MCU是Microcontroller Unit 的簡稱，中文叫微控制器，俗稱單片機 ，是把CPU的頻率與規(guī)格做適當(dāng)縮減，并將內(nèi)存、計數(shù)器、USB、A/D轉(zhuǎn)換、UART、PLC、DMA等周邊接口，甚至LCD驅(qū)動電路都整合在單一芯片上，形成芯片級的計算機，為不同的應(yīng)用場合做不同組合控制，諸如手機、PC外圍、遙控器，至汽車電子、工業(yè)上的步進(jìn)馬達(dá)、機器手臂的控制等，都可見到MCU的身影。


       

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單片機發(fā)展簡史          
 

單片機出現(xiàn)的歷史并不長，但發(fā)展十分迅猛。它的產(chǎn)生與發(fā)展和微處理器（CPU）的產(chǎn)生與發(fā)展大體同步，自1971年美國英特爾公司首先推出4位微處理器以來，它的發(fā)展到目前為止大致可分為5個階段。下面以英特爾公司的單片機發(fā)展為代表加以介紹。

  1971年~1976年   單片機發(fā)展的初級階段。1971年11月英特爾公司首先設(shè)計出集成度為2000只晶體管/片的4位微處理器英特爾4004，并配有RAM、 ROM和移位寄存器， 構(gòu)成了[敏感詞]臺MCS—4微處理器， 而后又推出了8位微處理器英特爾8008， 以及其它各公司相繼推出的8位微處理器。  
  1976年~1980年   低性能單片機階段。以1976年英特爾公司推出的MCS—48系列為代表， 采用將8位CPU、 8位并行I/O接口、8位定時/計數(shù)器、RAM和ROM等集成于一塊半導(dǎo)體芯片上的單片結(jié)構(gòu)， 雖然其尋址范圍有限（不大于4 KB）， 也沒有串行I/O， RAM、 ROM容量小， 中斷系統(tǒng)也較簡單， 但功能可滿足一般工業(yè)控制和智能化儀器、儀表等的需要。  
  1980年~1983年   高性能單片機階段。這一階段推出的高性能8位單片機普遍帶有串行口，有多級中斷處理系統(tǒng)， 多個16位定時器/計數(shù)器。片內(nèi)RAM、 ROM的容量加大，且尋址范圍可達(dá)64 KB，個別片內(nèi)還帶有A/D轉(zhuǎn)換接口。  
  1983年~80年代末   16位單片機階段。1983年英特爾公司又推出了高性能的16位單片機MCS－96系列，由于其采用了[敏感詞]的制造工藝， 使芯片集成度高達(dá)12萬只晶體管/片。  
  1990年代   單片機在集成度、功能、速度、可靠性、應(yīng)用領(lǐng)域等全方位向更高水平發(fā)展。

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單片機的分類及應(yīng)用

   MCU按其存儲器類型可分為無片內(nèi)ROM型和帶片內(nèi)ROM型兩種。對于無片內(nèi)ROM型的芯片，必須外接EPROM才能應(yīng)用（典型為8031）；帶片內(nèi)ROM型的芯片又分為片內(nèi)EPROM型（典型芯片為87C51）、MASK片內(nèi)掩模ROM型（典型芯片為8051）、片內(nèi)Flash型（典型芯片為89C51）等類型。  
  按用途可分為通用型和專用型；根據(jù)數(shù)據(jù)總線的寬度和一次可處理的數(shù)據(jù)字節(jié)長度可分為8、16、32位MCU。  
  目前，國內(nèi)MCU應(yīng)用市場最廣泛的是消費電子領(lǐng)域，其次是工業(yè)領(lǐng)域、和汽車電子市場。消費電子包括家用電器、電視、游戲機和音視頻系統(tǒng)等。工業(yè)領(lǐng)域包括智能家居、自動化、醫(yī)療應(yīng)用及新能源生成與分配等。汽車領(lǐng)域包括汽車動力總成和安全控制系統(tǒng)等。

       

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單片機的基本功能

   

