微控制器与微处理器，有什么选择？

2021-05-13

微控制器与微处理器，有什么选择？

在数字设计期间，微控制器与微处理器的选择可能是一个棘手的过程，工程师们仍在努力寻找功耗，计算能力，嵌入式功能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器作为主要逻辑单元。为了帮助您完成此任务，在这里我们介绍并比较微控制器和微处理器之间的主要区别，并将帮助您选择使用微处理器还是微处理器。开始吧。

什么是微处理器

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

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

图1：典型的微处理器应用图 

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器和所有必需的外围设备：存储器，I / O引脚，计时器，串行接口，模数转换器，电源管理等。单个任务中的应用：设计人员只需要选择微控制器，而不需要选择所有外设并设计它们之间的接口。与微处理器不同，微控制器是可编程的，也就是说，它可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务进行了优化。它们嵌入在汽车，智能手机，警报器和冰箱中。但是，通用微控制器也可以在市场上大量购买。这些微控制器是为原型设计的，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微控制器为核心。 

  

图2：具有内部外围设备的基本微控制器 

架构比较 

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

图3：微处理器的总体图 

在内存访问方面，微处理器通常基于冯·诺依曼架构，将程序和数据都存储在同一内存中。相反，微控制器具有内部存储器模块，这有助于实现哈佛体系结构，该体系结构将程序存储器与数据存储器分开。这样可以更快，更有条理地分配内存，从而降低程序的复杂性。 

应用比较

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

 

由于需要外部组件，微处理器应用通常具有较高的成本和较高的功耗。因此，微处理器适用于计算性能至关重要的情况，例如个人计算机，高质量视频处理和高级数据处理。同样，在需要外围设备具有比微控制器所不能提供的功能更多的功能的应用中，微处理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大量数据的应用程序中需要微处理器，例如高速通信系统，个人和多功能计算机，视频处理和计算机视觉。这种类型的应用通常还需要多个微处理器， 

内存比较 

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

另一方面，微控制器具有内部存储器，为简单的任务提供了必要的存储能力。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：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务，因此在某些情况下，内存大小不足。需要存储大量数据的应用程序可能与市场上可用的微控制器不兼容。 

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。首先，现代微控制器比典型的微处理器提供更多的低功耗模式（空闲，睡眠，待机）。其次，微处理器需要外部硬件，可能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为在特定操作模式下使用最佳功率来协调工作。因此，对于功耗敏感的应用和电池供电的设备，微控制器通常是最佳选择。

另一个基本区别是电源的设计。微控制器仅需为整个系统提供一个电源，因为如果需要，电压调整是由集成电路本身在内部进行的。另一方面，微处理器可能需要用于不同数字模块的多个电压轨，这可能会增加成本和复杂性。

尺寸比较 

基于微处理器的系统大于等效的基于微处理器的系统。使用外部硬件需要印刷电路板，其中包含执行所需任务所需的所有外围组件，内部通信总线和电源转换器。相反，微控制器是单芯片设备，可以轻松地嵌入到较大的电路中，而不会占用大量空间。 

价格对比 

微控制器通常比微处理器便宜。这是因为设计人员可以获取完整的系统，而无需单独购买每个外围设备并设计互连电路。而且，微处理器的工作频率比微控制器大得多，这使整个电路更加昂贵。但是，微处理器仅应在需要更快处理和功能强大的外围设备的应用中实现，从而证明了成本的增加。 

结论微控制器与微处理器 

微处理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范围可能会重叠。但是，它们是为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务的决定，而微处理器则旨在非常快速地处理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程序类型，所需的处理能力以及设计约束，例如内存，功耗，成本和大小。