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微控制器(MCU)入门知识点 1970/01/01 08:33:39 | 来源:深圳市英瑞尔芯科技有限公司

微控制器(Microcontroller Unit,简称MCU),又称为单片机,是一种集成在芯片上的微型计算机,用于控制嵌入式系统中的特定操作。典型的微控制器在单个芯片上包括处理器,存储器和输入/输出(I/O)外围设备。

目前,国外微控制器(MCU)包括恩智浦半导体、意法半导体、微芯。

可应用于车辆、机器人、办公机器、医疗设备、移动无线电收发器,自动售货机和家用电器等许多种设备中。下面我们来了解微控制器(MCU)入门知识点。


一、微控制器功能

微控制器的处理器因应用而异,选择范围从简单的4位,8位或16位处理器到更复杂的32位或64位处理器。在存储器方面,微控制器可以使用随机存取存储器(RAM),闪存(flash),EPROM或EEPROM。通常,微控制器设计为在没有额外计算组件的情况下易于使用,因为它们设计有足够的板载存储器以及提供用于通用I/O操作的引脚,因此它们可以直接与传感器和其他组件连接。

微控制器架构可以基于哈佛架构或冯诺依曼架构,两者都提供在处理器和存储器之间交换数据的不同方法。采用哈佛架构,数据总线和指令是分开的,允许同时传输。采用Von Neumann架构,仅使用一条总线用于数据和指令。

微控制器处理器可以基于复杂指令集(CISC)或精简指令集(RISC)。CISC通常有大约80条指令,而RISC大约有30条,以及更多的寻址模式,12-24条与RISC的3-5条相比。虽然CISC可以更容易实现并且具有更高效的存储器使用,但由于执行指令所需的时钟周期数更多,因此可能会降低性能。更加重视软件的RISC通常提供比CISC处理器更好的性能,后者由于其简化的指令集而更加重视硬件,因此提高了设计的简单性,但由于它强调软件,软件可能更复杂。使用哪种ISC因应用而异。

最初,微控制器仅使用汇编语言。而现在,使用C语言编程的比较多。

MCU具有输入和输出引脚,可实现外设功能。这些功能包括模数转换器,液晶显示(LCD)控制器,实时时钟(RTC),同步/异步接收器发送器(USART),定时器,通用异步接收器发送器(UART)和通用串行总线(USB))连通性。此外,收集与湿度和温度相关的数据的传感器也经常使用到微控制器。

二、微控制器的类型

常见的MCU包括IntelMCS-51,通常被称为8051单片机,最初于1985年开发。Atmel于1996年开发的AVR微控制器;Microchip的可编程接口控制器(PIC);其他还有各种基于ARM核心的单片机。

国外有许多公司制造和销售微控制器,包括恩智浦半导体(NXP),微芯(Microchip)、爱特梅尔(Atmel)、新唐(Nuvoton)和德州仪器(TI)。国内的公司包括华大半导体(HDSC)、英锐恩(enroo)、新唐、兆易和上海灵动。

三、微控制器的应用

微控制器(MCU)的行业应用方案有很多种,包括家庭和企业、楼宇自动化、制造、机器人、汽车、照明、智能能源、工业自动化,通信和物联网(IoT)部署。

最简单的使用微控制器的日常电器,例如烤箱、冰箱、烤面包机、移动设备、咖啡机、游戏机,电视和草坪灌溉系统。它们在办公室机器中也很常见,例如复印机、扫描仪、传真机和打印机,以及智能电表,ATM和安全系统。

更复杂的微控制器在飞机、航天器、远洋船只、车辆、医疗和生命支持系统以及机器人中执行关键功能。在医疗场景中,微控制器可以调节人造心脏,肾脏或其他器官的运作。此外,它们还可以提高假肢等装置的功能。

四、微控制器与微控制器的区别

微控制器和微处理器之间的区别已经不那么明显了,因为芯片密度和复杂性已经变得相对便宜,并且微控制器因此集成了更多“通用计算机”类型的功能。但总的来说,可以说微控制器可以独立运行,直接连接到传感器和执行器,微处理器的设计目的是最大化芯片上的计算能力,内部总线连接支持RAM和串口等硬件。简而言之,咖啡机使用微控制器,台式计算机使用微处理器。

微控制器比微处理器更便宜,耗电更少。微处理器没有内置RAM,只读存储器(ROM)或芯片上的其他外围设备,而是通过它们的引脚连接到这些外围设备。微处理器可以被认为是计算机系统的核心,而微控制器可以被认为是嵌入式系统的核心。

五、选择合适的微控制器

在为项目选择微控制器(MCU)时,需要记住许多技术和业务注意事项。除了成本之外,重要的是要考虑MCU的最大速度,RAM或ROM大小,I/O引脚的数量或类型,以及功耗和约束以及开发支持。