MCU Microcontroller(微控制器)又可�(jiǎn)稱MCU 或� C,也有人稱為單芯片�控制�(Single Chip Microcontroller),將ROM�RAM� CPU、I/O 集合在同一�(gè)芯片�,為不同的�(yīng)用場(chǎng)合做不同組合控制.微控制器在經(jīng)�(guò)這幾年不斷地研究,�(fā)�,歷經(jīng)4 �,8 �, 到現(xiàn)在的16 位及32 �,甚至64 �.�(jīng)�(guò)20多年的發(fā)�,其成本越來(lái)越低,而性能越來(lái)越強(qiáng)�,這使其應(yīng)用已�(jīng)�(wú)處不�,遍及各�(gè)�(lǐng)��
在MCU �(kāi)�(fā)方面,以架�(gòu)而言,可分為兩大主�;RISC(如HOLTEK HT48XXX 系列)與CISC(如華邦W78 系列).
RISC (Reduced Instruction Set Computer) 代表MCU 的所有指令都是利用一些簡(jiǎn)單的指令組成�,簡(jiǎn)單的指令代表 MCU 的線路可以盡量做到化,而提高執(zhí)行速率,相�(duì)的使得一�(gè)指令所需的時(shí)間減到最�。HOLTEK 的HT46XX(A/D MCU 系列) HT47XX(R to F MCU 系列) HT48XX(一般I/O MCU 系列) HT49XX(LCD MCU 系列) 便是采用 RISC �(jié)�(gòu)�(lái)�(shè)�(jì)。不管是 RISC 或是 CISC(Complex Instruction Set Computer),設(shè)�(jì)MCU 的目的便是為人類服務(wù)的,�(duì)� RISC �(lái)�(shuō),因?yàn)橹噶罴木?jiǎn),所以許多工作都必須組合�(jiǎn)單的指令,而針�(duì)較復(fù)雜組合的工作便需要由『編譯程序�(compiler) �(lái)�(zhí)行,� CISC MCU ,compiler 的工作因而減少許�� 以一�(gè)�(shù)值運(yùn)算程序來(lái)�(shuō),使� CISC 指令集的MCU �(yùn)算對(duì)于一�(gè)積分表達(dá)式可能只需要十�(gè)�(jī)器指�,� RISC MCU 在執(zhí)行相同的程序�(shí),卻�?yàn)镃PU 本身不提供浮�(diǎn)�(shù)乘法的指令,所以可能需要執(zhí)行上百�(gè)�(jī)器指� (但每一�(gè)指令可能只需� CISC 指令十分之一的時(shí)�),而由程序�(yǔ)言�(zhuǎn)換成�(jī)器指令的�(dòng)作是由程序語(yǔ)言� Compiler �(lái)�(zhí)行,所以在 RISC MCU 的Compiler 便會(huì)較復(fù)� �
�?yàn)橥瑯右粋�(gè)�(yǔ)言 A=B*C 的運(yùn)算,� RISC MCU �(zhuǎn)換為�(jī)器指令可能有許多種組�,而每一種組合的『時(shí)�/空間』組合都不盡相同� 所� RISC � CISC 的取舍之�,似乎也是MCU 硬件架構(gòu)與軟�(Compiler) 的平衡之�(zhēng),應(yīng)該沒(méi)有優(yōu)�(shì)的一�,只能說(shuō)因應(yīng)不同的需求而有不同的產(chǎn)�,例如工作單純的打印�(jī)核心 MCU,便適合使用效能�(wěn)�,但單位指令效率較佳� RISC MCU. (MCU) 微控制器�(chǎn)品架�(gòu)由早期以累積器為基礎(chǔ)的CPU,演�(jìn)至現(xiàn)今含精簡(jiǎn)指令(RISC)或同�(shí)含RISC、DSP如Motorola�68356, 也有如DEC 的SAIIC、與Hitachi 的SH-DSP 系列等之32 位嵌入式微控制器 ,每一系列�(chǎn)品又因應(yīng)不同的應(yīng)用與接口需� ,衍生出不同�(guī)格的�(chǎn)� 。微控制器產(chǎn)品以特性做為區(qū)分的�(biāo)�(zhǔn)與市�(chǎng)�(tǒng)�(jì)的依�(jù) ,區(qū)分為4 � �8 � 、以�16/32 位等三大� 。各廠商依其不同功能組合 ,發(fā)展出系列性的微控制器�(chǎn)� ,如NEC 供應(yīng)PD75X �4 位系� ,Toshiba 供應(yīng)47CXX �4 位系� 、HOLTEK 供應(yīng)HT48CXX �8 位系� 、及Intel 之MCS-96 �16 位系列等�
