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解析微控制器的工作原理、類(lèi)型及應(yīng)用

我快閉嘴 ? 來(lái)源:賢集網(wǎng) ? 作者:賢集網(wǎng) ? 2020-08-21 15:32 ? 次閱讀
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微控制器是單芯片微計(jì)算機(jī),將微計(jì)算機(jī)的主要部件集成在一個(gè)芯片上。該微控制器誕生于1970年代中期。經(jīng)過(guò)20年的發(fā)展,其成本越來(lái)越低,性能越來(lái)越強(qiáng)大,這使其在各個(gè)領(lǐng)域和各個(gè)領(lǐng)域都得到應(yīng)用。例如,電機(jī)控制,條形碼閱讀器/掃描儀,消費(fèi)電子產(chǎn)品,游戲設(shè)備,電話(huà),HVAC,樓宇安全和訪問(wèn)控制,工業(yè)控制和自動(dòng)化以及白色家用電器(洗衣機(jī),微波爐)。本文主要介紹微控制器的應(yīng)用和工作原理,包括微控制器的類(lèi)型;微控制器和微處理器之間的區(qū)別;或世界頂級(jí)微控制器制造商等。

根據(jù)Wiki,微控制器(或微控制器單元的MCU)是位于單個(gè)集成電路上的小型計(jì)算機(jī)。用現(xiàn)代術(shù)語(yǔ)來(lái)說(shuō),它類(lèi)似于片上系統(tǒng)或SoC,但不如后者復(fù)雜。SoC可能包括微控制器作為其組件之一。微控制器包含一個(gè)或多個(gè)CPU處理器內(nèi)核)以及存儲(chǔ)器和可編程輸入/輸出外設(shè)。鐵電RAM,NOR閃存或OTP ROM形式的程序存儲(chǔ)器通常也包含在芯片上,以及少量RAM。與個(gè)人計(jì)算機(jī)或其他由各種分立芯片組成的通用應(yīng)用中使用的微處理器相比,微控制器是為嵌入式應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。單片機(jī)用于自動(dòng)控制的產(chǎn)品和設(shè)備,例如汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng),植入式醫(yī)療設(shè)備,遙控器,辦公機(jī)器,設(shè)備,電動(dòng)工具,玩具和其他嵌入式系統(tǒng)。與使用單獨(dú)的微處理器,存儲(chǔ)器和輸入/輸出設(shè)備的設(shè)計(jì)相比,通過(guò)減小尺寸和成本,微控制器使數(shù)字控制更多的設(shè)備和過(guò)程變得經(jīng)濟(jì)?;旌?a target="_blank">信號(hào)微控制器很常見(jiàn),集成了控制非數(shù)字電子系統(tǒng)所需的模擬組件。

微控制器功能

微控制器具有以下幾個(gè)主要功能:

(1)可靠性好。由于微控制器的各種功能部件都集成在芯片上,特別是存儲(chǔ)器集成在芯片上,布線短,數(shù)據(jù)大部分在芯片內(nèi)部傳輸,不易受到外界干擾,增強(qiáng)了抗干擾能力強(qiáng),使系統(tǒng)運(yùn)行更加可靠。因此,可靠性顯然優(yōu)于一般的通用CPU系統(tǒng)。

(2)強(qiáng)大的控制功能。為了滿(mǎn)足工業(yè)控制的要求,通用微控制器的指令系統(tǒng)具有豐富的條件分支轉(zhuǎn)移指令,I / O端口的邏輯運(yùn)算和位處理功能。通常,微控制器的邏輯控制功能和運(yùn)行速度高于相同級(jí)別的CPU。

(3)易于擴(kuò)展。有許多三個(gè)總線和用于擴(kuò)展的并行,串行輸入/輸出引腳,很容易形成各種尺寸的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。

(4)通用微控制器中沒(méi)有監(jiān)控程序或系統(tǒng)管理軟件,開(kāi)發(fā)需要相應(yīng)的仿真系統(tǒng)。

單片機(jī)類(lèi)型

微控制器可分為兩大類(lèi):普通單片機(jī)和數(shù)字信號(hào)處理單片機(jī)(DSP)。

根據(jù)字長(zhǎng),目前常見(jiàn)的單片機(jī)是4到32。功能強(qiáng)弱,適合不同場(chǎng)合。世界上大多數(shù)最大的半導(dǎo)體公司都有自己的微控制器。

單片機(jī)8051

它是一個(gè)40引腳微控制器,其Vcc為5V,連接到引腳40,而Vss的引腳20保持為0V。并且有P1.0-P1.7的輸入和輸出端口,并且具有開(kāi)漏功能。Port3具有其他功能。引腳36處于開(kāi)漏狀態(tài),引腳17內(nèi)部在微控制器內(nèi)部上拉晶體管。當(dāng)在端口1上應(yīng)用邏輯1時(shí),則在端口21上獲得邏輯1,反之亦然。微控制器的編程非常復(fù)雜?;旧?,我們用C語(yǔ)言編寫(xiě)一個(gè)程序,然后將其轉(zhuǎn)換為微控制器可以理解的機(jī)器語(yǔ)言。RESET引腳連接到與電容器相連的引腳9。當(dāng)開(kāi)關(guān)接通時(shí),電容器開(kāi)始充電并且RST為高。向復(fù)位引腳施加高電平將使微控制器復(fù)位。如果我們對(duì)該引腳施加邏輯零,程序?qū)念^開(kāi)始執(zhí)行。

8051的存儲(chǔ)器架構(gòu)

