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微控(kong)制(zhi)(zhi)單(dan)元(Microcontroller Unit;MCU) ，又(you)稱(cheng)單(dan)片微型計(ji)算(suan)機(Single Chip Microcomputer )或者單(dan)片機，是把中央處理器(Central Process Unit;CPU)的(de)(de)頻率與規(gui)格做適當縮減，并將內存(memory)、計(ji)數器(Timer)、USB、A/D轉換、UART、PLC、DMA等(deng)周邊接(jie)口(kou)，甚至LCD驅動(dong)電路都(dou)(dou)整(zheng)合(he)在單(dan)一(yi)芯片上，形成芯片級的(de)(de)計(ji)算(suan)機，為不同的(de)(de)應用場合(he)做不同組合(he)控(kong)制(zhi)(zhi)。諸(zhu)如手(shou)機、PC外圍(wei)、遙控(kong)器，至汽(qi)車電子、工(gong)業上的(de)(de)步進馬達、機器手(shou)臂的(de)(de)控(kong)制(zhi)(zhi)等(deng)，都(dou)(dou)可見(jian)到MCU的(de)(de)身(shen)影。

主要分類

按用途分類:

通用(yong)型:將(jiang)可開發的資源(ROM、RAM、I/O、 EPROM)等全部提供給用(yong)戶(hu)。

專用型:其硬件及指令是按(an)照某種特定用途而設計，例(li)如錄音機(ji)機(ji)芯(xin)控(kong)制(zhi)器、打印機(ji)控(kong)制(zhi)器、電機(ji)控(kong)制(zhi)器等(deng)。

按其基本操作處(chu)理的數(shu)(shu)據位數(shu)(shu)分類:

根據(ju)總線(xian)或數據(ju)暫存器(qi)(qi)(qi)(qi)的寬度，單片機(ji)(ji)(ji)又(you)分(fen)為1位(wei)(wei)、4位(wei)(wei)、8位(wei)(wei)、16位(wei)(wei)、32位(wei)(wei)甚至64位(wei)(wei)單片機(ji)(ji)(ji)。4位(wei)(wei)MCU大(da)部份應(ying)(ying)用(yong)在(zai)計(ji)算器(qi)(qi)(qi)(qi)、車(che)(che)用(yong)儀(yi)表(biao)、車(che)(che)用(yong)防盜裝置、呼(hu)叫(jiao)(jiao)器(qi)(qi)(qi)(qi)、無線(xian)電(dian)(dian)話、CD播放器(qi)(qi)(qi)(qi)、LCD驅動(dong)控制器(qi)(qi)(qi)(qi)、LCD游戲機(ji)(ji)(ji)、兒童玩具、磅秤、充電(dian)(dian)器(qi)(qi)(qi)(qi)、胎壓計(ji)、溫(wen)濕度計(ji)、遙(yao)控器(qi)(qi)(qi)(qi)及(ji)(ji)傻瓜(gua)相機(ji)(ji)(ji)等(deng)(deng);8位(wei)(wei)MCU大(da)部份應(ying)(ying)用(yong)在(zai)電(dian)(dian)表(biao)、馬(ma)達(da)控制器(qi)(qi)(qi)(qi)、電(dian)(dian)動(dong)玩具機(ji)(ji)(ji)、變頻式(shi)冷氣機(ji)(ji)(ji)、呼(hu)叫(jiao)(jiao)器(qi)(qi)(qi)(qi)、傳真(zhen)(zhen)機(ji)(ji)(ji)、來電(dian)(dian)辨識(shi)器(qi)(qi)(qi)(qi)(CallerID)、電(dian)(dian)話錄音機(ji)(ji)(ji)、CRT顯示器(qi)(qi)(qi)(qi)、鍵(jian)盤及(ji)(ji)USB等(deng)(deng);8位(wei)(wei)、16位(wei)(wei)單片機(ji)(ji)(ji)主要用(yong)于(yu)一(yi)般(ban)的控制領域，一(yi)般(ban)不(bu)使(shi)用(yong)操(cao)作系(xi)統， 16位(wei)(wei)MCU大(da)部份應(ying)(ying)用(yong)在(zai)行動(dong)電(dian)(dian)話、數字相機(ji)(ji)(ji)及(ji)(ji)攝錄放影機(ji)(ji)(ji)等(deng)(deng);32位(wei)(wei)MCU大(da)部份應(ying)(ying)用(yong)在(zai)Modem、GPS、PDA、HPC、STB、Hub、Bridge、Router、工作站、ISDN電(dian)(dian)話、激光打(da)印機(ji)(ji)(ji)與彩色傳真(zhen)(zhen)機(ji)(ji)(ji); 32位(wei)(wei)用(yong)于(yu)網(wang)絡操(cao)作、多媒(mei)體(ti)處理(li)(li)等(deng)(deng)復雜處理(li)(li)的場合，一(yi)般(ban)要使(shi)用(yong)嵌入(ru)式(shi)操(cao)作系(xi)統。64位(wei)(wei)MCU大(da)部份應(ying)(ying)用(yong)在(zai)高(gao)階工作站、、高(gao)級(ji)電(dian)(dian)視(shi)游樂器(qi)(qi)(qi)(qi)(如(ru)SEGA的Dreamcast及(ji)(ji)Nintendo的GameBoy)及(ji)(ji)高(gao)級(ji)終端機(ji)(ji)(ji)等(deng)(deng)。

