Mikroprocessor (MPU) eller mikrokontroller (MCU)

I elektronikvärlden är det mycket användbart att välja rätt datorenhet för ditt projekt.Två populära typer av små datorer är mikrokontrollenheten (MCU) och mikroprocessorenheten (MPU).Medan båda används i moderna enheter, har de olika jobb och har specialfunktioner.Att förstå skillnaderna mellan MCU: er och MPU: er kan hjälpa dig att välja det bästa alternativet för ditt specifika projekt, oavsett om det är en enkel kontrolluppgift eller en komplex datatunga process.Den här artikeln kommer att titta på funktioner, användningar och skillnader mellan MCU: er och MPU: er, vilket ger en komplett guide som hjälper dig att göra ett smart val.

Katalog

Bild 1: Mikroprocessor (MPU) och mikrokontroller (MCU) på ett kretskort

Vad är en MPU och MCU?

En MPU (mikroprocessorenhet) och en MCU (mikrokontrollenhet) är båda typer av små datorer som används i elektroniska enheter, men de fungerar annorlunda och har unika funktioner.

Microcontroller -enhet (MCU)

Bild 2: Mikrokontrollenhet (MCU)

En MCU är ett litet datorchip som görs för att hantera specifika uppgifter i ett inbäddat system.Den kombinerar en central bearbetningsenhet (CPU), minne och andra delar på ett chip.CPU fungerar som hjärnan hos MCU och utför instruktioner från programvaran.Minnet i en MCU inkluderar vanligtvis både RAM (för tillfällig datalagring) och flashminne (för lagring av programvarukoden som MCU kör).Delar inbyggda i en MCU kan inkludera timers, kommunikationsgränssnitt (som UART, I2C, SPI), analog-till-digitala omvandlare (ADC), digital-till-analogkonverterare (DAC) och annan ingång/utgång (I/O)funktioner.

MCU: er är utformade för att utföra specifika kontrolluppgifter i inbäddade system, till exempel att hantera sensorer, kontrollera motorer, hantera användargränssnitt eller samla in data.De används ofta i applikationer där storlek, kraftanvändning och kostnad är viktiga.Exempel inkluderar hushållsapparater, bilsystem, medicinsk utrustning och industriell automatisering.

Mikroprocessorenhet (MPU)

Bild 3: Mikroprocessorenhet (MPU)

En MPU är en mer kraftfull och flexibel behandlingsenhet jämfört med en MCU.Till skillnad från en MCU har en MPU inte minne och andra delar inbyggda i samma chip.Istället förlitar det sig på externa komponenter för minne (som RAM och ROM) och andra delar.Denna installation gör det möjligt för MPUS att erbjuda större bearbetningskraft och flexibilitet, vilket gör dem lämpliga för mer komplexa och krävande applikationer.

CPU inom en MPU är vanligtvis mer avancerad, kapabel att hantera flera uppgifter och köra operativsystem som Linux eller Windows.Detta gör MPU: er idealiska för applikationer som kräver mycket beräkningskraft, multitaskingfunktioner och omfattande mjukvarusstöd.Exempel inkluderar persondatorer, smartphones, surfplattor och avancerade inbäddade system.

Primära skillnader

Särdrag	Mcu	Mpu
Minne	Flashminne på chip	Extern dram och nvm
Starttid	Snabb	Långsammare på grund av externt minne
Strömförsörjning	Enkelspänningsskena	Flera spänningsskenor
Perifera gränssnitt	Begränsad till integrerade kringutrustning	Omfattande externa anslutningsalternativ
Använda fall	Inbäddade system, realtidsapplikationer	Komplexa OS-baserade applikationer, hög dataöverföring

Tillämpningsperspektiv

Bild 4: Jämförelse av en MPU (mikroprocessorenhet) och en MCU (mikrokontrollenhet)

Minne och prestanda

När man tittar på minne och prestanda för mikrokontrollenheter (MCU: er) och mikroprocessorenheter (MPUS) är det viktigt att förstå skillnaderna i vad de kan göra och var de vanligtvis används.

