什么是MCU?它有什么作用?現(xiàn)在和小編一起來(lái)了解下關(guān)于MCU的相關(guān)知識(shí)，接下來(lái)分別講下定義，主要分類，存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，技術(shù)原理，應(yīng)用領(lǐng)域等。

微控制單元(Microcontroller Unit;MCU) ，又稱單片微型計(jì)算機(jī)(Single Chip Microcomputer )或者單片機(jī)，是把中央處理器(Central Process Unit;CPU)的頻率與規(guī)格做適當(dāng)縮減，并將內(nèi)存(memory)、計(jì)數(shù)器(Timer)、USB、A/D轉(zhuǎn)換、UART、PLC、DMA等周邊接口，甚至LCD驅(qū)動(dòng)電路都整合在單一芯片上，形成芯片級(jí)的計(jì)算機(jī)，為不同的應(yīng)用場(chǎng)合做不同組合控制。諸如手機(jī)、PC外圍、遙控器，至汽車電子、工業(yè)上的步進(jìn)馬達(dá)、機(jī)器手臂的控制等，都可見到MCU的身影。

他們有的主要分類：

按用途分類：

通用型：將可開發(fā)的資源(ROM、RAM、I/O、 EPROM)等全部提供給用戶。專用型：其硬件及指令是按照某種特定用途而設(shè)計(jì)，例如錄音機(jī)機(jī)芯控制器、打印機(jī)控制器、電機(jī)控制器等。

按其基本操作處理的數(shù)據(jù)位數(shù)分類：

根據(jù)總線或數(shù)據(jù)暫存器的寬度，單片機(jī)又分為1位、4位、8位、16位、32位甚至64位單片機(jī)。4位MCU大部份應(yīng)用在計(jì)算器、車用儀表、車用防盜裝置、呼叫器、無(wú)線電話、CD播放器、LCD驅(qū)動(dòng)控制器、LCD游戲機(jī)、兒童玩具、磅秤、充電器、胎壓計(jì)、溫濕度計(jì)、遙控器及傻瓜相機(jī)等;8位MCU大部份應(yīng)用在電表、馬達(dá)控制器、電動(dòng)玩具機(jī)、變頻式冷氣機(jī)、呼叫器、傳真機(jī)、來(lái)電辨識(shí)器(CallerID)、電話錄音機(jī)、CRT顯示器、鍵盤及USB等;8位、16位單片機(jī)主要用于一般的控制領(lǐng)域，一般不使用操作系統(tǒng)， 16位MCU大部份應(yīng)用在行動(dòng)電話、數(shù)字相機(jī)及攝錄放影機(jī)等;32位MCU大部份應(yīng)用在Modem、GPS、PDA、HPC、STB、Hub、Bridge、Router、工作站、ISDN電話、激光打印機(jī)與彩色傳真機(jī); 32位用于網(wǎng)絡(luò)操作、多媒體處理等復(fù)雜處理的場(chǎng)合，一般要使用嵌入式操作系統(tǒng)。64位MCU大部份應(yīng)用在高階工作站、多媒體互動(dòng)系統(tǒng)、高級(jí)電視游樂(lè)器(如SEGA的Dreamcast及Nintendo的GameBoy)及高級(jí)終端機(jī)等。

存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)

MCU根據(jù)其存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)可分為哈佛(Harvard)結(jié)構(gòu)和馮?諾依曼(Von Neumann)結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在的單片機(jī)絕大多數(shù)都是基于馮·諾伊曼結(jié)構(gòu)的，這種結(jié)構(gòu)清楚地定義了嵌入式系統(tǒng)所必需的四個(gè)基本部分：一個(gè)中央處理器核心，程序存儲(chǔ)器(只讀存儲(chǔ)器或者閃存)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(隨機(jī)存儲(chǔ)器)、一個(gè)或者更多的定時(shí)/計(jì)時(shí)器，還有用來(lái)與外圍設(shè)備以及擴(kuò)展資源進(jìn)行通信的輸入/輸出端口，所有這些都被集成在單個(gè)集成電路芯片上。

指令結(jié)構(gòu)

MCU根據(jù)指令結(jié)構(gòu)又可分為CISC(Complex Instruction Set Computer,復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī))和RISC(Reduced Instruction Set Comuter,精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)微控制器)

技術(shù)原理

MCU同溫度傳感器之間通過(guò)I2C總線連接。I2C總線占用2條MCU輸入輸出口線，二者之間的通信完全依靠軟件完成。溫度傳感器的地址可以通過(guò)2根地址引腳設(shè)定，這使得一根I2C總線上可以同時(shí)連接8個(gè)這樣的傳感器。本方案中，傳感器的7位地址已經(jīng)設(shè)定為1001000。MCU需要訪問(wèn)傳感器時(shí)，先要發(fā)出一個(gè)8位的寄存器指針，然后再發(fā)出傳感器的地址(7位地址，低位是WR信號(hào))。傳感器中有3個(gè)寄存器可供MCU使用，8位寄存器指針就是用來(lái)確定MCU究竟要使用哪個(gè)寄存器的。

