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

一、什么是單片機(jī)？

單片機(jī)（有時(shí)稱為MCU或微控制器）是單個(gè)集成電路（IC），通常用于特定的應(yīng)用程序，旨在實(shí)現(xiàn)某些任務(wù)。在某些情況下必須自動(dòng)控制的產(chǎn)品和設(shè)備（例如電器、電動(dòng)工具、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)）就是很好的例子，但單片機(jī)的應(yīng)用遠(yuǎn)不止這些。

本質(zhì)上講，單片機(jī)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(dòng)作。單片機(jī)通常以較低的速度運(yùn)行，大約在1MHz至200MHz的范圍內(nèi)，這個(gè)過(guò)程只需要消耗很少的電量。由于單片機(jī)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(yīng)用，其功耗可能并不相同。

二、單片機(jī)的內(nèi)部組件

單片機(jī)可以看作是一臺(tái)小型計(jì)算機(jī)，這是因?yàn)閱纹瑱C(jī)內(nèi)部必不可少的組件。中央處理器（CPU），隨機(jī)存取存儲(chǔ)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(chǔ)器內(nèi)存（EEPROM）。圖1為單片機(jī)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(gè)組件，看看它們?nèi)绾卧趩纹瑱C(jī)內(nèi)部工作。

三、單片機(jī)的CPU

CPU，有時(shí)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(gè)主要組件是執(zhí)行算術(shù)和邏輯運(yùn)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(jī)器周期”。

四、單片機(jī)的RAM

RAM是一個(gè)臨時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的組件，可以快速訪問(wèn)。它提供對(duì)存儲(chǔ)設(shè)備的快速讀寫(xiě)訪問(wèn)。這與大多數(shù)其他存儲(chǔ)器不同，因?yàn)閿?shù)據(jù)不容易獲得，因此提取數(shù)據(jù)所需的時(shí)間更長(zhǎng)。你可以看到它是RAM，它可以訪問(wèn)數(shù)據(jù)的表面（很容易訪問(wèn)）。RAM提高了整體系統(tǒng)性能，因?yàn)樗试S單片機(jī)同時(shí)處理更多信息。由于RAM是臨時(shí)數(shù)據(jù)，因此當(dāng)單片機(jī)關(guān)閉時(shí)，其內(nèi)容將最終將被擦除。

五、單片機(jī)的ROM

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

六、單片機(jī)的EEPROM

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

七、單片機(jī)的串行總線接口

串行總線接口是單片機(jī)中的串行通信，一次發(fā)送一位數(shù)據(jù)。使用單片機(jī)板，它可以將IC與印刷電路板（PCB）上的信號(hào)走線相連。對(duì)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(jī)的I/O端口

I/O端口是單片機(jī)用來(lái)連接到實(shí)際應(yīng)用程序的端口。輸入接收現(xiàn)實(shí)世界中的變化，從溫度感測(cè)到運(yùn)動(dòng)感測(cè)到按鈕等等。輸入然后進(jìn)入CPU，并決定如何處理該信息。當(dāng)需要根據(jù)輸入中的特定值執(zhí)行特定命令時(shí)，它會(huì)向輸出端口發(fā)送信號(hào)，其范圍從簡(jiǎn)單的LED燈熄滅到運(yùn)行特定部分的電動(dòng)機(jī)，甚至更多。圖3為一些常見(jiàn)的輸入和輸出組件。

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