temps de réponse déterministes pour les applications critiques.

Cette thématique est incontournable pour l'épreuve de spécialité SIN, car le microcontrôleur est au cœur de la quasi-totalité des projets techniques STI2D. Savoir identifier les périphériques d'un microcontrôleur, expliquer le rôle d'une interruption ou d'un watchdog, fait partie des compétences attendues.

L'apprenant s'entraîne avec un quiz de 10 questions corrigées, 12 flashcards de révision (GPIO, PWM, I2C/SPI, watchdog, RTOS), et un mode examen oral portant sur la différence entre mémoire volatile et non-volatile.

• Décrire le rôle du microcontrôleur comme unité centrale de traitement d'un système embarqué.
• Distinguer la mémoire RAM (volatile) de la mémoire Flash (non-volatile).
• Expliquer le rôle des broches GPIO et du convertisseur analogique-numérique (CAN).
• Citer les protocoles I2C et SPI et leur usage pour connecter des capteurs à un microcontrôleur.
• Expliquer le principe de la modulation de largeur d'impulsion (PWM) et son rapport cyclique.
• Décrire le rôle d'une interruption et d'un watchdog dans la fiabilité d'un système embarqué.
• Justifier l'intérêt d'un système d'exploitation temps réel (RTOS) pour des tâches critiques.

Matériel d'entraînement élaboré par Zestly. Le contenu couvre les broches GPIO, la modulation PWM, et les mécanismes de watchdog/interruption.