單片機(jī)的分類及應(yīng)用

MCU按其存儲器類型可分為無片內(nèi)ROM型和帶片內(nèi)ROM型兩種。對于無片內(nèi)ROM型的芯片，必須外接EPROM才能應(yīng)用（典型為8031）；帶片內(nèi)ROM型的芯片又分為片內(nèi)EPROM型（典型芯片為87C51）、MASK片內(nèi)掩模ROM型（典型芯片為8051）、片內(nèi)Flash型（典型芯片為89C51）等類型。按用途可分為通用型和專用型；根據(jù)數(shù)據(jù)總線的寬度和一次可處理的數(shù)據(jù)字節(jié)長度可分為8、16、32位MCU。

目前，國內(nèi)MCU應(yīng)用市場最廣泛的是消費(fèi)電子領(lǐng)域，其次是工業(yè)領(lǐng)域、和汽車電子市場。消費(fèi)電子包括家用電器、電視、游戲機(jī)和音視頻系統(tǒng)等。工業(yè)領(lǐng)域包括智能家居、自動化、醫(yī)療應(yīng)用及新能源生成與分配等。汽車領(lǐng)域包括汽車動力總成和安全控制系統(tǒng)等。

單片機(jī)的基本功能

對于絕大多數(shù)MCU，下列功能是最普遍也是最基本的，針對不同的MCU，其描述的方式可能會有區(qū)別，但本質(zhì)上是基本相同的：

1、TImer(定時器)：TImer的種類雖然比較多，但可歸納為兩大類：一類是固定時間間隔的TImer，即其定時的時間是由系統(tǒng)設(shè)定的，用戶程序不可控制，系統(tǒng)只提供幾種固定的時間間隔給用戶程序進(jìn)行選擇，如32Hz，16Hz，8Hz等，此類TImer在4位MCU中比較常見，因此可以用來實(shí)現(xiàn)時鐘、計(jì)時等相關(guān)的功能。

另一類則是Programmable Timer(可編程定時器)，顧名思義，該類Timer的定時時間是可以由用戶的程序來控制的，控制的方式包括：時鐘源的選擇、分頻數(shù)(Prescale)選擇及預(yù)制數(shù)的設(shè)定等，有的MCU三者都同時具備，而有的則可能是其中的一種或兩種。此類Timer應(yīng)用非常靈活，實(shí)際的使用也千變?nèi)f化，其中最常見的一種應(yīng)用就是用其實(shí)現(xiàn)PWM輸出。

由于時鐘源可以自由選擇，因此，此類Timer一般均與Event Counter(事件計(jì)數(shù)器)合在一起。

2、IO口：任何MCU都具有一定數(shù)量的IO口，沒有IO口，MCU就失去了與外部溝通的渠道。根據(jù)IO口的可配置情況，可以分為如下幾種類型：純輸入或純輸出口：此類IO口由MCU硬件設(shè)計(jì)決定，只能是輸入或輸出，不可用軟件來進(jìn)行實(shí)時的設(shè)定。

直接讀寫IO口：如MCS-51的IO口就屬于此類IO口。當(dāng)執(zhí)行讀IO口指令時，就是輸入口;當(dāng)執(zhí)行寫IO口指令則自動為輸出口。程序編程設(shè)定輸入輸出方向的：此類IO口的輸入或輸出由程序根據(jù)實(shí)際的需要來進(jìn)行設(shè)定，應(yīng)用比較靈活，可以實(shí)現(xiàn)一些總線級的應(yīng)用，如I2C總線，各種LCD、LED Driver的控制總線等。

對于IO口的使用，重要的一點(diǎn)必須牢記的是：對于輸入口，必須有明確的電平信號，確保不能浮空(可以通過增加上拉或下拉電阻來實(shí)現(xiàn));而對于輸出口，其輸出的狀態(tài)電平必須考慮其外部的連接情況，應(yīng)保證在Standby或靜態(tài)狀態(tài)下不存在拉電流或灌電流。