MCU: er är byggda med begränsat minne, vanligtvis cirka 2 megabyte programmeminne på chip.Denna lilla mängd minne begränsar komplexiteten i de applikationer de kan köra.Det begränsade minnet påverkar inte bara storleken på programmen som kan köras utan också mängden data som kan behandlas och lagras.MCU: er är utformade för uppgifter som kräver minimal minne och bearbetningskraft, gör dem perfekta för enkla, repetitiva uppgifter som att kontrollera sensorer, hantera hårdvarufunktioner på låg nivå och utföra realtidsstyrningssystem.

Å andra sidan har MPU: er tillgång till mycket större mängder minne, ofta hundratals megabyte eller till och med gigabyte av DRAM och NAND.Denna stora minneskapacitet gör det möjligt för MPUS att hantera mer komplexa och resurskrävande applikationer.Det extra minnet stöder avancerade funktioner som att köra operativsystem, bearbeta stora datasätt, utföra komplexa algoritmer och hantera flera uppgifter samtidigt.Det stora minne och bearbetningskraft gör MPU: er lämpliga för applikationer som multimediabehandling, komplexa användargränssnitt och högpresterande datoruppgifter.

Den största skillnaden i minneskapacitet mellan MCU: er och MPUS påverkar direkt deras prestanda och de typer av applikationer de är lämpliga för.MCUS, med deras begränsade minne, är bra för miljöer där effektivitet och enkelhet behövs, medan MPU: er är bättre för situationer som kräver hög beräkningskraft och betydande minnesresurser.Denna distinktion definierar de roller som var och en spelar i elektroniska system, med MCU: er med fokus på kontroll och enkel automatisering, och MPUS som hanterar sofistikerad dator- och bearbetningsuppgifter.

Användargränssnitt (UI)

Microcontroller-enheter (MCU: er) är idealiska för enkla användargränssnitt (UIS) som inte kräver högupplösta skärmar.De är kostnadseffektiva och effektiva för grundläggande uppgifter.En MCU har vanligtvis begränsad bearbetningskraft och minne, vilket gör den lämplig för att kontrollera enkla skärmar och hantera enkla ingångs-/utgångsoperationer.Exempel på applikationer inkluderar digitala klockor, grundläggande termostater och enkla apparater där grafisk komplexitet är minimal.

Mikroprocessorenheter (MPUS) krävs för att hantera komplexa och högupplösta grafiska användargränssnitt.MPUS tillhandahåller mer bearbetningskraft och minne än mikrokontrollenheter (MCUS), som krävs för att hantera detaljerad grafik, beröringsgränssnitt och mer avancerade användarinteraktioner.De används ofta i enheter som inkluderar inbäddad tunnfilmtransistor (TFT) LCD-styrenheter, som är nödvändiga för att göra bilder och video av hög kvalitet.Ansökningar som använder MPU: er inkluderar smartphones, surfplattor, avancerade medicintekniska produkter och fordons infotainment -system.

MCUS och MPUS tjänar olika syften baserat på komplexiteten i användargränssnittet och de grafiska kraven.MCU: er är lämpliga för enklare gränssnitt med låg upplösning, medan MPUS behövs för mer komplexa och högupplösta grafiska gränssnitt.

Anslutning

Microcontroller-enheter (MCUS) inkluderar vanligtvis vanliga perifera gränssnitt såsom GPIO (allmänt inmatning/utgång), Uart (universell asynkron mottagare/sändare), SPI (seriellt perifert gränssnitt) och I2C (interintegrerad krets).Dessa gränssnitt är tillräckliga för många grundläggande kontrolluppgifter men har begränsningar vid hantering av höghastighetsdatakommunikation.Den inneboende utformningen av MCU: er prioriterar enkelhet och kostnadseffektivitet, vilket ofta resulterar i långsammare bearbetningshastigheter och begränsat minne.Följaktligen kämpar de för att effektivt hantera uppgifter som kräver snabba dataöverföringshastigheter.