對于絕大多數(shù)MCU，下列功能是最普遍也是最基本的，針對不同的MCU，其描述的方式可能會有區(qū)別，但本質(zhì)上是基本相同的：

  1、TImer(定時器)：TImer的種類雖然比較多，但可歸納為兩大類：一類是固定時間間隔的TImer，即其定時的時間是由系統(tǒng)設(shè)定的，用戶程序不可控制，系統(tǒng)只提供幾種固定的時間間隔給用戶程序進(jìn)行選擇，如32Hz，16Hz，8Hz等，此類TImer在4位MCU中比較常見，因此可以用來實現(xiàn)時鐘、計時等相關(guān)的功能。  
  另一類則是Programmable Timer(可編程定時器)，顧名思義，該類Timer的定時時間是可以由用戶的程序來控制的，控制的方式包括：時鐘源的選擇、分頻數(shù)(Prescale)選擇及預(yù)制數(shù)的設(shè)定等，有的MCU三者都同時具備，而有的則可能是其中的一種或兩種。此類Timer應(yīng)用非常靈活，實際的使用也千變?nèi)f化，其中最常見的一種應(yīng)用就是用其實現(xiàn)PWM輸出。  
  由于時鐘源可以自由選擇，因此，此類Timer一般均與Event Counter(事件計數(shù)器)合在一起。  
  2、IO口：任何MCU都具有一定數(shù)量的IO口，沒有IO口，MCU就失去了與外部溝通的渠道。根據(jù)IO口的可配置情況，可以分為如下幾種類型：  
  純輸入或純輸出口：此類IO口由MCU硬件設(shè)計決定，只能是輸入或輸出，不可用軟件來進(jìn)行實時的設(shè)定。  
  直接讀寫IO口：如MCS-51的IO口就屬于此類IO口。當(dāng)執(zhí)行讀IO口指令時，就是輸入口;當(dāng)執(zhí)行寫IO口指令則自動為輸出口。  
  程序編程設(shè)定輸入輸出方向的：此類IO口的輸入或輸出由程序根據(jù)實際的需要來進(jìn)行設(shè)定，應(yīng)用比較靈活，可以實現(xiàn)一些總線級的應(yīng)用，如I2C總線，各種LCD、LED Driver的控制總線等。  
  對于IO口的使用，重要的一點必須牢記的是：對于輸入口，必須有明確的電平信號，確保不能浮空(可以通過增加上拉或下拉電阻來實現(xiàn));而對于輸出口，其輸出的狀態(tài)電平必須考慮其外部的連接情況，應(yīng)保證在Standby或靜態(tài)狀態(tài)下不存在拉電流或灌電流。  
  3、外部中斷：外部中斷也是絕大多數(shù)MCU所具有的基本功能，一般用于信號的實時觸發(fā)，數(shù)據(jù)采樣和狀態(tài)的檢測，中斷的方式由上升沿、下降沿觸發(fā)和電平觸發(fā)幾種。外部中斷一般通過輸入口來實現(xiàn)，若為IO口，則只有設(shè)為輸入時其中斷功能才會開啟;若為輸出口，則外部中斷功能將自動關(guān)閉(ATMEL的ATiny系列存在一些例外，輸出口時也能觸發(fā)中斷功能)。外部中斷的應(yīng)用如下：  
  外部觸發(fā)信號的檢測：一種是基于實時性的要求，比如可控硅的控制，突發(fā)性信號的檢測等，而另一種情況則是省電的需要。  
  信號頻率的測量：為了保證信號不被遺漏，外部中斷是最理想的選擇。  
  數(shù)據(jù)的解碼：在遙控應(yīng)用領(lǐng)域，為了降低設(shè)計的成本，經(jīng)常需要采用軟件的方式來對各種編碼數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，如Manchester和PWM編碼的解碼。  
  按鍵的檢測和系統(tǒng)的喚醒：對于進(jìn)入Sleep狀態(tài)的MCU，一般需要通過外部中斷來進(jìn)行喚醒，最基本的形式則是按鍵，通過按鍵的動作來產(chǎn)生電平的變化。  
  4、通訊接口：MCU所提供的通訊接口一般包括SPI接口，UART，I2C接口等，其分別描述如下：  
  SPI接口：此類接口是絕大多數(shù)MCU都提供的一種最基本通訊方式，其數(shù)據(jù)傳輸采用同步時鐘來控制，信號包括：SDI(串行數(shù)據(jù)輸入)、SDO(串行數(shù)據(jù)輸出)、SCLK(串行時鐘)及Ready信號;有些情況下則可能沒有Ready信號;此類接口可以工作在Master方式或Slave方式下，通俗說法就是看誰提供時鐘信號，提供時鐘的一方為Master，相反的一方則為Slaver。  
  UART（Universal Asynchronous Receive Transmit）：屬于最基本的一種異步傳輸接口，其信號線只有Rx和Tx兩條，基本的數(shù)據(jù)格式為：Start Bit + Data Bit(7-bits/8-bits) + Parity Bit(Even， Odd or None) + Stop Bit(1~2Bit)。一位數(shù)據(jù)所占的時間稱為Baud Rate(波特率)。  
  對于大多數(shù)的MCU來講，數(shù)據(jù)位的長度、數(shù)據(jù)校驗方式(奇校驗、偶校驗或無校驗)、停止位(Stop Bit)的長度及Baud Rate是可以通過程序編程進(jìn)行靈活設(shè)定。此類接口最常用的方式就是與PC機的串口進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。  
  I2C接口：I2C是由Philips開發(fā)的一種數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，同樣采用2根信號來實現(xiàn)：SDAT(串行數(shù)據(jù)輸入輸出)和SCLK(串行時鐘)。其[敏感詞]的好處是可以在此總線上掛接多個設(shè)備，通過地址來進(jìn)行識別和訪問;I2C總線的一個[敏感詞]的好處就是非常方便用軟件通過IO口來實現(xiàn)，其傳輸?shù)臄?shù)據(jù)速率完全由SCLK來控制，可快可慢，不像UART接口，有嚴(yán)格的速率要求。  
  5、Watchdog（看門狗定時器）：Watchdog也是絕大多數(shù)MCU的一種基本配置(一些4位MCU可能沒有此功能)，大多數(shù)的MCU的Watchdog只能允許程序?qū)ζ溥M(jìn)行復(fù)位而不能對其關(guān)閉(有的是在程序燒入時來設(shè)定的，如Microchip PIC系列MCU)，而有的MCU則是通過特定的方式來決定其是否打開，如Samsung的KS57系列，只要程序訪問了Watchdog寄存器，就自動開啟且不能再被關(guān)閉。一般而言watchdog的復(fù)位時間是可以程序來設(shè)定的。Watchdog的最基本的應(yīng)用是為MCU因為意外的故障而導(dǎo)致死機提供了一種自我恢復(fù)的能力。

