微控制器与微处理(lǐ)器，有(yǒu)什么选择？

2021-05-13

微控制器与微处理(lǐ)器，有(yǒu)什么选择？

在数字设计期间，微控制器与微处理(lǐ)器的选择可(kě)能(néng)是一个棘手的过程，工程师们仍在努力寻找功耗，计算能(néng)力，嵌入式功能(néng)和价格之间的正确折衷方案。设计人员在项目期间应该做出的第一个重大决定是，是否将微控制器与微处理(lǐ)器作為(wèi)主要逻辑单元。為(wèi)了帮助您完成此任務(wù)，在这里我们介绍并比较微控制器和微处理(lǐ)器之间的主要區(qū)别，并将帮助您选择使用(yòng)微处理(lǐ)器还是微处理(lǐ)器。开始吧。

什么是微处理(lǐ)器

微处理(lǐ)器是任何现代计算机的核心：它们是负责处理(lǐ)程序中存储的每个操作的单芯片处理(lǐ)单元。微处理(lǐ)器从外部存储器读取算法，并使用(yòng)特定语言执行命令。该语言定义了微处理(lǐ)器的类型，可(kě)以是RISC（精简指令集计算机）或CISC（复杂指令集计算机）。

微处理(lǐ)器的整个设计链着重于提高其计算能(néng)力和效率，而很(hěn)少或根本不需要内部外围设备。这样就可(kě)以创建非常快速，精确和高效的计算单元。但是，由于整个制造过程仅用(yòng)于处理(lǐ)，因此微处理(lǐ)器需要使用(yòng)外围设备，例如存储器，I / O引脚，串行通信，電(diàn)源控制。图1显示了应用(yòng)微处理(lǐ)器的数字板的功能(néng)图，以及它如何与外部外围设备交互。由于它没有(yǒu)内部存储器，因此无法直接对微处理(lǐ)器进行编程，并且只能(néng)运行ROM存储器提供的指令。 

图1：典型的微处理(lǐ)器应用(yòng)图 

什么是微控制器 

微控制器是更完整的逻辑单元：它们在单个芯片中集成了微处理(lǐ)器和所有(yǒu)必需的外围设备：存储器，I / O引脚，计时器，串行接口，模数转换器，電(diàn)源管理(lǐ)等。单个任務(wù)中的应用(yòng)：设计人员只需要选择微控制器，而不需要选择所有(yǒu)外设并设计它们之间的接口。与微处理(lǐ)器不同，微控制器是可(kě)编程的，也就是说，它可(kě)以通过串行或并行通信来接收和存储代码。 

微控制器是嵌入式设备，通常针对其设计的特定任務(wù)进行了优化。它们嵌入在汽車(chē)，智能(néng)手机，警报器和冰箱中。但是，通用(yòng)微控制器也可(kě)以在市场上大量購(gòu)买。这些微控制器是為(wèi)原型设计的，通常在嵌入式开发板中出售以进行原型设计。开发板的一个流行示例是Arduino Uno，它以8位ATMega微控制器為(wèi)核心。 

  

图2：具有(yǒu)内部外围设备的基本微控制器 

架构比较 

微处理(lǐ)器和微控制器之间的根本區(qū)别在于體(tǐ)系结构。组成典型微处理(lǐ)器的主要模块如图3所示。算术逻辑单元（ALU）是组合数字電(diàn)路，负责执行整数之间的简单操作（加法，减法，组合逻辑），是微处理(lǐ)器的基本模块。除了ALU，基本的微处理(lǐ)器體(tǐ)系结构还需要寄存器。寄存器是能(néng)够将数值存储在CPU内部的数字電(diàn)路，它们是累加输出值和ALU状态的必要条件，它们可(kě)以用(yòng)作下一个操作的输入。最后，控制单元负责微处理(lǐ)器与外围设备之间的同步，通信和数据传输。  

图3：微处理(lǐ)器的总體(tǐ)图 

在内存访问方面，微处理(lǐ)器通常基于冯·诺依曼架构，将程序和数据都存储在同一内存中。相反，微控制器具有(yǒu)内部存储器模块，这有(yǒu)助于实现哈佛體(tǐ)系结构，该體(tǐ)系结构将程序存储器与数据存储器分(fēn)开。这样可(kě)以更快，更有(yǒu)条理(lǐ)地分(fēn)配内存，从而降低程序的复杂性。 

应用(yòng)比较

微控制器更适合需要优化成本和减少组件数量的应用(yòng)。由于所需的外部组件数量较少，因此可(kě)以轻松地在便携式设备中实现它们。例如，微控制器广泛用(yòng)于智能(néng)手表，手机，相机和汽車(chē)。微控制器也是要求高确定性和可(kě)靠性的应用(yòng)中的最佳选择，因為(wèi)整个数字系统在设计上都可(kě)以在工厂正常工作，而微处理(lǐ)器应用(yòng)则需要由设计人员开发整个数字系统，这可(kě)能(néng)会引入功能(néng)错误。顾名思义，微控制器更适用(yòng)于控制过程，接收传感器数据，对其进行处理(lǐ)以及向外部执行器提供控制信号。 

