【芯极速】单片机的结构及其应用原理！

来源：芯极速

单片机是一种集成电路芯片。那么，学习单片机必须要知道的小知识是哪些呢？

下面，我们将和大家分享一下关于单片机的定义、结构以及它的应用原理。

如何定义单片机

(1)单片机就是一台微型计算机。

(2)台式电脑或者笔记本电脑（这种计算机叫PC）也是一种计算机系统，这种计算机系统由很多个零部件组成。这些零部件由不同的厂商生产，可以去组合组装成一台电脑。

(3)单片机这台计算机的所有零件全部做在了一个IC内部，并且出厂前被塑料壳封装起来了。传统计算机中的主要部件单片机都有，都集成到内部去了。

(4)MCU的概念（参考百度百科词条：MCU），所以说大家看到：单片机、单片微型计算机、MCU、微控制器、微控制单元等，都是一个意思。

微控制单元(Microcontroller Unit；MCU) ，又称单片微型计算机(Single Chip Microcomputer )或者单片机，是把中央处理器(Central Process Unit；CPU)的频率与规格做适当缩减，并将内存(memory)、计数器(Timer)、USB、A/D转换、UART、PLC、DMA等周边接口，甚至LCD驱动电路都整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机，为不同的应用场合做不同组合控制。诸如手机、PC外围、遥控器，至汽车电子、工业上的步进马达、机器手臂的控制等，都可见到MCU的身影。

单片机的结构框图

首先我们得知道，计算机系统有三大组成部分：CPU、内部存储器、IO。

IO就是input/output，也就是输入输出。譬如键盘、鼠标、触摸屏等就是输入设备，而LCD显示器、声卡等就是输出设备。

（图片来源于网络）

我们来看单片机这个计算机系统的结构框图：

(1)框图中的方块是组成部件、箭头表示总线Bus。

(2)CPU处于单片机系统的核心位置，别的模块都通过总线和CPU进行关联。别的模块之间一般没有总线直接相连，有时候2个互相有关系的模块也会有总线直接相连。

(3)IO其实就是芯片上的引脚，不同的单片机型号有不同的IO数量和定义。

单片机的工作原理

主要器件负责干嘛？CPU、存储器、IO

统一的时钟节拍

(1)这里有一个概念叫：同步。同步就是好多个独立的部分按照同一个节奏步调来动，以此来实现一个配合。

(2)和同步相对的一个概念叫异步，异步就是各自干各自的。

(3)单片机的各个模块之间是同步工作的，CPU和存储器和IO和单片机中其他东西这些模块之间通过一个统一的节拍来同步工作，这个统一节拍就是单片机的时钟。

(4)这个时钟节拍对单片机很重要，单片机内部在一个时钟节拍中只能做一件事情。所以单片机要发生一些变化或者做一些事情，最小的时间单位就是1个时钟节拍。单片机的时间单位都是时钟节拍的整数倍。

(5)单片机中的CPU、存储器、IO等都是以时钟节拍为动作节拍的，所以单片机是一个同步系统。

(6)时钟周期的长度（时钟节拍的快慢）影响了单片机的速度，所以这个时钟就叫做单片机的主频。主频越高性能越高，一般PC的主频都是2G多3G多，51单片机的主频MHz级别。一般手机CPU的主频也在1G-2G左右。一般高级单片机如STM32的主频在百MHz级别。

（图片来源于网络）