Mikroprocessor (MPU) eller mikrokontroller (MCU)
I elektronikens verden er det meget nyttigt at vælge den rigtige computerenhed til dit projekt.To populære typer små computere er mikrokontrollerenheden (MCU) og mikroprocessorenheden (MPU).Mens begge bruges i moderne enheder, har de forskellige job og kommer med særlige funktioner.At forstå forskellene mellem MCU'er og MPU'er kan hjælpe dig med at vælge den bedste mulighed til dit specifikke projekt, hvad enten det er en simpel kontrolopgave eller en kompleks datatung proces.Denne artikel vil se på funktioner, anvendelser og forskelle mellem MCU'er og MPU'er, hvilket giver en komplet guide til at hjælpe dig med at tage et smart valg.
Katalog
Figur 1: Mikroprocessor (MPU) og mikrokontroller (MCU) på et kredsløbskort
Hvad er en MPU og MCU?
En MPU (mikroprocessorenhed) og en MCU (mikrokontrollerenhed) er begge typer små computere, der bruges i elektroniske enheder, men de fungerer anderledes og har unikke funktioner.
Microcontroller Unit (MCU)
Figur 2: Microcontroller Unit (MCU)
En MCU er en lille computerchip, der er lavet til at håndtere specifikke opgaver i et indlejret system.Det kombinerer en central behandlingsenhed (CPU), hukommelse og andre dele alle på en chip.CPU'en fungerer som hjernen på MCU og udfører instruktioner fra softwaren.Hukommelsen i en MCU inkluderer normalt både RAM (til midlertidig datalagring) og flashhukommelse (til lagring af softwarekoden, som MCU kører).Dele indbygget i en MCU kan omfatte timere, kommunikationsgrænseflader (som UART, I2C, SPI), analog-til-digital konvertere (ADC), digital-til-analog-konvertere (DAC) og anden input/output (I/O)Funktioner.
MCUS er designet til at udføre specifikke kontrolopgaver i indlejrede systemer, såsom styring af sensorer, kontrol af motorer, håndtering af brugergrænseflader eller indsamling af data.De bruges ofte i applikationer, hvor størrelse, strømbrug og omkostninger er vigtige.Eksempler inkluderer husholdningsapparater, bilsystemer, medicinsk udstyr og industriel automatisering.
Mikroprocessorenhed (MPU)
Figur 3: Mikroprocessorenhed (MPU)
En MPU er en mere kraftfuld og fleksibel behandlingsenhed sammenlignet med en MCU.I modsætning til en MCU har en MPU ikke hukommelse og andre dele indbygget i den samme chip.I stedet er det afhængig af eksterne komponenter til hukommelse (såsom RAM og ROM) og andre dele.Denne opsætning giver MPU'er mulighed for at tilbyde større behandlingskraft og fleksibilitet, hvilket gør dem velegnede til mere komplekse og krævende applikationer.
CPU'en inden for en MPU er typisk mere avanceret, der er i stand til at håndtere flere opgaver og køre operativsystemer såsom Linux eller Windows.Dette gør MPU'er ideel til applikationer, der kræver en masse computerkraft, multitaskingfunktioner og omfattende softwarestøtte.Eksempler inkluderer personlige computere, smartphones, tablets og avancerede indlejrede systemer.
Primære forskelle
|
Funktion |
MCU |
MPU |
|
Hukommelse |
On-chip flashhukommelse |
Ekstern dram og NVM |
|
Opstartstid |
Hurtig |
Langsommere på grund af ekstern hukommelse |
|
Strømforsyning |
Enkelt spændingsskinne |
Flere spændingsskinner |
|
Perifere grænseflader |
Begrænset til integrerede perifere enheder |
Omfattende eksterne tilslutningsmuligheder |
|
Brug sager |
Indlejrede systemer, realtidsapplikationer |
Komplekse OS-baserede applikationer, høj data gennemstrømning |
Anvendelsesperspektiv
Figur 4: Sammenligning af en MPU (mikroprocessorenhed) og en MCU (mikrokontrollerenhed)
Hukommelse og ydeevne
Når man ser på hukommelse og ydeevne for mikrokontrollerenheder (MCUS) og mikroprocessorenheder (MPU'er), er det vigtigt at forstå forskellene i, hvad de kan gøre, og hvor de typisk bruges.
