什么是微控制器？它是如何工作的？

微控制器（MCU）普遍存在于電子產(chǎn)品中，如果你的微波爐有LED或LCD屏幕和鍵盤(pán)，則它肯定包含微控制器。汽車(chē)也是一樣，可以有很多個(gè)：發(fā)動(dòng)機(jī)由微控制器控制，防抱死剎車(chē)、巡航控制等也是如此。

任何具有遙控器的設(shè)備幾乎肯定都包含微控制器：電視、錄像機(jī)和高端立體聲系統(tǒng)都屬于這一類(lèi)。此外，單反和數(shù)碼相機(jī)，手機(jī)，攝像機(jī)、激光打印機(jī)、和冰箱、洗碗機(jī)、洗衣機(jī)和烘干機(jī)（帶有顯示屏和鍵盤(pán)的）……。基本上，任何與用戶(hù)交互的產(chǎn)品或設(shè)備在里面都有一個(gè)微控制器。

在本文中，我們將介紹微控制器，以便你了解它們是什么以及它們是如何工作的。

什么是微控制器？

微控制器是一個(gè)簡(jiǎn)化版的計(jì)算機(jī)。所有計(jì)算機(jī)——無(wú)論是個(gè)人臺(tái)式計(jì)算機(jī)、大型主機(jī)計(jì)算機(jī)還是微控制器，都有幾個(gè)共同點(diǎn)：

1.所有計(jì)算機(jī)都有一個(gè)執(zhí)行程序的CPU（中央處理單元）。如果你現(xiàn)在正坐在臺(tái)式計(jì)算機(jī)前閱讀本文，那臺(tái)計(jì)算機(jī)中的CPU正在執(zhí)行一個(gè)程序，該程序?qū)崿F(xiàn)了顯示此頁(yè)面的Web瀏覽器。

2.CPU從某個(gè)地方加載程序。在你的臺(tái)式機(jī)上，瀏覽器程序是從硬盤(pán)加載的。

3.計(jì)算機(jī)有一些RAM（隨機(jī)存取存儲(chǔ)器），可以在其中存儲(chǔ)“變量”。

4.計(jì)算機(jī)有一些輸入和輸出設(shè)備，因此它可以與人交互。在臺(tái)式機(jī)上，鍵盤(pán)和鼠標(biāo)是輸入設(shè)備，顯示器和打印機(jī)是輸出設(shè)備。硬盤(pán)是一種I/O設(shè)備——它同時(shí)處理輸入和輸出。

你使用的臺(tái)式計(jì)算機(jī)是可以運(yùn)行數(shù)千個(gè)程序的“通用計(jì)算機(jī)”。微控制器是“專(zhuān)用計(jì)算機(jī)”，微控制器做好一件事。還有許多其他共同特征定義了微控制器。如果一臺(tái)計(jì)算機(jī)符合這些特征中的大多數(shù)，那么你可以將其稱(chēng)為“微控制器”：

1.微控制器“嵌入”在一些其他設(shè)備（通常是消費(fèi)產(chǎn)品）中，以便它們可以控制產(chǎn)品的功能或操作。因此，微控制器的另一個(gè)名稱(chēng)是“嵌入式控制器”。

2.微控制器專(zhuān)用于一項(xiàng)任務(wù)并運(yùn)行一個(gè)特定的程序。程序存儲(chǔ)在ROM（只讀存儲(chǔ)器）中，一般不會(huì)更改。

3.微控制器通常是低功耗設(shè)備。臺(tái)式電腦幾乎總是插在墻上的插座上，可能會(huì)消耗 50 瓦的電力。電池供電的微控制器可能消耗 50 毫瓦。

4.微控制器具有專(zhuān)用輸入設(shè)備，并且通常（但不總是）具有用于輸出的小型 LED 或 LCD 顯示器。微控制器還從它所控制的設(shè)備獲取輸入，并通過(guò)向設(shè)備中的不同組件發(fā)送信號(hào)來(lái)控制設(shè)備。例如，電視內(nèi)的微控制器從遙控器獲取輸入并在電視屏幕上顯示輸出?？刂破骺刂仆ǖ肋x擇器、揚(yáng)聲器系統(tǒng)和屏幕的某些調(diào)整，例如色調(diào)和亮度。汽車(chē)中的發(fā)動(dòng)機(jī)控制器從氧氣和爆震傳感器等傳感器獲取輸入，并控制諸如燃料混合和火花塞正時(shí)之類(lèi)的東西。一種微波爐控制器從鍵盤(pán)獲取輸入，在LCD顯示屏上顯示輸出，并控制繼電器來(lái)打開(kāi)和關(guān)閉微波發(fā)生器。

5.微控制器通常體積小且成本低。

6.微控制器通常有穩(wěn)定工作溫度區(qū)間。例如，控制汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的微控制器必須在普通計(jì)算機(jī)通常無(wú)法處理的極端溫度下工作。一些寒冷地區(qū)的汽車(chē)微控制器必須在-34攝氏度的天氣下正常工作，而環(huán)境惡劣時(shí)，需要微控制器可能在49攝氏度的溫度下運(yùn)行。當(dāng)你啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)并自然產(chǎn)生的熱量時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)的溫度可高達(dá)65-80攝氏度，這就要求微控制器需要120攝氏度的穩(wěn)定工作溫度。

在許多產(chǎn)品中，例如微波爐，對(duì)CPU的需求相當(dāng)?shù)?，價(jià)格是一個(gè)重要的考慮因素。在這些情況下，制造商轉(zhuǎn)向?qū)Ｓ玫奈⒖刂破?a target="_blank">芯片——最初設(shè)計(jì)為低成本、小型、低功耗的嵌入式CPU的芯片。

典型的低端微控制器芯片可能在芯片上具有1000字節(jié)的ROM和20字節(jié)的RAM，以及8個(gè)I/0引腳。大批量生產(chǎn)時(shí)，這些芯片的成本有時(shí)僅為幾毛錢(qián)。