3、外部中斷：外部中斷也是絕大多數(shù)MCU所具有的基本功能，一般用于信號的實(shí)時觸發(fā)，數(shù)據(jù)采樣和狀態(tài)的檢測，中斷的方式由上升沿、下降沿觸發(fā)和電平觸發(fā)幾種。外部中斷一般通過輸入口來實(shí)現(xiàn)，若為IO口，則只有設(shè)為輸入時其中斷功能才會開啟;若為輸出口，則外部中斷功能將自動關(guān)閉(ATMEL的ATiny系列存在一些例外，輸出口時也能觸發(fā)中斷功能)。外部中斷的應(yīng)用如下：

外部觸發(fā)信號的檢測：一種是基于實(shí)時性的要求，比如可控硅的控制，突發(fā)性信號的檢測等，而另一種情況則是省電的需要。信號頻率的測量：為了保證信號不被遺漏，外部中斷是最理想的選擇。數(shù)據(jù)的解碼：在遙控應(yīng)用領(lǐng)域，為了降低設(shè)計(jì)的成本，經(jīng)常需要采用軟件的方式來對各種編碼數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，如Manchester和PWM編碼的解碼。按鍵的檢測和系統(tǒng)的喚醒：對于進(jìn)入Sleep狀態(tài)的MCU，一般需要通過外部中斷來進(jìn)行喚醒，最基本的形式則是按鍵，通過按鍵的動作來產(chǎn)生電平的變化。

4、通訊接口：MCU所提供的通訊接口一般包括SPI接口，UART，I2C接口等，其分別描述如下：

SPI接口：此類接口是絕大多數(shù)MCU都提供的一種最基本通訊方式，其數(shù)據(jù)傳輸采用同步時鐘來控制，信號包括：SDI(串行數(shù)據(jù)輸入)、SDO(串行數(shù)據(jù)輸出)、SCLK(串行時鐘)及Ready信號;有些情況下則可能沒有Ready信號;此類接口可以工作在Master方式或Slave方式下，通俗說法就是看誰提供時鐘信號，提供時鐘的一方為Master，相反的一方則為Slaver。

UART（Universal Asynchronous Receive Transmit）：屬于最基本的一種異步傳輸接口，其信號線只有Rx和Tx兩條，基本的數(shù)據(jù)格式為：Start Bit + Data Bit(7-bits/8-bits) + Parity Bit(Even， Odd or None) + Stop Bit(1~2Bit)。一位數(shù)據(jù)所占的時間稱為Baud Rate(波特率)。對于大多數(shù)的MCU來講，數(shù)據(jù)位的長度、數(shù)據(jù)校驗(yàn)方式(奇校驗(yàn)、偶校驗(yàn)或無校驗(yàn))、停止位(Stop Bit)的長度及Baud Rate是可以通過程序編程進(jìn)行靈活設(shè)定。此類接口最常用的方式就是與PC機(jī)的串口進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。

I2C接口：I2C是由Philips開發(fā)的一種數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，同樣采用2根信號來實(shí)現(xiàn)：SDAT(串行數(shù)據(jù)輸入輸出)和SCLK(串行時鐘)。其最大的好處是可以在此總線上掛接多個設(shè)備，通過地址來進(jìn)行識別和訪問;I2C總線的一個最大的好處就是非常方便用軟件通過IO口來實(shí)現(xiàn)，其傳輸?shù)臄?shù)據(jù)速率完全由SCLK來控制，可快可慢，不像UART接口，有嚴(yán)格的速率要求。

5、Watchdog（看門狗定時器）：Watchdog也是絕大多數(shù)MCU的一種基本配置(一些4位MCU可能沒有此功能)，大多數(shù)的MCU的Watchdog只能允許程序?qū)ζ溥M(jìn)行復(fù)位而不能對其關(guān)閉(有的是在程序燒入時來設(shè)定的，如Microchip PIC系列MCU)，而有的MCU則是通過特定的方式來決定其是否打開，如Samsung的KS57系列，只要程序訪問了Watchdog寄存器，就自動開啟且不能再被關(guān)閉。一般而言watchdog的復(fù)位時間是可以程序來設(shè)定的。Watchdog的最基本的應(yīng)用是為MCU因?yàn)橐馔獾墓收隙鴮?dǎo)致死機(jī)提供了一種自我恢復(fù)的能力。

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