微控制器 什么是微控制器？

摘要：微控制器主要包含只读和随机存取存储器。 各种数据采集和控制系统使微控制器能够执行各种复杂的操作，包括控制算术符号和向系统发出算术指令。 用微型计算机即可完成。

单-片微机（单-片微机）采用超大规模集成电路技术，提供中央处理单元（CPU）、数据处理功能、随机存取存储器（RAM）和它是一种集读取功能于一体的集成电路芯片。 仅集成了存储器(ROM)、各种I/O端口、中断系统、定时器/计数器和其他功能(还可能包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路复用器、A/D转换器和其他电路)。 全部集成到一个硅芯片中。 一种小型但完整的微机系统，广泛应用于工业控制领域。 从20世纪80年代开始，当时开发的4位、8位单片机发展到现在的300M高速单片机。

中文名称：单片机 外文名称：Microcontroller

类别：电路芯片 应用：工业生产、电子设备等

单片机单片机 又称单片机。 它不是完成特定逻辑功能的芯片，而是集成在芯片上的计算机系统。 相当于微型计算机。 与计算机相比，微控制器只有 I/O 设备。 简而言之，芯片变成了计算机。 体积小、重量轻、价格低廉，为学习、应用、开发提供了便利的条件。 同时，学习如何使用微控制器是了解计算机原理和结构的好方法。

MCU 的应用领域十分广泛，包括智能设备、工业实时控制、通信设备、导航系统、家用电器等。

自20世纪90年代以来，微型计算机技术得到发展。 随着时代的进步和科学技术的发展，其实际应用已经越来越成熟，单片机广泛应用于各个领域。 如今，人们越来越关注单片机在智能电子技术中的发展和应用。 我们正在进入微控制器开发的新时代，包括自动化测量和测量。这是智能仪器的一个实际例子，展示了微机技术的存在。 在当前产业发展过程中，电子工业是一个新兴产业。 在工业生产中，人们成功地运用了电子信息技术，将电子信息技术与单片机技术相结合，有效地提高了单片机的应用效果。 作为计算机技术的一个领域，单片机技术在电子产品领域的应用丰富了电子产品的功能，为智能电子设备的开发和应用提供了新的途径，实现了智能电子设备的创新和发展。 。 设备。 。

MCU，又称单片机，是一种集成电路芯片。 微控制器主要包括CPU、只读存储器ROM和随机存储器RAM。 各种数据采集和控制系统使微控制器能够执行各种复杂的操作，包括控制算术符号和向系统发出算术指令。 用微型计算机完成。 微控制器凭借其强大的数据处理技术和计算能力，被证明可以完美地应用于智能电子设备。 简单地说，微控制器是组成系统的芯片。 集成电路技术的应用将数据计算和处理功能集成到芯片上，从而实现数据的高速处理。

基本结构

单片机的结构框图如下所示。

MCU结构框图

计算单元

计算单元为它由算术逻辑单元（ALU）、累加器和寄存器组成。 ALU的功能是对传输的数据进行算术或逻辑运算。 输入源是分别来自累加器和数据寄存器的两个8位数据。 ALU执行加法、减法、AND、OR以及比较两个数据等运算，最后将结果存储在累加器中。

运算单元有两个功能。

(1) 进行各种操作。

(2) 进行各种逻辑运算，进行零值测试、比较两个值等逻辑测试。

操作员执行的所有操作所有这些都由控制器发送的控制信号指导，算术运算产生结果，逻辑运算产生决策。

控制器

控制器由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序发生器和运算控制器组成。 它是对整个计算机系统运行进行协调、指挥、发出指令的“决策机制”。 其主要特点是：

(1) 从内存中获取一条指令，并指示下一条指令在内存中的位置。

（2）对指令进行解码和测试，并生成相应的运动控制信号，以方便执行指定的动作。

(3)指挥和控制CPU、内存和输入/输出设备之间数据流的方向。

微处理器通过内部总线互连ALU、计数器、寄存器和控制部分，并通过外部总线连接到外部存储器和输入/输出接口电路。 外部总线也称为系统总线，分为数据总线DB、地址总线AB和控制总线CB。 通过输入/输出接口电路实现与各种外围设备的连接。

主要寄存器

(1)累加器A

累加器A是微处理器中最常用的寄存器。 它在算术和逻辑运算中有两个功能。 用于存储运算前的操作数。 用于存储和、差或运算后的逻辑运算的结果。

（2）数据寄存器DR

数据寄存器用于通过数据向存储器或输入/输出设备发送（写入）数据，以及检索（读取）数据。一个临时存储设备 公共汽车。 它可以存储正在解码的指令、发送到内存存储的数据字节等。

