解析微控制器的工作原理、类型及应用

微控制器是单芯片微计算机，将微计算机的主要部件集成在一个芯片上。该微控制器诞生于1970年代中期。经过20年的发展，其成本越来越低，性能越来越强大，这使其在各个领域和各个领域都得到应用。例如，电机控制，条形码阅读器/扫描仪，消费电子产品，游戏设备，电话，HVAC，楼宇安全和访问控制，工业控制和自动化以及白色家用电器（洗衣机，微波炉）。本文主要介绍微控制器的应用和工作原理，包括微控制器的类型；微控制器和微处理器之间的区别；或世界顶级微控制器制造商等。

根据Wiki，微控制器（或微控制器单元的MCU）是位于单个集成电路上的小型计算机。用现代术语来说，它类似于片上系统或SoC，但不如后者复杂。SoC可能包括微控制器作为其组件之一。微控制器包含一个或多个CPU（处理器内核）以及存储器和可编程输入/输出外设。铁电RAM，NOR闪存或OTP ROM形式的程序存储器通常也包含在芯片上，以及少量RAM。与个人计算机或其他由各种分立芯片组成的通用应用中使用的微处理器相比，微控制器是为嵌入式应用而设计的。单片机用于自动控制的产品和设备，例如汽车发动机控制系统，植入式医疗设备，遥控器，办公机器，设备，电动工具，玩具和其他嵌入式系统。与使用单独的微处理器，存储器和输入/输出设备的设计相比，通过减小尺寸和成本，微控制器使数字控制更多的设备和过程变得经济。混合信号微控制器很常见，集成了控制非数字电子系统所需的模拟组件。

微控制器功能

微控制器具有以下几个主要功能：

（1）可靠性好。由于微控制器的各种功能部件都集成在芯片上，特别是存储器集成在芯片上，布线短，数据大部分在芯片内部传输，不易受到外界干扰，增强了抗干扰能力强，使系统运行更加可靠。因此，可靠性显然优于一般的通用CPU系统。

（2）强大的控制功能。为了满足工业控制的要求，通用微控制器的指令系统具有丰富的条件分支转移指令，I / O端口的逻辑运算和位处理功能。通常，微控制器的逻辑控制功能和运行速度高于相同级别的CPU。

（3）易于扩展。有许多三个总线和用于扩展的并行，串行输入/输出引脚，很容易形成各种尺寸的计算机应用系统。

（4）通用微控制器中没有监控程序或系统管理软件，开发需要相应的仿真系统。

单片机类型

微控制器可分为两大类：普通单片机和数字信号处理单片机（DSP）。

根据字长，目前常见的单片机是4到32。功能强弱，适合不同场合。世界上大多数最大的半导体公司都有自己的微控制器。

单片机8051

它是一个40引脚微控制器，其Vcc为5V，连接到引脚40，而Vss的引脚20保持为0V。并且有P1.0-P1.7的输入和输出端口，并且具有开漏功能。Port3具有其他功能。引脚36处于开漏状态，引脚17内部在微控制器内部上拉晶体管。当在端口1上应用逻辑1时，则在端口21上获得逻辑1，反之亦然。微控制器的编程非常复杂。基本上，我们用C语言编写一个程序，然后将其转换为微控制器可以理解的机器语言。RESET引脚连接到与电容器相连的引脚9。当开关接通时，电容器开始充电并且RST为高。向复位引脚施加高电平将使微控制器复位。如果我们对该引脚施加逻辑零，程序将从头开始执行。

8051的存储器架构

8051的存储器分为两部分：程序存储器和数据存储器。程序存储器存储正在执行的程序，而数据存储器临时存储数据和结果。8051已在多种设备中使用，主要是因为它易于集成到设备中。微控制器主要用于能源管理，触摸屏，汽车和医疗设备。

8051的数据存储器

8051微控制器的引脚说明

引脚40：Vcc是+ 5V DC的主要电源。

针20：Vss –表示接地（0 V）连接。

引脚32-39：称为端口0（P0.0至P0.7）用作I / O端口。

Pin-31：地址锁存使能（ALE）用于解复用端口0的地址数据信号。

针30：（EA）外部访问输入用于启用或禁用外部存储器接口。如果没有外部存储器要求，则此引脚始终保持高电平。

引脚29：程序存储使能（PSEN）用于从外部程序存储器读取信号。

引脚21-28：称为端口2（P 2.0至P 2.7）–除了用作I / O端口外，高阶地址总线信号还与该准双向端口复用。

引脚18和19：用于连接外部晶振以提供系统时钟。

引脚10 – 17：此端口还具有其他功能，例如中断，定时器输入，用于外部存储器与读写接口的控制信号。这是具有内部上拉功能的准双向端口。

针脚9：这是一个RESET针脚，用于在单片机正在工作或开始应用程序启动时将8051单片机设置为其初始值。必须在两个机器周期内将RESET引脚设置为高电平。

引脚1 – 8：此端口不具有任何其他功能。端口1是准双向I / O端口。

微控制器嵌入设备内部，以控制产品的动作和功能。因此，它们也可以称为嵌入式控制器。它们运行一个特定的程序，专门用于一项任务。它们是具有专用输入设备和小型LED或LCD显示输出的低功率设备。微控制器可以从他们控制的设备中获取输入，并通过将设备信号发送到设备的不同部分来保持控制。电视的微控制器就是一个很好的例子。它从遥控器获取输入，并在电视屏幕上输出其输出。

像传统计算机一样，微控制器依靠不同的功能来完成其工作。这些功能包括：

内存

RAM用于存储数据以及微控制器工作时创建的其他结果。但是，一旦切断微控制器的电源，它就不会永久存储数据，并且其内存也会丢失。 RAM包含一个特殊功能寄存器（SFR）。这是微控制器制造商提供的预先配置的内存。它控制串行通信和模数转换器等特定电路的行为。

只读存储器

微控制器作为程序执行的特殊任务存储在ROM（只读存储器）中，永远不变。 ROM使微控制器知道某些动作应触发特定的响应。例如，ROM使电视的微控制器知道按下频道按钮会改变屏幕上的显示。 ROM中存储的程序大小取决于ROM的大小。一些微控制器以外部芯片的形式接受ROM的添加，而另一些则带有内置ROM。

程序计数器

程序计数器允许小型计算机基于一系列不同的编程指令来执行程序。每当执行一行指令时，程序计数器就会增加1。这有助于在代码行中跟踪柜台的位置。

输入和输出

与通过鼠标或键盘控制的计算机不同，微控制器具有通过输入和输出与人进行交互的独特方式。微控制器上的典型输入和输出设备包括LED显示屏，开关和确定湿度，温度和光照水平的传感器。大多数嵌入式系统不具有用于直接人机交互的屏幕或键盘。取而代之的是，微控制器具有多种输入和输出引脚或GPIO，它们被配置用于不同的输入和输出设备。

例如，您可以将一个引脚配置为通过感测温度工作的微控制器上的输入，而将另一个引脚配置为输出并连接至自动调温器，该自动调温器根据预先设置触发空调或加热器的开和关。设定温度范围。输入和输出动力学完全是机器对机器的，不需要直接的人工交互即可做出决定。
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