Un microcontrôleur (généralement désigné par l'abréviation MCU ou µC) est essentiellement un ordinateur à une puce. Les microcontrôleurs partagent de nombreuses similitudes avec les microprocesseurs et quasiment tous les microcontrôleurs disponibles actuellement présentent des caractéristiques qui les associent à une grande variété de puces entre les extrêmes des microcontrôleurs et microprocesseurs finaux. Il existe toutefois différentes caractéristiques qui les distinguent.

Une caractéristique commune aux microcontrôleurs est une mémoire sur puce limitée (généralement une mémoire flash) pour stocker le code d'exécution. Certains microcontrôleurs exécutent le code directement à partir de cette mémoire. Il n'est toutefois pas rare de trouver également des microcontrôleurs avec une quantité minime de RAM. La mémoire sur puce permet aux microcontrôleurs de lancer rapidement l'exécution du code après la mise sous tension. Bien qu'une mémoire interne implique une durée d'accès plus rapide, la mémoire disponible pour un microcontrôleur est généralement limitée. Cette mémoire limitée ne constitue généralement pas un inconvénient, car les microcontrôleurs sont principalement utilisés dans des applications impliquant de petits programmes intégrés pour un but précis.

Une autre caractéristique liée aux microcontrôleurs est un rail d'alimentation unique. Ce système simplifié implique généralement la nécessité d'un nombre moins important de composants externes dans les systèmes à microcontrôleur.

La plupart des microcontrôleurs s'appuient sur des bus de communication en série (I2C, SPI, UART) pour l'interface avec les puces et appareils externes. Cela permet généralement d'obtenir des conceptions plus simples et des PCB plus petites. Comme le rail d'alimentation unique, les bus en série impliquent généralement la nécessité d'un moins grand nombre de composants discrets externes pour la conception d'un microcontrôleur.

Les vitesses d'horloge les plus fréquemment associées aux microcontrôleurs sont inférieures à 200 MHz, mais ils fonctionnent correctement dans les applications en temps réel du fait de leur faible dépendance (voire nulle) vis-à-vis des mémoires externes[RS1] . Les microcontrôleurs sont également généralement conçus dans l'objectif d'un traitement basé sur l'interruption. Ils incluent généralement des instructions de manipulation au niveau du bit fiables, ce qui permet de les utiliser dans des applications en temps réel à usage unique.

Bien que les microcontrôleurs puissent être choisis en fonction de différents critères, la largeur du bus exprimée en bits constitue le point de départ le plus fréquemment utilisé pour choisir un microcontrôleur. Les options courantes sont de 8, 16 et 32 bits. Des bus plus larges offrent de meilleures performances dans la plupart des applications.