MCUS er bygget med begrænset hukommelse, normalt omkring 2 megabyte med on-chip-programhukommelse.Denne lille mængde hukommelse begrænser kompleksiteten af de applikationer, de kan køre.Den begrænsede hukommelse påvirker ikke kun størrelsen på de programmer, der kan udføres, men også mængden af data, der kan behandles og gemmes.MCUS er designet til opgaver, der kræver minimal hukommelse og behandlingseffekt, hvilket gør dem perfekte til enkle, gentagne opgaver som at kontrollere sensorer, styre hardwarefunktioner på lavt niveau og udføre realtidskontrolsystemer.
På den anden side har MPU'er adgang til meget større mængder hukommelse, ofte hundreder af megabyte eller endda gigabyte af dram og NAND.Denne store hukommelseskapacitet giver MPU'er mulighed for at håndtere mere komplekse og ressourceintensive applikationer.Den ekstra hukommelse understøtter avancerede funktioner såsom at køre operativsystemer, behandle store datasæt, udføre komplekse algoritmer og håndtere flere opgaver på samme tid.Den store hukommelse og behandlingseffekt gør MPU'er egnet til applikationer som multimediebehandling, komplekse brugergrænseflader og højpræstationsberegningsopgaver.
Den største forskel i hukommelseskapacitet mellem MCU'er og MPU'er påvirker direkte deres præstationer og de typer applikationer, de er egnede til.MCUS, med deres begrænsede hukommelse, er gode til miljøer, hvor der er behov for effektivitet og enkelhed, mens MPU'er er bedre til situationer, der kræver høj computerkraft og betydelige hukommelsesressourcer.Denne sondring definerer rollerne, som hver spiller i elektroniske systemer, hvor MCUS fokuserer på kontrol og enkel automatisering og MPU'er, der håndterer sofistikeret computer- og behandlingsopgaver.
Brugergrænseflade (UI)
Microcontroller-enheder (MCU'er) er ideelle til enkle brugergrænseflader (UIS), der ikke kræver skærme i høj opløsning.De er omkostningseffektive og effektive til basale opgaver.En MCU har typisk begrænset behandlingseffekt og hukommelse, hvilket gør den velegnet til at kontrollere enkle skærme og håndtere lige input/output -operationer.Eksempler på applikationer inkluderer digitale ure, basale termostater og enkle apparater, hvor grafisk kompleksitet er minimal.
Mikroprocessorenheder (MPU'er) er påkrævet til håndtering af komplekse og højopløsningsgrafiske brugergrænseflader.MPU'er leverer mere behandlingseffekt og hukommelse end mikrokontrollerenheder (MCU'er), som er påkrævet til styring af detaljeret grafik, berøringsgrænseflader og mere avancerede brugerinteraktioner.De bruges ofte i enheder, der inkluderer indlejret tyndfilmtransistor (TFT) LCD-controllere, som er nødvendige for at gengive billeder og video af høj kvalitet.Anvendelser, der bruger MPU'er, inkluderer smartphones, tablets, avanceret medicinsk udstyr og bilinfotainment -systemer.
MCU'er og MPU'er tjener forskellige formål baseret på kompleksiteten af brugergrænsefladen og de grafiske krav.MCU'er er velegnede til enklere grænseflader med lav opløsning, hvorimod MPU'er er nødvendige for mere komplekse og højopløsningsgrafiske grænseflader.