Däremot är mikroprocessorenheter (MPUS) utformade för att hantera mer komplexa och dataintensiva applikationer.MPU: er är utrustade med höghastighetsutveckling av kommunikation, såsom USB 2.0- och Ethernet-portar.Dessa kringutrustning gör det möjligt för MPU att stödja snabbare dataöverföringshastigheter, vilket gör dem väl lämpade för applikationer som kräver robusta datahanteringsfunktioner.MPUS har ofta högre bearbetningskraft och mer omfattande minnesresurser, vilket ytterligare förbättrar deras förmåga att hantera höghastighetsdatakommunikation effektivt.

Arkitekturen för en MPU möjliggör bättre hantering av uppgifter som multimediabehandling, nätverk och dataanalys i realtid.Denna kapacitet är särskilt användbar i scenarier där stora mängder data måste behandlas snabbt och pålitligt, till exempel i avancerade automatiseringssystem, sofistikerad konsumentelektronik och industriella kontrollsystem.

Medan MCUS är utmärkta för enkla, billiga applikationer med begränsade datakommunikationsbehov, tillhandahåller MPUS nödvändig prestanda och anslutning för mer krävande uppgifter.Denna distinktion gör MPU: er till ett föredraget val för höghastighetsdataintensiva applikationer, vilket säkerställer effektiv och effektiv datahantering.

Power -lägen och prestanda

Energiförbrukning

Mikrokontroller (MCUS) använder vanligtvis mindre effekt än mikroprocessorer (MPUS).Detta beror på att MCU: er görs för att arbeta effektivt med lite energi, ofta har olika lågeffektlägen för att batteriet håller längre.Dessa lågeffektlägen låter MCU sänka sin kraft mycket när systemet inte är upptaget eller gör enkla uppgifter.På grund av detta är MCU: er bra för batteridrivna enheter och situationer där sparande energi är mycket viktigt.

Å andra sidan har mikroprocessorer (MPUS) i allmänhet högre kraftförbrukning på grund av deras mer komplexa arkitektur och behovet av större beräkningskraft.MPUS hanterar ofta mer krävande uppgifter och kör sofistikerade operativsystem, som kräver mer energi.Därför integrerar de avancerade krafthanteringstekniker för att optimera kraftanvändningen utan att kompromissa med prestanda.MPUS är bättre lämpade för applikationer där prestanda är det primära problemet, och strömförbrukningen är mindre av en begränsning, till exempel i högpresterande datoranvändning, servrar och vissa typer av inbäddade system.

Bearbetningskraft

MCU: er är utformade för uppgifter som kräver konsekventa och snabba svar.De utmärker sig i miljöer som i inbäddade system för bilkontroll, industriell automatisering och hushållsapparater.Dessa enheter körs vanligtvis på naken metallkod eller ett realtidsoperativsystem (RTO), vilket gör att de kan hantera realtidsbehandling effektivt.MCU: s deterministiska karaktär innebär att de förutsägbart kan hantera uppgifter inom specifika tidsbegränsningar, vilket gör dem idealiska för applikationer.

Å andra sidan är MPUS lämpade för applikationer som kräver högre beräkningskraft.Dessa kan köra fullfjädrade operativsystem som Linux eller Android, vilket ger ett mer omfattande sortiment av funktionaliteter jämfört med MCUS.MPUS finns i mer komplexa system, såsom smartphones, surfplattor och avancerade inbäddade system.De erbjuder den bearbetningskraft som krävs för att hantera stora datasätt, köra flera applikationer samtidigt och utföra intensiva beräkningar.