(3)指令寄存器IR和指令译码器ID

一条指令包括操作码和操作数。

指令寄存器用于存储当前正在执行的指令。 执行指令时，首先将其从内存中取出到数据寄存器中，然后传输到指令寄存器中。 当系统执行特定指令时，它必须解码操作码以确定所需的操作。 指令译码器负责这项工作。 其中，指令寄存器的操作码字段的输出成为指令解码器的输入。

(4)程序计数器PC

PC有时也称为指令地址计数器，因为它用于确定下一条指令的地址，以便程序继续运行。 在开始执行一个程序之前，必须将其发送到PC，使得程序中第一条指令的内存单元地址（即程序的首地址）始终指向下一条要执行的指令的地址。

（5）地址寄存器AR

地址寄存器用于存储当前CPU要访问的内存单元或I/O设备的地址。 由于内存和CPU速度的差异，必须使用地址寄存器来保留地址信息，直到内存读/写操作完成。

显然，当CPU在内存中存储数据时，当CPU从内存中取出数据时，当CPU从内存中读取指令时，都会用到地址和数据寄存器。 同样，如果从内存地址来看外围设备地址，那么CPU和外围设备交换信息时就需要地址寄存器和数据寄存器。

硬件特点

(1)单片机的体积比较小。 尽管对于计算机系统来说内部芯片结构简单，但是其配备了广泛的功能。 非常易于使用并且可以模块化应用。

（2）高度集成、高可靠的微控制器。 即使单片机长时间运行也不存在故障问题。

（3）微控制器在应用时电压低、能耗低。 这些都是人们日常生活的首选，为生产和研发提供了便利。

（4）微控制器具有强大的数据处理和计算能力，可应用于多种环境，并具有较强的控制能力。

51单片机结构与功能

历史

单片机的发展经历了4位、8位、16位、32位。 -位阶段。 由于其强大的功能，8位微控制器广泛应用于工业控制、智能接口、仪器仪表等各个领域。 8位微控制器在中小型应用中仍然占据主流地位，代表了微控制器的发展方向。 它在微控制器的应用领域中发挥着重要的作用。 它正在发挥着越来越重要的作用。 [3] 20 世纪 80 年代初，Intel 推出了 8 位 MCS-51 系列微控制器。

51个微控制器组件

MCS- 51个微控制器逻辑包括8位CPU和片上振荡器、80514B掩膜ROM、87514KBEPROM、8031无ROM、特殊功能寄存器SFR128BRAM、定时器/计数器T0和T1 、并行I/O接口：P0、P1、P2、P3。 串行接口：TXD、RXD；中断方式：INT0、INT1。

基本特性

CPU具有1.8位数据总线和16位地址总线。

2.具有布尔和位处理功能。

3.哈佛结构简化了程序设计，因为程序和数据存储器的地址空间是独立的。

4. 64KB程序存储器和64KB数据存储器位于同一地址。

5.0- 8KB 片上程序存储器（8031 无，8051 4KB，8052 8KB，89C55 20KB）。

6.128 字节片上数据存储器（8051 为 256 字节）；

p>

7.32 条双向和位可寻址 I/O 线；

8。 两个16位定时器/计数器（8052有三个），

9.全双工串行I/O接口，

10.两个中断优先级，具有多个中断的中断结构。来源。

11．

特点

单片微控制器的特点可概括如下。 大容量存储。 外部拓展能力强。 强大的控制功能。

1.从内部硬件到软件，都有一套完整的按位操作系统，称为按位处理器。 它对位进行操作，而不是对字或字节进行操作。 它可以处理芯片上一些特殊功能寄存器中的特定位，如发送、置位、清除、测试等，以及进行位逻辑运算。 它的功能非常丰富且易于使用。

2.同时在片内RAM区域专门开辟了一个双功能地址范围，使用起来非常灵活。 这一功能无疑给用户带来了极大的便利。

3. 相乘除法指令在编程中也很有用。 许多 8 位微控制器没有乘法功能。 如果要做乘法，就必须调用子程序，非常不方便。

应用

节能控制

智能电子设备可以频繁运行，因此这些设备的能耗要求非常高，因此，一些节能控制控制模块可以被设计为增加智能电子设备的待机时间。 单片机技术在节能控制中的应用主要可分为以下几个方面。 首先，当您外出时，大多数智能电子设备都会进入轻负载模式。 这时就需要基于基本功能的节能控制。 进一步降低功耗。 通过收集智能电子设备的数据，微控制器可以粗略地推断出当前设备负载较低。 此时可以降低电压和电流输出以节省能源。 然后微控制器可以控制能量消耗的节奏。 例如，小米手环收集人体心率、睡眠、运动步数等数据。 一旦收集完毕，这些数字就会存储在本地并以分钟级的频率报告。 如果没有报告任何信息，设备将进入低能量状态。 信息上报时，会消耗一些网络传输。 微控制器控制能量消耗的节奏，可以控制手环大部分时间处于低能量状态，允许待机时间超过72小时。 [4]