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全球主流單片機制造商

   下面整理了主流廠商的單片機（可能有些遺漏），排名不分先后，

歐美地區(qū)

  1、Freescale+NXP（飛思卡爾+恩智浦）：荷蘭，主要提供16位、32位MCU。應(yīng)用范圍：汽車電子、LED和普通照明、醫(yī)療保健、多媒體融合、家電和電動工具、樓宇自動化技術(shù)電機控制、電源和功率轉(zhuǎn)換器、能源和智能電網(wǎng)、自動化、計算機與通信基礎(chǔ)設(shè)施。  
  2、Microchip+Atmel（微芯科技+愛特梅爾）：美國，主要提供16位、32位MCU。應(yīng)用范圍：汽車電子、工業(yè)用、電機控制、汽車、樓宇自動化、家用電器、家庭娛樂、工業(yè)自動化、照明、物聯(lián)網(wǎng)、智能能源、移動電子設(shè)備、計算機外設(shè)。  
  3、Cypress+Spansion（賽普拉斯+飛索半導(dǎo)體）：美國，主要提供8位、16位、32位MCU。應(yīng)用范圍：汽車電子、家用電器、醫(yī)療、消費類電子、通信與電信、工業(yè)、無線。  
  4、ADI（亞德諾半導(dǎo)體）：美國，主要提供8位、16位、32位MCU。應(yīng)用范圍：航空航天與[敏感詞]、汽車應(yīng)用 、樓宇技術(shù) 、通信 、消費電子 、能源 、醫(yī)療保健 、儀器儀表和測量 、電機、工業(yè)自動化 、安防。  
  5、Infineon（英飛凌）：德國，主要提供16位、32位MCU。應(yīng)用范圍：汽車電子、消費電子、工程、商用和農(nóng)用車輛、數(shù)據(jù)處理、電動交通、工業(yè)應(yīng)用、醫(yī)療設(shè)備、移動設(shè)備、電機控制與驅(qū)動、電源、面向摩托車電動自行車與小型電動車、智能電網(wǎng)、照明、太陽能系統(tǒng)解決方案、風(fēng)能系統(tǒng)解決方案。  
  6、ST Microelectronics（意法半導(dǎo)體）：意大利/法國，主要提供32位MCU。應(yīng)用范圍：LED和普通照明、交通運輸、醫(yī)療保健、多媒體融合、家電和電動工具、樓宇自動化技術(shù)電機控制、電源和功率轉(zhuǎn)換器、能源和智能電網(wǎng)、自動化、計算機與通信基礎(chǔ)設(shè)施。  
  7、Qualcomm（高通）：美國，主要提供16位，32位MCU。應(yīng)用范圍：智能手機、平板電腦、無線調(diào)制解調(diào)器。  
  8、Texas Instruments（德州儀器）：美國，主要提供16位、32位MCU。應(yīng)用范圍：汽車電子、消費電子、醫(yī)療設(shè)備、移動設(shè)備、通信。  
  9、Maxim（美信）：美國，主要提供32位MCU。應(yīng)用范圍：汽車電子、消費電子、工業(yè)應(yīng)用、安防。  
  日韓地區(qū)  
  1、Renesas（瑞薩）：日本，主要提供16位、32位MCU。應(yīng)用范圍：電腦及外設(shè)、消費類電子、健康醫(yī)療電子、汽車電子、工業(yè)、通信。  
  2、Toshiba（東芝）：日本，主要提供16位、32位MCU。應(yīng)用范圍：汽車電子、工業(yè)用、電機控制、無線通信、移動電話、電腦與周邊設(shè)備、影像及音視頻、消費類(家電)、LED照明、安全、電源管理、娛樂設(shè)備。  
  3、Fujitsu（富士通）：日本，主要提供32位MCU。應(yīng)用范圍：汽車、醫(yī)療、機械，家電。  
  4、Samsung Electronics（三星電子）：韓國，主要提供16位、32位MCU。應(yīng)用范圍：汽車電子、工業(yè)用、電機控制、汽車、樓宇自動化、家用電器、家庭娛樂、工業(yè)自動化、照明、物聯(lián)網(wǎng)、智能能源、移動電子設(shè)備、計算機外設(shè)。  
  中國地區(qū)  
  ▍中國大陸地區(qū)
 