Forbindelse
Mikrokontrollerenheder (MCU'er) inkluderer typisk almindelige perifere grænseflader, såsom GPIO (generel indgang/output), UART (universal asynkron modtager/sender), SPI (seriel perifer interface) og I2C (inter-integreret kredsløb).Disse grænseflader er tilstrækkelige til mange grundlæggende kontrolopgaver, men har begrænsninger ved håndtering af højhastighedsdatakommunikation.Det iboende design af MCU'er prioriterer enkelhed og omkostningseffektivitet, hvilket ofte resulterer i langsommere behandlingshastigheder og begrænset hukommelse.Derfor kæmper de for effektivt at styre opgaver, der kræver hurtige dataoverførselshastigheder.
I modsætning hertil er mikroprocessorenheder (MPU'er) designet til at håndtere mere komplekse og dataintensive applikationer.MPU'er er udstyret med højhastighedskommunikationsperifere enheder, såsom USB 2.0 og Ethernet-porte.Disse perifere enheder gør det muligt for MPU at understøtte hurtigere dataoverførselshastigheder, hvilket gør dem velegnet til applikationer, der kræver robuste databehandlingsfunktioner.MPU'er har ofte højere behandlingseffekt og mere omfattende hukommelsesressourcer, hvilket yderligere forbedrer deres evne til at styre højhastighedsdatakommunikation effektivt.
Arkitekturen af en MPU giver mulighed for bedre håndtering af opgaver som multimediebehandling, netværk og dataanalyse af realtid.Denne kapacitet er især nyttig i scenarier, hvor store mængder data skal behandles hurtigt og pålideligt, såsom i avancerede automatiseringssystemer, sofistikerede forbrugerelektronik og industrielle kontrolsystemer.
Mens MCU'er er fremragende til enkle, lave omkostningsapplikationer med begrænsede datakommunikationsbehov, giver MPUS den nødvendige ydelse og forbindelse til flere krævende opgaver.Denne sondring gør MPU'er til et foretrukket valg til højhastighedsdatakrævende applikationer, hvilket sikrer effektiv og effektiv datastyring.
Strømtilstande og ydeevne
Strømforbrug
Mikrokontrollere (MCU'er) bruger normalt mindre effekt end mikroprocessorer (MPU'er).Dette skyldes, at MCUS er lavet til at arbejde effektivt med lidt energi, ofte har forskellige lavkrafttilstande for at få batteriet til at vare længere.Disse lav effekttilstande lader MCU sænke sin strøm brugen meget, når systemet ikke er travlt eller udfører enkle opgaver.På grund af dette er MCU'er gode til batteridrevne enheder og situationer, hvor det er meget vigtigt at gemme energi.
På den anden side har mikroprocessorer (MPU'er) generelt højere strømforbrug på grund af deres mere komplekse arkitektur og behovet for større computerkraft.MPU'er håndterer ofte mere krævende opgaver og driver sofistikerede operativsystemer, som kræver mere energi.Derfor inkorporerer de avancerede strømstyringsteknikker til at optimere strømforbruget uden at gå på kompromis med ydelsen.MPU'er er bedre egnet til applikationer, hvor ydeevne er den primære bekymring, og strømforbruget er mindre af en begrænsning, såsom inden for højpræstationsberegning, servere og visse typer indlejrede systemer.
Forarbejdningseffekt
MCUS er designet til opgaver, der kræver konsistente og rettidige svar.De udmærker sig i miljøer såsom i indlejrede systemer til bilkontrol, industriel automatisering og husholdningsapparater.Disse enheder kører typisk på bare-metalkode eller et realtidsoperativsystem (RTOS), som giver dem mulighed for at håndtere realtidsbehandling effektivt.Den deterministiske karakter af MCUS betyder, at de forudsigeligt kan styre opgaver inden for specifikke tidsbegrænsninger, hvilket gør dem ideelle til applikationer.
På den anden side er MPU'er velegnet til applikationer, der kræver højere beregningskraft.Disse er i stand til at køre fulde operativsystemer som Linux eller Android, hvilket giver et mere omfattende udvalg af funktionaliteter sammenlignet med MCUS.MPU'er findes i mere komplekse systemer, såsom smartphones, tablets og avancerede indlejrede systemer.De tilbyder den behandlingseffekt, der er nødvendig til håndtering af store datasæt, kører flere applikationer samtidigt og udfører intensive beregninger.