智能语音设备

为了进一步提高智能电子设备的智能化，人类可以通过简单的语言进行电子通讯，从而达到语音的目的。控制您的设备。 计算机交互。 目前，语音处理芯片正在研发中，并开始应用于智能电子设备中。 微控制器在智能语音设备中的应用主要分为两部分： 首先，从软件配置的角度来看，微控制器可以通过编程来处理一些业务逻辑，使其能够运行智能语音处理过程。 例如，导航智能电子设备可以提取并播放一些道路名称、距离等。 同时，您还可以选择不同的明星音调进行播音，实现真正的智能定制操作，更好地满足您的需求。 其次，在硬件设计方面，智能语音设备消耗大量资源，因此为了更好地延长待机时间，在产品开发过程中，可以动态地控制产品的使用。进一步降低功耗。 同时，还可以利用微控制器技术来提高硬件响应时间，进一步改善用户体验。

警报控制

一些电子设备具有自动警报设置。 报警控制也是单片机技术经常使用的领域，主要体现在以下几个方面： 首先，一些自动报警装置，例如家庭常用的火灾报警器，是当外部环境达到危险状况时启动智能报警的装置。 一定的条件。 在一定条件下，当室内烟雾浓度达到一定程度，或者从室外采集到的数据达到一定程度时，就会自动触发报警设置，实现智能报警的功能。 其次，在一些智能电子设备中，如果外部环境超出了设备的运行环境范围，或者设备遇到了一些异常情况，就会触发独特的报警机制，让用户能够更多地了解设备的运行情况。就能明白。 根据报警信息及时提供解决方案。 例如：在一些工厂，经常会安装一些设备来监控工厂的生产环境。 当出现特定异常数据时产生报警。 为了保证设备的正常运行，设备维护人员必须及时采取行动，避免发生重大故障。

医疗器械

随着医疗器械技术的不断提高，微控制器开始在医疗器械中广泛应用，主要体现在以下几点： 首先，处理患者的身体特征数据。 智能监控可以将医疗设备放置在患者身上，收集身体数据，并与后台控制系统交互。 如果发现患者身体特征异常，会及时发出警报。 例如，一些医疗设备可以监测患者的心率、脉搏、血压等。 如果发现异常，将立即呼叫医生采取行动。 其次，手术过程中还使用了一些智能电子设备。 例如：有些手术需要进入。 当在患者体内进行手术时，可以在避免手术的同时通过控制智能设备来完成手术过程，可以进一步减轻患者的痛苦，提高患者身体的恢复速度。 第三，智能体检数据分析装置可以对用户的体检数据进行分析。 当输入到分析设备中时，通过与正常数据进行比较，可以及时预测和诊断用户的身体疾病。 随着我国医疗技术水平的不断提高，单片机技术的发展也在不断进步。应用越来越广泛，提高了医疗技术水平，改善了患者健康维护。

应用特性

该微控制器具有以下应用特性。 (1)具有优良的集成性。 (2)单片机本身体积小。 (3)单片机控制功能强大，工作电压较低。 (4)微控制器具有携带方便、性价比高的优点。 微控制器主要应用于以下领域：办公自动化、机电一体化、先进武器、国防军事领域、航空航天、汽车电子、医疗设备、商业营销设备、计算机通信、消费电子以及日常生活、实时

单片机技术的发展

电子技术中单片机的发展主要包括CPU的开发和程序的开发。 、存储器开发、计算机开发、C语言程序开发和开发可以同时进行，使单片机能够在高度复杂的计算机和控制环境中正常有序地运行。 这需要相关各方采取一定的措施。 下面是作者的简单介绍：

（1）CPU开发。 开发单片机的CPU总线宽度可以有效改善单片机信息处理功能速度慢的问题，提高信息处理的效率和速度，开发和完善中央处理器的实际结构，2-。 ]同时使用三个CPU可显着提高微控制器的整体性能。

（2）程序开发。 嵌入式系统的合理应用正在得到大力推动。 程序开发需要自动执行各种指令，以便快速、准确地采集外部数据，提高单片机的应用效率。

（3）记忆力的发展。 单片机开发应以存储器为重点，在传统存储器读写功能的基础上，加强对新型存储器的探索。 这样既可以实现静态读写，也可以实现动态读写，从而显着提高存储性能。

