数字电子基础技术应用 17

微处理器基本概念

MCU是装入了所学功能模块（寄存器、存储器、定时器、ADC…）以及未学的大量串口等的IC

是用软件指令指挥工作的黑盒子西安交通大学电气工程学院宁改娣

博士

教授回顾数电大篇幅的内容“数电”大篇幅介绍了集成逻辑门、触发器、组合和时序电路分析设计、时钟CP产生、存储器、ADC、DAC等。大家回顾一下，学完这些“数电”内容的感受是什么？这些零散的模块有何用呢？虽然课堂上也强调了应用，但仍很抽象！——所以课程整合，处理器片内就是一个复杂的数字或数模混合系统。我们2001年提出“大数电”整合。2003美国有两本类似教材，一本第八版有140多学校使用。如今，“数电”所学集成在大规模IC内部，活化了。中小规模IC发明时，用其设计的测频计、测电容、测速计、交通灯控制器等当然性能是很好的！推动发展！2026/1/30升级不方便；用中小规模IC设计一个复杂系统更是难以想象。夜晚空等的十字路2026/1/30回头看较早的电子产品，智能性不够回顾数电PLDPLD是一种集成了大量逻辑门、触发器、可编程连线等资源的通用集成器件。HDL描述的是电路、并行运行！可由设计人员“编程”把一个复杂数字系统由一片PLD片内资源实现，电路功能可在线修改，“编程”后功能确定。FPGA是电子系统设计领域中最具发展前途的器件:1）可实现通信设备高速接口电路，复杂逻辑问题等。2）数字信号处理或者数学计算。通信协议、数据收发等。3）SOPC，部分FPGA内部嵌入处理器核。4）处理器设计验证，等。2026/1/30微处理器比如，由传感器、执行器和控制器组成的汽车电子控制系统：包含发动机电子控制系统、底盘综合控制系统、车身电子安全系统和信息通讯系统等。需要连续不断进行数据采集、计算、分析和决策，事件记忆等，这种应用选择微处理器控制更方便。2026/1/30如果要实现一个包含计算能力、分析和决策能力、事件的记忆能力等复杂控制系统，就应选择微处理器。1958年发明的集成电路（IC）2026/1/30处理器比FPGA等更具灵活性来源：“

智能计算芯世界”的“当今计算挑战：计算机硬件设计的机遇”2026/1/30到底什么是微处理器？微处理器是通用大规模IC，由指令驱动，串行执行。处理器出厂后硬件结构确定，具备自己的指令系统（8051有111条），且各厂家指令系统都不相同，同一厂家不同系列的处理器指令也不同，硬件结构都不同。处理器按用户程序做事，改变应用程序就可以改变功能。比如，程序中有加法、移位、逻辑运算等指令不同，即可完成不同的功能。基于微处理器的数字系统是电子设计的主流，也是智能电子产品的核心。短短几十年迅猛发展！多快好省狭义上微处理器分为CPU、MCU、DSP、嵌入式等。几乎所有电类专业教学计划上都有4门处理器课：2026/1/30微处理器相关课程

因发展应用产生的课程CPUMCU=CPU+接口电路+存储器单板机原理CentralProcessingUnit，CPUMicroControlUnit，MCUDigitalSignalProcessor，DSP适合DSP的单片机有乘法器、多总线、指令流水线等技术。即便如此，也远不如FPGA快。3次升级换代；换一次芯片相当于开一门新课。TI支持有学生第3次学处理器，也有没学处理器的。基于ARMIP（高性能、低成本、耗电低）的处理器。几乎处理器制造厂家及PLD都有产品。如，意法半导体STM32；TIMSP432；xilinx7

Zynq等ARM公司1991年成立，总部位于剑桥大学旁。华为处理器也有基于ARM的，华为在剑桥也设有通信IC设计公司。华为是中华民族的骄傲！各课都是介绍如何“用”

一个不同型号的处理器IC芯片。内容重复，深入个体IC芯片，讲引脚、指令、寻址等细节。都教成了理论课的样子，重考试！实验照猫画虎。上世纪处理器更新发展较慢时，这种教学可以满足科研需求。近几年处理器更新换代快，教学跟不上。核心要掌握基本功。处理器如何“教”和“学”？发展日新月异，但开发方法是一样的：软件、硬件。要掌握处理器开发的共性方法，而不是掌握一个IC。理论性——不强（语法如中文、英语,无需溯源,软、硬件都如此)如，74138有3个控制端？

厂家说了算！学习目的——会用（玩转实验平台）学习方法——亲自动手做（处理器应用不是考、学、看出来的，有不少学生和老师说：我学了好多次处理器了，还是不会用！问题就出在多次都是像理论课一样去学，没有自己亲自动手去用）2026/1/30补充说明半导体芯片行业的企业模式主要分IDE、Fabless和Foundry三种：IDM即IntegratedDesignandManufacture，是包含设计、制造、封装、测试的公司，比如TI、Intel等；Fabless是Fabrication（制造）和less（无）的组合，是指“没有制造业务、只专注于设计”，比如ARM，Xilinx、高通、华为海思等；国产IC设计发展很快，2017年全球营收排名前十的Fabless企业榜单中就有中国的华为海思和紫光入榜。2018年华为海思排名第五，营收增长率居冠。Foundry，专门负责生产、制造芯片的厂家，即代工厂，例如台积电等。华为自主研发的麒麟芯片不能生产，5G射频的关键元器件也无法使用。赞华为！5G技术、鸿蒙2026/1/30教育家陶行知《三代诗》突出实践的重要性陶先生上大学时深受明代思想家王阳明“知行合一”论的影响，给自己改名“陶知行”，认为“知是行之始”，认识先于实践。很快他认识到唯心论色彩。提出了“行是知之始，知是行之成”的理论。“行动是老子，知识是儿子，创造是孙子。”实践出真知，只有实实在在的做事，才能将书本上的理论转变为自己拥有的知识，要想获得知识必须行动，所以行动是知识的老子。创造创新更不是凭空就能进行的，只有在充分掌握一个事物的运行规律，知道它的本质，才能在此基础上进行创造。2026/1/30电气工程讲MCU（DSP），也有益于就业处理器入门最好以MCU介绍，底子扎实厂家多、种类多、结构及指令各不同、更新换代快！讲提炼出的软件和硬件共同共性的概念通过某一平台训练软、硬件基本功，目的不是会用这一个芯片。不提供指导书（当然处理器厂家提