Valget mellem en MCU og en MPU afhænger af, hvad din ansøgning har brug for.For opgaver, der har brug for hurtige og forudsigelige svar, er MCU'er det rigtige valg.For applikationer, der har brug for en masse behandlingseffekt og kan køre fulde operativsystemer, er MPU'er mere egnede.
Valg mellem MCU og MPU
Når man beslutter mellem en mikrokontrollerenhed (MCU) og en mikroprocessorenhed (MPU) til din applikation, skal flere faktorer overvejes for at sikre, at du træffer det rigtige valg.
• Kompleksiteten af applikationen
For enklere opgaver, der primært er kontrolorienterede, såsom driftssensorer, kontrol af motorer eller styring af enkle brugerindgange, er en MCU typisk tilstrækkelig.MCUS er designet til specifikke opgaver med lav kompleksitet og er effektive til at håndtere disse med deres integrerede perifere enheder og hukommelse.
På den anden side, hvis din applikation er kompleks og dataintensiv, såsom at køre avancerede algoritmer, håndtere store datasæt eller behandle højhastighedsdatabrømme, er en MPU mere egnet.MPU'er har højere behandlingskraft og kan styre komplekse opgaver og tunge beregningsbelastninger mere effektivt end MCUS.
• Krav til brugergrænseflade
Valget mellem en MCU og en MPU kan også afhænge af kravene til brugergrænseflade i din applikation.Til applikationer med grundlæggende skærme, såsom enkel tekst eller grundlæggende grafisk output, kan en MCU styre disse opgaver effektivt.MCUS kan håndtere skærme med lav opløsning og enkle grafiske grænseflader uden meget belastning på deres behandlingsfunktioner.
Men hvis din applikation kræver avancerede grafiske grænseflader, såsom skærme med høj opløsning, komplekse animationer eller interaktive berøringsskærme, er en MPU det bedre valg.MPU'er er designet til at håndtere mere sofistikeret grafisk behandling og kan understøtte skærme med høj opløsning og rige brugergrænseflader.
• Strømforbrug
Strømforbrug er en anden stor faktor i valget mellem en MCU og en MPU.Til applikationer, hvor der er noget lavt effektbrug, såsom batteridrevne enheder eller energibesparende systemer, er MCU'er ideelle.MCUS er lavet til at bruge mindre strøm, hvilket gør dem velegnede til applikationer, hvor der er behov for at gemme energi.
Hvis ydeevne har forrang for strømforbrug i din applikation, er en MPU det passende valg.MPU'er forbruger typisk mere strøm på grund af deres højere behandlingsfunktioner og support til komplekse opgaver, men de tilbyder den nødvendige ydelse til krævende applikationer.
• Forbindelsesbehov
Endelig skal du overveje forbindelseskravene til din applikation.Hvis din applikation involverer højhastighedskommunikation, flere perifere grænseflader eller omfattende netværksfunktioner, er en MPU bedre rustet til at håndtere disse behov.MPU'er understøtter forskellige højhastighedskommunikationsprotokoller og kan styre flere perifere enheder samtidigt, hvilket gør dem velegnede til applikationer, der kræver robust forbindelse.
Eksempler: Arduino vs. Raspberry Pi
Figur 5: Arduino Uno og Raspberry Pi
Arduino og Raspberry Pi er to populære platforme til elektronikprojekter, hver med dens unikke styrker og applikationer.At forstå deres forskelle hjælper med at bestemme, hvilken der er bedre egnet til et specifikt projekt.
Arduino er bygget omkring en mikrokontroller.En mikrokontroller er et kompakt integreret kredsløb designet til at styre en specifik operation i et indlejret system.Dette gør Arduino ideel til enkle kontrolopgaver.Det udmærker sig i opgaver, der kræver præcis timing og realtidsdrift, såsom læsningssensordata, styring af motorer og styring af LED-skærme.Arduino -platformen er kendt for sin brugervenlighed med et ligetil programmeringsmiljø, der tillader hurtig prototype og implementering.Dens enkelhed gør det til en favorit til begyndere og uddannelsesmæssige formål såvel som for projekter, hvor lavt strømforbrug er en prioritet.
