【技术】解析单片机的定义、特点、分类、组成、基本结构和工作原理
单片机也被称为单片微控器，属于一种集成式电路芯片。在单片机中主要包含CPU、只读存储器ROM和随机存储器RAM等，相当于一个微型的计算机，和计算机相比，单片机只缺少了I/O设备。多样化数据采集与控制系统能够让单片机完成各项复杂的运算，无论是对运算符号进行控制，还是对系统下达运算指令都能通过单片机完成。单片机的使用领域已十分广泛，如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。下文会详细介绍什么是单片机，包括其特点、组成部分、工作原理、基本结构、分类等。
什么是单片机
单片机（Single-Chip Microcomputer）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/计数器等功能（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。
概括地讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。
单片机的特点
1.具有优异的性价比
单片机的这种高性能、低价格是它最显著的一个特点。单片机可以尽可能的应用所需要的存储器，各种功能的I/O口都集成在一个芯片内，使之成为名副其实的单片机。有的单片机为了提高速度和执行效率，开始采用了RISC流水线和DSP的技术。使单片机的性能明显的优于同性能的微处理器，有的单片机ROM可达64KB，片内可达2KB，单片机的寻址已突破64KB的限制，八位和十六位单片机寻址可达1MB和16MB。
单片机的另一个显著的特点是量大面广，因为世界上各大公司在提高单片机性能的同时，进一步降低价格，性能/价格之比是各个公司竞争的主要策略。
2.集成度高、体积小、可靠性高
单片机把各个功能部件都集成在一块芯片上，内部采用总线结构，减少了各芯片之间的连接，大大提高了单片机的可靠性与抗干扰能力。另外，其体积小，对于强磁场环境易于采取屏蔽措施，适合在恶劣的环境下工作。
3.控制功能强
单片机是电子计算机这个庞大家庭的一个特殊产品，体积虽小，但“五脏俱全”，它非常适合用于专门的控制用途。为了满足工业控制的要求，一般单片机的指令系统中有极其丰富的转移指令，I/O口的逻辑操作以及为处理器功能。单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的微型计算机。
4.低电压、低功耗
单片机大量应用于便携式产品和家用消费产品，低电压和低功耗的特点尤为重要。许多单片机已可以在2.3.V的电压下运行，有的已突破1.2V或0.9V下工作；功耗至微安级，一个纽扣电池就可以使其长期使用。
单片机的分类
单片机（Microcontrollers）作为计算机发展的一个重要分支领域，根据发展情况，从不同角度，单片机大致可以分为通用型/专用型、总线型/非总线型及工控型/家电型。
(1)通用型
这是按单片机（Microcontrollers）适用范围来区分的。例如，80C51式通用型单片机，它不是为某种专门用途设计的；专用型单片机是针对一类产品甚至某一个产品设计生产的，例如为了满足电子体温计的要求，在片内集成ADC接口等功能的温度测量控制电路。
(2)总线型
这是按单片机（Microcontrollers）是否提供并行总线来区分的。总线型单片机普遍设置有并行地址总线、数据总线、控制总线，这些引脚用以扩展并行外围器件都可通过串行口与单片机连接，另外，许多单片机已把所需要的外围器件及外设接口集成一片内，因此在许多情况下可以不要并行扩展总线，大大减少封装成本和芯片体积，这类单片机称为非总线型单片机。
(3)控制型
这是按照单片机（Microcontrollers）大致应用的领域进行区分的。一般而言，工控型寻址范围大，运算能力强；用于家电的单片机多为专用型，通常是小封装、低价格，外围器件和外设接口集成度高。显然，上述分类并不是唯一的和严格的。例如，80C51类单片机既是通用型又是总线型，还可以作工控用。
单片机的组成
单片机的组成部分包括：中央处理器（CPU）、程序存储器（ROM）、随机存储器（RAM）、I/O设备。
中央处理器是单片机的核心单元，通常由算术逻辑运算部件（ALU）和控制部件构成。CPU就像人的大脑一样，决定了单片机的运算才能和处理速度。
ROM拿来寄存用户程序，分为EPROM、Mask ROM、OTP ROM和Flash ROM等。ROM一般情况来说能够反复运用，而且掉电内容也还在。
RAM拿来寄存程序运行时的工作变量和数据，由于RAM的制作工艺复杂，价格比ROM高得多，所以单片机的内部RAM非常宝贵，通常仅有几十到几百字节。RAM的内容具有易失性（也称为易挥发性），掉电后数据会丢失。
I/O口就是与外围设备连接，进行数据传输或者控制。
单片机的基本结构介绍
1.运算器
运算器由运算部件—算术逻辑单元（Arithmetic & Logical Unit，简称ALU）、累加器和寄存器等几部分组成。ALU的作用是把传来的数据进行算术或逻辑运算，输入来源为两个8位数据，分别来自累加器和数据寄存器。ALU能完成对这两个数据进行加、减、与、或、比较大小等操作，最后将结果存入累加器。例如，两个数6和7相加，在相加之前，操作数6放在累加器中，7放在数据寄存器中，当执行加法指令时，ALU即把两个数相加并把结果13存入累加器，取代累加器原来的内容6。
