5 嵌入式系统硬件之常用微控制器
在嵌入式系统中，微控制器（Microcontroller, MCU）是核心组件之一，它负责控制和执行特定的任务。继上一篇关于微控制器概述的内容后，本篇将深入探讨常用的微控制器及其特性、应用场景，以及在嵌入式开发中的具体案例。
常用微控制器类型
微控制器种类繁多，以下是一些常见的微控制器类型及其特点：
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8051 系列微控制器
- 经典的8位微控制器架构，适用于低功耗和低成本的应用。
- 应用场景：简单的控制系统、家用电器、工业控制。
// 控制LED的简单示例代码 #include <REGX51.H> void delay(unsigned int time) { while (time--); } void main() { while (1) { P1 = 0xFF; // 开启LED delay(1000); P1 = 0x00; // 关闭LED delay(1000); } } -
PIC 微控制器
- 由Microchip公司开发，分为8位、16位和32位系列，适合各种应用需求。
- 应用场景：智能家居设备、汽车电子和工业自动化。
#include <xc.h> void main(void) { TRISB = 0; // 设置端口B为输出 while (1) { PORTB = 0xFF; // 开启LED __delay_ms(500); PORTB = 0x00; // 关闭LED __delay_ms(500); } } -
AVR 微控制器
- 由Atmel（现为Microchip的一部分）开发，广泛应用于Arduino平台，易于编程和开发。
- 应用场景：教育项目、快速原型开发。
#include <avr/io.h> #include <util/delay.h> int main(void) { DDRB = 0xFF; // 设置端口B为输出 while (1) { PORTB = 0xFF; // 开启LED _delay_ms(500); PORTB = 0x00; // 关闭LED _delay_ms(500); } } -
ARM Cortex-M 微控制器
- 采用ARM架构，具有更高的性能和低功耗特性，适用于要求较高的嵌入式应用。
- 应用场景：物联网设备、医疗设备、工业控制系统。
#include "stm32f4xx.h" void delay(uint32_t time) { for (uint32_t i = 0; i < time; i++); } int main(void) { RCC->AHB1ENR |= RCC_AHB1ENR_GPIOAEN; // 使能GPIOA时钟 GPIOA->MODER |= (1 << 10); // 设置PA5为输出 while (1) { GPIOA->ODR ^= (1 << 5); // 切换PA5的状态 delay(1000000); } }
微控制器的选择
选择适合的微控制器需要考虑以下几个因素：
- 处理能力：根据项目需求选择合适的位数（8位、16位、32位）。
- 内存：RAM和Flash的容量要足够，满足程序运行和数据存储。
- 外设接口：根据应用选择具有适当接口（如GPIO、PWM、ADC等）的微控制器。
- 功耗：对于电池供电的设备，选择低功耗微控制器至关重要。
实际应用案例
智能家居控制系统
假设我们要构建一个简单的智能家居控制系统，通过Wi-Fi连接微控制器，让用户能够远程控制家中灯光。这里我们可以选择基于ESP8266的微控制器。例如，使用Arduino IDE编写控制代码：
#include <ESP8266WiFi.h>
const char* ssid = "your_SSID"; // 用户的Wi-Fi SSID
const char* password = "your_PASSWORD"; // 用户的Wi-Fi密码
WiFiServer server(80);
void setup() {
Serial.begin(115200);
WiFi.begin(ssid, password);
while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
delay(1000);
Serial.println("Connecting to WiFi...");
}
server.begin();
Serial.println("WiFi connected.");
}
void loop() {
WiFiClient client = server.available();
if (client) {
String request = client.readStringUntil('\r');
Serial.println(request);
client.flush();
// 控制灯光
if (request.indexOf("/lamp/on") != -1) {
digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW); // 开灯
}
if (request.indexOf("/lamp/off") != -1) {
digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH); // 关灯
}
// 返回响应
client.println("HTTP/1.1 200 OK");
client.println("Content-type:text/html");
client.println();
client.println("<html><body><h1>灯光控制</h1>");
client.println("<a href=\"/lamp/on\">开启灯光</a><br>");
client.println("<a href=\"/lamp/off\">关闭灯光</a><br>");
client.println("</body></html>");
client.stop();
}
}
在这个案例中，用户通过网页点击链接，可以控制灯光的开关。
总结
微控制器在嵌入式系统中扮演着至关重要的角色。通过合理选择微控制器及其编程，可以构建丰富多彩的应用场景。在下一篇教程中，我们将探讨嵌入式系统硬件的外部设备接口，包括如何与传感器和致动器进行通信，以提升嵌入式系统的功能与交互性。
