微控制器是單芯片微計(jì)算機(jī)，將微計(jì)算機(jī)的主要部件集成在一個(gè)芯片上。該微控制器誕生于1970年代中期。經(jīng)過20年的發(fā)展，其成本越來越低，性能越來越強(qiáng)大，這使其在各個(gè)領(lǐng)域和各個(gè)領(lǐng)域都得到應(yīng)用。例如，電機(jī)控制，條形碼閱讀器/掃描儀，消費(fèi)電子產(chǎn)品，游戲設(shè)備，電話，HVAC，樓宇安全和訪問控制，工業(yè)控制和自動(dòng)化以及白色家用電器（洗衣機(jī)，微波爐）。本文主要介紹微控制器的應(yīng)用和工作原理，包括微控制器的類型；微控制器和微處理器之間的區(qū)別；或世界頂級(jí)微控制器制造商等。

根據(jù)Wiki，微控制器（或微控制器單元的MCU）是位于單個(gè)集成電路上的小型計(jì)算機(jī)。用現(xiàn)代術(shù)語來說，它類似于片上系統(tǒng)或SoC，但不如后者復(fù)雜。SoC可能包括微控制器作為其組件之一。微控制器包含一個(gè)或多個(gè)CPU（處理器內(nèi)核）以及存儲(chǔ)器和可編程輸入/輸出外設(shè)。鐵電RAM，NOR閃存或OTP ROM形式的程序存儲(chǔ)器通常也包含在芯片上，以及少量RAM。與個(gè)人計(jì)算機(jī)或其他由各種分立芯片組成的通用應(yīng)用中使用的微處理器相比，微控制器是為嵌入式應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。單片機(jī)用于自動(dòng)控制的產(chǎn)品和設(shè)備，例如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，植入式醫(yī)療設(shè)備，遙控器，辦公機(jī)器，設(shè)備，電動(dòng)工具，玩具和其他嵌入式系統(tǒng)。與使用單獨(dú)的微處理器，存儲(chǔ)器和輸入/輸出設(shè)備的設(shè)計(jì)相比，通過減小尺寸和成本，微控制器使數(shù)字控制更多的設(shè)備和過程變得經(jīng)濟(jì)?；旌?a target="_blank">信號(hào)微控制器很常見，集成了控制非數(shù)字電子系統(tǒng)所需的模擬組件。

微控制器功能

微控制器具有以下幾個(gè)主要功能：

（1）可靠性好。由于微控制器的各種功能部件都集成在芯片上，特別是存儲(chǔ)器集成在芯片上，布線短，數(shù)據(jù)大部分在芯片內(nèi)部傳輸，不易受到外界干擾，增強(qiáng)了抗干擾能力強(qiáng)，使系統(tǒng)運(yùn)行更加可靠。因此，可靠性顯然優(yōu)于一般的通用CPU系統(tǒng)。

（2）強(qiáng)大的控制功能。為了滿足工業(yè)控制的要求，通用微控制器的指令系統(tǒng)具有豐富的條件分支轉(zhuǎn)移指令，I / O端口的邏輯運(yùn)算和位處理功能。通常，微控制器的邏輯控制功能和運(yùn)行速度高于相同級(jí)別的CPU。

（3）易于擴(kuò)展。有許多三個(gè)總線和用于擴(kuò)展的并行，串行輸入/輸出引腳，很容易形成各種尺寸的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。

（4）通用微控制器中沒有監(jiān)控程序或系統(tǒng)管理軟件，開發(fā)需要相應(yīng)的仿真系統(tǒng)。

單片機(jī)類型

微控制器可分為兩大類：普通單片機(jī)和數(shù)字信號(hào)處理單片機(jī)（DSP）。

根據(jù)字長，目前常見的單片機(jī)是4到32。功能強(qiáng)弱，適合不同場(chǎng)合。世界上大多數(shù)最大的半導(dǎo)體公司都有自己的微控制器。

單片機(jī)8051

它是一個(gè)40引腳微控制器，其Vcc為5V，連接到引腳40，而Vss的引腳20保持為0V。并且有P1.0-P1.7的輸入和輸出端口，并且具有開漏功能。Port3具有其他功能。引腳36處于開漏狀態(tài)，引腳17內(nèi)部在微控制器內(nèi)部上拉晶體管。當(dāng)在端口1上應(yīng)用邏輯1時(shí)，則在端口21上獲得邏輯1，反之亦然。微控制器的編程非常復(fù)雜。基本上，我們用C語言編寫一個(gè)程序，然后將其轉(zhuǎn)換為微控制器可以理解的機(jī)器語言。RESET引腳連接到與電容器相連的引腳9。當(dāng)開關(guān)接通時(shí)，電容器開始充電并且RST為高。向復(fù)位引腳施加高電平將使微控制器復(fù)位。如果我們對(duì)該引腳施加邏輯零，程序?qū)念^開始執(zhí)行。

8051的存儲(chǔ)器架構(gòu)

