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任务1.4 掌握以MCU为核心的嵌入式系统组成
1.MCU的基本含义
MCU是单片微型计算机（单片机）的简称，早期的英文名是Single-chip Microcomputer，后来大多数称之为微控制器（Micro-Controller）或嵌入式计算机（Embedded Computer）。现在Micro-Controller已经是计算机中一个常用术语，但在1990年之前，大部分英文词典并没有这个词。我国学者一般使用中文“ 单片机 ”一词，而缩写使用“MCU”，来自于英文“Microcontroller Unit”。因此本书后面的简写一律以MCU为准。 MCU的基本含义是：在一块芯片内集成了中央处理单元（Central Processing Unit，CPU）、存储器（RAM/ROM等）、定时器/计数器及多种输入输出（I/O）接口的比较完整的数字处理系统。 图1-5给出了典型的MCU组成框图。
图1-5 一个典型的MCU组成框图
MCU是在计算机制造技术发展到一定阶段出现的，它使计算机技术从科学计算领域进入智能化控制领域。从此，计算机技术在两个重要领域——通用计算机领域和嵌入式（Embedded）计算机领域都获得了极其重要的发展，为计算机的应用开辟了更广阔的空间。
就MCU的组成而言，虽然它只是一块芯片，但包含了计算机的基本组成单元，仍由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五部分组成，只不过这些都集成在一块芯片内，这种结构使得MCU成为具有独特功能的计算机。
2.嵌入式系统与MCU的关系
何立民先生说：“有些人搞了十多年的MCU应用，不知道MCU就是一个最典型的嵌入式系统”
。实际上，MCU是在通用CPU基础上发展起来的，MCU具有体积小、价格低、稳定可靠等优点，它的出现和迅猛发展，是控制系统领域的一场技术革命。MCU以其较高的性价比、灵活性等特点，在现代控制系统中具有十分重要的地位。
大部分嵌入式系统以MCU为核心进行设计。
MCU从体系结构到指令系统都是按照嵌入式系统的应用特点专门设计的，它能很好地满足应用系统的嵌入、面向测控对象、现场可靠运行等方面的要求。因此，
以MCU为核心的系统是应用最广的嵌入式系统。
在实际应用时，开发者可以根据具体要求与应用场合，选用最佳型号的MCU嵌入实际应用系统中。
3.MCU出现之后测控系统设计方法发生的变化
测控系统是现代工业控制的基础，它包含信号检测、处理、传输与控制等基本要素。 在MCU出现之前，人们必须用模拟电路、数字电路实现测控系统中的大部分计算与控制功能，这样使得控制系统体积庞大，易出故障。MCU出现以后，测控系统设计方法逐步产生变化，系统中的大部分计算与控制功能由MCU的软件实现。其他电子电路成为MCU的外部接口电路，承担输入、输出与执行动作等功能，而计算、比较与判断等原来必须用电路实现的功能，可以用软件取代，大大提高了系统的性能与稳定性，这种控制技术称之为嵌入式控制技术。在嵌入式控制技术中，核心是MCU，其他部分依次展开。 下面给出一个典型的以MCU为核心的嵌入式测控产品的基本组成。
一个以MCU为核心，比较复杂的嵌入式产品或实际嵌入式应用系统，包含模拟量的输入、模拟量的输出，开关量的输入、开关量的输出及数据通信部分。 而所有嵌入式系统中最为典型的则是嵌入式测控系统。图1-6给出了一个典型的嵌入式测控系统框图。
图1-6 一个典型的嵌入式测控系统框图
1.MCU工作支撑电路
MCU工作支撑电路也就是MCU硬件最小系统，它保障MCU能正常运行，如电源电路、晶振电路及必要的滤波电路等，甚至可包含程序写入器接口电路。
2.模拟信号输入电路
实际模拟信号一般来自相应的传感器。例如，要测量室内的温度，就需要温度传感器。但是，一般传感器将实际的模拟信号转成的电信号都比较微弱，MCU无法直接获得该信号，需要将其放大，然后经过模/数转换ADC变为数字信号，进行处理。目前许多MCU内部包含ADC模块，实际应用时也可根据需要外接ADC芯片。常见的模拟量有：温度、湿度、压力、重量、气体浓度、液体浓度、流量等。对MCU来说，模拟信号通过ADC变成相应的数字序列进行处理。
3.开关量信号输入电路
实际开关信号一般也来自相应的开关类传感器。例如，光电开关、电磁开关、干簧管（磁开关）、声控开关、红外开关等，一些电子玩具中就有一些类似的开关。手动开关也可作为开关信号送到MCU中。对MCU来说，开关信号就是只有“0”和“1”两种可能值的数字信号。
4.其他输入信号或通信电路
其他输入信号通过某些通信方式与MCU沟通。常用的通信方式有：异步串行（UART）通信、串行外设接口（SPI）通信、并行通信、USB通信、网络通信等。
5.输出执行机构电路
在执行机构中，有开关量执行机构，也有模拟量执行机构。开关量执行机构只有“开”“关”两种状态。模拟量执行机构需要连续变化的模拟量控制。MCU一般是不能直接控制这些执行机构，需要通过相应的隔离和驱动电路实现。还有一些执行机构，既不是通常的开关量控制，也不是通常数模转换量控制，而是“脉冲”量控制，如控制调频电动机，MCU则通过软件对其控制。