MCU常見的應(yīng)用領(lǐng)域

一、MCU在工控中的應(yīng)用

工業(yè)控制應(yīng)用中采用MCU時(shí)，系統(tǒng)性能改善和更加節(jié)能是兩個(gè)主要好處。傳統(tǒng)意義上，建立空調(diào)系統(tǒng)采用簡(jiǎn)單的開/關(guān)方法來(lái)控制壓縮機(jī)。當(dāng)我們啟動(dòng)壓縮機(jī)的時(shí)候，不管溫度是多少，它都全速運(yùn)行，開和關(guān)狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)變結(jié)果是快速啟動(dòng)或停止壓縮機(jī)。這樣做非常浪費(fèi)能源，而且操作時(shí)噪音較大。

采用具有馬達(dá)控制功能的MCU可以實(shí)現(xiàn)具有以下特點(diǎn)的空調(diào)解決方案：

1、能量效率能夠總是保持最佳速度與扭矩;

2、更好的系統(tǒng)性能——低噪聲與低振動(dòng)，運(yùn)行平穩(wěn)，啟動(dòng)和停止時(shí)也很平穩(wěn)。

使馬達(dá)具有最佳速度與扭矩，并減少開關(guān)次數(shù)，通過(guò)降低開關(guān)損耗將可以使電設(shè)備節(jié)能25~30%。這是非常有意義的，因?yàn)樵陔娏ο闹校?0%的電力用在了馬達(dá)控制應(yīng)用。隨著迅速的工業(yè)化進(jìn)程，能源需求在以較快的速度增長(zhǎng)，具有能源效率的馬達(dá)控制應(yīng)用將在中國(guó)節(jié)省大量能源。

二、MCU在家電中的應(yīng)用

MCU廣泛應(yīng)用在洗衣機(jī)、空調(diào)、微波爐、吸塵器、電冰箱等多種家用電器中。MCU可主要用于電機(jī)控制、模擬傳感器測(cè)量、前面板鍵盤控制以及在LED/LCD上顯示結(jié)果等。本文將重點(diǎn)討論通過(guò)采用可編程片上系統(tǒng)(PSoC)器件，從而提供集成方法來(lái)實(shí)現(xiàn)上述系統(tǒng)功能的家電設(shè)計(jì)。

面向電機(jī)控制和TRIAC/ LED/ LCD驅(qū)動(dòng)應(yīng)用，家用電器行業(yè)采用了8/16/32位微控制器電路。微控制器可控制和管理電器的全部功能和特性。當(dāng)用戶按下“開始”按鍵時(shí)，輸入信號(hào)從前面板鍵盤傳到微控制器，接著MPU啟動(dòng)三相無(wú)刷直流(BLDC)電機(jī)或永磁同步電機(jī)(PMSM)。電機(jī)速度將根據(jù)前面板鍵盤中的用戶輸入實(shí)現(xiàn)變化和控制。微控制器采用內(nèi)部或外部串行EEProm(基于I2C/spi)存儲(chǔ)舊數(shù)據(jù)，并使用RTC顯示準(zhǔn)確的時(shí)間信息。溫度測(cè)量則可采用基于板上RTD、熱敏電阻或熱電偶的溫度感應(yīng)器件來(lái)實(shí)現(xiàn)。

三、MCU在手機(jī)和電腦上的應(yīng)用

MCU在當(dāng)前手機(jī)與平板電腦應(yīng)用中主要用作諸如電容式觸摸感應(yīng)接口、觸摸屏接口、攝像頭接口、不同模擬傳感器輸入檢測(cè)、USB接口以及電池充電與監(jiān)控等眾多功能的協(xié)處理器。

此外，負(fù)責(zé)互連上述功能的所有邏輯和接口都可以采用像用于模擬輸入的ADC、用于蜂鳴器應(yīng)用的PWM、段式LCD、字符型LCD、圖形化LCD、用于音量控制的DAC、USB接口以及電容式觸摸屏接口等各種可用組件模塊設(shè)計(jì)而成。

總結(jié)：

中國(guó)的單片機(jī)應(yīng)用和嵌入式系統(tǒng)開發(fā)走過(guò)了二十余年的歷程，隨著嵌入式系統(tǒng)逐漸深入社會(huì)生活各個(gè)方面，單片機(jī)課程的教學(xué)也有從傳統(tǒng)的8位處理器平臺(tái)向32位高級(jí)RISC處理器平臺(tái)轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)，但8位機(jī)依然難以被取代。國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、軍事及家用電器等各個(gè)領(lǐng)域，尤其是手機(jī)、汽車自動(dòng)導(dǎo)航設(shè)備、PDA、智能玩具、智能家電、醫(yī)療設(shè)備等行業(yè)都是國(guó)內(nèi)急需單片機(jī)人才的行業(yè)。以上就是MCU的一些基礎(chǔ)知識(shí)，希望能給大家?guī)椭?