8位MCU工作頻(pin)(pin)率(lv)在16~50MHz之(zhi)間，強(qiang)調(diao)簡單效能、低成本(ben)應(ying)用，在目前MCU市場總(zong)值仍有一定(ding)地(di)位，而不少MCU業者(zhe)也持續為(wei)8bit MCU開發頻(pin)(pin)率(lv)調(diao)節的(de)節能設(she)計，以(yi)因應(ying)綠(lv)色時代的(de)產品(pin)開發需求。

16位MCU，則以16位運算、16/24位尋(xun)址(zhi)能力及(ji)頻率在24~100MHz為(wei)主(zhu)流(liu)規格(ge)，部分16bit MCU額外提供32位加/減(jian)/乘/除的特殊指令。由于32bit MCU出現并持續降價及(ji)8bit MCU簡單(dan)耐用又便宜的低(di)價優勢下，夾在中間的16bit MCU市場(chang)不斷被擠壓，成為(wei)出貨(huo)比例(li)中最低(di)的產品。

32位MCU可說(shuo)是MCU市場主(zhu)流，單顆(ke)報價在(zai)1.5~4美元(yuan)之間，工作頻率大(da)多(duo)在(zai)100~350MHz之間，執行效能(neng)更佳，應用類型也相當多(duo)元(yuan)。但32位MCU會因為操作數與(yu)內(nei)存長度(du)的增加，相同(tong)功(gong)能(neng)的程序代碼長度(du)較(jiao)8/16bit MCU增加30~40%，這(zhe)導致內(nei)嵌OTP/FlashROM內(nei)存容(rong)量不能(neng)太小(xiao)，而芯片對外腳位數量暴增，進一步局限(xian)32bit MCU的成本(ben)縮減(jian)能(neng)力。

內嵌程序存(cun)儲(chu)器類(lei)型

下面以(yi)51單(dan)片(pian)機為(wei)(wei)例(MCS-51系(xi)列MCU是我國使用(yong)最多的單(dan)片(pian)機)，根據(ju)其內部存儲器的類型不同可以(yi)分為(wei)(wei)以(yi)下幾個(ge)基本型:

