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干货分享|MCU多少是你想了解而不知道的？

现在和小编一起来了解下关于MCU的相关知识，接下来分别讲下定义，主要分类，存储器结构，技术原理，应用领域等。

微控制单元(Microcontroller Unit；MCU) ，又称单片微型计算机(Single Chip Microcomputer )或者单片机，是把中央处理器(Central Process Unit；CPU)的频率与规格做适当缩减，并将内存(memory)、计数器(Timer)、USB、A/D转换、UART、PLC、DMA等周边接口，甚至LCD驱动电路都整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机，为不同的应用场合做不同组合控制。诸如手机、PC外围、遥控器，至汽车电子、工业上的步进马达、机器手臂的控制等，都可见到MCU的身影。

他们有的主要分类：

按用途分类：

通用型：将可开发的资源（ROM、RAM、I/O、 EPROM）等全部提供给用户。

专用型：其硬件及指令是按照某种特定用途而设计，例如录音机机芯控制器、打印机控制器、电机控制器等。

按其基本操作处理的数据位数分类：

根据总线或数据暂存器的宽度，单片机又分为1位、4位、8位、16位、32位甚至64位单片机。4位MCU大部份应用在计算器、车用仪表、车用防盗装置、呼叫器、无线电话、CD播放器、LCD驱动控制器、LCD游戏机、儿童玩具、磅秤、充电器、胎压计、温湿度计、遥控器及傻瓜相机等；8位MCU大部份应用在电表、马达控制器、电动玩具机、变频式冷气机、呼叫器、传真机、来电辨识器（CallerID）、电话录音机、CRT显示器、键盘及USB等；8位、16位单片机主要用于一般的控制领域，一般不使用操作系统， 16位MCU大部份应用在行动电话、数字相机及摄录放影机等；32位MCU大部份应用在Modem、GPS、PDA、HPC、STB、Hub、Bridge、Router、工作站、ISDN电话、激光打印机与彩色传真机； 32位用于网络操作、多媒体处理等复杂处理的场合，一般要使用嵌入式操作系统。64位MCU大部份应用在高阶工作站、多媒体互动系统、高级电视游乐器（如SEGA的Dreamcast及Nintendo的GameBoy）及高级终端机等。

存储器结构

MCU根据其存储器结构可分为哈佛（Harvard）结构和冯?诺依曼（Von Neumann）结构。现在的单片机绝大多数都是基于冯·诺伊曼结构的，这种结构清楚地定义了嵌入式系统所必需的四个基本部分：一个中央处理器核心，程序存储器（只读存储器或者闪存）、数据存储器（随机存储器）、一个或者更多的定时/计时器，还有用来与外围设备以及扩展资源进行通信的输入/输出端口，所有这些都被集成在单个集成电路芯片上。

指令结构

MCU根据指令结构又可分为CISC(Complex Instruction Set Computer,复杂指令集计算机)和RISC(Reduced Instruction Set Comuter,精简指令集计算机微控制器)

技术原理

MCU同温度传感器之间通过I2C总线连接。I2C总线占用2条MCU输入输出口线，二者之间的通信完全依靠软件完成。温度传感器的地址可以通过2根地址引脚设定，这使得一根I2C总线上可以同时连接8个这样的传感器。本方案中，传感器的7位地址已经设定为1001000。MCU需要访问传感器时，先要发出一个8位的寄存器指针，然后再发出传感器的地址（7位地址，低位是WR信号）。传感器中有3个寄存器可供MCU使用，8位寄存器指针就是用来确定MCU究竟要使用哪个寄存器的。

MCU常见的应用领域

一、MCU在工控中的应用

工业控制应用中采用MCU时，系统性能改善和更加节能是两个主要好处。传统意义上，建立空调系统采用简单的开/关方法来控制压缩机。当我们启动压缩机的时候，不管温度是多少，它都全速运行，开和关状态之间的转变结果是快速启动或停止压缩机。这样做非常浪费能源，而且操作时噪音较大。

采用具有马达控制功能的MCU可以实现具有以下特点的空调解决方案：

1、能量效率能够总是保持最佳速度与扭矩；

2、更好的系统性能——低噪声与低振动，运行平稳，启动和停止时也很平稳。

使马达具有最佳速度与扭矩，并减少开关次数，通过降低开关损耗将可以使电设备节能25~30%。这是非常有意义的，因为在电力消耗中，40%的电力用在了马达控制应用。随着迅速的工业化进程，能源需求在以较快的速度增长，具有能源效率的马达控制应用将在中国节省大量能源。

二、MCU在家电中的应用

MCU广泛应用在洗衣机、空调、微波炉、吸尘器、电冰箱等多种家用电器中。MCU可主要用于电机控制、模拟传感器测量、前面板键盘控制以及在LED/LCD上显示结果等。本文将重点讨论通过采用可编程片上系统（PSoC）器件，从而提供集成方法来实现上述系统功能的家电设计。

面向电机控制和TRIAC/ LED/ LCD驱动应用，家用电器行业采用了8/16/32位微控制器电路。微控制器可控制和管理电器的全部功能和特性。当用户按下“开始”按键时，输入信号从前面板键盘传到微控制器，接着MPU启动三相无刷直流（BLDC）电机或永磁同步电机（PMSM）。电机速度将根据前面板键盘中的用户输入实现变化和控制。微控制器采用内部或外部串行EEProm（基于I2C/spi）存储旧数据，并使用RTC显示准确的时间信息。温度测量则可采用基于板上RTD、热敏电阻或热电偶的温度感应器件来实现。

三、MCU在手机和电脑上的应用

MCU在当前手机与平板电脑应用中主要用作诸如电容式触摸感应接口、触摸屏接口、摄像头接口、不同模拟传感器输入检测、USB接口以及电池充电与监控等众多功能的协处理器。

此外，负责互连上述功能的所有逻辑和接口都可以采用像用于模拟输入的ADC、用于蜂鸣器应用的PWM、段式LCD、字符型LCD、图形化LCD、用于音量控制的DAC、USB接口以及电容式触摸屏接口等各种可用组件模块设计而成。

总结：

中国的单片机应用和嵌入式系统开发走过了二十余年的历程，随着嵌入式系统逐渐深入社会生活各个方面，单片机课程的教学也有从传统的8位处理器平台向32位高级RISC处理器平台转变的趋势，但8位机依然难以被取代。国民经济建设、军事及家用电器等各个领域，尤其是手机、汽车自动导航设备、PDA、智能玩具、智能家电、医疗设备等行业都是国内急需单片机人才的行业。

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