MCU 的核心构成：解码 “一站式控制” 的硬件逻辑(下)

（一）外设模块：连接外部世界的 “桥梁”

外设是 MCU 实现控制功能的关键，也是其与通用 CPU、DSP 的核心差异 ——MCU 通过集成丰富的外设，无需外部扩展即可直接连接传感器、执行器、通信模块，大幅简化系统设计。常见的外设模块包括：

通用输入输出接口（GPIO）：这是 MCU 最基础的外设，每个 GPIO 引脚可配置为输入或输出，用于控制简单设备或读取开关状态。例如，将 GPIO 引脚配置为输出，可直接驱动 LED 灯亮灭；配置为输入，可读取按键是否按下。高端 MCU 的 GPIO 还支持 “中断触发”（如引脚电平变化时触发中断）、“施密特触发器”（滤除信号抖动）等功能，适配复杂控制场景。

定时器 / 计数器：用于实现定时控制、脉冲计数等功能。例如，通过定时器生成固定频率的 PWM（脉冲宽度调制）信号，可控制电机转速（PWM 占空比决定转速）、LED 亮度（占空比决定亮度）；通过计数器统计外部脉冲信号的数量，可实现编码器的位置检测（如电机轴的转动圈数）。部分 MCU 还集成 “高级定时器”，支持死区控制、互补输出，适合新能源汽车的逆变器控制等高压场景。

模数转换器（ADC）与数模转换器（DAC）：用于连接模拟传感器与数字系统。ADC 可将温度、压力等模拟信号转换为数字信号，供 MCU 处理，例如通过 12 位 ADC 读取温湿度传感器的模拟电压，计算出实际温度值；DAC 则将数字信号转换为模拟信号，用于驱动模拟执行器（如舵机、模拟显示屏）。MCU 的 ADC 通常支持多通道输入（可同时连接多个传感器）与差分输入（减少干扰），分辨率从 8 位到 24 位不等，满足不同精度需求。

通信接口：实现 MCU 与其他设备的数据交互，常见类型包括 UART（通用异步收发传输器，用于串口通信，如与电脑、蓝牙模块通信）、SPI（串行外设接口，高速同步通信，用于连接显示屏、Flash 芯片）、I2C（集成电路总线，双线同步通信，用于连接传感器、EEPROM）、CAN（控制器局域网，用于汽车电子，支持多节点通信）、Ethernet（以太网，用于工业控制中的联网设备）。例如，智能门锁中的 MCU 通过 UART 与指纹模块通信，获取指纹数据；工业传感器中的 MCU 通过 I2C 读取加速度传感器的姿态信息。

（二）电源管理模块：低功耗运行的 “守护者”

由于多数 MCU 应用于电池供电场景（如智能手环、无线传感器），电源管理模块成为其核心组件之一。该模块支持多种工作模式，可根据任务需求动态调整功耗：一是 “运行模式”，CPU 与外设全功率工作，功耗最高（如 Cortex-M0 在 48MHz 主频下功耗约 2mA）；二是 “休眠模式”，CPU 停止工作，外设按需运行（如仅保留定时器或通信接口），功耗降低至微安级（如 STM32L4 在休眠模式下功耗约 1μA）；三是 “深度休眠模式”，CPU 与多数外设停止工作，仅保留中断控制器与电源监测电路，功耗低至纳安级（如 TI 的 MSP430 在深度休眠模式下功耗仅 0.1μA）；四是 “待机模式”，仅保留最基础的电源电路，功耗最低，但唤醒后需重新初始化系统。