单片机是什么?常见的特征和体系结构组件

在本文中,我们来看看这些极受欢迎的特色ICs,然后我们将探讨内部架构。beplay体育下载不了

如果我必须选择一个技能,将最有价值的任何工程师的曲目,这无疑将是精通microcontroller-based电路设计。

单片机发挥了fundamental-I甚至会说技术革命的主导作用,塑造了现代生活。微控制器很小,多才多艺,便宜的设备,可以成功地实现和程序不仅由经验丰富的电气工程师,而且通过业余爱好者,学生,从其他学科和专业人士。

可能的单片机应用程序的列表太长,我甚至犹豫地举例。低成本的衣物、医疗设备、高端消费电子产品、崎岖的工业设备,最先进的军事和航天系统适应性强、可负担得起的,用户友好的组件是一个受欢迎的除了任何电子产品。

这任意波形发生器是许多电路板,我设计了一个8位单片机。

在本文中,我们将对单片机的定义和考虑在设计中它的作用是什么。

单片机是什么?

单片机是一种集成电路(IC)装置用于控制电子系统的其他部分,通常是通过一个微处理器单元(微控制器),内存,和一些外围设备。这些设备优化为嵌入式应用程序需要处理功能和敏捷,反应与数码互动,模拟,或机电组件。

最常见的方式是指这一类集成电路是“单片机”但缩写“单片机”是交替使用,因为它代表“单片机单位”。你也可以偶尔看到“µC”(希腊字母μ取代“微”)。

“微控制器”是一个精心挑选的名字,因为它强调这个产品类别的定义特征。前缀“微”意味着小气和术语“控制器”意味着一个增强的能力来执行控制功能。如上所述,此功能的结果结合数字处理器和数字记忆和额外的硬件,是专门设计用于帮助单片机与其他组件进行交互。

微控制器和微处理器

人们有时会使用术语“微处理器”或“微控制器”指单片机,但这两个设备不一定是相同的。微处理器和微控制器功能小,高度集成的计算机系统,但是他们可能起到不同的作用。

“处理器”一词是用来确定一个系统,由一个中央处理单元和一些内存(可选);微处理器是一个处理器的设备实现所有的功能在一个集成电路。相比之下,微控制器强调额外的硬件模块,使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,使用术语“微处理器”和“单片机”互换并不是一个主要问题当我们非正式地说话或当我们试图避免一次又一次说同样的话。然而,在技术讨论的背景下,维护之间的区别是很重要的两个概念。

微控制器和数字信号处理器(dsp)

数字信号处理器(DSP)是一个微处理器,优化了苛刻的计算任务,如数字滤波、实时信号的数学分析和数据压缩。高度复杂的单片机可以函数代替一个数字信号处理器,但它仍被认为是其内部电路的单片机如果很大一部分是为了控制、监控、和与周围的交流系统。

单片机的元素

单片机由中央处理单元(CPU),非易失性内存,挥发性记忆,外围设备,并支持电路。

中央处理单元

CPU执行算术运算、管理数据流,并生成控制信号按照序列的指令由程序员。极其复杂的电路所需CPU的功能是不可见的设计师。事实上,感谢集成开发环境和高级语言如C,为微控制器编写代码通常是一个相当简单的任务。

内存

非易失存储器用于存储单片机的program-i.e。(通常很长)的列表的机器指令告诉CPU究竟要做什么。你通常会看到“闪电”这个词(指一个特定形式的非易失性数据存储),而不是“非易失存储器”。

挥发性记忆(即。,RAM) is used for temporary data storage. This data is lost when the microcontroller loses power. Internal registers also provide temporary data storage, but we don’t think of these as a separate functional block because they are integrated into the CPU.

外围设备

我们用“外围”这个词来描述硬件模块帮助单片机与外部系统交互。以下要点识别各种类别的外围设备,并提供例子。

• 数据转换器:模拟-数字转换器、数模转换器、参考电压发生器

这个图显示了三轴加速度计数据我使用单片机芯片ADC的数字化。

• 时钟生成:内部振荡器石英激励电路,锁相环
• 时间:通用定时器、实时时钟、外部事件计数器,脉冲和调制
• 模拟信号处理:运算放大器,模拟比较器
• 输入/输出:通用数字输入和输出电路、并行内存接口
• 串行通信:UART,SPI,I2C,USB

我的同事马克·休斯这样设计的传感器子系统在一个16位的单片机。

支持电路

微控制器结合了多种功能块不能被归类为外围设备,因为他们的主要目的并不是控制,监控,或与外部组件通信。尽管如此,非常重要的支持设备的内部操作,简化实现,提高开发过程。

• 调试电路允许设计师仔细监控单片机是执行指令。这是一个重要的,有时必不可少的,跟踪bug和优化固件性能的方法。
• 中断是一个极其有价值的方面单片机功能。中断是由外部或内部生成的基于硬件的事件,他们使处理器立即回应这些事件通过执行一个特定群体的指令。

用C编写单片机程序组织成功能。一个中断导致程序执行“向量”一个中断服务例程(ISR),和ISR后完成了任务,处理器返回中断发生时执行的函数。

• 一个时钟脉冲振荡模块可以被认为是一个外围如果它是为了产生信号,将使用在芯片外,但在许多情况下,单片机的内部振荡器的主要目的是提供一个CPU和外设的时钟信号。内部振荡器通常精度较低,但可以容忍这种低精度的应用程序,他们是一个方便和有效的方式来简化设计和节省板空间。
• 微控制器可以将各种类型的供电电路。集成稳压器使片上一代的要求供应电压,电源管理模块可以大大减少设备的电流消耗在不活跃的状态,和主管模块可以将处理器复位状态稳定,当电源电压不够高,确保运行可靠。

下一个文章

在本文中,我们定义了一个单片机作为一个由一个小的设备,高效的处理器核心结合程序内存,内存数据,外围设备和各种形式的支持和调试电路。

在下一篇文章中这样的“微控制器简介”系列中,我们将复习如何选择合适的单片机。然后我们将进入如何阅读单片机的数据表。

如果你有任何问题,你希望看到在未来的文章中,请在下面的评论中让我们知道。

单片机系列

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