 

由于需要外部组件，微处理(lǐ)器应用(yòng)通常具有(yǒu)较高的成本和较高的功耗。因此，微处理(lǐ)器适用(yòng)于计算性能(néng)至关重要的情况，例如个人计算机，高质量视频处理(lǐ)和高级数据处理(lǐ)。同样，在需要外围设备具有(yǒu)比微控制器所不能(néng)提供的功能(néng)更多(duō)的功能(néng)的应用(yòng)中，微处理(lǐ)器是一个不错的选择，例如大内存和快速的通信速度。基本上，在需要在短时间内处理(lǐ)大量数据的应用(yòng)程序中需要微处理(lǐ)器，例如高速通信系统，个人和多(duō)功能(néng)计算机，视频处理(lǐ)和计算机视觉。这种类型的应用(yòng)通常还需要多(duō)个微处理(lǐ)器， 

内存比较 

如前所述，没有(yǒu)外部存储模块，微处理(lǐ)器就无法运行。这包括用(yòng)于存储编程算法的ROM存储器和用(yòng)于处理(lǐ)数据的RAM存储器。尽管这会增加系统的最终价格和功耗，但使用(yòng)外部存储器仍可(kě)灵活使用(yòng)较大的代码大小(xiǎo)和处理(lǐ)大量数据。 

另一方面，微控制器具有(yǒu)内部存储器，為(wèi)简单的任務(wù)提供了必要的存储能(néng)力。这提供了优化的功耗，并减少了成本和工程时间。但是，设计人员仅限于微控制器提供的功能(néng)：例如，微控制器的程序存储器通常限于2 MB的空间。由于微控制器更专注于单个任務(wù)，因此在某些情况下，内存大小(xiǎo)不足。需要存储大量数据的应用(yòng)程序可(kě)能(néng)与市场上可(kě)用(yòng)的微控制器不兼容。 

功耗比较 

仅考虑芯片本身，微控制器通常更适合于低功耗应用(yòng)。首先，现代微控制器比典型的微处理(lǐ)器提供更多(duō)的低功耗模式（空闲，睡眠，待机）。其次，微处理(lǐ)器需要外部硬件，可(kě)能(néng)无法针对低功耗操作进行优化。相反，微控制器的内部外围设备被设计為(wèi)在特定操作模式下使用(yòng)最佳功率来协调工作。因此，对于功耗敏感的应用(yòng)和電(diàn)池供電(diàn)的设备，微控制器通常是最佳选择。

另一个基本區(qū)别是電(diàn)源的设计。微控制器仅需為(wèi)整个系统提供一个電(diàn)源，因為(wèi)如果需要，電(diàn)压调整是由集成電(diàn)路本身在内部进行的。另一方面，微处理(lǐ)器可(kě)能(néng)需要用(yòng)于不同数字模块的多(duō)个電(diàn)压轨，这可(kě)能(néng)会增加成本和复杂性。

尺寸比较 

基于微处理(lǐ)器的系统大于等效的基于微处理(lǐ)器的系统。使用(yòng)外部硬件需要印刷電(diàn)路板，其中包含执行所需任務(wù)所需的所有(yǒu)外围组件，内部通信总線(xiàn)和電(diàn)源转换器。相反，微控制器是单芯片设备，可(kě)以轻松地嵌入到较大的電(diàn)路中，而不会占用(yòng)大量空间。 

价格对比 

微控制器通常比微处理(lǐ)器便宜。这是因為(wèi)设计人员可(kě)以获取完整的系统，而无需单独購(gòu)买每个外围设备并设计互连電(diàn)路。而且，微处理(lǐ)器的工作频率比微控制器大得多(duō)，这使整个電(diàn)路更加昂贵。但是，微处理(lǐ)器仅应在需要更快处理(lǐ)和功能(néng)强大的外围设备的应用(yòng)中实现，从而证明了成本的增加。 

结论微控制器与微处理(lǐ)器 

微处理(lǐ)器和微控制器是指定给类似壁ni的设备，在某些情况下其应用(yòng)范围可(kě)能(néng)会重叠。但是，它们是為(wèi)不同的目的而设计的：微控制器旨在控制系统，从外部传感器接收信息并做出执行单个任務(wù)的决定，而微处理(lǐ)器则旨在非常快速地处理(lǐ)大量数据并以更大的速度运行。一般时尚。在两者之间进行选择之前，工程师应考虑预期的应用(yòng)程序类型，所需的处理(lǐ)能(néng)力以及设计约束，例如内存，功耗，成本和大小(xiǎo)。