什麼是MCU單晶片?MCU的用途是什麼?

MCU是MicroController Unit的大寫字母縮寫,中文我們稱為單晶片,在嵌入式系統中,MCU組成電路的核心零件,關於MCU有太多相關知識可以講解,今天這邊就先簡單帶你入門了解究竟什麼是MCU單晶片。

什麼是MCU?

MCU 單晶片是一種智慧半導體積體電路,由處理器、記憶體模組、通信介面和周邊裝置所組成,MCU的應用範圍非常廣泛,從洗衣機、機器人、無人機、無線電到遊戲控制器都有使用到MCU。

MCU在早期被建立於哈佛架構(Harvard architecture),並只由處理器和記憶體模組所組成的原始半導體積體電路( IC ),幾十年來經由Intel, Motorola, Microchip 和 Atmel 等製造商進一步推動創新,才有了現在的MCU單晶片,這些製造商所開發的MCU大多都基於專有架構的8位元MCU,其中較為例外的是ARM所主導的32位元MCU,其ARM架構也授權給其他製造商,ARM架構目前主導著32位元MCU的市場。

MCU是如何運作的?

雖然 MCU 具有處理器元件,但它不僅僅只是對二進位的值進行運算,MCU 真正的價值在於它能夠透過其內建的通信介面和周邊裝置與物理世界進行交流,就技術上來說,MCU 是透過執行儲存在非揮發性雙列直插式記憶體模組 ( NVDIMM ) 中的程式指令來運行,由於MCU過去是基於ROM來運作,因此移除程序數據是非常困難的,直到快閃技術的出現,徹底改變半導體技術時,MCU才開始在快閃記憶體中儲存程序指令。

大多數現代 MCU 使用 RISC(Reduced Instruction Set Computer)指令架構進行基本指令處理,與其前身 CISC 相比,RISC 提供了更短的指令執行週期。如果要為 MCU 開發程序,嵌入式系統開發人員需使用組合語言或 C 語言來開發,然後使用軟體開發工具將完成的程序加載到 MCU上。

帶有 MCU 的簡易應用程序

通電後,MCU 就會開始執行程序數據加載的指令,它充分利用 RAM 來儲存程序指示運行時的變量,如同上面所敘述,MCU 者要是在與物理世界做交流,簡單來說,MCU是根據程式編寫的邏輯來感應輸入數據並驅動輸出結果。

例如,溫度顯示控制器將溫度傳感器和 LCD 螢幕顯示器連接到 MCU,MCU 將採樣的溫度值作為模擬輸入並將其轉換為數值,然後該數值再藉由正確的命令邏輯顯示在LCD顯示器上。

為您的商品選擇MCU

為您的設計選擇 MCU 時要格外小心,選擇不符的MCU會造成非常痛苦的設計體驗,選擇MCU時需要考慮許多因素。

您需要考慮應用程序的複雜性,如果設計商品只涉及到簡單的定時器啟用輸出,選擇帶有1kB的閃存和單個 I/O 端口的單晶片就足夠了,但是如果設計涉及到復雜的邏輯,例如透過WIFI運作的臉部辨別設備,你就需要選擇32位元的高端MCU。

愈複雜的設備通常需要愈大的程序記憶體,除此之外,您還需要列出商品所需的周邊設備和通信需求,例如像是ADC等內建功能,有些應用中可能還需要電源管理模塊和bootloader等。

人臉辨識設備較適合使用32位元的MCU

有時,MCU 的選擇還取決於開發工具,您將需要用戶友好的編程工具和 IDEs(整合開發環境),當然在您正在使用的 PCB 設計軟件和工具中預先創建組件的 MCU 也很有幫助,OrCAD PCB Designer 配備了龐大的潛在組件庫,可供使用,以及維護能夠應對任何設計挑戰的強大而有效的佈局軟體。

你或許對以下文章有興趣