微操控器是小型,多功用,价格低廉的设备,不只能够由经验丰富的电气工程师,还能够由业余喜好者,学生和其他学科的专业人员成功施行和编程。
微操控器运用程序列表很长,比如低成本可穿戴设备,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体系,这些适应性强,价格合理,用户友爱的组件是简直被运用在一切电子产品上。
本文咱们将评论微操控器的界说,并考虑它在规划中的用处。
什么是微操控器?
微操控器是用于操控电子体系的其他部分的集成电路(IC)设备,一般经过微处理器单元(MPU),存储器和一些外围设备。这些器材针对嵌入式运用进行了优化,这些运用既需求处理功用,又需求灵敏,呼应性地与数字,模仿或机电组件交互。
参阅这类集成电路的最常见办法是“微操控器”,但缩写“MCU”可交换运用,由于它代表“微操控器单元”。您或许偶然也会看到“μC”(希腊字母mu替代“微”)。
“微操控器”是一个精心选择的称号,由于它着重界说此产品类别的特征。前缀“微”意味着小,这儿的术语“操控器”意味着增强的履行操控功用的才能。如上所述,此功用是将数字处理器和数字存储器与专门规划用于协助微操控器与其他组件交互的附加硬件相结合的成果。
微操控器与微处理器
在说到微操控器时,人们有时会运用术语“微处理器”或“MPU”,但这两个设备不一定相同。微处理器和微操控器都是小型,高度集成的核算机体系,但它们能够用于不同的意图。
术语“处理器”用于标识由中央处理单元和某些存储器组成的体系; 微处理器是在单个集成电路中完结处理器一切功用的设备。相比之下,微操控器愈加注重答应设备操控体系而不是简略地履行指令和存储数据的附加硬件模块。
总的来说,当咱们非正式地说话或许咱们企图防止一遍又一遍地说同一个词时,运用“微处理器”和“微操控器”这两个术语并不是一个首要的问题。可是,在技能评论的布景下,坚持两个概念之间的差异十分重要。
微操控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,它针对要求严苛的核算使命进行了优化,例如数字滤波,实时信号的数学分析和数据压缩。高度杂乱的微操控器能够用作数字信号处理器的替代品,但假如其内部电路的很大一部分用于操控,监督和与周围体系通讯,它依然被认为是微操控器。
微操控器的元素
微操控器由中央处理单元(CPU),非易失性存储器,易失性存储器,外围设备和支撑电路组成。
中央处理器
CPU履行算术运算,办理数据流,并依据程序员创立的指令序列生成操控信号。规划人员看不到CPU功用所需的极端杂乱的电路。实际上,由于集成开发环境和C言语等高档言语,编写微操控器代码一般是一项适当简略的使命。
回忆
非易失性存储器用于存储微操控器的程序 - 即机器言语指令列表,它们告知CPU切当的操作。您一般会看到“Flash”(指特定方式的非易失性数据存储)而不是“非易失性存储器”。
易失性存储器(即RAM)用于暂时数据存储。当微操控器断电时,该数据将丢掉。内部寄存器也供给暂时数据存储,但咱们不认为它们是一个独自的功用块,由于它们集成在CPU中。
外设
咱们运用“外围设备”一词来描绘有助于微操控器与外部体系交互的硬件模块。以下关键确认了各种外围设备并供给了示例。
数据转换器:模数转换器,数模转换器,参阅电压发生器
时钟发生: 内部振荡器,晶体驱动电路,锁相环
守时:通用守时器,实时时钟,外部事情计数器,脉冲调制
模仿信号处理: 运算放大器,模仿比较器
输入/输出:通用数字输入和输出电路,并行存储器接口
串行通讯: UART,SPI,I2C,USB
支撑电路
微操控器包括各种功用块,这些功用块不能归类为外设,由于它们的首要意图不是操控,监督或与外部组件通讯。尽管如此,它们十分重要 - 它们支撑设备的内部操作,简化完结并改善开发进程。
调试电路答应规划人员在履行指令时细心监控微操控器。这是一种盯梢过错和优化固件功用的重要且有时不可或缺的办法。
中止是微操控器功用的一个十分有价值的方面。中止由外部或内部根据硬件的事情生成,它们使处理器经过履行特定的指令组当即呼应这些事情。
用C编写的微操控器程序被组织成函数。中止导致程序履行“向量”到中止服务程序(ISR),而且在ISR完结其使命之后,处理器返回到中止发生时正在履行的功用。
假如时钟生成模块用于发生将在芯片外部运用的信号,则可将其视为外设,但在许多情况下,微操控器内部振荡器的首要用处是为CPU和外设供给时钟信号。内部振荡器一般精度较低,但在能够接受这种低精度的运用中,它们是简化规划和节约电路板空间的快捷有用办法。
微操控器能够包括各种类型的电源电路。集成稳压器答应片上生成所需的电源电压,电源办理模块可用于明显下降器材在非活动状况下的电流耗费,而且监控模块可在电源电压不稳守时将处理器置于安稳的复位状况足够高,以保证牢靠的操作。