Valet mellan en MCU och en MPU beror på vad din applikation behöver.För uppgifter som behöver snabba och förutsägbara svar är MCU: er rätt val.För applikationer som behöver mycket bearbetningskraft och kan köra fulla operativsystem är MPU: er mer lämpliga.

Välj mellan MCU och MPU

När du beslutar mellan en mikrokontrollenhet (MCU) och en mikroprocessorenhet (MPU) för din applikation måste flera faktorer beaktas för att säkerställa att du gör rätt val.

• Applikationens komplexitet

För enklare uppgifter som främst är kontrollorienterade, till exempel operativsensorer, kontrollerande motorer eller hantering av enkla användaringångar, är en MCU vanligtvis tillräcklig.MCU: er är designade för specifika, lågkomplexitetsuppgifter och är effektiva när det gäller att hantera dessa med sina integrerade kringutrustning och minne.

Å andra sidan, om din applikation är komplex och datakrävande, till exempel att köra avancerade algoritmer, hantera stora datasätt eller bearbeta höghastighetsdataströmmar, är en MPU mer lämplig.MPUS har högre bearbetningskraft och kan hantera komplexa uppgifter och tunga beräkningsbelastningar mer effektivt än MCU: er.

• Krav på användargränssnitt

Valet mellan en MCU och en MPU kan också bero på användargränssnittets krav i din applikation.För applikationer med grundläggande skärmar, till exempel enkel text eller grundläggande grafisk utgång, kan en MCU hantera dessa uppgifter effektivt.MCUS kan hantera skärmar med låg upplösning och enkla grafiska gränssnitt utan mycket belastning på deras bearbetningsfunktioner.

Men om din applikation kräver avancerade grafiska gränssnitt, till exempel högupplösta skärmar, komplexa animationer eller interaktiva pekskärmar, är en MPU det bättre valet.MPU: er är utformade för att hantera mer sofistikerad grafisk bearbetning och kan stödja högupplösta skärmar och rika användargränssnitt.

• Strömförbrukning

Strömförbrukning är en annan stor faktor för att välja mellan en MCU och en MPU.För applikationer där låg effektanvändning är frågor, till exempel batteridrivna enheter eller energibesparande system, är MCU: er idealiska.MCU: er är gjorda för att använda mindre kraft, vilket gör dem lämpliga för applikationer där sparande energi behövs.

Om prestanda har företräde framför strömförbrukningen i din applikation är en MPU det lämpliga valet.MPUS konsumerar vanligtvis mer kraft på grund av deras högre bearbetningsfunktioner och stöd för komplexa uppgifter, men de erbjuder den prestanda som behövs för krävande applikationer.

• Anslutningsbehov

Slutligen, överväg anslutningskraven i din ansökan.Om din applikation involverar höghastighetskommunikation, flera perifera gränssnitt eller omfattande nätverksfunktioner är en MPU bättre utrustad för att hantera dessa behov.MPUS stöder olika höghastighetskommunikationsprotokoll och kan hantera flera kringutrustning samtidigt, vilket gör dem lämpliga för applikationer som kräver robust anslutning.

Exempel: Arduino vs. Raspberry Pi

Bild 5: Arduino Uno och Raspberry Pi

Arduino och Raspberry Pi är två populära plattformar för elektronikprojekt, var och en med sina unika styrkor och applikationer.Att förstå deras skillnader hjälper till att avgöra vilken som är bättre lämpad för ett specifikt projekt.

Arduino är byggd runt en mikrokontroller.En mikrokontroller är en kompakt integrerad krets utformad för att styra en specifik operation i ett inbäddat system.Detta gör Arduino idealisk för enkla kontrolluppgifter.Det utmärker sig i uppgifter som kräver exakt tidpunkt och realtidsoperation, till exempel läsningssensordata, styrmotorer och hantering av LED-skärmar.Arduino -plattformen är känd för sin användarvänlighet, med en enkel programmeringsmiljö som möjliggör snabb prototyper och distribution.Dess enkelhet gör det till en favorit för nybörjare och utbildningsändamål, liksom för projekt där låg kraftförbrukning är en prioritering.

