單片機在很多地方都有應用,不論是汽車、智能設備(智能手機、平板電腦),還是沖泡咖啡的咖啡機。隨著物聯網的快速增長,單片機已成為現代世界的重要組成部分。
一、什么是單片機?
單片機(有時稱為MCU或微控制器)是單個集成電路(IC),通常用于特定的應用程序,旨在實現某些任務。在某些情況下必須自動控制的產品和設備(例如電器、電動工具、汽車發動機控制系統和計算機)就是很好的例子,但單片機的應用遠不止這些。
本質上講,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,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備中,而這些設備在根據不同的應用,其功耗可能并不相同。
二、單片機的內部組件
單片機可以看作是一臺小型計算機,這是因為單片機內部必不可少的組件。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,看看它們如何在單片機內部工作。
三、單片機的CPU
CPU,有時稱為處理器或微處理器,控制所有的指令/數據的流。你可以將其視為系統的大腦,處理它收到的所有數據輸入并執行所需的指令。它的兩個主要組件是執行算術和邏輯運算的算術邏輯單元(ALU),以及處理所有處理器指令執行的控制單元(CU)。圖2為CPU經歷的通常的“機器周期”。
四、單片機的RAM
RAM是一個臨時存儲數據的組件,可以快速訪問。它提供對存儲設備的快速讀寫訪問。這與大多數其他存儲器不同,因為數據不容易獲得,因此提取數據所需的時間更長。你可以看到它是RAM,它可以訪問數據的表面(很容易訪問)。RAM提高了整體系統性能,因為它允許單片機同時處理更多信息。由于RAM是臨時數據,因此當單片機關閉時,其內容將最終將被擦除。
五、單片機的ROM
ROM是一種非易失性存儲器,與RAM不同,即使關閉了單片機,它也可以保留其數據很長的時間。這樣可以保存你可能已上傳到單片機的已保存程序。ROM一次寫入一個“塊”或“扇區”,因此,如果你只需要重寫一個字節,閃存將需要重寫該字節所在的整個塊,這樣可以更快地用完。
六、單片機的EEPROM
EEPROM就像ROM一樣,是一種非易失性存儲器,即使關機后仍保留其數據。不同之處在于,盡管ROM重寫字節的“塊”,但EEPROM可以隨時重寫任何特定的字節。與閃存相比,這可以延長EEPROM的壽命,但也意味著價格更高。
七、單片機的串行總線接口
串行總線接口是單片機中的串行通信,一次發送一位數據。使用單片機板,它可以將IC與印刷電路板(PCB)上的信號走線相連。對于IC,他們使用串行總線傳輸數據以減少封裝中的引腳數,從而使其更具成本效益。IC中的串行總線的典型例子是SPI或I2C。
八、單片機的I/O端口
I/O端口是單片機用來連接到實際應用程序的端口。輸入接收現實世界中的變化,從溫度感測到運動感測到按鈕等等。輸入然后進入CPU,并決定如何處理該信息。當需要根據輸入中的特定值執行特定命令時,它會向輸出端口發送信號,其范圍從簡單的LED燈熄滅到運行特定部分的電動機,甚至更多。圖3為一些常見的輸入和輸出組件。
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