  1、希格瑪微電子：主要提供32位MCU，應(yīng)用范圍：電信、制造、能源、交通、電力等。  
  2、珠海歐比特：主要提供32位MCU，應(yīng)用范圍：航空航天：星箭站船、飛行器;高端工控：嵌入式計算機;艦船控制、工業(yè)控制、電力設(shè)備、環(huán)境監(jiān)控。  
  3、兆易創(chuàng)新：主要提供32位MCU，應(yīng)用范圍：工業(yè)自動化、人機界面、電機控制、安防監(jiān)控、智能家居、物聯(lián)網(wǎng)。  
  4、晟矽微電子：主要提供8位、32位MCU，應(yīng)用范圍：小家電、消費類電子、遙控器、鼠標(biāo)、鋰電池、數(shù)碼產(chǎn)品、汽車電子、醫(yī)療儀器及計量、玩具、工業(yè)控制、智能家居及安防等領(lǐng)域。  
  5、芯?？萍迹?/strong>主要提供16、32位MCU，應(yīng)用范圍：儀器儀表、物聯(lián)網(wǎng)、消費電子、家電、汽車電子。  
  6、聯(lián)華集成電路：主要提供8位、16位MCU，應(yīng)用范圍：消費電子、白色家電、工業(yè)控制、通信設(shè)備、汽車電子、計算機。  
  7、珠海建榮：主要提供8位MCU，應(yīng)用范圍：家用電器 、移動電源。  
  8、炬芯科技：主要提供8位至32位MCU，應(yīng)用范圍：平板電腦、智能家居、多媒體、藍(lán)牙、wifi音頻。  
  9、愛思科微電子：主要提供8位、16位MCU，應(yīng)用范圍：消費類芯片、通訊類芯片、信息類芯片、家電。  
  10、華芯微電子：主要提供8位、4位MCU，應(yīng)用范圍：衛(wèi)星接收器、手機充電器、萬年歷、多合一遙控器。  
  11、上海貝嶺（華大半導(dǎo)體控股）：主要提供8位、16位、32位MCU，應(yīng)用范圍：計算機周邊、HDTV、電源管理、小家電、數(shù)字家電。  
  12、海爾集成電路：主要提供14位、15位、16位MCU，應(yīng)用范圍：消費電子、汽車電子、工業(yè)、智能儀表。  
  13、北京君正：主要提供32位MCU，應(yīng)用范圍：可穿戴式設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)、智能家電、汽車、消費類電子、平板電腦。  
  14、中微半導(dǎo)體：主要提供8位MCU，應(yīng)用范圍：智能家電、汽車電子、安防監(jiān)控、LED照明及景觀、智能玩具、智能家居、消費類電子。  
  15、神州龍芯集成電路：主要提供32位MCU，應(yīng)用范圍：電力監(jiān)控、智能電網(wǎng)、工業(yè)數(shù)字控制、物聯(lián)網(wǎng)、智能家居、數(shù)據(jù)監(jiān)控。  
  16、紫光微電子：主要提供8位、16位MCU，應(yīng)用范圍：智能家電。  
  17、時代民芯：主要提供32位MCU，應(yīng)用范圍：汽車導(dǎo)航、交通監(jiān)控、漁船監(jiān)管、電力電信網(wǎng)絡(luò)。  
  18、華潤矽科微電子（華潤微旗下公司）：主要提供8位、16位MCU，應(yīng)用范圍：消費電子、工業(yè)控制、家電。  
