微控制器（MCU）入門知識點

微控制器（Microcontroller Unit，簡稱MCU），又稱為單片機，是一種集成在芯片上的微型計算機，用于控制嵌入式系統中的特定操作。典型的微控制器在單個芯片上包括處理器，存儲器和輸入/輸出（I/O）外圍設備。

目前，國外微控制器（MCU）包括恩智浦半導體、意法半導體、微芯，國內微控制器包括華大、英銳恩。

可應用于車輛、機器人、辦公機器、醫療設備、移動無線電收發器，自動售貨機和家用電器等許多種設備中。下面我們來了解微控制器（MCU）入門知識點。

一、微控制器功能

微控制器的處理器因應用而異，選擇范圍從簡單的4位，8位或16位處理器到更復雜的32位或64位處理器。在存儲器方面，微控制器可以使用隨機存取存儲器（RAM），閃存（flash），EPROM或EEPROM。通常，微控制器設計為在沒有額外計算組件的情況下易于使用，因為它們設計有足夠的板載存儲器以及提供用于通用I/O操作的引腳，因此它們可以直接與傳感器和其他組件連接。

微控制器架構可以基于哈佛架構或馮諾依曼架構，兩者都提供在處理器和存儲器之間交換數據的不同方法。采用哈佛架構，數據總線和指令是分開的，允許同時傳輸。采用Von Neumann架構，僅使用一條總線用于數據和指令。

微控制器處理器可以基于復雜指令集（CISC）或精簡指令集（RISC）。CISC通常有大約80條指令，而RISC大約有30條，以及更多的尋址模式，12-24條與RISC的3-5條相比。雖然CISC可以更容易實現并且具有更高效的存儲器使用，但由于執行指令所需的時鐘周期數更多，因此可能會降低性能。更加重視軟件的RISC通常提供比CISC處理器更好的性能，后者由于其簡化的指令集而更加重視硬件，因此提高了設計的簡單性，但由于它強調軟件，軟件可能更復雜。使用哪種ISC因應用而異。

最初，微控制器僅使用匯編語言。而現在，使用C語言編程的比較多。

MCU具有輸入和輸出引腳，可實現外設功能。這些功能包括模數轉換器，液晶顯示（LCD）控制器，實時時鐘（RTC），同步/異步接收器發送器（USART），定時器，通用異步接收器發送器（UART）和通用串行總線（USB））連通性。此外，收集與濕度和溫度相關的數據的傳感器也經常使用到微控制器。

二、微控制器的類型

常見的MCU包括IntelMCS-51，通常被稱為8051單片機，最初于1985年開發。Atmel于1996年開發的AVR微控制器；Microchip的可編程接口控制器（PIC）；其他還有各種基于ARM核心的單片機。

國外有許多公司制造和銷售微控制器，包括恩智浦半導體（NXP），微芯（Microchip）、愛特梅爾（Atmel）、新唐（Nuvoton）和德州儀器（TI）。國內的公司包括華大半導體（HDSC）、英銳恩（enroo)、新唐、兆易和上海靈動。

三、微控制器的應用

微控制器（MCU）的行業應用方案有很多種，包括家庭和企業、樓宇自動化、制造、機器人、汽車、照明、智能能源、工業自動化，通信和物聯網（IoT）部署。

最簡單的使用微控制器的日常電器，例如烤箱、冰箱、烤面包機、移動設備、咖啡機、游戲機，電視和草坪灌溉系統。它們在辦公室機器中也很常見，例如復印機、掃描儀、傳真機和打印機，以及智能電表，ATM和安全系統。

更復雜的微控制器在飛機、航天器、遠洋船只、車輛、醫療和生命支持系統以及機器人中執行關鍵功能。在醫療場景中，微控制器可以調節人造心臟，腎臟或其他器官的運作。此外，它們還可以提高假肢等裝置的功能。

四、微控制器與微控制器的區別

微控制器和微處理器之間的區別已經不那么明顯了，因為芯片密度和復雜性已經變得相對便宜，并且微控制器因此集成了更多“通用計算機”類型的功能。但總的來說，可以說微控制器可以獨立運行，直接連接到傳感器和執行器，微處理器的設計目的是最大化芯片上的計算能力，內部總線連接支持RAM和串口等硬件。簡而言之，咖啡機使用微控制器，臺式計算機使用微處理器。

微控制器比微處理器更便宜，耗電更少。微處理器沒有內置RAM，只讀存儲器（ROM）或芯片上的其他外圍設備，而是通過它們的引腳連接到這些外圍設備。微處理器可以被認為是計算機系統的核心，而微控制器可以被認為是嵌入式系統的核心。

五、選擇合適的微控制器

在為項目選擇微控制器（MCU）時，需要記住許多技術和業務注意事項。除了成本之外，重要的是要考慮MCU的最大速度，RAM或ROM大小，I/O引腳的數量或類型，以及功耗和約束以及開發支持。