MCU Microcontroller(微控制器)又可簡稱MCU 或� C,也有人稱為單芯片�控制�(Single Chip Microcontroller),將ROM�RAM� CPU、I/O 集合在同一個芯片中,為不同的應用場合做不同組合控�.微控制器在經(jīng)過這幾年不斷地研究,�(fā)�,歷經(jīng)4 �,8 �, 到現(xiàn)在的16 位及32 �,甚至64 �.�(jīng)�20多年的發(fā)�,其成本越來越低,而性能越來越強�,這使其應用已�(jīng)無處不在,遍及各個領(lǐng)域�
在MCU 開發(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單的指令組成�,簡單的指令代表 MCU 的線路可以盡量做到化,而提高執(zhí)行速率,相對的使得一個指令所需的時間減到最短。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)來設�。不管是 RISC 或是 CISC(Complex Instruction Set Computer),設計MCU 的目的便是為人類服務�,對� RISC 來說,因為指令集的精�,所以許多工作都必須組合簡單的指令,而針對較復雜組合的工作便需要由『編譯程序�(compiler) 來執(zhí)�,� CISC MCU ,compiler 的工作因而減少許�� 以一個數(shù)值運算程序來�,使� CISC 指令集的MCU 運算對于一個積分表達式可能只需要十個機器指�,� RISC MCU 在執(zhí)行相同的程序�,卻因為CPU 本身不提供浮點數(shù)乘法的指令,所以可能需要執(zhí)行上百個機器指� (但每一個指令可能只需� CISC 指令十分之一的時�),而由程序語言�(zhuǎn)換成機器指令的動作是由程序語言� Compiler 來執(zhí)�,所以在 RISC MCU 的Compiler 便會較復� �
因為同樣一個語言 A=B*C 的運�,在 RISC MCU �(zhuǎn)換為機器指令可能有許多種組合,而每一種組合的『時�/空間』組合都不盡相同� 所� RISC � CISC 的取舍之間,似乎也是MCU 硬件架構(gòu)與軟�(Compiler) 的平衡之�,應該沒有優(yōu)勢的一�,只能說因應不同的需求而有不同的產(chǎn)品,例如工作單純的打印機核心 MCU,便適合使用效能�(wěn)定,但單位指令效率較佳的 RISC MCU. (MCU) 微控制器�(chǎn)品架�(gòu)由早期以累積器為基礎的CPU,演進至�(xiàn)今含精簡指令(RISC)或同時含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)品又因應不同的應用與接口需� ,衍生出不同�(guī)格的�(chǎn)� 。微控制器產(chǎn)品以特性做為區(qū)分的標準與市場統(tǒng)計的依據(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PD75X �4 位系� ,Toshiba 供應47CXX �4 位系� 、HOLTEK 供應HT48CXX �8 位系� 、及Intel 之MCS-96 �16 位系列等�
?�?)集成度�、體積小�
Mcu將CPU、存儲器、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)省空間。能靈活,方便地應用于各種智能化的控制設備和儀器,實現(xiàn)機電一體化�
?�?)可靠性高,抗干擾性強�
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�。另外,其體積小,對于強磁場�(huán)境易于采取屏蔽措施,適合在惡劣環(huán)境下工作�
?�?)低功��
許多Mcu的工作電壓只�2�4伏特,電流幾百微安,功耗很�,適用于便攜式系�(tǒng)�
?�?)控制功能強�
其CPU可以對I/O端口直接進行操作,可以進行位操�、分支轉(zhuǎn)移操�� 還能方便地實�(xiàn)多機控制,使整個系�(tǒng)的控制效率大為提�,適用于專門的控制領(lǐng)��
?�?)可擴展性好�
Mcu具有靈活方便的外部擴展總線接�,使得當片內(nèi)資源不夠使用時可以非常方便地進行片外擴展。另�,現(xiàn)在Mcu具有越來越豐富的通信接口: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)與外部計算機系統(tǒng)的通信變得非常容易�
?�?)性價比高�
Mcu應用廣泛,生�(chǎn)批量�,產(chǎn)品供應商的商�(yè)競爭使得Mcu�(chǎn)品的性能越來越強而價格低�,有�(yōu)異的性能價格��
由于制程的改��8 位MCU �4 位MCU 價差相去無幾�8 位已漸成為市場主�;針�4 位MCU,大部份供貨商采接單生產(chǎn),目�4 位MCU 大部份應用在計算�、車表、車用防盜裝置、呼叫器、無線電�、CD Player、LCD 、LCD Game、兒童玩具、磅�、充電器、胎壓計、溫濕度�、遙控器及傻瓜相機等�8 位MCU 大部份應用在電表、馬達控制器、電動玩具機、變頻式冷氣�、呼叫器、傳真機、來電辨識器(Caller ID�、電話錄音機、CRT Display、鍵盤及USB 等; 16 位MCU 大部份應用在行動電話、數(shù)字相機及攝錄放影機等�32 位MCU 大部份應用在Modem、GPS、PDA、HPC� STB、Hub、Bridge、Router、工作站、ISDN 電話、激光打印機與彩色傳真機�64 位MCU 大部份應用在高階工作�、多媒體互動系統(tǒng)、電視游樂器(如SEGA 的Dreamcast 及Nintendo 的GameBoy)及終端機等�
這樣的區(qū)別主要集中在硬件�(jié)�(gòu)、應用領(lǐng)域和指令集特�3個方面:
1)硬件結(jié)�(gòu)
微處理器是一個單芯片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)成了一個完整的微型計算機系�(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、一個串行接口、一個并行接�,計時器和中斷調(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算機系統(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,微控制器的應用范圍非常廣��
微控制器的一個重要的特征是內(nèi)建的中斷系統(tǒng)。作為面向控制的設備,微控制器經(jīng)常要實時響應外界的激勵(中斷�。微控制器必須執(zhí)行快速上下文切換,掛起一個進程去執(zhí)行另一個進程以響應一個“事件�。例�,打開微波爐的門就是一個事件,在基于微控制器的�(chǎn)品中這個事件將觸發(fā)一個中�。微處理器也能擁有強大的中斷功能,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路�
2)應用領(lǐng)�
微處理器通常作為微型計算機系�(tǒng)中的CPU使用。其設計正是針對這樣的應�,這也是微處理器的�(yōu)勢所�。然�,微控制器通常用于面向控制的應�。其系統(tǒng)設計追求小型化,盡可能減少元器件�(shù)�。在過去,這些應用通常需要用�(shù)十個甚至數(shù)百個數(shù)字集成電路來實現(xiàn)。使用微控制器可以減少元器件的使用數(shù)�,只需一個微控制�、少量的外部元件和存儲在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實現(xiàn)對輸�/輸出設備進行控制的場�,而微處理器適用于計算機系�(tǒng)中進行信息處理�
3)指令集特征
由于應用場合不同,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強了處理功能,使其擁有強大的尋址模式和適于操作大�(guī)模數(shù)�(jù)的指令。微處理器的指令可以對半字節(jié)、字節(jié)、字,甚至雙字進行操作。通過使用地址指針和地址偏移,微處理器提供了可以訪問大批�(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�(shù)�(jù)變得非常容易。另外,微處理器還具有其他的特點,如用戶程序中無法使用特�(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,電磁鐵控制著馬達的開�(guān),而電磁鐵由一�1位的輸出端口控制。微控制器具有設置和清除單位的指�,也能執(zhí)行其他面向位的操�,如對“位”進行邏輯與、或和異或的運算,根�(jù)標志位跳�(zhuǎn)�。很少有微處理器具備這些強大的位操作能力,因為設計者在設計微處理器�,僅考慮以字節(jié)或更大的單位來操作數(shù)�(jù)�
在對設備的控制和�(jiān)視方面(可能是通過一�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、計時和外部中斷的優(yōu)先權(quán)分配。微處理器一般需要配合附加的電路(串行接口芯片、中斷控制器、定時器等)才能�(zhí)行相同的任務。不過,單純就處理能力而言,微控制器永遠達不到微處理器的水平(在其他條件相同的情況下),因為微控制器芯片中的集成電路的很大一部分用于實現(xiàn)其他的片上功�,代價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簡,大部分指令的長度都短�1個字節(jié)??刂瞥绦虻脑O計原則通常是要求程序能夠裝入片上的ROM,因為即使只增加1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點就是具有精簡的編碼方案。微處理器不具備這樣的特�,因為它們強大的尋址模式使得指令編碼不夠簡潔�
維庫電子通,電子知識,一查百��
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