  19、國芯科技：主要提供32位MCU，應(yīng)用范圍：信息安全領(lǐng)域 、辦公自動化領(lǐng)域、通訊網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域、 信息安全領(lǐng)域。  
  20、中天微：主要提供32位MCU，應(yīng)用范圍：智能手機、數(shù)字電視、機頂盒、汽車電子、GPS、電子閱讀器、打印機。  
  21、華潤微電子：主要提供8位、16位MCU，應(yīng)用范圍：家電，消費類電子、工業(yè)自動化控制的通用控制電路。  
  22、中穎電子：主要提供4位、8位、16位、32位MCU，應(yīng)用范圍：家電、電機。  
  23、靈動微電子：主要提供32位，應(yīng)用范圍：電機控制、藍(lán)牙控制、高清顯示、無線充、無人機、微型打印機、智能標(biāo)簽、電子煙、LED點陣屏等。  
  24、新唐科技：主要提供32位MCU，應(yīng)用范圍：照明、物聯(lián)網(wǎng)等。  
  25、東軟載波：主要提供8位、32位MCU，應(yīng)用范圍：家電、智能家居、儀器儀表、液晶面板控制器、工業(yè)控制等。  
  26、貝特萊：主要提供32位MCU，應(yīng)用范圍：智能家居、工業(yè)控制以及消費類產(chǎn)品領(lǐng)域。  
  27、笙泉科技：主要提供8位MCU，應(yīng)用范圍：車用、教育、工控、醫(yī)療等中小型顯示面板。  
  28、航順芯片：主要提供8位、32位MCU，應(yīng)用范圍：汽車、物聯(lián)網(wǎng)等。  
  29、復(fù)旦微電子：主要提供16位、32位MCU，應(yīng)用范圍：智能電表、智能門鎖等。  
  30、華大半導(dǎo)體：主要提供8位、16位、32位MCU，應(yīng)用范圍：工業(yè)控制、智能制造、智慧生活及物聯(lián)網(wǎng)等。  
  ▍中國臺灣地區(qū)  
  1、宏晶科技：主要提供8位MCU。應(yīng)用范圍：通信、工業(yè)控制、信息家電、語音。  
  2、盛群半導(dǎo)體：主要提供8位、32位MCU。應(yīng)用范圍：消費電子、LED照明等。  
  3、凌陽科技：主要提供8位、16位MCU。應(yīng)用范圍：家庭影音。  
  4、中穎電子：主要提供4位、8位MCU。應(yīng)用范圍：充電器、移動電源、家電、工業(yè)控制。  
  5、松翰科技：主要提供8位、32位MCU。應(yīng)用范圍：搖控器、智能型充電器、大小系統(tǒng)、電子秤、耳溫槍、血壓計、胎壓計、各類量測及健康器材。  
  6、華邦電子：主要提供8位、16位MCU。應(yīng)用范圍：車用電子、工業(yè)電子、網(wǎng)絡(luò)、計算機、消費電子、物聯(lián)網(wǎng)。  
  7、十速科技：主要提供4位、8位、51位MCU。應(yīng)用范圍：遙控器、小家電。  
  8、佑華微電子：主要提供4位、8位MCU。應(yīng)用范圍：錄音集成電路產(chǎn)品、消費電子、家用產(chǎn)品。  
  9、應(yīng)廣科技單片機：主要提供4位、8位MCU。應(yīng)用范圍：機械、自動化、家電、機器人。  
  10、義隆電子：主要提供8位、16位MCU。應(yīng)用范圍：消費電子、電腦、智能手機。