运算器有两个功能：
(1)执行各种算术运算。
(2)执行各种逻辑运算，并进行逻辑测试，如零值测试或两个值的比较。
运算器所执行全部操作都是由控制器发出的控制信号来指挥的，并且，一个算术操作产生一个运算结果，一个逻辑操作产生一个判决。
2.控制器
控制器由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序发生器和操作控制器等组成，是发布命令的“决策机构”，即协调和指挥整个微机系统的操作。
其主要功能有：
(1)从内存中取出一条指令，并指出下一条指令在内存中的位置；
(2)对指令进行译码和测试，并产生相应的操作控制信号，以便执行规定的动作；
(3)指挥并控制CPU、内存和输入输出设备之间数据流动的方向。
微处理器内通过内部总线把ALU、计数器、寄存器和控制部分互联，并通过外部总线与外部的存储器、输入输出接口电路联接。外部总线又称为系统总线，分为数据总线DB、地址总线AB和控制总线CB。通过输入输出接口电路，实现与各种外围设备连接。
3.主要寄存器
(1)累加器A
累加器A是微处理器中使用最频繁的寄存器。在算术和逻辑运算时它有双功能：运算前，用于保存一个操作数；运算后，用于保存所得的和、差或逻辑运算结果。
(2)数据寄存器DR
数据寄存器通过数据总线向存储器和输入/输出设备送（写）或取（读）数据的暂存单元。它可以保存一条正在译码的指令，也可以保存正在送往存储器中存储的一个数据字节等等。
(3)指令寄存器IR和指令译码器ID
指令包括操作码和操作数。指令寄存器是用来保存当前正在执行的一条指令。当执行一条指令时，先把它从内存中取到数据寄存器中，然后再传送到指令寄存器。当系统执行给定的指令时，必须对操作码进行译码，以确定所要求的操作，指令译码器就是负责这项工作的。其中，指令寄存器中操作码字段的输出就是指令译码器的输入。
(4)程序计数器PC
PC用于确定下一条指令的地址，以保证程序能够连续地执行下去，因此通常又被称为指令地址计数器。在程序开始执行前必须将程序的第一条指令的内存单元地址（即程序的首地址）送入PC，使它总是指向下一条要执行指令的地址。
(5)地址寄存器AR
地址寄存器用于保存当前CPU所要访问的内存单元或I/O设备的地址。由于内存与CPU之间存在着速度上的差异，所以必须使用地址寄存器来保持地址信息，直到内存读/写操作完成为止。
显然，当CPU向存储器存数据、CPU从内存取数据和CPU从内存读出指令时，都要用到地址寄存器和数据寄存器。同样，如果把外围设备的地址作为内存地址单元来看的话，那么当CPU和外围设备交换信息时，也需要用到地址寄存器和数据寄存器。
单片机的工作原理
统一的时钟节拍
(1)这里有一个概念叫：同步。同步就是好多个独立的部分按照同一个节奏步调来动，以此来实现一个配合；
(2)和同步相对的一个概念叫异步，异步就是各自干各自的；
(3)单片机的各个模块之间是同步工作的，CPU和存储器和IO和单片机中其他东西这些模块之间通过一个统一的节拍来同步工作，这个统一节拍就是单片机的时钟；
(4)这个时钟节拍对单片机很重要，单片机内部在一个时钟节拍中只能做一件事情。所以单片机要发生一些变化或者做一些事情，最小的时间单位就是1个时钟节拍。单片机的时间单位都是时钟节拍的整数倍；
(5)单片机中的CPU、存储器、IO等都是以时钟节拍为动作节拍的，所以单片机是一个同步系统；
(6)时钟周期的长度（时钟节拍的快慢）影响了单片机的速度，所以这个时钟就叫做单片机的主频。主频越高性能越高，一般PC的主频都是2G多3G多，51单片机的主频MHz级别。一般手机CPU的主频也在1G-2G左右。一般高级单片机如STM32的主频在百MHz级别。
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必易微（KIWI）家用电器电源选型指南
目录- 公司介绍 家用电器电源产品选型表 家用电器电源产品方案和应用介绍
型号- KP3282,KP21825C,KP3281,KP52X218,KP311A,KP2264H,KP311B,KP522211,KP3116,KP525208,KP525201,KP86202,KP86201,KP36374,KP36572,KP82201,KP36373,KP8110X,KP521405,KP522218,KP521403,KP3114,KP3112,KP3311,KP3210B,KP521403A,KP522201,KP526208,KP523211,KP81103,KP81102,KP85302,KP81101,KP85301,KP3221,KP522208,KP522405,KP3224,KP523218,KP3222,KP85309,KP2161M,KP3211B,KP2262H,KP526201,KP2126,KP321AB,KP36675,KP36674,KP36673,KP85211,KP523201,KP52X201,KP523208,KP3212B,KP52X208,KP2161,KP521405A,KP3206,KP3205,KP524201,KP85321,KP52X211,KP3284,KP524208,KP21824M
