マイクロコントローラとは？

マイクロコントローラの意味

CPUコアに加えて、プログラム用のフラッシュメモリ、作業用のRAM、タイマ、A/D変換器、シリアル通信、汎用入出力ポートなどの周辺回路を1チップに集積した制御用デバイス。汎用CPUのように高い演算性能を狙うのではなく、少ない部品点数・低消費電力・確定的な応答時間で機器を制御することを目的とする。

マイクロコントローラの具体例

家電のリモコン受信・表示制御、モータのPWM出力、温度センサのA/D入力といった処理を、8〜32ビットのマイコン1個で完結させる構成が典型。

マイクロコントローラは試験でどう引っ掛けられる？

「MPU（マイクロプロセッサ）」は演算コア中心で外付けメモリを前提とするのに対し、MCUは周辺回路まで内蔵している点が違う。

マイクロコントローラと関連する用語

• SoC
• DSP

マイクロコントローラが出た過去問

• マイコンの出力ポートに接続されたランプ回路を図に示す。ランプが点灯するのはどの場合か。

  正解：信号A=High、信号B=High

  要点：2信号がそろって初めてトランジスタが導通しランプが点灯

  この回路は、2つの出力ポート信号を論理素子で受け、その結果でトランジスタを駆動してランプを点灯させる構成である。トランジスタはベースに十分な電流が流れたときに導通し、コレクタ側のランプに電流を流す。したがって、ベース駆動が有効になる信号の組合せ、すなわち2つの信号がともにHighのときにだけランプが点灯する。誤って点灯しないよう、複数信号の一致を条件にしている点が設計上の狙いである。

  出典：平成28年度 春期 エンベデッドシステムスペシャリスト試験 am2 問16（IPA）

• マイコンに内蔵されたD/AコンバータのVout = (N/2ⁿ) × Vref の式において、N、nの組合せとして、適切なものはどれか。ここで、Vrefは基準電…

  正解：N=入力値、n=分解能

  要点：D/A出力は入力値÷2のビット数乗×基準電圧

  この式は、出力電圧が基準電圧を等分した目盛りのうち、何目盛り分かで決まることを表している。分母の指数nはビット数、すなわち分解能を表し、分子Nがそのときに与えたデジタルの入力値になる。nが大きいほど1目盛りが細かくなり、より滑らかな電圧を出力できる。

  出典：平成29年度 春期 エンベデッドシステムスペシャリスト試験 am2 問12（IPA）

• マイコンに供給するクロックとシリアル通信ポートに使用するクロックを共用するマイコンシステムがある。クロックを2ⁿ分の1に分周するだけで57.6kビット／秒の通信…

  正解：60

  要点：2のべき乗分周では速度×2ⁿに近いクロックを選ぶ

  分周比が2のべき乗に限られるので、目的の通信速度に2のべき乗を掛けた値に近いクロックを選ぶ必要がある。57.6kビット／秒を1024倍すると約58.98MHzなので、これに最も近い候補を選ぶ。60MHzを1024分周すると約58.6kビット／秒となり、誤差は約1.7%で許容範囲の5%以内に収まる。他の候補はいずれも1割以上ずれてしまう。

  出典：平成29年度 春期 エンベデッドシステムスペシャリスト試験 am2 問15（IPA）

• マイコンの出力ポートに接続されたランプ回路を図に示す。ランプが点灯するのはどの場合か。

  正解：信号A: High／信号B: High

  要点：AND構成のベース駆動は両信号がHighのときだけ点灯する

  この回路はトランジスタのベースを駆動する信号が両方そろって初めてベース電流が流れる構成で、論理積として働く。ベース電流が流れるとトランジスタがオンし、コレクタ側のランプ回路に電流が流れて点灯する。したがって信号A・信号Bがともにハイレベルのときだけランプが点灯する。

  出典：平成30年度 春期 エンベデッドシステムスペシャリスト試験 am2 問16（IPA）

• マイコンのJTAGを利用したデバッグ手法の説明として、適切なものはどれか。

  正解：マイコンの端子を通して、外部からマイコン内蔵のデバッグ支援機能を操作し、デバッグを行う。

  要点：JTAGデバッグはチップ内蔵のデバッグ機能を外部から操作する

  近年のマイコンは、CPUの停止・再開、レジスタやメモリの読み書き、ブレークポイント設定といったデバッグ支援機能をチップ内部に内蔵している。JTAG方式のデバッグでは、専用の端子を通して外部のデバッガからこの内蔵機能を操作するため、実機のプログラムをそのまま動かしながら解析できる。CPUを別の装置に置き換えるインサーキットエミュレータやROMを置き換える方式とは異なり、実装したままの状態で調べられるのが利点である。

  出典：令和2年度 10月 エンベデッドシステムスペシャリスト試験 am2 問19（IPA）