1.無(wu)ROM型 :8031

2.ROM型(xing):8051

3.EPROM型(xing):8751

4.EEPROM 型:8951

5.增強型:8032/8052/8752/8952/C8051F

MCU按(an)其存儲器類型(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)可(ke)分(fen)為無(wu)片(pian)(pian)內(nei)ROM型(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)和帶片(pian)(pian)內(nei)ROM型(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)兩種(zhong)。對于無(wu)片(pian)(pian)內(nei)ROM型(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)(de)芯(xin)(xin)(xin)片(pian)(pian)，必(bi)須外接EPROM才能(neng)(neng)應用(yong)(yong)(yong)(典(dian)型(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)芯(xin)(xin)(xin)片(pian)(pian)為8031)。帶片(pian)(pian)內(nei)ROM型(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)(de)芯(xin)(xin)(xin)片(pian)(pian)又分(fen)為片(pian)(pian)內(nei)EPROM型(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(典(dian)型(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)芯(xin)(xin)(xin)片(pian)(pian)為87C51)、MASK片(pian)(pian)內(nei)掩模(mo)ROM型(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(典(dian)型(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)芯(xin)(xin)(xin)片(pian)(pian)為8051)、片(pian)(pian)內(nei)FLASH型(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(典(dian)型(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)芯(xin)(xin)(xin)片(pian)(pian)為89C51)等(deng)類型(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)，一(yi)些公(gong)司還推出帶有(you)片(pian)(pian)內(nei)一(yi)次性(xing)(xing)可(ke)編(bian)程(cheng)(cheng)ROM(One Time Programming, OTP)的(de)(de)芯(xin)(xin)(xin)片(pian)(pian)(典(dian)型(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)芯(xin)(xin)(xin)片(pian)(pian)為97C51)。MASKROM的(de)(de)MCU價格便(bian)宜，但(dan)程(cheng)(cheng)序在(zai)出廠時(shi)已經(jing)固化，適(shi)合程(cheng)(cheng)序固定不(bu)變的(de)(de)應用(yong)(yong)(yong)場(chang)合;FLASH ROM的(de)(de)MCU程(cheng)(cheng)序可(ke)以(yi)反復擦寫，靈(ling)活(huo)性(xing)(xing)很強，但(dan)價格較高，適(shi)合對價格不(bu)敏感的(de)(de)應用(yong)(yong)(yong)場(chang)合或做開發用(yong)(yong)(yong)途;OTPROM的(de)(de)MCU價格介于前兩者之間，同時(shi)又擁有(you)一(yi)次性(xing)(xing)可(ke)編(bian)程(cheng)(cheng)能(neng)(neng)力，適(shi)合既(ji)要求(qiu)一(yi)定靈(ling)活(huo)性(xing)(xing)，又要求(qiu)低成本的(de)(de)應用(yong)(yong)(yong)場(chang)合，尤(you)其是功能(neng)(neng)不(bu)斷翻新、需要迅速量產的(de)(de)電子(zi)產品。

由于MCU強調是******密集度與最(zui)小芯片(pian)面積，以有(you)限的程(cheng)序(xu)代碼(ma)達(da)成控制(zhi)功能，因此當今MCU多(duo)半(ban)使用內(nei)(nei)建的MaskROM、OTP ROM、EEPROM或Flash內(nei)(nei)存(cun)來(lai)儲存(cun)韌體碼(ma)，MCU內(nei)(nei)建Flash內(nei)(nei)存(cun)容量(liang)從低(di)階4~64KB到(dao)最(zui)高階512KB~2MB不(bu)等。

存儲器結構

MCU根據其存(cun)儲(chu)(chu)器(qi)(qi)(qi)結(jie)構(gou)(gou)(gou)可分(fen)為哈佛(Harvard)結(jie)構(gou)(gou)(gou)和馮?諾(nuo)依曼(man)(Von Neumann)結(jie)構(gou)(gou)(gou)。現在的(de)(de)單(dan)片機絕大多數都(dou)是基(ji)于馮·諾(nuo)伊曼(man)結(jie)構(gou)(gou)(gou)的(de)(de)，這種結(jie)構(gou)(gou)(gou)清楚地定義了嵌(qian)入(ru)式系統所必(bi)需(xu)的(de)(de)四個(ge)基(ji)本部分(fen):一(yi)個(ge)中(zhong)央(yang)處理器(qi)(qi)(qi)核(he)心，程序(xu)存(cun)儲(chu)(chu)器(qi)(qi)(qi)(只讀存(cun)儲(chu)(chu)器(qi)(qi)(qi)或者(zhe)閃存(cun))、數據存(cun)儲(chu)(chu)器(qi)(qi)(qi)(隨機存(cun)儲(chu)(chu)器(qi)(qi)(qi))、一(yi)個(ge)或者(zhe)更多的(de)(de)定時(shi)/計時(shi)器(qi)(qi)(qi)，還有(you)用來與外圍(wei)設備以及擴(kuo)展資源進行通信的(de)(de)輸(shu)入(ru)/輸(shu)出端口(kou)，所有(you)這些都(dou)被(bei)集成(cheng)在單(dan)個(ge)集成(cheng)電路(lu)芯片上。

指令結構

MCU根據指令結構(gou)又可分為CISC(Complex Instruction Set Computer,復雜指令集計(ji)算(suan)機)和RISC(Reduced Instruction Set Comuter,精簡指令集計(ji)算(suan)機微控制器)

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