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嵌入式控制器簡介-ARM工控主板-深圳聯智通達科技有限公司
來源: | 作者:id201801120009 | 發布時間: 2019-10-23 | 2845 次瀏覽 | 分享到:
微控制器(Micro Control Unit,MCU)誕生于20世紀70年代末,微控制器是在一塊芯片上集成了中央處理單元(CPU)、存儲器(RAM/ROM等)、定時器/計數器及多種輸入/輸出(I/O)接口的比較完整的智能數字處理系統。
微控制器(Micro Control Unit,MCU)誕生于20世紀70年代末,微控制器是在一塊芯片上集成了中央處理單元(CPU)、存儲器(RAM/ROM等)、定時器/計數器及多種輸入/輸出(I/O)接口的比較完整的智能數字處理系統。


由于微控制器從體系結構到指令系統都是按照嵌入式系統的應用特點而專門設計的,具有體積小和成本低的優點,因此能夠很好地滿足應用系統的嵌入、面向測控對象、現場可靠運行等方面的要求。


在國內,微控制器通常也稱為單片機,品種和數量眾多,出現了內部集成有 I2C、CAN-Bus、LCD、A/D和D/A等功能單片機,以及眾多專用MCU的兼容系列。比較有代表性的8位微控制器是Intel公司MCS-51系列和16位的TI公司MSP430系列等。


微控制器的最大特點是單片化、體積小、功耗和成本低。但是,由于存儲器容量的限制,16位以下的 MCU 系統不適合運行操作系統,難以實現復雜的運算及處理功能。MCU 在軟件和硬件設計方面的工作量比例基本相同,各占50%左右。目前,國內市場上常見的 MCU系列如下所述。


(1)51(即MCS-51)系列單片機:是目前應用最廣泛的8位單片機,大多基于Intel的MCS-51指令系統,常用的有ATM公司的AT89系列等。


(2)AVR 系列單片機:是Atmel公司于1997年研發的精簡指令集(RISC)的高速8位單片機,它全新配置了精簡指令集,速度快,大多數的指令僅用1個時鐘周期,比51系列單片機單周期指令時間快12倍;片內程序存儲器采用Flash存儲器,程序保密性高;支持C語言編程;采用CMOS生產工藝,功耗低。AVR系列單片機工作電壓為2.7~6.0 V,可以實現耗電最優化;還擁有多種低功耗方式,在掉電方式下工作電流小于1 μA。AVR 系列單片機的片內資源更為豐富,接口功能也更為強大,由于具有價格低的優勢,在很多場合可以替代51系列單片機。


(3)MSP430系列單片機:是由TI公司出品的16位單片機,具備JTAG功能,片上外設十分豐富,具有低功耗特色,常用在各種便攜式的儀器儀表中。


(4)ARM Cortex-M微控制器:具有32位的ARM Cortex-M微控制器提供優于8位和16位體系結構的代碼密度,提高了指令執行的效率。另外,ARM Cortex-M微控制器RK3399主板不但可以通過C語言編程,而且還附帶各種高級調試功能以幫助定位軟件中的問題。ARM Cortex-M系列是低成本、低功耗和高性能的嵌入式微控制器,通常應用在智能測量、汽車和工業控制系統、人機接口設備、大型家用電器,以及醫療器械等電子設備中。




在采用 MCU 進行系統設計開發時,需要根據設計系統功能的復雜程度、性能指標和精度要求,參照現有 MCU 本身具有的功能、精度、運行速度、存儲器容量、功耗和開發成本等幾個方面綜合考慮選擇。一般而言,應主要考慮以下幾個方面。


(1)根據所設計任務的復雜程度來決定選擇什么樣的MCU。推薦使用自身帶有Flash存儲器的MCU,由于Flash存儲器具有電寫入、電擦除的優點,使得修改程序很方便,可以提高開發速度。


(2)在 MCU 的運行速度選擇上不要片面追求高速度,還應該看其時鐘頻率和指令集,MCU的穩定性、抗干擾性等參數通常是跟速度成反比的,另外速度快功耗也會相應增大。


(3)I/O端口的數量和功能是選用MCU時要考慮的主要因素之一,應根據實際需要確定其數量,I/O端口過多不僅會使芯片的體積增大,也會增加成本。


(4)MCU 一般內部提供2~3個定時/計數器,有些定時/計數器還具有輸入捕獲、輸出比較和PWM(脈沖寬度調制)功能?,F在不少MCU內部還提供了A/D轉換器和D/A轉換器,充分利用這些功能不僅可以簡化軟件設計,而且還能減少MCU資源的占用。


(5)常見的MCU串行接口有通用異步接收發送接口(UART)、集成總線接口(I2C)、串行外部接口(SPI)、通用串行總線接口(USB)等,可以根據實際需要選擇不同的MCU。


(6)MCU的工作電壓一般為3.3 V和5 V,功耗參數主要是指正常模式、空閑模式、掉電模式下的工作電流,選用電池供電的 MCU 系統要選用電流小的產品,同時要考慮是否要用到掉電模式,可選擇有相應功能的MCU。


(7)MCU芯片的封裝一般有DIP(雙列直插式封裝)、PLCC(帶有引線的芯片載體)、QFP(四側引腳扁平封裝)、SOP(雙列小外形貼片封裝)等類型,可以根據實際需要來選擇MCU。
另外,還要考慮系統的開發工具、編程器、開發成本、技術支持,以及服務和產品價格等諸多因素。

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