什么是單片機MCU 以及微控制器如何工作?逐高電子解答單片機應用開發基礎知識

對于漫威迷來說，MCU 一詞指的是漫畫中的超級英雄如雨后春筍般涌現的電影宇宙。在復仇者聯盟：終局之戰之后，我對漫威超級英雄未來電影的下一步發展很感興趣。我們可能只是在大銀幕上看到《X戰警》中的人物突然出現在故事??情節中。

現在，在電子領域，MCU 一詞具有非常不同的含義。這是微控制器單元的首字母縮寫詞。在嵌入式系統中，單片機是構成電路的核心部件。有很多關于使用 MCU 的知識，但這里有一些簡短的信息可以幫助您入門。

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什么是單片機？

MCU是一種智能半導體IC，由處理器單元、內存模塊、通信接口和外圍設備組成。 MCU 用于廣泛的應用，包括洗衣機、機器人、無人機、收音機和游戲控制器。

MCU的歷史可以追溯到MOSFET技術的發明。早期，MCU 是一種帶有處理器單元和內存模塊的原始半導體 IC。通常，MCU 基于哈佛架構。

幾十年來，英特爾、摩托羅拉、Microchip 和 Atmel 等知名制造商進一步推動了創新。這些制造商開發的大多數 MCU 都是具有專有架構的 8 位 MCU。例外情況是基于 ARM 的 MCU，其中 ARM 架構已授權給制造商。 ARM 架構目前主導著 32 位 MCU 市場。
MCU如何工作？

雖然 MCU 有一個處理器單元，但它不僅僅是對二進制值執行算術運算。 MCU 的真正價值在于其通過內置通信和外圍設備與物理世界交互的能力。

從技術上講，MCU 通過執行存儲在其非易失性存儲器模塊中的程序指令來發揮作用。 MCU 過去是基于 ROM 的，因此擦除程序數據非常困難，如果不是不可能的話。當閃存技術徹底改變半導體技術時，MCU 開始將程序指令存儲在內置閃存中。

大多數現代 MCU 使用 RISC（精簡指令集計算機）指令架構進行基本指令處理。與它的前身 CISC 相比，RISC 提供了更短的指令執行周期。要為 MCU 開發程序，嵌入式系統開發人員使用匯編程序或 C 編程語言。然后使用編程工具將完成的程序加載到 MCU。

帶有 MCU 的簡單應用程序案例

上電后，MCU 將開始執行作為程序數據加載的指令。它充分利用 RAM 來存儲程序指示的運行時變量。如前所述，MCU 旨在與物理世界交互。在最簡單的形式中，MCU 將根據其編程的邏輯感測輸入并驅動輸出。

例如，溫度顯示控制器將溫度傳感器和 LCD 顯示器鏈接到 MCU。 MCU 會將溫度值作為模擬輸入進行采樣，并將其轉換為數字值。然后通過向 LCD 發送正確的命令邏輯來顯示數字值。
為您的設計選擇 MCU

在為您的設計選擇 MCU 時要格外小心，這一點很重要。選擇錯誤的 MCU 會導致非常痛苦的設計體驗。選擇 MCU 時需要考慮許多因素。

您需要考慮應用程序的復雜性。如果設計涉及一個簡單的定時器激活輸出，那么一個具有 1kB 閃存和一個 I/O 端口的簡單微控制器就足夠了。但是，如果設計涉及復雜的邏輯，例如基于 WIFI 的面部識別設備，則需要 32 位的高端 MCU。

復雜的設備通常需要更大的程序存儲器。除此之外，您還需要列出設備的外圍設備和通信要求。在某些應用中，可能還需要 ADC、電源管理模塊和引導加載程序等內部功能。

32 位 MCU 將更適合人臉識別設備。

有時，MCU 的選擇還取決于開發工具。 您將需要用戶友好的編程工具和 IDE（集成開發環境）。 當然，在您正在使用的 PCB 設計軟件和工具中使用具有預先創建組件的 MCU 也很有幫助。 OrCAD PCB Designer 配備了一個龐大的潛在組件庫，可以使用，并維護一個強大而有效的布局軟件，能夠應對任何設計挑戰。 如果您想了解更多有關 Cadence 如何為您提供解決方案的信息，請與我們和我們的專家團隊聯系。 您還可以訪問我們的 YouTube 頻道，觀看有關 PCB 設計和布局的視頻，并查看我們的設計和分析工具套件的新功能。

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