單片機是一種內(nèi)部集成了很多電路的IC芯片(又稱集成電路、集成塊)，是單片微型計算機(Single Chip Microcomputer)的簡稱。由于單片機主要用于控制領(lǐng)域，所以又稱作微型控制器(Microcontroller Unit,MCU)。單片機由CPU、存儲器和輸入/輸出接口電路(I/O接口電路)等組成的。

單片機可以看作是一臺小型計算機，這是因為單片機內(nèi)部必不可少的組件。中央處理器(CPU)，隨機存取存儲器(RAM)，閃存，串行總線接口，輸入/輸出端口(I/O口)，在許多情況下還包括電可擦可編程只讀存儲器內(nèi)存(EEPROM)。圖1為單片機中主要部分以及其他部分的示意圖。下面，讓我們深入研究每個組件，看看它們?nèi)绾卧趩纹瑱C內(nèi)部工作。

單片機是一個配備CPU和程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、輸入/輸出接口電路、定時/計數(shù)器、中斷控制器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器、調(diào)制解調(diào)器等部件的系統(tǒng)，這些系統(tǒng)安裝在一塊集成電路上。根據(jù)不同單片機的型號，其組成部分不同，具體結(jié)構(gòu)以下幾種。

一、運算器

運算器由運算部件——算術(shù)邏輯單元(Arithmetic & Logical Unit，簡稱ALU)、累加器和寄存器等幾部分組成。ALU的作用是把傳來的數(shù)據(jù)進行算術(shù)或邏輯運算，輸入來源為兩個8位數(shù)據(jù)，分別來自累加器和數(shù)據(jù)寄存器。ALU能完成對這兩個數(shù)據(jù)進行加、減、與、或、比較大小等操作，最后將結(jié)果存入累加器。

運算器有兩個功能：

(1) 執(zhí)行各種算術(shù)運算。

(2) 執(zhí)行各種邏輯運算，并進行邏輯測試，如零值測試或兩個值的比較。

運算器所執(zhí)行全部操作都是由控制器發(fā)出的控制信號來指揮的，并且，一個算術(shù)操作產(chǎn)生一個運算結(jié)果，一個邏輯操作產(chǎn)生一個判決。

二、控制器

控制器由程序計數(shù)器、指令寄存器、指令譯碼器、時序發(fā)生器和操作控制器等組成，是發(fā)布命令的“決策機構(gòu)”，即協(xié)調(diào)和指揮整個微機系統(tǒng)的操作。其主要功能有：

(1) 從內(nèi)存中取出一條指令，并指出下一條指令在內(nèi)存中的位置。

(2) 對指令進行譯碼和測試，并產(chǎn)生相應(yīng)的操作控制信號，以便于執(zhí)行規(guī)定的動作。

(3) 指揮并控制CPU、內(nèi)存和輸入輸出設(shè)備之間數(shù)據(jù)流動的方向。

微處理器內(nèi)通過內(nèi)部總線把ALU、計數(shù)器、寄存器和控制部分互聯(lián)，并通過外部總線與外部的存儲器、輸入輸出接口電路連接。外部總線又稱為系統(tǒng)總線，分為數(shù)據(jù)總線DB、地址總線AB和控制總線CB。通過輸入輸出接口電路，實現(xiàn)與各種外圍設(shè)備連接。

三、存儲單元

任何計算系統(tǒng)都需要兩種類型的存儲器：程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。程序存儲器，顧名思義，包含程序，即要由CPU執(zhí)行的指令。另一方面，數(shù)據(jù)存儲器需要在執(zhí)行指令時存儲臨時數(shù)據(jù)。

通常，程序存儲器是只讀存儲器或ROM，數(shù)據(jù)存儲器是隨機存取存儲器或RAM。數(shù)據(jù)存儲器有時也稱為讀寫存儲器(R/WM)。

輸入設(shè)備：用于將程序和數(shù)據(jù)輸入到計算機。

單片機(有時稱為MCU或微控制器)是單個集成電路(IC)，通常用于特定的應(yīng)用程序，旨在實現(xiàn)某些任務(wù)。在某些情況下必須自動控制的產(chǎn)品和設(shè)備(例如電器、電動工具、汽車發(fā)動機控制系統(tǒng)和計算機)就是很好的例子，但單片機的應(yīng)用遠不止這些。

本質(zhì)上講，單片機可以解釋為一邊收集輸入信息，處理該信息，一邊根據(jù)收集的信息輸出特定的動作。單片機通常以較低的速度運行，大約在1MHz至200MHz的范圍內(nèi)，這個過程只需要消耗很少的電量。由于單片機被嵌入在一些電子設(shè)備中，而這些設(shè)備在根據(jù)不同的應(yīng)用，其功耗可能并不相同。

單片機已經(jīng)涉及到人們生活的各個領(lǐng)域，飛機上的儀表控制、網(wǎng)絡(luò)通信和數(shù)據(jù)傳輸、工業(yè)自動化控制、汽車導(dǎo)航、遙控玩具、智能機器人等都離不開單片機。沐渥科技認(rèn)為隨著5G的全面發(fā)展，社會正在朝著萬物互聯(lián)的方向發(fā)展，單片機開發(fā)作為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的重要組成部分，將迎來前所未有的發(fā)展機遇。