8051的存儲(chǔ)器分為兩部分：程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。程序存儲(chǔ)器存儲(chǔ)正在執(zhí)行的程序，而數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器臨時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和結(jié)果。8051已在多種設(shè)備中使用，主要是因?yàn)樗子诩傻皆O(shè)備中。微控制器主要用于能源管理，觸摸屏，汽車和醫(yī)療設(shè)備。

8051的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器

8051微控制器的引腳說明

引腳40：Vcc是+ 5V DC的主要電源。

針20：Vss –表示接地（0 V）連接。

引腳32-39：稱為端口0（P0.0至P0.7）用作I / O端口。

Pin-31：地址鎖存使能（ALE）用于解復(fù)用端口0的地址數(shù)據(jù)信號(hào)。

針30：（EA）外部訪問輸入用于啟用或禁用外部存儲(chǔ)器接口。如果沒有外部存儲(chǔ)器要求，則此引腳始終保持高電平。

引腳29：程序存儲(chǔ)使能（PSEN）用于從外部程序存儲(chǔ)器讀取信號(hào)。

引腳21-28：稱為端口2（P 2.0至P 2.7）–除了用作I / O端口外，高階地址總線信號(hào)還與該準(zhǔn)雙向端口復(fù)用。

引腳18和19：用于連接外部晶振以提供系統(tǒng)時(shí)鐘。

引腳10 – 17：此端口還具有其他功能，例如中斷，定時(shí)器輸入，用于外部存儲(chǔ)器與讀寫接口的控制信號(hào)。這是具有內(nèi)部上拉功能的準(zhǔn)雙向端口。

針腳9：這是一個(gè)RESET針腳，用于在單片機(jī)正在工作或開始應(yīng)用程序啟動(dòng)時(shí)將8051單片機(jī)設(shè)置為其初始值。必須在兩個(gè)機(jī)器周期內(nèi)將RESET引腳設(shè)置為高電平。

引腳1 – 8：此端口不具有任何其他功能。端口1是準(zhǔn)雙向I / O端口。

微控制器嵌入設(shè)備內(nèi)部，以控制產(chǎn)品的動(dòng)作和功能。因此，它們也可以稱為嵌入式控制器。它們運(yùn)行一個(gè)特定的程序，專門用于一項(xiàng)任務(wù)。它們是具有專用輸入設(shè)備和小型LED或LCD顯示輸出的低功率設(shè)備。微控制器可以從他們控制的設(shè)備中獲取輸入，并通過將設(shè)備信號(hào)發(fā)送到設(shè)備的不同部分來保持控制。電視的微控制器就是一個(gè)很好的例子。它從遙控器獲取輸入，并在電視屏幕上輸出其輸出。

像傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)一樣，微控制器依靠不同的功能來完成其工作。這些功能包括：

內(nèi)存

RAM用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)以及微控制器工作時(shí)創(chuàng)建的其他結(jié)果。但是，一旦切斷微控制器的電源，它就不會(huì)永久存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，并且其內(nèi)存也會(huì)丟失。 RAM包含一個(gè)特殊功能寄存器（SFR）。這是微控制器制造商提供的預(yù)先配置的內(nèi)存。它控制串行通信和模數(shù)轉(zhuǎn)換器等特定電路的行為。

只讀存儲(chǔ)器

微控制器作為程序執(zhí)行的特殊任務(wù)存儲(chǔ)在ROM（只讀存儲(chǔ)器）中，永遠(yuǎn)不變。 ROM使微控制器知道某些動(dòng)作應(yīng)觸發(fā)特定的響應(yīng)。例如，ROM使電視的微控制器知道按下頻道按鈕會(huì)改變屏幕上的顯示。 ROM中存儲(chǔ)的程序大小取決于ROM的大小。一些微控制器以外部芯片的形式接受ROM的添加，而另一些則帶有內(nèi)置ROM。

程序計(jì)數(shù)器

程序計(jì)數(shù)器允許小型計(jì)算機(jī)基于一系列不同的編程指令來執(zhí)行程序。每當(dāng)執(zhí)行一行指令時(shí)，程序計(jì)數(shù)器就會(huì)增加1。這有助于在代碼行中跟蹤柜臺(tái)的位置。

輸入和輸出

與通過鼠標(biāo)或鍵盤控制的計(jì)算機(jī)不同，微控制器具有通過輸入和輸出與人進(jìn)行交互的獨(dú)特方式。微控制器上的典型輸入和輸出設(shè)備包括LED顯示屏，開關(guān)和確定濕度，溫度和光照水平的傳感器。大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)不具有用于直接人機(jī)交互的屏幕或鍵盤。取而代之的是，微控制器具有多種輸入和輸出引腳或GPIO，它們被配置用于不同的輸入和輸出設(shè)備。

例如，您可以將一個(gè)引腳配置為通過感測(cè)溫度工作的微控制器上的輸入，而將另一個(gè)引腳配置為輸出并連接至自動(dòng)調(diào)溫器，該自動(dòng)調(diào)溫器根據(jù)預(yù)先設(shè)置觸發(fā)空調(diào)或加熱器的開和關(guān)。設(shè)定溫度范圍。輸入和輸出動(dòng)力學(xué)完全是機(jī)器對(duì)機(jī)器的，不需要直接的人工交互即可做出決定。
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