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电子知识

MCU单片机的四个基础功能,你知道几个?

作者:立深鑫        发布时间:01-04        点击:
摘要 : 单片机的全称是单片微型计算机简称单片机(MCU),是典型的嵌入式微控制器。单片机是一种集成电路芯片,是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统
单片机的全称是单片微型计算机简称单片机(MCU),是典型的嵌入式微控制器。单片机是一种集成电路芯片,是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能(可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路)集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统。

单片机比专用处理器适合应用于嵌入式系统,因此它得到了多的应用。事实上单片机是世界上数量多的计算机,现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有1-2部单片机,而个人电脑中也会有为数不少的单片机在工作。


MCU单片机

对于绝大多数MCU,下列功能是最普遍也是最基本的,针对不同的MCU,其描述的方式可能会有区别,但本质上是基本相同的。

1、IO口

任何MCU都具有一定数量的IO口,没有IO口,MCU就失去了与外部沟通的渠道。根据IO口的可配置情况,可以分为如下几种类型:

纯输入或纯输出口:此类IO口由MCU硬件设计决定,只能是输入或输出,不可用软件来进行实时的设定。

直接读写IO口:如MCS-51的IO口就属于此类IO口。当执行读IO口指令时,就是输入口;当执行写IO口指令则自动为输出口。

程序编程设定输入输出方向的:此类IO口的输入或输出由程序根据实际的需要来进行设定,应用比较灵活,可以实现一些总线级的应用,如I2C总线,各种LCD、LED Driver的控制总线等。

2、TImer(定时器)

TImer的种类虽然比较多,但可归纳为两大类:一类是固定时间间隔的TImer,即其定时的时间是由系统设定的,用户程序不可控制,系统只提供几种固定的时间间隔给用户程序进行选择,如32Hz,16Hz,8Hz等,此类TImer在4位MCU中比较常见,因此可以用来实现时钟、计时等相关的功能。

另一类则是Programmable Timer(可编程定时器),顾名思义,该类Timer的定时时间是可以由用户的程序来控制的,控制的方式包括:时钟源的选择、分频数(Prescale)选择及预制数的设定等,有的MCU三者都同时具备,而有的则可能是其中的一种或两种。此类Timer应用非常灵活,实际的使用也千变万化,其中最常见的一种应用就是用其实现PWM输出。

由于时钟源可以自由选择,因此,此类Timer一般均与Event Counter(事件计数器)合在一起。


MCU芯片

3、Watchdog(看门狗定时器)

Watchdog也是绝大多数MCU的一种基本配置(一些4位MCU可能没有此功能),大多数的MCU的Watchdog只能允许程序对其进行复位而不能对其关闭(有的是在程序烧入时来设定的,如Microchip PIC系列MCU),而有的MCU则是通过特定的方式来决定其是否打开,如Samsung的KS57系列,只要程序访问了Watchdog寄存器,就自动开启且不能再被关闭。一般而言watchdog的复位时间是可以程序来设定的。Watchdog的最基本的应用是为MCU因为意外的故障而导致死机提供了一种自我恢复的能力。

4、外部中断

外部中断也是绝大多数MCU所具有的基本功能,一般用于信号的实时触发,数据采样和状态的检测,中断的方式由上升沿、下降沿触发和电平触发几种。外部中断一般通过输入口来实现,若为IO口,则只有设为输入时其中断功能才会开启;若为输出口,则外部中断功能将自动关闭(ATMEL的ATiny系列存在一些例外,输出口时也能触发中断功能)。外部中断的应用如下:

外部触发信号的检测:一种是基于实时性的要求,比如可控硅的控制,突发性信号的检测等,而另一种情况则是省电的需要。

信号频率的测量:为了保证信号不被遗漏,外部中断是最理想的选择。

数据的解码:在遥控应用领域,为了降低设计的成本,经常需要采用软件的方式来对各种编码数据进行解码,如Manchester和PWM编码的解码。

按键的检测和系统的唤醒:对于进入Sleep状态的MCU,一般需要通过外部中断来进行唤醒,最基本的形式则是按键,通过按键的动作来产生电平的变化。