什么是 单片机MCU 以及微控制器如何工作?逐高电子专业单片机应用开发

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对于漫威迷来说，MCU 一词指的是漫画中的超级英雄如雨后春笋般涌现的电影宇宙。在复仇者联盟：终局之战之后，我对漫威超级英雄未来电影的下一步发展很感兴趣。我们可能只是在大银幕上看到《X战警》中的人物突然出现在故事​​情节中。

现在，在电子领域，MCU 一词具有非常不同的含义。这是微控制器单元的首字母缩写词。在嵌入式系统中，单片机是构成电路的核心部件。有很多关于使用 MCU 的知识，但这里有一些简短的信息可以帮助您入门。

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什么是单片机？

MCU是一种智能半导体IC，由处理器单元、内存模块、通信接口和外围设备组成。 MCU 用于广泛的应用，包括洗衣机、机器人、无人机、收音机和游戏控制器。

MCU的历史可以追溯到MOSFET技术的发明。早期，MCU 是一种带有处理器单元和内存模块的原始半导体 IC。通常，MCU 基于哈佛架构。

几十年来，英特尔、摩托罗拉、Microchip 和 Atmel 等知名制造商进一步推动了创新。这些制造商开发的大多数 MCU 都是具有专有架构的 8 位 MCU。例外情况是基于 ARM 的 MCU，其中 ARM 架构已授权给制造商。 ARM 架构目前主导着 32 位 MCU 市场。
MCU如何工作？

虽然 MCU 有一个处理器单元，但它不仅仅是对二进制值执行算术运算。 MCU 的真正价值在于其通过内置通信和外围设备与物理世界交互的能力。

从技术上讲，MCU 通过执行存储在其非易失性存储器模块中的程序指令来发挥作用。 MCU 过去是基于 ROM 的，因此擦除程序数据非常困难，如果不是不可能的话。当闪存技术彻底改变半导体技术时，MCU 开始将程序指令存储在内置闪存中。

大多数现代 MCU 使用 RISC（精简指令集计算机）指令架构进行基本指令处理。与它的前身 CISC 相比，RISC 提供了更短的指令执行周期。要为 MCU 开发程序，嵌入式系统开发人员使用汇编程序或 C 编程语言。然后使用编程工具将完成的程序加载到 MCU。

带有 MCU 的简单应用程序案例

上电后，MCU 将开始执行作为程序数据加载的指令。它充分利用 RAM 来存储程序指示的运行时变量。如前所述，MCU 旨在与物理世界交互。在最简单的形式中，MCU 将根据其编程的逻辑感测输入并驱动输出。

例如，温度显示控制器将温度传感器和 LCD 显示器链接到 MCU。 MCU 会将温度值作为模拟输入进行采样，并将其转换为数字值。然后通过向 LCD 发送正确的命令逻辑来显示数字值。
为您的设计选择 MCU

在为您的设计选择 MCU 时要格外小心，这一点很重要。选择错误的 MCU 会导致非常痛苦的设计体验。选择 MCU 时需要考虑许多因素。

您需要考虑应用程序的复杂性。如果设计涉及一个简单的定时器激活输出，那么一个具有 1kB 闪存和一个 I/O 端口的简单微控制器就足够了。但是，如果设计涉及复杂的逻辑，例如基于 WIFI 的面部识别设备，则需要 32 位的高端 MCU。

复杂的设备通常需要更大的程序存储器。除此之外，您还需要列出设备的外围设备和通信要求。在某些应用中，可能还需要 ADC、电源管理模块和引导加载程序等内部功能。

32 位 MCU 将更适合人脸识别设备。

有时，MCU 的选择还取决于开发工具。 您将需要用户友好的编程工具和 IDE（集成开发环境）。 当然，在您正在使用的 PCB 设计软件和工具中使用具有预先创建组件的 MCU 也很有帮助。 OrCAD PCB Designer 配备了一个庞大的潜在组件库，可以使用，并维护一个强大而有效的布局软件，能够应对任何设计挑战。 如果您想了解更多有关 Cadence 如何为您提供解决方案的信息，请与我们和我们的专家团队联系。 您还可以访问我们的 YouTube 频道，观看有关 PCB 设计和布局的视频，并查看我们的设计和分析工具套件的新功能。

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