什么是微控制器MCU？通用组件的定义特征和架构

什么是微控制器？通用组件的定义特征和架构

在本文中，我们将研究这些极受欢迎的 IC 的定义特征，然后我们将探索其内部架构。

如果我必须选择一项对任何工程师的技能来说都是最有价值的技能，那无疑是精通基于微控制器的电路设计。

微控制器在塑造现代生活的技术革命中发挥了基本的——我什至可以说是主导的——作用。微控制器是小型、多功能、廉价的设备，不仅可以由经验丰富的电气工程师成功实施和编程，也可以由其他学科的爱好者、学生和专业人士成功实施和编程。

可能的微控制器应用列表太长了，我什至不愿举个例子。低成本可穿戴设备、医疗设备、高端消费电子产品、坚固耐用的工业设备、最先进的军事和航空航天系统——这些适应性强、价格合理、用户友好的组件几乎是任何电子产品的受欢迎的补充。

这款任意波形发生器是我围绕 8 位微控制器设计的众多电路板之一。

在本文中，我们将回顾微控制器的定义并考虑它在设计中的用途。

 
什么是微控制器？

微控制器是一种集成电路 (IC) 设备，用于控制电子系统的其他部分，通常通过微处理器单元 (MPU)、存储器和一些外围设备。这些设备针对需要处理功能以及与数字、模拟或机电组件进行敏捷、响应式交互的嵌入式应用进行了优化。

提到此类集成电路的最常见方式是“微控制器”，但缩写“MCU”可互换使用，因为它代表“微控制器单元”。您可能偶尔也会看到“μC”（希腊字母 mu 替换“微”）。

“微控制器”是一个精心挑选的名称，因为它强调定义该产品类别的特征。前缀“微型”意味着小型化，术语“控制器”在这里意味着执行控制功能的增强能力。如上所述，此功能是将数字处理器和数字存储器与专门设计用于帮助微控制器与其他组件交互的附加硬件相结合的结果。

 
微控制器与微处理器

人们有时会在提到微控制器时使用术语“微处理器”或“MPU”，但这两种设备不一定相同。微处理器和微控制器都作为小型、高度集成的计算机系统运行，但它们可能用于不同的目的。

术语“处理器”用于标识由中央处理单元和（可选）一些内存组成的系统；微处理器是一种在单个集成电路中实现处理器所有功能的设备。相比之下，微控制器更加重视额外的硬件模块，这些模块允许设备控制系统，而不是简单地执行指令和存储数据。

下图说明了这个概念。

 

总的来说，当我们非正式地交谈或试图避免一遍又一遍地说同一个词时，交替使用“微处理器”和“微控制器”这两个术语并不是什么大问题。然而，在技术讨论的背景下，保持这两个概念之间的区别很重要。

 
微控制器与数字信号处理器 (DSP)

数字信号处理器（或“DSP”）是一种微处理器，针对要求苛刻的计算任务进行了优化，例如数字滤波、实时信号的数学分析和数据压缩。高度复杂的微控制器可能能够替代数字信号处理器，但如果其内部电路的很大一部分旨在控制、监视和与周围系统通信，它仍被视为微控制器。
微控制器的元素

微控制器由中央处理单元 (CPU)、非易失性存储器、易失性存储器、外围设备和支持电路组成。

 
中央处理单元

CPU 执行算术运算，管理数据流，并根据程序员创建的指令序列生成控制信号。设计人员看不到 CPU 功能所需的极其复杂的电路。事实上，得益于集成开发环境和 C 等高级语言，为微控制器编写代码通常是一项相当简单的任务。

 
记忆

非易失性存储器用于存储微控制器的程序，即（通常很长）机器语言指令列表

 

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