今天,内含微控器的产品数量惊人。如果你家的微波炉具备“发光二极管”(LED)指示灯或“液晶显示器”(LCD)屏幕和小键盘,那么其中就有一个微控器。所有的现代汽车至少有一个微控器,而微控器的数量可达六、七个之多——发动机、防锁刹车装置、巡航控制设备等均由微控器控制。所有遥控设备几乎都含有微控器,电视、录像机和高级音响都属于这种遥控设备。高级的单反照相机、数码照相机、蜂窝电话、数码录像机、应答机、激光打印机、多功能冰箱、洗碗机、洗衣机……凡是具备用户交互功能的产品、设备基本上都内含微控器。
什么是“微控器”呢?微控器是一种计算机。不论是个人用的台式计算机、还是大型计算机、或者是微控器,它们具备几个共同点:
- 所有计算机都有一个“中央处理单元”(CPU)来执行程序。
- CPU要从某个地方(如硬盘)装载程序。
- 计算机都有“随机存取存储器”(RAM)来存储变量。
- 计算机都有输入输出设备进行人机交互。
你用的台式计算机是一种“通用计算机”,它可以运行成千上万种程序。而微控器却是“专用计算机”,只能很好地完成一项工作。假如某种计算机符合以下大多数特征,就可称作“微控器”:
- 微控器“嵌入”到其他设备(通常为消费产品)中,以便控制该产品的功能。
- 微控器只完成一项任务,运行某个特定程序。程序存在“只读存储器”(ROM)中,一般也不更改。
- 台式计算机几乎总是插到墙上的电源插座中,耗电量为50瓦。微控器以电池为电源,耗电量为50毫瓦。
- 微控器有专用的输入设备,通常(但并不总是这样)用LED指示灯或者LCD显示屏作为输出设备。例如,电视机内部的微控器接收遥控器的输入信号,而在电视荧光屏上显示输出。微控器控制着“频道选择器”、“扬声器”和“显像管色度/亮度调整电路”。
- 微控器通常尺寸小、成本低。为了将尺寸减至最小、尽可能将成本降低,就需要仔细挑选微控器的组件。
- 微控器通常(但并不总是这样)进行了某种物理加固。例如,用于控制汽车发动机的微控器必须能够在极冷或极热的温度条件下工作,而普通计算机一般是无法做到的。在阿拉斯加州,汽车微控器要在零下30华氏度(零下34摄氏度)的天气下正常工作,这个微控器到了内华达州可能要在120华氏度(49摄氏度)下运行。
实现微控器的具体处理器千变万化。在许多产品(如微波炉)中,对CPU的性能要求比较低,而重点考虑的是价格。在这种情况下,生产商致力于生产专用微控器芯片——这样的芯片一开始就设计成为低成本、小尺寸、低功耗、嵌入式CPU。“摩托罗拉公司”(Motorola)的6811和“英特尔公司”(Intel)的8051就是此类芯片的典型代表,而“微芯科技公司”(Microchip)生产的PIC系列微控器也很普及。按照今天的标准,这些CPU太简单了。不过,在大量购买时,这样的芯片极其便宜。而且,一片芯片通常就可以满足设备设计者的需求。
