什么是MCU(单片微型计算机)?

2020.05.10 -

   

对于漫威迷来说,MCU是指电影世界,漫画超级英雄如雨后春笋般涌现。现在,在电子世界中,MCU一词具有非常不同的含义。它是微控制器单元的缩写。在嵌入式系统中,MCU是构成电路的核心组件。有关使用MCU的知识很多,但是这里有一些简短的信息可以帮助您入门。

什么是MCU?

MCU是一种智能半导体IC,由处理器单元,存储器模块,通信接口和外围设备组成。MCU被广泛用于各种应用中,包括洗衣机,机器人,无人机,无线电和游戏控制器。

MCU的历史可以追溯到MOSFET技术的发明。在早期,MCU是带有处理器单元和存储模块的原始半导体IC。

在过去的几十年中,英特尔,摩托罗拉,微芯和爱特梅尔等受欢迎的制造商进一步推动了创新。这些制造商开发的大多数MCU是具有专有体系结构的8位MCU。基于ARM的MCU是一个例外,其中ARM体系结构已授权给制造商。目前,ARM体系结构主导着32位MCU的市场。

MCU如何工作? 

MCU具有处理器单元,而不仅仅是对二进制值执行算术运算。MCU的真正价值在于其通过内置的通信和外围设备与物理世界进行交互的能力。

从技术上讲,MCU通过执行存储在其非易失性存储器模块中的程序指令来运行。MCU以前是基于ROM的,因此擦除程序数据非常困难,即使不是不可能。当闪存技术革新半导体技术时,MCU开始将程序指令存储在内置闪存中。

大多数现代MCU将RISC(精简指令集计算机)指令体系结构用于其基本指令处理。与之前的CISC相比,RISC提供了更短的指令执行周期。为了开发用于MCU的程序,嵌入式系统开发人员使用汇编程序或C编程语言。然后,使用编程工具将完成的程序加载到MCU。

微控制器单元或MCU的示意图

一个带有MCU的简单应用程序。

上电后,MCU将开始执行作为程序数据加载的指令。它充分利用RAM来存储程序指示的运行时变量。如前所述,MCU旨在与物理世界接口。以最简单的形式,MCU将根据其编程的逻辑来感应输入并驱动输出。

例如,温度显示控制器将温度传感器和LCD显示器链接到MCU。MCU将采样温度值作为模拟输入并将其转换为数字值。然后,通过向LCD发送正确的命令逻辑来显示数字值。 

为您的设计选择MCU 

请务必谨慎选择适合您的设计的MCU。选择错误的MCU可能会导致非常痛苦的设计体验。选择MCU时需要考虑许多因素。

您将要考虑应用程序的复杂性。如果设计涉及一个简单的定时器激活输出,那么一个具有1kB闪存和一个I / O端口的简单微控制器就足够了。但是,如果设计涉及复杂的逻辑(例如,基于WIFI的面部识别设备),则需要32位高端MCU。 

复杂的设备通常需要更大的程序存储器。除此之外,您还需要列出设备的外围设备和通信要求。在某些应用中,可能还需要ADC,电源管理模块和引导程序之类的内部功能。 

具有电子背景的面部识别软件

32位MCU将更适合面部识别设备

有时,MCU的选择还取决于开发工具。您将需要易于使用的编程工具和IDE(集成开发环境)。当然,使用在您使用的PCB设计软​​件和工具中具有预先创建的组件的MCU也很有帮助。OrCAD PCB Designer  配备了一个庞大的潜在组件库,供您使用,并维护了强大而有效的布局软件,可以应对任何设计挑战。 

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