什么是微控制器？通用組件的定義特征和架構

在本文中，我們將研究這些極受歡迎的 IC 的定義特征，然后我們將探索其內部架構。

如果我必須選擇一項對任何工程師的技能來說都是最有價值的技能，那無疑是精通基于微控制器的電路設計。

微控制器在塑造現代生活的技術革命中發揮了基本的——我什至可以說是主導的——作用。微控制器是小型、多功能、廉價的設備，不僅可以由經驗豐富的電氣工程師成功實施和編程，也可以由其他學科的愛好者、學生和專業人士成功實施和編程。

可能的微控制器應用列表太長了，我什至不愿舉個例子。低成本可穿戴設備、醫療設備、高端消費電子產品、堅固耐用的工業設備、最先進的軍事和航空航天系統——這些適應性強、價格合理、用戶友好的組件幾乎是任何電子產品的受歡迎的補充。

這款任意波形發生器是我圍繞 8 位微控制器設計的眾多電路板之一。

在本文中，我們將回顧微控制器的定義并考慮它在設計中的用途。

 
什么是微控制器？

微控制器是一種集成電路 (IC) 設備，用于控制電子系統的其他部分，通常通過微處理器單元 (MPU)、存儲器和一些外圍設備。這些設備針對需要處理功能以及與數字、模擬或機電組件進行敏捷、響應式交互的嵌入式應用進行了優化。

提到此類集成電路的最常見方式是“微控制器”，但縮寫“MCU”可互換使用，因為它代表“微控制器單元”。您可能偶爾也會看到“μC”（希臘字母 mu 替換“微”）。

“微控制器”是一個精心挑選的名稱，因為它強調定義該產品類別的特征。前綴“微型”意味著小型化，術語“控制器”在這里意味著執行控制功能的增強能力。如上所述，此功能是將數字處理器和數字存儲器與專門設計用于幫助微控制器與其他組件交互的附加硬件相結合的結果。

 
微控制器與微處理器

人們有時會在提到微控制器時使用術語“微處理器”或“MPU”，但這兩種設備不一定相同。微處理器和微控制器都作為小型、高度集成的計算機系統運行，但它們可能用于不同的目的。

術語“處理器”用于標識由中央處理單元和（可選）一些內存組成的系統；微處理器是一種在單個集成電路中實現處理器所有功能的設備。相比之下，微控制器更加重視額外的硬件模塊，這些模塊允許設備控制系統，而不是簡單地執行指令和存儲數據。

下圖說明了這個概念。

 

總的來說，當我們非正式地交談或試圖避免一遍又一遍地說同一個詞時，交替使用“微處理器”和“微控制器”這兩個術語并不是什么大問題。然而，在技術討論的背景下，保持這兩個概念之間的區別很重要。

 
微控制器與數字信號處理器 (DSP)

數字信號處理器（或“DSP”）是一種微處理器，針對要求苛刻的計算任務進行了優化，例如數字濾波、實時信號的數學分析和數據壓縮。高度復雜的微控制器可能能夠替代數字信號處理器，但如果其內部電路的很大一部分旨在控制、監視和與周圍系統通信，它仍被視為微控制器。
微控制器的元素

微控制器由中央處理單元 (CPU)、非易失性存儲器、易失性存儲器、外圍設備和支持電路組成。

 
中央處理單元

CPU 執行算術運算，管理數據流，并根據程序員創建的指令序列生成控制信號。設計人員看不到 CPU 功能所需的極其復雜的電路。事實上，得益于集成開發環境和 C 等高級語言，為微控制器編寫代碼通常是一項相當簡單的任務。

 
記憶

非易失性存儲器用于存儲微控制器的程序，即（通常很長）機器語言指令列表

 

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