上海羊羽卓进出口贸易有限公司单片机的大脑核心——CPU（中央处理器）
单片机之前我们介绍过（指路这篇文章——MCU芯片是指什么？），它是由一个是把中央处理器的频率与规格做适当缩减，并将内存、计数器、USB、A/D转换、UART、PLC、DMA等周边接口，甚至LCD驱动电路都整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机。它的应用范围广泛，只要是电子产品几乎都有它的存在。
了解了单片机的整体信息我们接下来就来说一说它的部分组成之一——CPU（中央处理器）
什么是CPU（中央处理器）
我们知道单片机其实就是一个微型计算机，它由处理器CPU、随机储存器RAM、储存器ROM、输入输出口I/O等组成，而CPU则是单片机的主核心部分。我们可以把CPU对比成我们人类的大脑，它主要负责的是单片机内部的整体控制和运算，就像大脑控制我们的四肢和行为举动一样。CPU又由运算器和控制器组成，运算器是算术逻辑单元ALU（ArithmeTIc logic Unit），其功能是进行算术运算和逻辑运算；控制器一般由指令寄存器、指令译码器、时序电路和控制电路组成，其功能是完成取指令、将指令译码形成各种微操作并执行指令，同时控制计算机的各个部件按部就班地工作。
CPU（中央处理器）的种类：
处理器基于复杂指令集和精简指令集可分为两类，两者的区别在于复杂指令集将更多的功能步骤集成在了CPU，而精简指令集则只有基本、简单的指令。但两者在开发代码之间并没有特别大的差异，我们可以根据需要不同领域和行业需求而选择其中一种指令集来作为开发架构。像我们常见的Intel和AMD的处理器多用于复杂指令集，而IBM和ARM的处理器则用于精简指令。
以ARM的ARM® Cortex™-M0内核的处理器为例，它具有最小的硅面积和极少的代码量，可以帮助开发人员以16和8位的价位实现32位性能，且处理器的低门数能够使其部署在需要简单功能的应用中，是一颗能效很高的处理器，可应用在设计约束的嵌入式应用。
Arm® Cortex®-M0 内核的关键特征：
Armv6-M架构
AHB-lite总线接口，冯·诺依曼总线架构，带可选单周期I/O接口
Thumb/Thumb-2子集指令支持
2段流水线
可选8区域MPU，带子区域和背景区域
不可屏蔽中断 + 1到32个物理中断
唤醒中断控制器
硬件单周期(32x32)乘法
多种休眠模式，带集成式等待中断(WFI)、等待事件(WFE)以及退出时睡眠功能、睡眠和深度睡眠信号
根据实现方式提供多种保留模式
JTAG和串行线调试端口，具有多达4个断点和2个观察点
可选微跟踪缓存
CPU在单片机上的应用：
芯海的CS32G020系列内嵌ARM® Cortex™-M0内核，主频最高48MHz，内置64K字节程序flash，数据flash大小可配置(与程序flash共享) ,4K字节LDROM，8K字节SRAM，主要应用于PC电源适配器、手机充电器、移动电源、车充、HUB等领域，同时它也支持很广泛的工业控制和需要高性能CPU的场合。
单片机的组成以及分类和指标
（此处已添加圈子卡片，请到今日头条客户端查看）单片机的组成
单片机又称单片微控制器，它把一个计算机系统集成到一块芯片上，主要包括微处理器（CPU）、存储器（随机访问存储器RAM、只读存储器ROM）和各种输入/输出接口（包括定时器/计数器、并行I/O接口、串行口、A/D转换器以及脉冲宽度调制（PWM）等，如图1-1所示。
▲图1-1 单片机组成框图
程序存储器（ROM）
ROM用来存放用户程序，分为EPROM、Mask ROM、OTP ROM和Flash ROM等。
EPROM型存储器编程（把程序代码通过一种算法写入程序存储器的操作）后，其内容可用紫外线擦除，用户可反复使用，故特别适用于开发阶段，但EPROM型单片机价格很高。
Mask ROM型单片机价格最低，适用于批量生产。由于Mask ROM型单片机的代码只能由生产厂商在制造芯片时写入，故用户更改程序代码十分不便，在产品未成熟时选用此型单片机风险较高。
OTP ROM型（一次可编程）单片机价格介于EPROM和MaskROM型单片机之间，它允许用户对其编程，但只能写入一次。
Flash ROM型单片机可采用电擦除的方法修改其内容，允许用户使用编程工具或在系统中快速修改程序代码，且可反复使用，故一推出就受到广大用户的欢迎。Flash ROM型单片机既可用于开发阶段，也可用于批量生产，随着制造工艺的改进，价格不断下降，使用越来越普遍，已成为现代单片机的发展趋势。
中央处理器（CPU）
CPU是单片机的核心单元，通常由算术逻辑运算部件（ALU）和控制部件构成。CPU就像人的大脑一样，决定了单片机的运算能力和处理速度。
随机存储器（RAM）