复旦微电子（FMSH）MCU/RFID读写器/读卡器IC/串行EEPROM芯片/SPI NOR Flash/SPI NAND Flash闪存选型指南（中文）
描述- 复旦微电子成立于 1998 年 7 月，由复旦大学“专用集成电路与系统国家重点实验室”与上海商业投资公司联合发起。公司专业从事超大规模集成电路的设计与开发，现已形成安全与识别、通用及智能电表专用 MCU、非挥发存储器、智能电器等四大产品和技术发展系列，并能提供完整的系统解决方案。
型号- FM3312,FM33LC045N,FM3313,FM3316,MG33M028,MG33M026,FM25FXX,FM33LG0XX 系列,FM3313 系列,FM33LC046N,FM3203,FM320X 系列,FM33G042,FM33G043,FM25GXX 系列,FM33LC022N,FM3201,FM33L0XX 系列,MG33M046,FM25LGXX,FM33G045,FM33LC045U,FM33G046,FM33G048,FM33A068,FM33L022,FM33L026,FM25FXX 系列,FM33L025,FM33LC043N,FM33L023,MG33M048,M0 系列,FM24CXX 系列,FM33LC042U,FM33A0610,FM3316 系列,FM151M,FM17550,FM33LG0XX,FM33A045,FM33A042,FM33G022,FM33G023,FM33G025,FM33G026,FM33A048,FM33G028,FM33LC043U,FM33L0XX,FM331X 系列,FM38025T-D,FM33LC025N,M0,FM15160,FM15XX 系列,FM25LGXX 系列,FM25LQ,FM38025T-N,FM33LC0XX 系列,MG33M0XX 系列,FM33LC026N,FM33L015,FM33LC026U,FM33LC042N,FM33L013,FM33L012,FM24CXX,FM38025T,FM33LG023,FM33LG022,FM15XX,FM33LG028,FM25Q 系列,FM3312T,MG33M0XX,FM33LG025,FM25QXX,FM33LG026,FM33G0XX,FM25Q,FM33L016,FM33LC025U,FM33LC023N,FM25F,FM17520,FM331X,FM17522,FM25GXX,FM25LQ 系列,FM33LC022U,FM33LC046U,FM25QXX 系列,FM33A0410,FM320X,FM33LG043,FM33LG042,FM33LG045,FM33G0XX 系列,FM33A0XX,FM33LG046,FM33LC0XX,FM33LG048,MG33M0410,FM33LC023U,FM3312 系列,FM33A0XX 系列
艾创微（AICHUANGWEI）电源管理/信号链/电机驱动/宽禁带半导体功率芯片选型指南
描述- 艾创微成立于 2015 年，总部位于合肥市肥西经开区，专注于研发高性能模拟及数模混合芯片，为客户提供高效能、低功耗、品质稳定的集成电路产品,同时提供一站式的应用解决方案和现场技术支持服务。公司研发的产品包括车规级电源管理芯片、车规级信号链芯片、车规级电机驱动芯片及宽禁带半导体功率芯片，主要应用于新能源及新能源汽车、智能电网、新一代智能家电等领域。
型号- ICW4008A,ICW3102,ICW6216,ICW4008B,ICW2540A,ICW6215,MD57XX,MD8933,ICW1235-Q1,MD7209,MD7208,MD53XX,ICWM12020001,MD957X,MD76XX,ICWM12020002,ICWM12008001,MD7682,ICW4008S,ICW103A,ICW2802,ICW2801,MD75XXH,ICW2006,ICW6207,ICW4009A,ICW6208,ICW875X,ICW2540,MD0001,ICW5015,ICW8249,MD116X,MD7620A,ICW1215-Q1,ICW5013,BC100S,ICW128S,MD132X,ICW847X,ICW5012,MD75UXX,ICW5010,MD88XX,ICW1221-Q1,MD7672,ICWM12040001,MD7671,MD84XX,MD7673,ICW206-7V,MD78UXX,ICW1232-Q1,ICW100,ICW2139,ICW78XX,ICW2199,MD9927,ICW1233-Q1,ICW5069,ICWH06530001,ICWH06530002,MD52XX,MD75XX,MD71XX,MDZ12XX,MD73RXX,MD162X,MD7612XX,ICW37170,ICW4007,ICW78M15,ICW3485E,ICWM12016001,ICW1261-Q1,MD73SRXX,ICW3