什么是单片机？单片机的内部架构有哪些？

什么是单片机？单片机的内部架构有哪些？

大多数电子产品都使用单片机（MCU）来执行计算操作和布尔函数。本文中，单片机方案网主要介绍了单片机的基础知识及其工作、应用、优点和缺点。

一、什么是单片机？

顾名思义，单片机（MCU）是一种微型设备，可以执行用户分配的专用任务。任务可能与常规计算有关，例如加法、减法、除法和浮点数学。

除此之外，单片机还可以控制、处理信息并将其存储在存储器中。存储器大小因不同的单片机系列而异。在某些情况下，它们通常被称为“片上微型计算机”。单片机的构建块是处理器、存储器和外围设备。让我们详细讨论一下。

二、单片机的架构

下图是单片机架构的内部视图。

它由支持硬件组成，例如内部连接的CPU（中央处理器）、时钟、晶体振荡器、存储器和硬件外围设备。

1.中央处理器

基本上，CPU是单片机的核心部分。它是遵循用户所给出动作的大脑。CPU从存储器（ROM）中获取指令，对其进行解码并执行。这种技术称为流水线。在数据总线和地址总线的帮助下完成流水线操作。CPU以兆赫兹（MHz）或千兆赫兹（GHz）的速度运行指令。

2.时钟

MCU需要时钟来执行任何任务。为了向单片机提供时钟，晶体振荡器被驱动至CPU。晶振选择决定了单片机要运行的速度。晶体振荡器的频率范围通常在MHz的范围内。

3.寄存器

寄存器是存储元素的数据。它存储一个8位长度的二进制字。单片机配备了各种通用和外设寄存器。通用寄存器包括程序计数器（PC）和用于存储数据和指令的堆栈指针。外围寄存器对于配置单片机中的硬件很有用。

输入/输出端口通常称为GPIO（通用输入输出）端口。这意味着这些端口可以用作输入或输出。某些微型MCU支持备用GPIO。它们可以用于多种功能。连接显示设备（LED、LCD和触摸屏），电机等外部设备时需要使用它们。I/ O端口也用于输入感应和切换目的。

5.内存

如您所知，内存有两种类型（RAM和ROM）。RAM（随机存取存储器）用于存储数据的临时存储，ROM（只读存储器）用于永久存储。

为了将数据存储在单片机中，处理器架构分为哈佛架构和冯·诺依曼架构。哈佛大学有单独的存储器总线（地址总线和数据总线）来存储指令和数据，而冯·诺依曼则有一个共同的存储器来存储指令和数据。

6.计时器

计时器是最具创新性的外设，可以产生精确的时间延迟。它可以在已知时间段重复执行预定义的任务。计时器的一些应用包括电机控制，打开/关闭继电器电路，GPS（全球定位系统），家用电器控制等。

7.计数器

计数器是一种外设，用于对MCU外部发生的事件进行计数。计数器的应用包括脉冲测量，对象检测等。它们用于频率测量，计算微波炉中温度的升高或降低，测量洗衣机和电加热器中的设定时间。

8.串行接口

在电子产品中，不同的设备使用串行通信相互通信。为了实现串行通信，使用了UART（通用异步收发器），I2C和SPI等接口。而且，最新的单片机中也出现了以太网，USB等高级协议。

9.模数转换器（ADC）

传感器将诸如温度，湿度和压力等物理参数转换为模拟信号。ADC将该模拟信号转换为数字字节。模拟信号可以是电压，电流或电阻的形式。

它具有一个内部时钟，该时钟可测量MCU馈入的时钟周期并使用自己的时钟进行采样。时钟周期数表示模拟电压的数字表示。

10.数模转换器（DAC）

DAC（数模转换）与ADC相反。DAC将数字数据转换为模拟电压形式。DAC的一些应用包括数字信号处理，电机控制，音乐播放器，数字电位器等。

11.中断

中断是一个事件，它可以完成多个任务。当调用中断时，单片机停止当前执行（第一个任务）并执行其他任务（第二个任务）。完成第二个任务后，它返回第一个任务并执行正常操作。