På den anden side er Raspberry Pi baseret på en mikroprocessor, som er et mere komplekst og kraftfuldt integreret kredsløb, der er i stand til at håndtere flere opgaver samtidig.Dette gør Raspberry Pi velegnet til mere komplekse opgaver, der kræver højere behandlingseffekt.Det kører et komplet operativsystem, typisk en version af Linux, der gør det muligt for den at udføre opgaver, der ligner en stationær computer.Raspberry Pi kan håndtere webbrowsing, videostreaming og endda køre software som tekstbehandlere og regneark.Dets evne til at interface med forskellige perifere enheder og dens støtte til flere programmeringssprog gør det alsidigt til en lang række applikationer, fra hjemmeautomatisering og robotik til mediecentre og netværksservere.
Arduino med sin mikrokontroller er bedst til enkle, realtidskontrolopgaver, mens Raspberry Pi, med sin mikroprocessor, er velegnet til mere komplekse anvendelser, der har brug for en masse behandlingseffekt.At kende disse grundlæggende forskelle hjælper dig med at vælge den rigtige platform til dine projektbehov.
Konklusion
Valg af en mikroprocessorenhed (MPU) og en mikrokontrollerenhed (MCU) afhænger af, hvad dit projekt har brug for.MCUS er perfekte til enkle opgaver, der har brug for lav effekt og er billige.De er gode til job, hvor man sparer energi og holder tingene enkle stoffer, som i hjemmeapparater, bilsystemer og grundlæggende brugerkontroller.På den her giver MPU'er dig mere behandlingskraft og fleksibilitet, hvilket gør dem gode til komplicerede og datatunge opgaver.De kan håndtere grafik af høj kvalitet, avancerede beregninger og multitasking, som er nyttige til enheder som smartphones, tablets og avancerede systemer.At kende disse forskelle hjælper dig med at vælge den rigtige del til dit projekt, og sørge for, at det fungerer godt og effektivt.
Ofte stillede spørgsmål [FAQ]
1. Kan en mikrokontroller erstatte en mikroprocessor?
Nej, en mikrokontroller kan ikke erstatte en mikroprocessor i opgaver, der kræver høj beregningseffekt og komplekse operativsystemer.Mikrokontrollere er designet til specifikke, enkle kontrolopgaver med integrerede perifere enheder, mens mikroprocessorer håndterer flere krævende applikationer med eksterne komponenter.
2. Er Raspberry Pi en mikrokontroller eller mikroprocessor?
Raspberry Pi er en mikroprocessor.Den bruger en mikroprocessorenhed (MPU) og kører et komplet operativsystem, hvilket gør den velegnet til komplekse opgaver, der kræver høj behandlingseffekt og multitasking kapacitet.
3. Hvad er forskellen mellem MCU og MPU?
En MCU (mikrokontrollerenhed) integrerer en CPU, hukommelse og perifere enheder på en enkelt chip, designet til specifikke kontrolopgaver.En MPU (mikroprocessorenhed) er afhængig af eksterne komponenter til hukommelse og perifere enheder, hvilket giver større behandlingskraft og fleksibilitet til komplekse applikationer.
4. Hvilken er hurtigere, en mikroprocessor eller en mikrokontroller?
En mikroprocessor er generelt hurtigere end en mikrokontroller.Mikroprocessorer er designet til højhastighedsdatabehandling og kan håndtere mere komplekse opgaver, mens mikrokontrollere er optimeret til specifikke kontrolopgaver med lavere behandlingskrav.
5. Er en mikrokontroller en CPU?
En mikrokontroller inkluderer en CPU sammen med hukommelse og perifere enheder på en enkelt chip.Selvom den har en CPU som en del af sin arkitektur, er det ikke kun en CPU;Det er et komplet computersystem designet til specifikke opgaver.