104-N,ICW6205,ICWM17065001,ICW2001,MD7680XX,ICW6206,ICW845X,ICW6204,ICW2003,MD7218,ICW6201,ICW3490E,ICW212GS,ICW7135,ICW1238-Q1,MD7219,ICW6200,ICW6510T,MD8941,ICW3052,MD8942,SRDXXX4561096,MD83XX,ICW206,MD53RXX,ICW209,ICW3232E,ICW2358,ICW78M24,ICW0310,ICW7741,MD113X,ICW7188,ICWM12004001,ICWM12004002,ICW203H-7V,MD70XX,SRDXXX31304121,MD51XX,ICW3116B,MD75RXX,ICW0308,ICWM12004003,ICWM12002501,ICW3669F,ICW1231-Q1,ICW0306,MD71XXH,ICW1117,ICW841X,ICW1236-Q1,MD6127CXX,MD3156XX,MD73SQXX,ICWH06506501,ICW37200,ICW5178,ICW5176,ICW5012-N,ICW5177,ICW5175,ICW3151,ICW3150,MD82XX,ICW3783A,MD151X,ICW32S16C,ICW864X,ICW3126,MD7616-30,ICW1214-Q1,ICW208AD,ICW28010W,ICW836X,MD58XX,ICW3122,ICW1237-Q1,ICW3121,ICW8651,MD77XX,ICW2150,ICWH06513501,MD53UXX,MD7660,MD73XX,ICW206-8V,MD53XX-1,ICW3667A,ICW3667B,ICW37130,ICW1218,ICW2545,MD73XXH,ICW3118,ICW4009B,ICW8702,ICW2450A,ICW1076,MD85XX,ICW203H-8V,ICW8020,ICW203H,ICW3115B,ICW118A,ICW5947,ICW3128,ICW2159,ICWM12032001
英锐芯提供8位OTP单片机等多种类型的单片机，可满足移动电源、加湿器、无线遥控灯等应用需求
英锐芯目前可以开发应用的单片机类型有8位OTP单片机或MTP单片机(MCU），包括普通IO口型（带触摸功能跟不带触摸功能）、AD型 MCU（带触摸跟不带触摸)。8位FLASH单片机(MCU）包括普通IO口型（带触摸功能跟不带触摸功能）、AD型MCU（带触摸跟不带触摸)。
原厂动态 发布时间 : 2023-02-01
高勒康达电子授权世强硬创代理瑞萨/英飞凌/恩智浦/罗姆单片机编程器
高勒康达电子编程器支持离线和在线两种模式，而且可以连接自动化控制机台以及手动烧录控制。
签约新闻 发布时间 : 2024-06-13
【应用】集单片机和语音电路于一体的语音芯片WT588D用于智能仪表，可直接驱动0.5W喇叭
唯创知音WT588D系列语音芯片是集单片机和语音电路于一体的可编辑语音芯片。该芯片采用语音数据直接在SPI-Flash存储器中存储的技术，并采用特有的语音平滑、降噪处理技术，因此能够非常真实、自然地再现语音、音乐、音调和效果声。
应用方案 发布时间 : 2021-11-19
必易微携AC-DC、驱动IC、电池管理等多款一站式芯片解决方案亮相2023 IIC展会
11月2日-3日，2023国际集成电路展览会暨研讨会在深圳大中华国际交易广场盛大召开。必易微带来了AC-DC、DC-DC、驱动IC、电池管理等多款一站式芯片解决方案，广泛应用于家用电器、安防监控、网络通讯、个人电子、电源转换及储能等领域。
原厂动态 发布时间 : 2023-11-08
探索单片机语音芯片的人工智能应用
单片机语音芯片的人工智能应用非常广泛，包括语音识别、语音合成、语音控制、情感识别、声纹识别和语音辅助学习等领域。随着技术的进步，这些应用领域将不断扩大，为我们的生活带来更多的便利和智能化体验。
技术探讨 发布时间 : 2024-04-14
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测试等级：空气放电30KV±5%；接触放电30KV±5%，适用标准：GB/T 17626.2、IEC61000-4-2、ISO10605、GB/T 19951；给用户产品出电路保护设计方案建议及整改。点击预约，支持到场/视频直播测试，资深专家全程指导。
实验室地址： 深圳/上海 提交需求>
支持 3Hz ~ 26.5GHz射频信号中心频率测试；9kHz ~ 3GHz频率范围内Wi-SUN、lora、zigbee、ble和Sub-G 灵敏度测量与测试，天线阻抗测量与匹配电路调试服务。支持到场/视频直播测试，资深专家全程指导。
实验室地址： 深圳/苏州 提交需求>
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授权代理品牌：分立元件
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