Mikrokontroller on integraallülituse kiip, mis integreerib muude funktsioonide hulgas mikroprotsessori tuuma, mälu, sisend-/väljundseadmed ja kella. Sellel on võimsad arvutus- ja juhtimisvõimalused ning seda kasutatakse laialdaselt erinevates elektroonikaseadmetes, nagu kodumasinad, autoelektroonika, sideseadmed ja tööstusautomaatika.
Mikrokontrolleri põhistruktuur koosneb järgmistest põhikomponentidest:
1. Mikroprotsessori tuum (CPU): mikrokontrolleri tuum on mikroprotsessor, mis vastutab käskude täitmise, arvutuste tegemise, andmevoo juhtimise ja välisseadmete haldamise eest. Levinud mikrokontrolleri tuumade hulka kuuluvad 8-bitised, 16-bitised ja 32-bitised variandid, nagu Intel 8051 seeria ja ARM Cortex-M seeria.
2. Mälu: mikrokontroller sisaldab erinevat tüüpi mälu, mida kasutatakse programmikäskude, andmete ja muutujate salvestamiseks. Nende hulka kuuluvad peamiselt programmimälu (ROM, Flash), andmemälu (RAM) ja püsimälu (EEPROM). Programmimälu kasutatakse programmikoodi ja konstantsete andmete salvestamiseks, andmemälu aga muutujate ja andmete salvestamiseks programmi täitmise ajal.
3. Sisend/väljundseadmed (I/O): mikrokontrollerid suhtlevad väliskeskkonnaga sisend- ja väljundseadmete kaudu. Levinud sisendseadmete hulka kuuluvad nupud, lülitid ja andurid, samas kui väljundseadmete hulka kuuluvad LED-id, sumistid ja vedelkristallkuvarid (LCD). Mikrokontrolleritel on tavaliselt mitu üldotstarbelist -sisendi/väljundi (GPIO) kontakti, mida saab programmeerida toimima sisendite või väljundina.
4. Kellaahel: mikrokontroller vajab oma sisemiste toimingute sünkroonimiseks stabiilset kellasignaali. Kellaahel annab taktsignaali, mida kasutatakse mikroprotsessori tuuma töökiiruse ja taktitsükli juhtimiseks. Levinud kellaahelate hulka kuuluvad kristallostsillaatorid ja keraamilised resonaatorid.
5. Välised katkestused: mikrokontroller võib väliste katkestuslülitite kaudu vastu võtta väliseid signaale, näiteks nuppudelt või anduritelt saadavaid signaale. Välise katkestuse käivitamisel saab mikrokontroller peatada oma praeguse ülesande, käivitada katkestuse teenuse rutiini ja käsitleda välist sündmust.
6. Jadaliides: mikrokontrolleritel on tavaliselt jadaliidesed andmete vahetamiseks teiste seadmetega. Levinud jadaliideste hulka kuuluvad UART (universaalne asünkroonne vastuvõtja-saatja), SPI (serial Peripheral Interface) ja I2C (Inter-Integrated Circuit).
7. Ajastus ja juhtimine: mikrokontroller vajab ajastus- ja juhtimisahelat erinevate juhtsignaalide genereerimiseks, mida kasutatakse selle erinevate komponentide töö koordineerimiseks. Ajastus- ja juhtimisahelad hõlmavad ajastusgeneraatoreid ja ajastuse loogikaahelaid.
Eelnev kirjeldab mikrokontrolleri põhistruktuuri. Kuigi erinevate mudelite ja kaubamärkide vahel võib esineda mõningaid erinevusi, jääb üldine struktuur suures osas samaks. Mikrokontrollerite võimsad võimalused ja paindlikkus muudavad need manustatud süsteemi disainis asendamatuks põhikomponendiks.