?�?)集成度�、體積小�
Mcu將CPU、存�(chǔ)器、I/O接口等各種功能部件集成在一塊晶體芯片上,體積小,節(jié)省空�。能靈活,方便地�(yīng)用于各種智能化的控制�(shè)備和儀�,實(shí)�(xiàn)�(jī)電一體化�
?�?)可靠性高,抗干擾性強(qiáng)�
Mcu把各種功能部件集成在一塊芯片上,內(nèi)部采用總線結(jié)�(gòu),減少了各芯片之間的連線,大大提高了Mcu的可靠性與抗干擾能�。另�,其體積小,�(duì)于強(qiáng)磁場(chǎng)�(huán)境易于采取屏蔽措�,適合在惡劣�(huán)境下工作�
?�?)低功��
許多Mcu的工作電壓只�2�4伏特,電流幾百微�,功耗很�,適用于便攜式系�(tǒng)�
�4)控制功能強(qiáng)�
其CPU可以�(duì)I/O端口直接�(jìn)行操�,可以�(jìn)行位操作、分支轉(zhuǎn)移操�� 還能方便地實(shí)�(xiàn)多機(jī)控制,使整�(gè)系統(tǒng)的控制效率大為提�,適用于專門的控制領(lǐng)域�
?�?)可�(kuò)展性好�
Mcu具有靈活方便的外部擴(kuò)展總線接�,使得當(dāng)片內(nèi)資源不夠使用�(shí)可以非常方便地�(jìn)行片外擴(kuò)展。另�,現(xiàn)在Mcu具有越來(lái)越豐富的通信接口:如異步串行口SCI、同步串行口SPI、I2C、CAN總線、甚至有的Mcu還集成了USB接口或以太網(wǎng)接口,這些豐富的通信接口使得Mcu系統(tǒng)與外部計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的通信變得非常容易�
?�?)性價(jià)比高�
Mcu�(yīng)用廣泛,生產(chǎn)批量�,產(chǎn)品供�(yīng)商的商業(yè)�(jìng)�(zhēng)使得Mcu�(chǎn)品的性能越來(lái)越強(qiáng)而價(jià)格低廉,有優(yōu)異的性能�(jià)格比�
由于制程的改�(jìn)�8 位MCU �4 位MCU �(jià)差相去無(wú)��8 位已漸成為市�(chǎng)主流;針�(duì)4 位MCU,大部份供貨商采接單生產(chǎn),目�4 位MCU 大部份應(yīng)用在�(jì)算器、車表、車用防盜裝�、呼叫器、無(wú)線電話、CD Player、LCD 、LCD Game、兒童玩�、磅�、充電器、胎壓計(jì)、溫濕度�(jì)、遙控器及傻瓜相�(jī)��8 位MCU 大部份應(yīng)用在電表、馬�(dá)控制�、電�(dòng)玩具�(jī)、變頻式冷氣�(jī)、呼叫器、傳真機(jī)、來(lái)電辨�(shí)器(Caller ID�、電話錄音機(jī)、CRT Display、鍵盤及USB �� 16 位MCU 大部份應(yīng)用在行動(dòng)電話、數(shù)字相�(jī)及攝錄放影機(jī)��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)�64 位MCU 大部份應(yīng)用在高階工作站、多媒體互動(dòng)系統(tǒng)、電視游�(lè)器(如SEGA 的Dreamcast 及Nintendo 的GameBoy)及終端�(jī)等�
這樣的區(qū)別主要集中在硬件�(jié)�(gòu)、應(yīng)用領(lǐng)域和指令集特�3�(gè)方面�
1)硬件結(jié)�(gòu)
微處理器是一�(gè)單芯片CPU,而微控制器則在一塊集成電路芯片中集成了CPU和其他電�,構(gòu)成了一�(gè)完整的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。圖1-6虛線框中所示是大多�(shù)微控制器的完整結(jié)�(gòu)。除了CPU,微控制器還包括RAM、ROM、一�(gè)串行接口、一�(gè)并行接口,計(jì)�(shí)器和中斷�(diào)度電�。這些都集成在一塊集成電路上。雖然片上RAM的容量比普通微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)還要小,但是這并未限制微控制器的使用。在后面可以了解到,微控制器的應(yīng)用范圍非常廣��
