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技術(shù)專題
為電子電路設(shè)計選擇單片機
單片機，也就是微型控制器(MCU)。在嵌入式系統(tǒng)中，單片機是構(gòu)成電路的核心組件。有關(guān)使用單片機的知識很多，電子電路設(shè)計人員必須要知道怎么選擇單片機。
什么是單片機？
電子電路設(shè)計人員必須要知道什么是單片機。單片機是一種智能半導(dǎo)體IC，由處理器單元，存儲器模塊，通信接口和外圍設(shè)備組成。單片機被普遍用于各種應(yīng)用中，包括洗衣機，機器人，無人機，無線電和游戲控制器。
單片機的歷史可以追溯到MOSFET技術(shù)的發(fā)明。在早期，單片機是帶有處理器單元和存儲模塊的原始半導(dǎo)體IC。通常，單片機基于哈佛架構(gòu)。
在過去的幾十年中，英特爾，摩托羅拉，微芯和愛特梅爾等頗受歡迎的制造商進(jìn)一步推動了創(chuàng)新。這些制造商開發(fā)的大多數(shù)單片機是具有專有體系結(jié)構(gòu)的8位單片機。基于ARM的單片機是一個例外，其中ARM體系結(jié)構(gòu)已授權(quán)給制造商。目前，ARM體系結(jié)構(gòu)主導(dǎo)著32位單片機的市場。
單片機如何工作？
電子電路設(shè)計工程師需要了解單片機是如何工作的。單片機具有處理器單元，而不僅僅是對二進(jìn)制值執(zhí)行算術(shù)運算。單片機的真正價值在于其通過內(nèi)置的通信和外圍設(shè)備與物理世界進(jìn)行交互的能力。
從技術(shù)上講，單片機通過執(zhí)行存儲在其非易失性存儲器模塊中的程序指令來運行。單片機以前是基于ROM的，因此擦除程序數(shù)據(jù)非常困難，即使不是不可能。當(dāng)閃存技術(shù)革新半導(dǎo)體技術(shù)時，單片機開始將程序指令存儲在內(nèi)置閃存中。
大多數(shù)現(xiàn)代單片機將RISC（精簡指令集計算機）指令體系結(jié)構(gòu)用于其基本指令處理。與之前的CISC相比，RISC的指令執(zhí)行周期更短。為了開發(fā)用于單片機的程序，嵌入式系統(tǒng)開發(fā)人員使用匯編程序或C編程語言。然后，使用編程工具將完成的程序加載到單片機。
上電后，單片機將開始執(zhí)行作為程序數(shù)據(jù)加載的指令。它充分利用RAM來存儲程序指示的運行時變量。如前所述，單片機被設(shè)計為與物理世界連接。以最簡單的形式，單片機將根據(jù)其編程的邏輯來感應(yīng)輸入并驅(qū)動輸出。
例如，溫度顯示控制器將溫度傳感器和LCD顯示器鏈接到單片機。單片機將采樣溫度值作為模擬輸入并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字值。然后通過向LCD發(fā)送正確的命令邏輯來顯示數(shù)字值。
為電子電路設(shè)計選擇單片機
請務(wù)必謹(jǐn)慎選擇適合你的電子電路設(shè)計的單片機。選擇錯誤的單片機可能會帶來非常痛苦的設(shè)計體驗。選擇單片機時需要考慮很多因素。
你將要考慮應(yīng)用程序的復(fù)雜性。如果電子電路設(shè)計涉及一個簡單的定時器激活輸出，那么一個具有1kB閃存和一個I / O端口的簡單微控制器就足夠了。但是，如果電子電路設(shè)計涉及復(fù)雜的邏輯（例如，基于WIFI的面部識別設(shè)備），則需要32位高端單片機。 32位單片機將更適合面部識別設(shè)備。
復(fù)雜的設(shè)備通常需要更大的程序存儲器。除此之外，你還需要列出設(shè)備的外圍設(shè)備和通信要求。在某些應(yīng)用中，可能還需要ADC，電源管理模塊和引導(dǎo)程序之類的內(nèi)部功能。
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