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MCU的原理及应用说明

助工
2020-07-19 22:59:53    评分

 MCU是由CPU、存储器(RAM和ROM)、多种I/O接口等集成在一片芯片上,形成的芯片级计算机。 也叫单片微型计算机或者单片机。

  MCU中CPU主要是包括运算器、控制器和寄存器组。是MCU内部的核心部件,由运算部件和控制部件两大部分组成。运算部件能完成数据的算术逻辑运算、位变量处理和数据传送操作,控制部件是按一定时序协调工作,是分析和执行指令的部件。

  MCU中存储器(RAM和ROM)包括ROM和RAM。ROM程序存储器,MCU的工作是按事先编制好的程序一条条循序执行的,ROM程序存储器即用来存放已编的程序(系统程序由制造厂家编制和写入)。存储数据掉电后不消失。ROM又分为片内存储器和片外(扩展)存储器两种。RAM数据存储器,在程序运行过程中可以随时写入数据,又可以随时读出数据。存储数据在掉电后不能保持。RAM也分为片内数据存储器和片外(扩展)存储器两种。

  I/O接口:与外部输入、输出(电路)设备相连接。PO/P1/P2/P3等数字I/O接口,内部电路含端口锁存器、输出驱动器和输入缓冲器等电路。

  常用的MCU我们可以根据其位数划分,目前有4位单片机、8位、16位、32位,乃至64位。最早还有一位的。

  首先4位单片机现在已经不经常见了,都是用在老式洗衣机、吉利剃须刀或者家电中才会用到东芝4位CPU。用于没有特别强的技术感,现在关注的人也比较少了。

  8位单片机是目前最常见的,通常会用在如电表、电动玩具机、马达控制器、呼叫机、传真机、电话、录音机、键盘及USB,其通用性很好,非常适合宽阔的领域。

  16位单片机比较典型的可能算MSP430,还有飞思卡尔的16位系列。一般会用在智能家居、物联网、电机及变频控制、安防监控、指纹辨识等各类产品中。如MSP430功率低,速度快。飞思卡尔的16位系列稳定性高,接口丰富。主要还是入门简单,调试方便。

  32位单片机现在目前比较火的可以算STM32系列,一般用在高级工作站、多媒体互动系统、高级电视游乐器、高级终端机等产品中,STM32系列主要是追求高性能、低成本、低功耗对嵌入式操作系统,支持比较好。

  应用MCU需要改变:低功耗成核心竞争力

  当前市面上各种移动电子产品最令人诟病的一点莫过于需要频繁充电,各家智能手机/手环厂商都在努力的降低功耗,提升续航能力。功耗的限制使得产品设计时许多功能被牺牲。而对于物联网世界里数量更为庞大的无线传感节点,功耗和续航时间更是直接关系到产品的可行性。

  比如在散布在桥梁或者隧道中用于检测位移形变的传感器节点,数量庞大且只能依靠电池供电,要求电池续航时间通常达十年以上,这对MCU的功耗提出了非常苛刻的要求。而如何在低功耗的前提下又能实现较高的运算能力,成为摆在MCU厂商面前的一道难题。目前几乎所有的主流厂商都瞄准了这一市场需求,纷纷推出各自的超低功耗MCU。

  高整合度 MCU+成趋势

  物联网对于其中每个节点最理想的要求是智能化,即能够通过传感器感知外界信息,通过处理器进行数据运算,通过无线通讯模块发送/接收数据。因此,集成传感器+MCU+无线模块的方案始终是各MCU厂商的追求。更有甚者,对于一些相对容易实现整合的传感器类型,如触摸屏控制器、加速度计、陀螺仪等,某些技术实力强大的厂商已经实现了与MCU整合的单芯片SOC/SIP。

  当然由于传感器和无线通讯技术的多样性,以及工艺技术上的差异,一味的SIP或SOC整合可能并不一定是明智之举(如气体传感器、图像传感器、温湿度传感器整合方案就较为困难),但厂商提供MCU+的整体解决方案已经成为毫无疑问的必然趋势。

  MCU是未来每一个物联网设备的关键元件之一,也为硬件、物联网等新兴的市场也带动了中国MCU市场的发展,出现了不少新的MCU供应商,给MCU市场带来了竞争,也为中国MCU注入了新的活力。




高工
2020-07-19 23:13:55    评分
2楼

这样等于是MCU的整体原理及架构


工程师
2020-07-28 23:03:33    评分
3楼

感谢你的说明


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