RAM用来存放程序运行时的工作变量和数据，由于RAM的制作工艺复杂，价格比ROM高得多，所以单片机的内部RAM非常宝贵，通常仅有几十到几百字节。RAM的内容具有易失性（也称为易挥发性），掉电后数据会丢失。最近出现了EEPROM 或Flash ROM 型的数据存储器，方便用户存放不经常改变的数据及其他重要信息。单片机通常还有特殊寄存器和通用寄存器，也属于RAM空间，但它们存取数据速度很快，特殊寄存器还用于充分发挥单片机各种资源的功效，但这部分存储器占用存储空间更小。
并行输入/输出（I/O）接口
通常为独立的双向I/O接口，既可以用作输入方式，又可以用作输出方式，通过软件编程设定。现代单片机的I/O接口也有不同的功能，有的内部具有上拉或下拉电阻，有的是漏极开路输出，有的能提供足够的电流可以直接驱动外部设备。I/O接口是单片机的重要资源，也是衡量单片机功能的重要指标之一。
串口输入/输出口
用于单片机和串行设备或其他单片机的通信。串行通信有同步和异步之分，这可以用硬件或通用串行收发器件实现。不同的单片机可能提供不同标准的串行通信接口，如 UART、SPI、I2C、MicroWire等。
定时器/针数器（T/C）
用于单片机内部精确定时或对外部事件（输入信号如脉冲等）进行计数，通常单片机内部有2个或2个以上的定时/计数器。
系统时钟
通常需要外接石英晶体或其他振荡源提供时钟信号输入，有的也使用内部RC振荡器。系统时钟相当于PC微机中的主频。
以上只是单片机的基本构成，现代的单片机又加入了许多新的功能部件，如模拟/数字转换器（A/D）、数字/模拟转换器（D/A）、温度传感器、液晶（LCD）驱动电路、电压监控、看门狗（WDT）电路、低压检测（LVD）电路等。此时的单片机才是真正单片化。内部的RAM和ROM的容量也越来越大，ROM 寻址空间甚至可达 64KB，可以说，单片机发展到了一个全新的阶段，应用领域也更为广泛，许多家用电器均走向利用单片机控制的智能化发展道路。
单片机的分类和指标
单片机从用途上可分成专用型单片机和通用型单片机两大类。专用型单片机是为某种专门用途而设计的，如DVD控制器和数码摄像机控制器芯片等。在用量不大的情况下，设计和制造这样的专用芯片成本很高，而且设计和制造的周期也很长。我们常用的都是通用型单片机，通用型单片机把所有资源（如 ROM、I/O 等）全部提供给用户使用。当今通用型单片机的生产厂家已不下几十家，种类有几百种之多。
下面对单片机的几个重要指标进行介绍。
（1）位数：是单片机能够一次处理的数据的宽度，有 1 位机（如 PD7502）、4 位机（如MSM64155A）、8位机（如MCS-51）、16位机（如MCS-96）、32位机（如IMST414）等。
（2）存储器：包括程序存储器和数据存储器，程序存储器空间较大，字节数一般从几KB到几十KB，另外还有不同的类型，如ROM、EPROM、E2PROM、Flash ROM和OTP ROM型。数据存储器的字节数则通常为几十字节到几百字节之间。程序存储器的编程方式也是用户考虑的一个重要因素，有的是串行编程，有的是并行编程，新一代的单片机有的还具有在系统编程（ISP， In-System-Programmable）或在应用再编程（IAP，In-Application re-Programmable）功能；有的还有专用的ISP编程接口JTAG口。
（3）I/O接口：即输入/输出接口，一般有几个到几十个，用户可以根据需要进行选择。
（4）速度：指的是 CPU 的处理速度，以每秒执行多少条指令来衡量，常用单位是 MIPS（百万条指令每秒），目前最快的单片机可达到100MIPS。单片机的速度通常是和系统时钟（相当于PC的主频）相联系的，但并不是频率高的处理速度就一定快，但对于同一种型号的单片机来说，采用频率高的时钟一般比频率低的速度要快。
（5）工作电压：通常工作电压是5V，范围是±5%或±10%；也有3V/3.3V电压的产品；更低的可在1.25V工作。现代单片机又出现了宽电压范围型，在2.5V～6.5V内都可正常工作。
（6）功耗：低功耗是现代单片机所追求的一个目标，目前低功耗单片机的静态电流可以低至μA或nA级。有的单片机还具有等待、关断、睡眠等多种工作模式，以此来降低功耗。
（7）温度：单片机根据工作温度可分为民用级（商业级）、工业级和军用级3种。民用级的温度范围是 0℃～70℃，工业级是-40℃～85℃，军用级是-55℃～125℃（不同厂家的划分标准可能不同）。
（8）附加功能：有的单片机有更多的功能，用户可根据需要选择适合自己的产品。比如有的单片机内部有A/D、D/A、串口、LCD驱动等，使用这种单片机可减少外部器件，提高系统的可靠性。
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