【分享帖】第二课时 机器人控制器 单片机运行原理（一）
xavier.fan
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2018-03-23
在《RoboMaster机器人基础》的教材中，我们详细讲解了RM控制器的功能以及组成部分，但仍然有不少同学对元器件内部知识有极大的好奇心。那么我们就来讲讲主控板背后的故事。
我们知道在主控板身上发挥最大作用的就是这个黑乎乎的单片机，可以传输信息，进行简单的逻辑运算，并且实时性高，控制机器按照规定运行：
我们说机器人能够感知外界并做出相应的反应，还需要一个大脑将它们失联起来，单片机就充当了这个大脑。
单片机与它们连接，通过各种通讯方式产生一个沟通的桥梁。从而获取传感器的数据，处理数据，最后控制动力装置运动。
单片机也称微控制器（Micro Controller Unit，MCU）。顾名思义，就是单块芯片做成的微型计算机，我们需要事先将程序烧入单片机中（相当于设定好它的工作内容是什么），然后将它搭载在电路上工作。
单片机的组成部分
单片机是单个芯片做成的“微型计算机”。麻雀虽小，五脏俱全。控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备，一应俱全。
在电脑里，运算器和控制器被合成 CPU，单片机里也是如此，用于做数据计算。电脑的存储器包括硬盘和内存，在单片机里分别对应的是 ROM 和 RAM，用于储存数据。
输入设备和输出设备是计算机和外界沟通的工具。电脑主机通过 USB 连接鼠标键盘，通过 HDMI 或 VGA 口连接显示屏（现在还有其他的方式，比如蓝牙来完成连接）。而单片机的输入输出设备是四周遍布的引脚，这些引脚可以与外界交流。
除了这些之外，单片机内有还有时钟电路、定时/计数器和中断系统，它们和控制器一起保证着整个单片机的有序运行。
CPU：控制器、运算器与寄存器
单片机是集成数字电路芯片，也就是靠数字电路来传输数据。数字电路主要处理二进制的数字信号，所有的数字、指令都是用 1 和 0 这样的二进制码存储的。每一个 1 或 0 称为一个位（bit）。
通常数字电路有阈值电压，超过阈值电压则被认为是高电平（数字 1），低于阈值电压则被认为是低电平（数字 0）。在电路受到轻微干扰的时候（比如说 5V 变成 4.9V），只要还在阈值电压之上就视为高电平，就保证了计算的稳定性。
CPU 是由很多三极管（transistor）组成的。三极管是一个电子开关，可以通过左边那只手来控制右边电路的导通和截止。
三极管通过一些特定的组合方式，形成了与、或、异或、非等等的门电路（logic gates）。不同的门电路代表对数字信号进行不同的处理。
这些门电路再通过一定的组合，形成了加、减、移位之类的基本模块（basicmodules）。正是这些模块在处理数字电路中的 0 和 1，对数据做加减法，有了加减法，就可以做乘除法，进一步就能进行各种复杂的数学运算。
运算器和控制器中还有一个叫做寄存器的东西，用于暂时存放控制信息和数据信息。这些与非门电路除了能构成运算电路外，还能构成锁存器电路，寄存器就是由锁存器电路实现的。
内容节选自Robomaster公众号
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