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微控制單元(Microcontroller Unit;MCU) ，又稱單片微型計(jì)算機(jī)(Single Chip Microcomputer )或者單片機(jī)，是把中央處理器(Central Process Unit;CPU)的頻率與規(guī)格做適當(dāng)縮減，并將內(nèi)存(memory)、計(jì)數(shù)器(Timer)、USB、A/D轉(zhuǎn)換、UART、PLC、DMA等周邊接口，甚至LCD驅(qū)動(dòng)電路都整合在單一芯片上，形成芯片級(jí)的計(jì)算機(jī)，為不同的應(yīng)用場(chǎng)合做不同組合控制。諸如手機(jī)、PC外圍、遙控器，至汽車電子、工業(yè)上的步進(jìn)馬達(dá)、機(jī)器手臂的控制等，都可見到MCU的身影。

主要分類

按用途分類:

通用型:將可開發(fā)的資源(ROM、RAM、I/O、 EPROM)等全部提供給用戶。

專用型:其硬件及指令是按照某種特定用途而設(shè)計(jì)，例如錄音機(jī)機(jī)芯控制器、打印機(jī)控制器、電機(jī)控制器等。

按其基本操作處理的數(shù)據(jù)位數(shù)分類:

根據(jù)總線或數(shù)據(jù)暫存器的寬度，單片機(jī)又分為1位、4位、8位、16位、32位甚至64位單片機(jī)。4位MCU大部份應(yīng)用在計(jì)算器、車用儀表、車用防盜裝置、呼叫器、無線電話、CD播放器、LCD驅(qū)動(dòng)控制器、LCD游戲機(jī)、兒童玩具、磅秤、充電器、胎壓計(jì)、溫濕度計(jì)、遙控器及傻瓜相機(jī)等;8位MCU大部份應(yīng)用在電表、馬達(dá)控制器、電動(dòng)玩具機(jī)、變頻式冷氣機(jī)、呼叫器、傳真機(jī)、來電辨識(shí)器(CallerID)、電話錄音機(jī)、CRT顯示器、鍵盤及USB等;8位、16位單片機(jī)主要用于一般的控制領(lǐng)域，一般不使用操作系統(tǒng)， 16位MCU大部份應(yīng)用在行動(dòng)電話、數(shù)字相機(jī)及攝錄放影機(jī)等;32位MCU大部份應(yīng)用在Modem、GPS、PDA、HPC、STB、Hub、Bridge、Router、工作站、ISDN電話、激光打印機(jī)與彩色傳真機(jī); 32位用于網(wǎng)絡(luò)操作、多媒體處理等復(fù)雜處理的場(chǎng)合，一般要使用嵌入式操作系統(tǒng)。64位MCU大部份應(yīng)用在高階工作站、多媒體互動(dòng)系統(tǒng)、高級(jí)電視游樂器(如SEGA的Dreamcast及Nintendo的GameBoy)及高級(jí)終端機(jī)等。

8位MCU工作頻率在16~50MHz之間，強(qiáng)調(diào)簡(jiǎn)單效能、低成本應(yīng)用，在目前MCU市場(chǎng)總值仍有一定地位，而不少M(fèi)CU業(yè)者也持續(xù)為8bit MCU開發(fā)頻率調(diào)節(jié)的節(jié)能設(shè)計(jì)，以因應(yīng)綠色時(shí)代的產(chǎn)品開發(fā)需求。

16位MCU，則以16位運(yùn)算、16/24位尋址能力及頻率在24~100MHz為主流規(guī)格，部分16bit MCU額外提供32位加/減/乘/除的特殊指令。由于32bit MCU出現(xiàn)并持續(xù)降價(jià)及8bit MCU簡(jiǎn)單耐用又便宜的低價(jià)優(yōu)勢(shì)下，夾在中間的16bit MCU市場(chǎng)不斷被擠壓，成為出貨比例中最低的產(chǎn)品。

32位MCU可說是MCU市場(chǎng)主流，單顆報(bào)價(jià)在1.5~4美元之間，工作頻率大多在100~350MHz之間，執(zhí)行效能更佳，應(yīng)用類型也相當(dāng)多元。但32位MCU會(huì)因?yàn)椴僮鲾?shù)與內(nèi)存長(zhǎng)度的增加，相同功能的程序代碼長(zhǎng)度較8/16bit MCU增加30~40%，這導(dǎo)致內(nèi)嵌OTP/FlashROM內(nèi)存容量不能太小，而芯片對(duì)外腳位數(shù)量暴增，進(jìn)一步局限32bit MCU的成本縮減能力。

內(nèi)嵌程序存儲(chǔ)器類型

下面以51單片機(jī)為例(MCS-51系列MCU是我國(guó)使用最多的單片機(jī))，根據(jù)其內(nèi)部存儲(chǔ)器的類型不同可以分為以下幾個(gè)基本型:

1.無ROM型 :8031

2.ROM型:8051

3.EPROM型:8751

4.EEPROM 型:8951

5.增強(qiáng)型:8032/8052/8752/8952/C8051F

MCU按其存儲(chǔ)器類型可分為無片內(nèi)ROM型和帶片內(nèi)ROM型兩種。對(duì)于無片內(nèi)ROM型的芯片，必須外接EPROM才能應(yīng)用(典型芯片為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，一些公司還推出帶有片內(nèi)一次性可編程ROM(One Time Programming, OTP)的芯片(典型芯片為97C51)。MASKROM的MCU價(jià)格便宜，但程序在出廠時(shí)已經(jīng)固化，適合程序固定不變的應(yīng)用場(chǎng)合;FLASH ROM的MCU程序可以反復(fù)擦寫，靈活性很強(qiáng)，但價(jià)格較高，適合對(duì)價(jià)格不敏感的應(yīng)用場(chǎng)合或做開發(fā)用途;OTPROM的MCU價(jià)格介于前兩者之間，同時(shí)又擁有一次性可編程能力，適合既要求一定靈活性，又要求低成本的應(yīng)用場(chǎng)合，尤其是功能不斷翻新、需要迅速量產(chǎn)的電子產(chǎn)品。

由于MCU強(qiáng)調(diào)是******密集度與最小芯片面積，以有限的程序代碼達(dá)成控制功能，因此當(dāng)今MCU多半使用內(nèi)建的MaskROM、OTP ROM、EEPROM或Flash內(nèi)存來儲(chǔ)存韌體碼，MCU內(nèi)建Flash內(nèi)存容量從低階4~64KB到最高階512KB~2MB不等。

存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)

MCU根據(jù)其存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)可分為哈佛(Harvard)結(jié)構(gòu)和馮?諾依曼(Von Neumann)結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在的單片機(jī)絕大多數(shù)都是基于馮·諾伊曼結(jié)構(gòu)的，這種結(jié)構(gòu)清楚地定義了嵌入式系統(tǒng)所必需的四個(gè)基本部分:一個(gè)中央處理器核心，程序存儲(chǔ)器(只讀存儲(chǔ)器或者閃存)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(隨機(jī)存儲(chǔ)器)、一個(gè)或者更多的定時(shí)/計(jì)時(shí)器，還有用來與外圍設(shè)備以及擴(kuò)展資源進(jìn)行通信的輸入/輸出端口，所有這些都被集成在單個(gè)集成電路芯片上。

指令結(jié)構(gòu)

MCU根據(jù)指令結(jié)構(gòu)又可分為CISC(Complex Instruction Set Computer,復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī))和RISC(Reduced Instruction Set Comuter,精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)微控制器)

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