單片機在很多地方都有應用，不論是汽車、智能設(shè)備（智能手機、平板電腦），還是沖泡咖啡的咖啡機。隨著物聯(lián)網(wǎng)的快速增長，單片機已成為現(xiàn)代世界的重要組成部分。

一、什么是單片機？

單片機（有時稱為MCU或微控制器）是單個集成電路（IC），通常用于特定的應用程序，旨在實現(xiàn)某些任務。在某些情況下必須自動控制的產(chǎn)品和設(shè)備（例如電器、電動工具、汽車發(fā)動機控制系統(tǒng)和計算機）就是很好的例子，但單片機的應用遠不止這些。

本質(zhì)上講，單片機可以解釋為一邊收集輸入信息，處理該信息，一邊根據(jù)收集的信息輸出特定的動作。單片機通常以較低的速度運行，大約在1MHz至200MHz的范圍內(nèi)，這個過程只需要消耗很少的電量。由于單片機被嵌入在一些電子設(shè)備中，而這些設(shè)備在根據(jù)不同的應用，其功耗可能并不相同。

二、單片機的內(nèi)部組件

單片機可以看作是一臺小型計算機，這是因為單片機內(nèi)部必不可少的組件。中央處理器（CPU），隨機存取存儲器（RAM），閃存，串行總線接口，輸入/輸出端口（I/O口），在許多情況下還包括電可擦可編程只讀存儲器內(nèi)存（EEPROM）。圖1為單片機中主要部分以及其他部分的示意圖。下面，讓我們深入研究每個組件，看看它們?nèi)绾卧趩纹瑱C內(nèi)部工作。

三、單片機的CPU

CPU，有時稱為處理器或微處理器，控制所有的指令/數(shù)據(jù)的流。你可以將其視為系統(tǒng)的大腦，處理它收到的所有數(shù)據(jù)輸入并執(zhí)行所需的指令。它的兩個主要組件是執(zhí)行算術(shù)和邏輯運算的算術(shù)邏輯單元（ALU），以及處理所有處理器指令執(zhí)行的控制單元（CU）。圖2為CPU經(jīng)歷的通常的“機器周期”。

四、單片機的RAM

RAM是一個臨時存儲數(shù)據(jù)的組件，可以快速訪問。它提供對存儲設(shè)備的快速讀寫訪問。這與大多數(shù)其他存儲器不同，因為數(shù)據(jù)不容易獲得，因此提取數(shù)據(jù)所需的時間更長。你可以看到它是RAM，它可以訪問數(shù)據(jù)的表面（很容易訪問）。RAM提高了整體系統(tǒng)性能，因為它允許單片機同時處理更多信息。由于RAM是臨時數(shù)據(jù)，因此當單片機關(guān)閉時，其內(nèi)容將最終將被擦除。

五、單片機的ROM

ROM是一種非易失性存儲器，與RAM不同，即使關(guān)閉了單片機，它也可以保留其數(shù)據(jù)很長的時間。這樣可以保存你可能已上傳到單片機的已保存程序。ROM一次寫入一個“塊”或“扇區(qū)”，因此，如果你只需要重寫一個字節(jié)，閃存將需要重寫該字節(jié)所在的整個塊，這樣可以更快地用完。

六、單片機的EEPROM

EEPROM就像ROM一樣，是一種非易失性存儲器，即使關(guān)機后仍保留其數(shù)據(jù)。不同之處在于，盡管ROM重寫字節(jié)的“塊”，但EEPROM可以隨時重寫任何特定的字節(jié)。與閃存相比，這可以延長EEPROM的壽命，但也意味著價格更高。

七、單片機的串行總線接口

串行總線接口是單片機中的串行通信，一次發(fā)送一位數(shù)據(jù)。使用單片機板，它可以將IC與印刷電路板（PCB）上的信號走線相連。對于IC，他們使用串行總線傳輸數(shù)據(jù)以減少封裝中的引腳數(shù)，從而使其更具成本效益。IC中的串行總線的典型例子是SPI或I2C。

八、單片機的I/O端口

I/O端口是單片機用來連接到實際應用程序的端口。輸入接收現(xiàn)實世界中的變化，從溫度感測到運動感測到按鈕等等。輸入然后進入CPU，并決定如何處理該信息。當需要根據(jù)輸入中的特定值執(zhí)行特定命令時，它會向輸出端口發(fā)送信號，其范圍從簡單的LED燈熄滅到運行特定部分的電動機，甚至更多。圖3為一些常見的輸入和輸出組件。

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