单片机在很多地方都有应用，不论是汽车、智能设备（智能手机、平板电脑），还是冲泡咖啡的咖啡机。随着物联网的快速增长，单片机已成为现代世界的重要组成部分。

一、什么是单片机？

单片机（有时称为MCU或微控制器）是单个集成电路（IC），通常用于特定的应用程序，旨在实现某些任务。在某些情况下必须自动控制的产品和设备（例如电器、电动工具、汽车发动机控制系统和计算机）就是很好的例子，但单片机的应用远不止这些。

本质上讲，单片机可以解释为一边收集输入信息，处理该信息，一边根据收集的信息输出特定的动作。单片机通常以较低的速度运行，大约在1MHz至200MHz的范围内，这个过程只需要消耗很少的电量。由于单片机被嵌入在一些电子设备中，而这些设备在根据不同的应用，其功耗可能并不相同。

二、单片机的内部组件

单片机可以看作是一台小型计算机，这是因为单片机内部必不可少的组件。中央处理器（CPU），随机存取存储器（RAM），闪存，串行总线接口，输入/输出端口（I/O口），在许多情况下还包括电可擦可编程只读存储器内存（EEPROM）。图1为单片机中主要部分以及其他部分的示意图。下面，让我们深入研究每个组件，看看它们如何在单片机内部工作。

三、单片机的CPU

CPU，有时称为处理器或微处理器，控制所有的指令/数据的流。你可以将其视为系统的大脑，处理它收到的所有数据输入并执行所需的指令。它的两个主要组件是执行算术和逻辑运算的算术逻辑单元（ALU），以及处理所有处理器指令执行的控制单元（CU）。图2为CPU经历的通常的“机器周期”。

四、单片机的RAM

RAM是一个临时存储数据的组件，可以快速访问。它提供对存储设备的快速读写访问。这与大多数其他存储器不同，因为数据不容易获得，因此提取数据所需的时间更长。你可以看到它是RAM，它可以访问数据的表面（很容易访问）。RAM提高了整体系统性能，因为它允许单片机同时处理更多信息。由于RAM是临时数据，因此当单片机关闭时，其内容将最终将被擦除。

五、单片机的ROM

ROM是一种非易失性存储器，与RAM不同，即使关闭了单片机，它也可以保留其数据很长的时间。这样可以保存你可能已上传到单片机的已保存程序。ROM一次写入一个“块”或“扇区”，因此，如果你只需要重写一个字节，闪存将需要重写该字节所在的整个块，这样可以更快地用完。

六、单片机的EEPROM

EEPROM就像ROM一样，是一种非易失性存储器，即使关机后仍保留其数据。不同之处在于，尽管ROM重写字节的“块”，但EEPROM可以随时重写任何特定的字节。与闪存相比，这可以延长EEPROM的寿命，但也意味着价格更高。

七、单片机的串行总线接口

串行总线接口是单片机中的串行通信，一次发送一位数据。使用单片机板，它可以将IC与印刷电路板（PCB）上的信号走线相连。对于IC，他们使用串行总线传输数据以减少封装中的引脚数，从而使其更具成本效益。IC中的串行总线的典型例子是SPI或I2C。

八、单片机的I/O端口

I/O端口是单片机用来连接到实际应用程序的端口。输入接收现实世界中的变化，从温度感测到运动感测到按钮等等。输入然后进入CPU，并决定如何处理该信息。当需要根据输入中的特定值执行特定命令时，它会向输出端口发送信号，其范围从简单的LED灯熄灭到运行特定部分的电动机，甚至更多。图3为一些常见的输入和输出组件。

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