微控制器的一�(gè)重要的特征是�(nèi)建的中斷系統(tǒng)。作為面向控制的�(shè)�,微控制器經(jīng)常要�(shí)�(shí)響應(yīng)外界的激�(lì)(中斷)。微控制器必須執(zhí)行快速上下文切換,掛起一�(gè)�(jìn)程去�(zhí)行另一�(gè)�(jìn)程以響應(yīng)一�(gè)“事件�。例如,打開(kāi)微波爐的門就是一�(gè)事件,在基于微控制器的產(chǎn)品中這�(gè)事件將觸�(fā)一�(gè)中斷。微處理器也能擁有強(qiáng)大的中斷功能,但是通常需要外部元件的配合,而微控制器在片上集成了所有處理中斷必需的電��
2)應(yīng)用領(lǐng)�
微處理器通常作為微型�(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的CPU使用。其�(shè)�(jì)正是針對(duì)這樣的應(yīng)�,這也是微處理器的�(yōu)�(shì)所�。然�,微控制器通常用于面向控制的應(yīng)�。其系統(tǒng)�(shè)�(jì)追求小型�,盡可能減少元器件數(shù)�。在�(guò)�,這些�(yīng)用通常需要用�(shù)十�(gè)甚至�(shù)百�(gè)�(shù)字集成電路來(lái)�(shí)�(xiàn)。使用微控制器可以減少元器件的使用數(shù)�,只需一�(gè)微控制器、少量的外部元件和存�(chǔ)在ROM中的控制程序就能�?qū)崿F(xiàn)同樣的功�。微控制器適用于那些以極少的元件�(shí)�(xiàn)�(duì)輸入/輸出�(shè)備�(jìn)行控制的�(chǎng)合,而微處理器適用于�(jì)算機(jī)系統(tǒng)中�(jìn)行信息處��
3)指令集特征
由于�(yīng)用場(chǎng)合不同,微控制器和微處理器的指令集也有所不同。微處理器的指令集增�(qiáng)了處理功能,使其擁有�(qiáng)大的尋址模式和適于操作大�(guī)模數(shù)�(jù)的指�。微處理器的指令可以�(duì)半字節(jié)、字節(jié)、字,甚至雙字�(jìn)行操�。通過(guò)使用地址指針和地址偏移,微處理器提供了可以訪問(wèn)大批�(shù)�(jù)的尋址模式。自增和自減模式使得以字節(jié)、字或雙字為單位訪問(wèn)�(shù)�(jù)變得非常容易。另外,微處理器還具有其他的特點(diǎn),如用戶程序中無(wú)法使用特�(quán)� 令等�
微控制器的指令集適用于輸�/輸出控制。許多輸�/輸出的接口是�/位的。例如,電磁鐵控制著馬達(dá)的開(kāi)�(guān),而電磁鐵由一�(gè)1位的輸出端口控制。微控制器具有設(shè)置和清除單位的指�,也能執(zhí)行其他面向位的操作,如對(duì)“位”�(jìn)行邏輯與、或和異或的�(yùn)�,根�(jù)�(biāo)志位跳轉(zhuǎn)�。很少有微處理器具備這些�(qiáng)大的位操作能�,因?yàn)樵O(shè)�(jì)者在�(shè)�(jì)微處理器�(shí),僅考慮以字節(jié)或更大的單位�(lái)操作�(shù)�(jù)�
在對(duì)�(shè)備的控制和監(jiān)視方面(可能是通過(guò)一�(gè)1位的接口),微控制器具有專門的內(nèi)部電路和指令用于輸入/輸出、計(jì)�(shí)和外部中斷的�(yōu)先權(quán)分配。微處理器一般需要配合附加的電路(串行接口芯�、中斷控制器、定�(shí)器等)才能執(zhí)行相同的任務(wù)。不�(guò),單純就處理能力而言,微控制器永�(yuǎn)�(dá)不到微處理器的水平(在其他條件相同的情況下),因?yàn)槲⒖刂破餍酒械募呻娐返暮艽笠徊糠钟糜�?shí)�(xiàn)其他的片上功�,代�(jià)就是犧牲掉一部分處理能力�
由于微控制器芯片上的資源非常緊張,它的指令必須非常精�(jiǎn),大部分指令的長(zhǎng)度都短于1�(gè)字節(jié)??刂瞥绦虻脑O(shè)�(jì)原則通常是要求程序能夠裝入片上的ROM,因?yàn)榧词怪辉�?片外部ROM也將顯著提高�(chǎn)品的硬件成本。微控制器指令集的基本特�(diǎn)就是具有精簡(jiǎn)的編碼方�。微處理器不具備這樣的特�(diǎn),因?yàn)樗鼈�?qiáng)大的尋址模式使得指令編碼不夠�(jiǎn)��
維庫(kù)電子�,電子知�(shí),一查百��
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