       

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單片機的學(xué)習(xí)竅門

任何一款MCU，其基本原理和功能都是大同小異，所不同的只是其外圍功能模塊的配置及數(shù)量、指令系統(tǒng)等。  
  對于指令系統(tǒng)，雖然形式上看似千差萬別，但實際上只是符號的不同，其所代表的含義、所要完成的功能和尋址方式基本上是類似的。  
  要了解一款MCU，首先需要知道就是其ROM空間、RAM空間、IO口數(shù)量、定時器數(shù)量和定時方式、所提供的外圍功能模塊（Peripheral Circuit）、中斷源、工作電壓及功耗等等。  
  了解這些MCU Features后，接下來[敏感詞]步就是將所選MCU的功能與實際項目開發(fā)的要求的功能進(jìn)行對比，明確哪些資源是目前所需要的，哪些是本項目所用不到的。  
  對于項目中需要用到的而所選MCU不提供的功能，則需要認(rèn)真理解MCU的相關(guān)資料，以求用間接的方法來實現(xiàn)，例如，所開發(fā)的項目需要與PC機COM口進(jìn)行通訊，而所選的MCU不提供UART口，則可以考慮用外部中斷的方式來實現(xiàn)。  
  對于項目開發(fā)需要用到的資源，則需要對其Manua*進(jìn)行認(rèn)真的理解和閱讀，而對于不需要的功能模塊則可以忽略或瀏覽即可。對于MCU學(xué)習(xí)來講，應(yīng)用才是關(guān)鍵，也是最主要的目的。  
  明確了MCU的相關(guān)功能后，接下來就可以開始編程了。  
  對于初學(xué)者或初次使用此款MCU的設(shè)計者來說，可能會遇到很多對MCU的功能描述不明確的地方，對于此類問題，可以通過兩種方法來解決，一種是編寫特別的驗證程序來理解資料所述的功能;另一種則可以暫時忽略，單片機程序設(shè)計中則按照自己目前的理解來編寫，留到調(diào)試時去修改和完善。前一種方法適用于時間較寬松的項目和初學(xué)者，而后一種方法則適合于具有一定單片機開發(fā)經(jīng)驗的人或項目進(jìn)度較緊迫的情況。  
 

指令系統(tǒng)千萬不要特別花時間去理解。指令系統(tǒng)只是一種邏輯描述的符號，只有在編程時根據(jù)自己的邏輯和程序的邏輯要求來查看相關(guān)的指令即可，而且隨著編程的進(jìn)行，對指令系統(tǒng)也會越來越熟練，甚至可以不自覺地記憶下來。

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