單片機(jī)是一種內(nèi)部集成了很多電路的IC芯片(又稱集成電路、集成塊)，是單片微型計(jì)算機(jī)(Single Chip Microcomputer)的簡(jiǎn)稱。由于單片機(jī)主要用于控制領(lǐng)域，所以又稱作微型控制器(Microcontroller Unit,MCU)。單片機(jī)由CPU、存儲(chǔ)器和輸入/輸出接口電路(I/O接口電路)等組成的。

單片機(jī)可以看作是一臺(tái)小型計(jì)算機(jī)，這是因?yàn)閱纹瑱C(jī)內(nèi)部必不可少的組件。中央處理器(CPU)，隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)，閃存，串行總線接口，輸入/輸出端口(I/O口)，在許多情況下還包括電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器內(nèi)存(EEPROM)。圖1為單片機(jī)中主要部分以及其他部分的示意圖。下面，讓我們深入研究每個(gè)組件，看看它們?nèi)绾卧趩纹瑱C(jī)內(nèi)部工作。

單片機(jī)是一個(gè)配備CPU和程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、輸入/輸出接口電路、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、中斷控制器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器、調(diào)制解調(diào)器等部件的系統(tǒng)，這些系統(tǒng)安裝在一塊集成電路上。根據(jù)不同單片機(jī)的型號(hào)，其組成部分不同，具體結(jié)構(gòu)以下幾種。

一、運(yùn)算器

運(yùn)算器由運(yùn)算部件——算術(shù)邏輯單元(Arithmetic & Logical Unit，簡(jiǎn)稱ALU)、累加器和寄存器等幾部分組成。ALU的作用是把傳來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)或邏輯運(yùn)算，輸入來(lái)源為兩個(gè)8位數(shù)據(jù)，分別來(lái)自累加器和數(shù)據(jù)寄存器。ALU能完成對(duì)這兩個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行加、減、與、或、比較大小等操作，最后將結(jié)果存入累加器。

運(yùn)算器有兩個(gè)功能：

(1) 執(zhí)行各種算術(shù)運(yùn)算。

(2) 執(zhí)行各種邏輯運(yùn)算，并進(jìn)行邏輯測(cè)試，如零值測(cè)試或兩個(gè)值的比較。

運(yùn)算器所執(zhí)行全部操作都是由控制器發(fā)出的控制信號(hào)來(lái)指揮的，并且，一個(gè)算術(shù)操作產(chǎn)生一個(gè)運(yùn)算結(jié)果，一個(gè)邏輯操作產(chǎn)生一個(gè)判決。

二、控制器

控制器由程序計(jì)數(shù)器、指令寄存器、指令譯碼器、時(shí)序發(fā)生器和操作控制器等組成，是發(fā)布命令的“決策機(jī)構(gòu)”，即協(xié)調(diào)和指揮整個(gè)微機(jī)系統(tǒng)的操作。其主要功能有：

(1) 從內(nèi)存中取出一條指令，并指出下一條指令在內(nèi)存中的位置。

(2) 對(duì)指令進(jìn)行譯碼和測(cè)試，并產(chǎn)生相應(yīng)的操作控制信號(hào)，以便于執(zhí)行規(guī)定的動(dòng)作。

(3) 指揮并控制CPU、內(nèi)存和輸入輸出設(shè)備之間數(shù)據(jù)流動(dòng)的方向。

微處理器內(nèi)通過(guò)內(nèi)部總線把ALU、計(jì)數(shù)器、寄存器和控制部分互聯(lián)，并通過(guò)外部總線與外部的存儲(chǔ)器、輸入輸出接口電路連接。外部總線又稱為系統(tǒng)總線，分為數(shù)據(jù)總線DB、地址總線AB和控制總線CB。通過(guò)輸入輸出接口電路，實(shí)現(xiàn)與各種外圍設(shè)備連接。

三、存儲(chǔ)單元

任何計(jì)算系統(tǒng)都需要兩種類型的存儲(chǔ)器：程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。程序存儲(chǔ)器，顧名思義，包含程序，即要由CPU執(zhí)行的指令。另一方面，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器需要在執(zhí)行指令時(shí)存儲(chǔ)臨時(shí)數(shù)據(jù)。

通常，程序存儲(chǔ)器是只讀存儲(chǔ)器或ROM，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是隨機(jī)存取存儲(chǔ)器或RAM。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器有時(shí)也稱為讀寫存儲(chǔ)器(R/WM)。

輸入設(shè)備：用于將程序和數(shù)據(jù)輸入到計(jì)算機(jī)。

單片機(jī)(有時(shí)稱為MCU或微控制器)是單個(gè)集成電路(IC)，通常用于特定的應(yīng)用程序，旨在實(shí)現(xiàn)某些任務(wù)。在某些情況下必須自動(dòng)控制的產(chǎn)品和設(shè)備(例如電器、電動(dòng)工具、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī))就是很好的例子，但單片機(jī)的應(yīng)用遠(yuǎn)不止這些。

本質(zhì)上講，單片機(jī)可以解釋為一邊收集輸入信息，處理該信息，一邊根據(jù)收集的信息輸出特定的動(dòng)作。單片機(jī)通常以較低的速度運(yùn)行，大約在1MHz至200MHz的范圍內(nèi)，這個(gè)過(guò)程只需要消耗很少的電量。由于單片機(jī)被嵌入在一些電子設(shè)備中，而這些設(shè)備在根據(jù)不同的應(yīng)用，其功耗可能并不相同。

單片機(jī)已經(jīng)涉及到人們生活的各個(gè)領(lǐng)域，飛機(jī)上的儀表控制、網(wǎng)絡(luò)通信和數(shù)據(jù)傳輸、工業(yè)自動(dòng)化控制、汽車導(dǎo)航、遙控玩具、智能機(jī)器人等都離不開(kāi)單片機(jī)。沐渥科技認(rèn)為隨著5G的全面發(fā)展，社會(huì)正在朝著萬(wàn)物互聯(lián)的方向發(fā)展，單片機(jī)開(kāi)發(fā)作為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的重要組成部分，將迎來(lái)前所未有的發(fā)展機(jī)遇。