（4）计算机开发。 我们将进一步优化和开发单片应力分析，并应用计算机系统连接通信数据，实现数据传输。

（5）C语言程序开发。 优化C语言的开发，使得微控制器能够在高度复杂的计算机和控制环境中优雅有序地运行，有利于其广泛、全面的实施。应用。

微控制器的有效使用

(1) 使用寿命。 寿命主要指两个方面： MCU开发产品稳定性高、寿命长，可靠运行10年、20年以上。 与微处理器相比，它的使用寿命更长。 随着半导体技术的不断提高，MPU的更新换代速度不断提高，部分MPU已经成功推出。 同时，年轻化的CPU核心也将随着I/O模块的发展不断增强，其生命周期将变得更长。 随着新CPU产品的推出，微控制器领域不断扩大，用户的选择也随之增多。 目前，微控制器的主要发展趋势是32位、16位、8位微控制器的共同进步。 最初，微控制器主要是从 8 位开始的。 随着多媒体技术、互联网技术、移动通信技术的发展，32位微控制器逐渐发展起来。 例如，32位CPU微控制器“Mororola68k”一度实现了8000万台的销量，但16位微控制器的发展在产量和种类上也取得了长足的进步，并且呈上升趋势。

(2)行驶速度。 MUP的发展主要是不断提高速度，主要以时钟频率为主要标志，时钟频率逐渐提高。 然而，微控制器和 MUP 之间存在一定的差异。 为了进一步提高单片机的抗干扰能力，减少噪声的影响，单片机在开发过程中开始逐步降低时钟频率，不惜降低计算效率。 从微控制器的内部系统入手，改变内部时序可以在不提高时钟频率的情况下进一步提高微控制器的计算速度。

（3）高可靠性、低噪音技术。 首先，EFT技术是一种抗干扰技术。 其主要原因是振荡电路中的正弦波信号受外界环境影响时，输出波形上会叠加各种毛刺信号，在处理过程中常常采用施密特电路。 经过整形后，电路振荡毛刺就变成了造成信号干扰的时钟。 通过交替使用RC滤波电路和施密特电路，可以有效消除毛刺的影响，消除毛刺的影响，促进系统时钟信号的顺利传输。 进一步提高了单片机的稳定性。 二是驱动技术和低噪声布线技术。 传统的微控制器通常将地线和电源设置在电路外壳内对称的引脚位置（主要是右上和左下）。通过将它们对称地放置在左上和右下位置，电源噪声可以顺利地穿过整个芯片，不会干扰微控制器的内部电路。 大多数微控制器将电源线和地线设置在两个相邻的引脚上，这有效地减少了流经芯片的电流。 同时，可以在印刷电路板上设置去耦电容，进一步降低噪声影响。 [5]

(4)掩模和OTP。 OTP是单片输入芯片。 此前，掩模版微控制器的生产被认为是微控制器产品成熟的标志。 掩模版有相应的生产周期，OTP型微控制器的价格也在不断下降，因此OTP产品制造逐渐成为近年来的发展趋势。 与掩模法相比，具有风险更低、生产周期更短的优点。 在社会发现的新时代，对OTP型微控制器的需求也在不断增加。

故障排除

单片机故障排除

1.单片机正常工作的三个条件

单片机芯片单片机正常工作需要三个条件：电源、时钟晶振、复位。 如果单片机工作不正常，首先应检查以下三个情况。 使用电压表或万用表检查电源和接地引脚，看看两个引脚之间的电压是否约为 5V。 是不是时钟晶振有问题？ 正常工作时，最好用示波器检查是否能检测到相应频率的正弦脉冲。 复位检测相对容易。 单片机的复位电平一般为高电平复位。 它通常在微控制器上电时重置。 引脚上将出现大约 5V 的高电平。 另外，当按下复位按钮时，复位端子上会显示高电平。 用普通电压表或万用表即可检测。

2.检测内置单片机是否正常工作

检测内置单片机是否正常工作的主要方法是创建程序并检测内置单片机是否正常工作。 - 微控制器工作正常。 这种检测需要“烧录”代码的硬件和软件。 检测的原理是通过“烧入”代码的硬件和软件，将具有检测功能的普通代码“写入”到单片机中。 检查两侧。 首先是目标代码能否成功写入单片机。 如果无法成功写入单片机，则说明单片机已损坏，需要更换同型号的单片机。 第二个问题是目标代码能否成功写入单片机。 最终的效果是如果没有，则这是程序设置的功能。 如果是这样，则说明微控制器没有问题。

更换单片机时，最好使用相同型号的单片机，​​并编写公司指定的目标代码。 目前，单片机的价格普遍较低，零售价在5元左右。