关于MCU详细介绍

什么是MCU?

  • MCU,中文简称单片机。即将CPU、存储器(RAM和ROM)、多种I/O接口等集成在一片芯片上,形成的芯片级计算机。
  • CPU:包括运算器、控制器和寄存器组。是MCU内部的核心部件,由运算部件和控制部件两大部分组成。
  • 前者能完成数据的算术逻辑运算、位变量处理和数据传送操作,后者是按一定时序协调工作,是分析和执行指令的部件。
  • 存储器:包括ROM和RAM。ROM程序存储器,MCU的工作是按事先编制好的程序一条条循序执行的,ROM程序存储器即用来存放已编的程序(系统程序由制造厂家编制和写入)。
  • 存储数据掉电后不消失。ROM又分为片内存储器和片外(扩展)存储器两种。
  • RAM数据存储器,在程序运行过程中可以随时写入数据,又可以随时读出数据。存储数据在掉电后不能保持。RAM也分为片内数据存储器和片外(扩展)存储器两种。
  • I/O接口:与外部输入、输出(电路)设备相连接。PO/P1/P2/P3等数字I/O接口,内部电路含端口锁存器、输出驱动器和输入缓冲器等电路。

4位、8位、16位、32位、64位MCU的用途

4位计算器、车用仪表、车用防盗装置、呼叫器、无线电话、CD播放器、LCD驱动控制器、儿童玩具、磅秤、充电器、胎压计、温湿度计、遥控器等
8位电表、马达控制器、电动玩具机、呼叫器、传真机、电话录音机、键盘及USB
16位移动电话、数宇相机及摄录放影机
32位智能家居、物联网、电机及变频控制、安防监控、指纹辨识、触控按键、Modem.GPS.STB.工作站ISDN电话、激光打印机与彩色传真机等
64位高阶工作站、多媒体互动系统、高级电视游乐器、高级终端机等

物联网驱动

物联网行业兴起,是MCU发展的一大驱动力。比如医疗电子用品、个人健康监测产品等都需要低功耗、长时间使用、无线通信的产品,然而这些都必须倚赖MCU来实现。MCU作为物联网的核心零组件,无论在市场规模,还是技术要求上都得到了进一步的发展。

32位MCU成主流

早期MCU架构多是8位为主(例如Intel 8051系列、Atmel AT8/TS8系列、Labs EFM8系列等),且整合开发环境(IDE)也是以8位为主。随着物联网时代任务的复杂化,对计算能力越来越高促使MCU开始迈向16或32位来设计,与此同时相关的软件开发环境也提升到32位,甚至做到可以向下兼容,让开发环境不受限于硬件,以提供更具弹性的开发空间。

低功耗成核心竞争力

当前市面上各种移动电子产品最令人诟病的一点莫过于需要频繁充电,各家智能手机/手环厂商都在努力的降低功耗,提升续航能力。功耗的限制使得产品设计时许多功能被牺牲。而对于物联网世界里数量更为庞大的无线传感节点,功耗和续航时间更是直接关系到产品的可行性。

比如在散布在桥梁或者隧道中用于检测位移形变的传感器节点,数量庞大且只能依靠电池供电,要求电池续航时间通常达十年以上,这对MCU的功耗提出了非常苛刻的要求。而如何在低功耗的前提下又能实现较高的运算能力,成为摆在MCU厂商面前的一道难题。目前几乎所有的主流厂商都瞄准了这一市场需求,纷纷推出各自的超低功耗MCU。

高整合度MCU+成趋势

物联网对于其中每个节点最理想的要求是智能化,即能够通过传感器感知外界信息,通过处理器进行数据运算,通过无线通讯模块发送/接收数据。因此,集成传感器+MCU+无线模块的方案始终是各MCU厂商的追求。更有甚者,对于一些相对容易实现整合的传感器类型,如触摸屏控制器、加速度计、陀螺仪等,某些技术实力强大的厂商已经实现了与MCU整合的单芯片SOC/SIP。

当然由于传感器和无线通讯技术的多样性,以及工艺技术上的差异,一味的SIP或SOC整合可能并不一定是明智之举(如气体传感器、温湿度传感器整合方案就较为困难),但厂商提供MCU+的整体解决方案已经成为毫无疑问的必然趋势。

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