8051的存儲(chǔ)器分為兩部分:程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。程序存儲(chǔ)器存儲(chǔ)正在執(zhí)行的程序,而數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器臨時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和結(jié)果。8051已在多種設(shè)備中使用,主要是因?yàn)樗子诩傻皆O(shè)備中。微控制器主要用于能源管理,觸摸屏,汽車(chē)和醫(yī)療設(shè)備。

8051的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器

8051微控制器的引腳說(shuō)明

引腳40:Vcc是+ 5V DC的主要電源。

針20:Vss –表示接地(0 V)連接。

引腳32-39:稱(chēng)為端口0(P0.0至P0.7)用作I / O端口。

Pin-31:地址鎖存使能(ALE)用于解復(fù)用端口0的地址數(shù)據(jù)信號(hào)。

針30:(EA)外部訪問(wèn)輸入用于啟用或禁用外部存儲(chǔ)器接口。如果沒(méi)有外部存儲(chǔ)器要求,則此引腳始終保持高電平。

引腳29:程序存儲(chǔ)使能(PSEN)用于從外部程序存儲(chǔ)器讀取信號(hào)。

引腳21-28:稱(chēng)為端口2(P 2.0至P 2.7)–除了用作I / O端口外,高階地址總線信號(hào)還與該準(zhǔn)雙向端口復(fù)用。

引腳18和19:用于連接外部晶振以提供系統(tǒng)時(shí)鐘。

引腳10 – 17:此端口還具有其他功能,例如中斷,定時(shí)器輸入,用于外部存儲(chǔ)器與讀寫(xiě)接口的控制信號(hào)。這是具有內(nèi)部上拉功能的準(zhǔn)雙向端口。

針腳9:這是一個(gè)RESET針腳,用于在單片機(jī)正在工作或開(kāi)始應(yīng)用程序啟動(dòng)時(shí)將8051單片機(jī)設(shè)置為其初始值。必須在兩個(gè)機(jī)器周期內(nèi)將RESET引腳設(shè)置為高電平。

引腳1 – 8:此端口不具有任何其他功能。端口1是準(zhǔn)雙向I / O端口。

微控制器嵌入設(shè)備內(nèi)部,以控制產(chǎn)品的動(dòng)作和功能。因此,它們也可以稱(chēng)為嵌入式控制器。它們運(yùn)行一個(gè)特定的程序,專(zhuān)門(mén)用于一項(xiàng)任務(wù)。它們是具有專(zhuān)用輸入設(shè)備和小型LED或LCD顯示輸出的低功率設(shè)備。微控制器可以從他們控制的設(shè)備中獲取輸入,并通過(guò)將設(shè)備信號(hào)發(fā)送到設(shè)備的不同部分來(lái)保持控制。電視的微控制器就是一個(gè)很好的例子。它從遙控器獲取輸入,并在電視屏幕上輸出其輸出。

像傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)一樣,微控制器依靠不同的功能來(lái)完成其工作。這些功能包括:

內(nèi)存

RAM用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)以及微控制器工作時(shí)創(chuàng)建的其他結(jié)果。但是,一旦切斷微控制器的電源,它就不會(huì)永久存儲(chǔ)數(shù)據(jù),并且其內(nèi)存也會(huì)丟失。 RAM包含一個(gè)特殊功能寄存器(SFR)。這是微控制器制造商提供的預(yù)先配置的內(nèi)存。它控制串行通信模數(shù)轉(zhuǎn)換器等特定電路的行為。

只讀存儲(chǔ)器

微控制器作為程序執(zhí)行的特殊任務(wù)存儲(chǔ)在ROM(只讀存儲(chǔ)器)中,永遠(yuǎn)不變。 ROM使微控制器知道某些動(dòng)作應(yīng)觸發(fā)特定的響應(yīng)。例如,ROM使電視的微控制器知道按下頻道按鈕會(huì)改變屏幕上的顯示。 ROM中存儲(chǔ)的程序大小取決于ROM的大小。一些微控制器以外部芯片的形式接受ROM的添加,而另一些則帶有內(nèi)置ROM。

程序計(jì)數(shù)器

程序計(jì)數(shù)器允許小型計(jì)算機(jī)基于一系列不同的編程指令來(lái)執(zhí)行程序。每當(dāng)執(zhí)行一行指令時(shí),程序計(jì)數(shù)器就會(huì)增加1。這有助于在代碼行中跟蹤柜臺(tái)的位置。

輸入和輸出

與通過(guò)鼠標(biāo)或鍵盤(pán)控制的計(jì)算機(jī)不同,微控制器具有通過(guò)輸入和輸出與人進(jìn)行交互的獨(dú)特方式。微控制器上的典型輸入和輸出設(shè)備包括LED顯示屏,開(kāi)關(guān)和確定濕度,溫度和光照水平的傳感器。大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)不具有用于直接人機(jī)交互的屏幕或鍵盤(pán)。取而代之的是,微控制器具有多種輸入和輸出引腳或GPIO,它們被配置用于不同的輸入和輸出設(shè)備。

例如,您可以將一個(gè)引腳配置為通過(guò)感測(cè)溫度工作的微控制器上的輸入,而將另一個(gè)引腳配置為輸出并連接至自動(dòng)調(diào)溫器,該自動(dòng)調(diào)溫器根據(jù)預(yù)先設(shè)置觸發(fā)空調(diào)或加熱器的開(kāi)和關(guān)。設(shè)定溫度范圍。輸入和輸出動(dòng)力學(xué)完全是機(jī)器對(duì)機(jī)器的,不需要直接的人工交互即可做出決定。
責(zé)任編輯:tzh

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