Å andra sidan är Raspberry PI baserad på en mikroprocessor, som är en mer komplex och kraftfull integrerad krets som kan hantera flera uppgifter samtidigt.Detta gör att Raspberry Pi är lämplig för mer komplexa uppgifter som kräver högre bearbetningskraft.Det kör ett fullständigt operativsystem, vanligtvis en version av Linux, vilket gör att den kan utföra uppgifter som liknar en stationär dator.Raspberry Pi kan hantera webbläsning, videoströmning och till och med köra programvara som ordprocessorer och kalkylblad.Dess förmåga att gränssnitt med olika kringutrustning och dess stöd för flera programmeringsspråk gör det mångsidigt för ett brett utbud av applikationer, från hemautomation och robotik till mediecentra och nätverksservrar.

Arduino, med sin mikrokontroller, är bäst för enkla kontrolluppgifter i realtid, medan Raspberry Pi, med sin mikroprocessor, passar för mer komplexa applikationer som behöver mycket processorkraft.Att känna till dessa grundläggande skillnader hjälper dig att välja rätt plattform för dina projektbehov.

Slutsats

Att välja mellan en mikroprocessorenhet (MPU) och en mikrokontrollenhet (MCU) beror på vad ditt projekt behöver.MCU: er är perfekta för enkla uppgifter som behöver låg kraft och är billiga.De är bra för jobb där att spara energi och hålla saker enkelt, som i hushållsapparater, bilsystem och grundläggande användarkontroller.På den här handen ger MPUS dig mer bearbetningskraft och flexibilitet, vilket gör dem bra för komplicerade och datatunga uppgifter.De kan hantera grafik av hög kvalitet, avancerade beräkningar och multitasking, som är användbara för enheter som smartphones, surfplattor och avancerade system.Att känna till dessa skillnader hjälper dig att välja rätt del för ditt projekt, se till att det fungerar bra och effektivt.

Vanliga frågor [FAQ]

1. Kan en mikrokontroller ersätta en mikroprocessor?

Nej, en mikrokontroller kan inte ersätta en mikroprocessor i uppgifter som kräver hög beräkningskraft och komplexa operativsystem.Mikrokontroller är utformade för specifika, enkla kontrolluppgifter med integrerade kringutrustning, medan mikroprocessorer hanterar mer krävande applikationer med externa komponenter.

2. Är Raspberry Pi en mikrokontroller eller mikroprocessor?

Raspberry Pi är en mikroprocessor.Den använder en mikroprocessorenhet (MPU) och kör ett fullständigt operativsystem, vilket gör det lämpligt för komplexa uppgifter som kräver hög bearbetningskraft och multitasking -kapacitet.

3. Vad är skillnaden mellan MCU och MPU?

En MCU (mikrokontrollenhet) integrerar en CPU, minne och kringutrustning på ett enda chip, utformat för specifika kontrolluppgifter.En MPU (mikroprocessorenhet) förlitar sig på externa komponenter för minne och kringutrustning, vilket erbjuder större bearbetningskraft och flexibilitet för komplexa tillämpningar.

4. Vilket är snabbare, en mikroprocessor eller en mikrokontroller?

En mikroprocessor är i allmänhet snabbare än en mikrokontroller.Mikroprocessorer är utformade för höghastighetsdatabehandling och kan hantera mer komplexa uppgifter, medan mikrokontroller är optimerade för specifika kontrolluppgifter med lägre behandlingskrav.

5. Är en mikrokontroller en CPU?

En mikrokontroller inkluderar en CPU tillsammans med minne och kringutrustning på ett enda chip.Även om den har en CPU som en del av sin arkitektur, är det inte bara en CPU;Det är ett komplett datorsystem utformat för specifika uppgifter.