微控制器在计算机世界中扮演着重要的角色嵌入式系统．我们周围的任何技术设备都是由微控制器构建的。这篇文章将讨论什么是微控制器，它是如何工作的，它的各种分类，架构，应用，优点和缺点。
什么是微控制器
微控制器是一种设备，它捕获输入，处理它，并根据捕获的信息产生输出。它也被称为MC或MCU(微控制器单元)，是一种金属氧化物半导体芯片上的紧凑数字处理器。微控制器也被称为“特殊用途计算机”。它们专门用于执行被编程并存储在ROM中的特定任务。
图1 -微控制器简介
它们可与板上内存和I/O端口，从而消除了构建具有单独的外部RAM, ROM和外围芯片的电路。MC的运行速度较低，能够保持功能，消耗更少的能量。微控制器的这些特性使其成为嵌入式应用的理想选择。
下图2显示的是内置在单个印刷电路板(PCB)上的单板MC，也称为开发板微控制器。它提供必要的电路，包括处理器，内存，时钟，I/O电路等。它们普遍用于教育目的，以获得经验，因为它们价格低廉。
图2 - 8051微控制器开发板
微控制器的分类
微控制器大致分为以下几类:
- 内存
- 体系结构
- 一些配置
- 指令集
基于内存的单片机分类
MC根据内存配置进一步分为两类。它们是:
- 外接存储器微控制器
- 嵌入式存储器微控制器
外接存储器微控制器
这种类型的MC在芯片上没有程序存储器。示例—Intel 8031 MC。
嵌入式存储器微控制器
这种类型的MC有所有的程序和数据内存，计数器和定时器，中断，I/O端口嵌入在芯片上。示例—Intel 8051 MC。
图3 -微控制器的分类
在单片机分类的基础上体系结构
MC架构有两种类型:
- 冯·诺伊曼建筑
- 哈佛体系结构
冯·诺伊曼建筑
这种类型的体系结构具有用于存储数据和程序的通用内存。
哈佛体系结构
这种架构有单独的内存单元用于程序和数据存储，并有单独的总线用于数据和指令的传输。
在单片机分类的基础上一些配置
基于位配置的微控制器有三种类型。它们是:
- 8位主持人
- 16位主持人
- 32位主持人
8位主持人
8位微控制器主要用于执行加、减、乘、除等算术和逻辑运算。它一次处理8位数据。例如，英特尔8031和8051微控制器。
16位主持人
这种类型的MC用于对精度和性能有较高要求的应用场合。它也被用来执行算术和逻辑运算，如英特尔8096。
32位主持人
这种类型的MC提供卓越的处理速度，可以处理多个外围设备，通常用于自动控制的设备，如医疗设备，计算机应用程序等。
在单片机分类的基础上指令集
MC根据指令集配置分为两种类型。它们是:
- CISC
- RISC
CISC
CISC是复杂指令集计算机的首字母缩写。CISC允许用户插入一条指令作为许多简单指令的替代。
RISC
RISC是精简指令集计算机的首字母缩写。RISC通过缩短每条指令的时钟周期来帮助减少操作时间。
单片机架构
最流行的8051微控制器是使用哈佛体系结构设计的，因此在这里考虑这种类型的体系结构来解释它的组件。微控制器的各个组件/模块有:
- 处理器内核
- 内存
- 中断控制器
- 定时器/计数器
- 数字I / O
- 模拟I / O
- 接口
- 看门狗定时器
图4 - 8051微控制器结构
处理器内核
它是单片机的中央处理单元，由算术逻辑单元(ALU)组成。这个单元负责执行算术和逻辑运算。
控制单元
它控制MC的操作，由STATUS寄存器表示。它有助于将数据传输到其他寄存器。
内存
MC中有两种类型的数据存储器。它们是:
- 静态内存(SRAM)
- eepm /闪光
静态内存(SRAM)
SRAM由特殊功能寄存器(SFR)和通用寄存器(GPR)组成。SRAM是8位存储单元，在微控制器硬件和软件之间提供链接。
该内存的写周期(程序/擦除)是无限的，但如果控制器失去电源，则存储在SRAM中的数据将丢失。因此eepm也用于数据存储。
特殊函数寄存器(SFR)控制函数块，而通用寄存器(GPR)存储变量和常量的值。
eepm /闪光
它是一种非易失性电子存储器，用于存储数据。eepm内存相对较慢，写周期有限，因此用于存储MC电源关闭时需要保存的数据。
计数器/定时器模块
该模块具有定时器/计数器，用于测量时间和计算事件。通常一个MC包含2-3个定时器/计数器，它在定时器或计数器模式下工作，并计算接收到的脉冲数。定时器也产生PWM信号转换为直流电压使用低通滤波器。
数字模块
该模块由数字I/O组成。它帮助微控制器检测和输出逻辑状态(高或低)。
模拟模块
该模块由模拟I/O组成。它有助于将电压电平转换为数字值。大多数MC都集成了模拟-数字转换器。为了产生模拟输出，RC低通滤波器用于将PWM输出转换为直流电压。
串行接口模块
它们被设计用来接收或发送数字信号到其他设备。大多数控制器提供SPI, SCI，以太网，USB接口。
看门狗定时器
顾名思义，它观察MC程序的执行。如果执行过程失败，它会生成' RESET '信号。
微控制器是如何工作的
为了理解单片机的工作原理，让我们考虑一下如图5 (a)所示的最简单的自动报警系统的基本框图。该系统被设计成每小时发出一次哔哔声，使用一个微控制器，最终产品将与图5 (b)类似。
图5 - (a)自动报警系统框图(b)最终产品
要求或规格:
- 8051单片机
- 电力供应
- LCD显示屏(必须显示日期和日期)
- 蜂鸣器(必须鸣叫10秒后停止)
电源是输入，LCD屏幕和蜂鸣器作为系统的输出。
系统必须在初始阶段设置好才能正常运行。LCD被初始化，特定的引脚模式是专用的输入和输出。源代码是根据需求生成的，并加载到微控制器上。
为了检查系统是否正常运行，电源打开。内置电路调节电源电压，输出5V。这就照亮了液晶屏。
显示屏显示当前时间和日期。该系统的编程方式是蜂鸣器每小时发出10秒的哔哔声，然后自动停止。
的应用单片机
微控制器的应用包括:
- 这些设备包含了触摸感应功能，是使用微控制器设计的便携式电子设备其中包括智能手机、游戏设备和媒体播放器等。
- 微控制器用于遥控器、玩具、医疗设备等嵌入式系统．
- 他们提供了汽车解决方案比如控制防抱死制动系统和管理发动机控制系统。
- 微控制器被用于雷达测速枪探测一个物体的速度。
- 它们被广泛应用于消费产品如烤箱、冰箱、洗衣机、空调和吸尘器等。
- 微控制器被用于电脑来控制I/O功能。
- 它们也被用来存储信息数据库管理系统．
的优点单片机
微控制器的优点包括:
- 它们消耗更少的能量。
- 它们很经济。
- 微控制器在尺寸上比微处理器小。
- 它有低时钟速度。
- 微控制器的使用在很大程度上减小了PCB尺寸。
- 微控制器能够处理布尔函数。
- 它们可靠，运行速度更快。
缺点的单片机
微控制器的缺点是:
- 与微处理器相比，微控制器的结构更为复杂。
- 它们不能被重新编程。
- 接口问题出现，因为不是所有的微控制器都有模拟I/O。
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