《ARM Cortex-M4 微控制器深度實戰(zhàn)》緒論
一、什么是微控制器
微控制器是指一個集成在一塊芯片上的完整計算機系統(tǒng)。盡管它的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個完整計算機所需要的大部分部件：CPU、內(nèi)存、內(nèi)部和外部總線系統(tǒng)，目前大部分還會具有外存。同時集成諸如通訊接口、定時器、實時時鐘等外圍設備。而現(xiàn)在最強大的微控制器系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡、復雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。
二、微控制器歷史
微控制器誕生于 20 世紀 70 年代末，經(jīng)歷了 SCM、MCU、SoC 三大階段。
1.SCM 即單片微型計算機（Single Chip Microcomputer）階段，主要是尋求最佳的單片形態(tài)嵌入式系統(tǒng)的最佳體系結構。―創(chuàng)新模式‖獲得成功，奠定了 SCM 與通用計算機完全不同的發(fā)展道路。在開創(chuàng)嵌入式系統(tǒng)獨立發(fā)展道路上，Intel 公司功不可沒。2.MCU 即微控制器（Micro Controller Unit）階段，主要的技術發(fā)展方向是：不斷擴展?jié)M足嵌入式應用時，對象系統(tǒng)要求的各種外圍電路與接口電路，突顯其對象的智能化控制能力。它所涉及的領域都與對象系統(tǒng)相關，因此，發(fā)展 MCU 的重任不可避免地落在電氣、電子技術廠家。從這一角度來看，Intel逐漸淡出 MCU 的發(fā)展也有其客觀因素。在發(fā)展 MCU 方面，最著名的廠家當數(shù) Philips 公司。
Philips 公司以其在嵌入式應用方面的巨大優(yōu)勢，將 MCS-51 從單片微型計算機迅速發(fā)展到微控制器。因此，當我們回顧嵌入式系統(tǒng)發(fā)展道路時，不要忘記 Intel 和 Philips 的歷史功績。
3.微控制器是嵌入式系統(tǒng)的獨立發(fā)展之路，向 MCU 階段發(fā)展的重要因素，就是尋求應用系統(tǒng)在芯片上的最大化解決；因此，專用微控制器的發(fā)展自然形成了 SoC 化趨勢。隨著微電子技術、IC 設計、EDA 工具的發(fā)展，基于 SoC 的微控制器應用系統(tǒng)設計會有較大的發(fā)展。因此，對微控制器的理解可以從單片微型計算機、單片微控制器延伸到單片應用系統(tǒng)。
三、微控制器應用領域
目前微控制器滲透到我們生活的各個領域，幾乎很難找到哪個領域沒有微控制器的蹤跡。導彈的導航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網(wǎng)絡通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能 IC 卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機、攝像機、全自動洗衣機的控制，以及程控玩具、電子寵物手機（例如蘋果公司的 iPhone4 手機，如圖 0.1-2）等等，這些都離不開微控制器。更不用說自動控制領域的機器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。因此，微控制器的學習、開發(fā)與應用將造就一批計算機應用與智能化控制的科學家、工程師。
微控制器廣泛應用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設備、航空航天、專用設備的智能化管理及過程控制等領域，大致可分如下幾個范疇：
1.在智能儀器儀表上的應用
微控制器具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點，廣泛應用于儀器儀表中，結合不同類型的傳感器，可實現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。采用微控制器控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強大。例如精密的測量設備（功率計，示波器，各種分析儀）。
2.在工業(yè)控制中的應用
用微控制器可以構成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報警系統(tǒng)，與計算機聯(lián)網(wǎng)構成二級控制系統(tǒng)等。
3.在家用電器中的應用
可以這樣說，現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了微控制器控制，從電飯褒、洗衣機、電冰箱、空調機、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設備，五花八門，無所不在。
4.在計算機網(wǎng)絡和通信領域中的應用
現(xiàn)代的微控制器普遍具備通信接口，可以很方便地與計算機進行數(shù)據(jù)通信，為在計算機網(wǎng)絡和通信設備間的應用提供了極好的物質條件，現(xiàn)在的通信設備基本上都實現(xiàn)了微控制器智能控制，從手機、電話機、小型程控交換機、樓宇自動通信呼叫系統(tǒng)、列車無線通信、再到日常工作中隨處可見的移動電話，集群移動通信，無線電對講機等。
5.微控制器在醫(yī)用設備領域中的應用
微控制器在醫(yī)用設備中的用途亦相當廣泛，例如醫(yī)用呼吸機、各種分析儀、監(jiān)護儀、超聲診斷設備及病床呼叫系統(tǒng)等等。
6.在各種大型電器中的模塊化應用
某些專用微控制器設計用于實現(xiàn)特定功能，從而在各種電路中進行模塊化應用，而不要求使用人員了解其內(nèi)部結構。如音樂集成微控制器，看似簡單的功能，微縮在純電子芯片中（有別于磁帶機的原理），就需要復雜的類似于計算機的原理。如：音樂信號以數(shù)字的形式存于存儲器中（類似于 ROM），由微控制器讀出，轉化為模擬音樂電信號（類似于聲卡）。
在大型電路中，這種模塊化應用極大地縮小了體積，簡化了電路，降低了損壞、錯誤率，也方便于更換。
7.微控制器在汽車設備領域中的應用
微控制器在汽車電子中的應用非常廣泛，例如汽車中的發(fā)動機控制器，基于 CAN 總線的汽車發(fā)動機智能電子控制器，GPS 導航系統(tǒng)，abs 防抱死系統(tǒng)，制動系統(tǒng)等等。
此外，微控制器在工商，金融，科研、教育，國防航空航天等領域都有著十分廣泛的用途。
編輯：admin 最后修改時間：2023-04-07
