什么是MCU？它是怎么工作的呢？

微控制器是一种在嵌入式系统中负责特定操作的紧凑型集成电路。一般的微控制器在一个芯片上集成了处理器、存储器和输入/输出(I/O)外设。

微控制器也被称为嵌入式控制器或微控制器单元（MCU），广泛应用于车辆、机器人、办公设备、医疗设备、移动无线电收发器、自动售货机和家电等设备中。它们实际上是一种简单的微型个人电脑(PC)，目的是控制大型组件的小功能，不需要复杂的前端操作系统(OS)。

微控制器是一种集成电路芯片，其内部包含了中央处理器（CPU）、存储器、输入输出接口等模块。当微控制器接收到外部输入信号时，CPU会根据预设的程序进行计算、逻辑运算和控制操作。微控制器可以通过输入输出接口与外部设备进行通信，如传感器、执行器等。它还可以实时响应外部事件，并根据程序中的指令进行相应的控制和处理。通过这样的工作原理，微控制器可以实现各种应用，例如家电控制、工业自动化等。

微控制器嵌入在系统内部，用于控制设备的特定功能。它利用中央处理器来解读来自输入/输出外设的数据。临时数据被存储在微控制器的数据存储器中，处理器可以访问并使用程序存储器中的指令来解密和应用接收到的数据。然后，微控制器通过与输入/输出外围设备进行通信来执行相应的操作。

在各种系统和设备中，微控制器被广泛应用。通常情况下，设备会利用多个微控制器在设备内协同工作，以处理各自的任务。

举个例子，一辆汽车可能有许多微控制器，用于控制车内各种独立的系统，比如防抱死制动、牵引力控制、燃油喷射或悬架控制。所有的微控制器之间相互通信，以确保正确的操作。有些微控制器可能与汽车内部更复杂的中央计算机进行通信，而另一些则只与其他微控制器进行通信。它们使用I/O外设发送和接收数据，并处理这些数据以完成特定的任务。

微控制器由哪些部件构成？

微控制器的核心组成部分是：

中央处理器（CPU）是设备的核心。它充当设备的大脑，处理并响应微控制器发出的各种指令，包括基本算术、逻辑和输入/输出操作。此外，它还执行数据传输操作，将指令传递给嵌入式系统的其他组件。

内存是微控制器用于存储接收到的数据并根据编程指令响应的一种设备。微控制器主要有两种存储器类型：

程序存储器是一种长期存储有关CPU执行指令的信息的储存设备。它是一种非易失性存储器，即使没有电源供应也能够长期保存信息。

在执行指令时，需要临时存储数据的设备被称为数据存储器。数据存储器是易失性的，这意味着它只能在设备连接电源时维持数据，并且这些数据是暂时性的。

I/O外设是处理器和外界的接口，其中输入设备负责接收信息，将其以二进制数据形式发送到处理器；而处理器则接收数据，向执行微控制器外部任务的输出设备发送必要的指令。

尽管处理器、存储器和输入/输出（I/O）外设是微处理器的核心组成部分，但通常还包含其他元件。在这里，I/O外设一词专指与处理器和存储器相连的辅助组件。许多辅助组件可以归类为外围设备。微处理器需要I/O外设以实现特定功能，所以它们对于应用处理器来说至关重要。

其他支持微控制器的元件还有：

ADC是一种模数转换器，它的功能是将模拟信号转换为数字信号的电路。它的作用是将外部模拟设备（如传感器）与微控制器的处理器连接起来。

数模转换器(DAC)的作用是将数字信号转换为模拟信号，实现ADC(模拟数模转换器)的功能。它允许微控制器中心的处理器将其输出信号传送到外部模拟组件。

系统总线是用于连接微控制器所有组件的连接线。

串行端口是用于连接外部组件的I/O端口的一种示例。它类似于USB接口或并行端口，但其位交换的方式不同。

微控制器有以下几个特点：

1.集成度高：微控制器集成了中央处理器（CPU），存储器（ROM和RAM），输入输出（I/O）接口和时钟电路等功能模块，使得整个系统在一个芯片上完成。这大大减小了系统的体积和成本。

2.可编程性强：通过将程序存储在存储器中，微控制器可以根据需要执行不同的任务。程序可以根据特定要求进行修改和更新，具有很高的灵活性。

3.低功耗：微控制器通常使用低功耗设计，能够在工作时以较低的能量消耗完成任务。这使得微控制器非常适合电池供电的移动设备和无线传感器网络等应用。

4.实时性强：微控制器具有快速的响应能力，能够以非常短的时间完成对外部事件的检测和响应。这使得微控制器非常适用于需要实时处理的应用，如自动控制系统和嵌入式系统。

5.资源丰富：微控制器通常配备了多个输入输出端口，可以与各种外部设备进行数据交互。同时，微控制器还可以支持各种通信接口，如UART、SPI和I2C等，与其他设备进行数据传输和通信。

综上所述，微控制器以其高集成度、可编程性、低功耗和实时性强等特点，在各种应用领域得到广泛应用。

微控制器的处理器类型根据不同的应用而有所不同。可供选择的范围从简单的4位、8位或16位处理器到更复杂的32位或64位处理器。微控制器还可以使用不同类型的存储器，包括易失性存储器，如随机存取存储器（RAM），以及非易失性存储器，如闪存、可擦写存储器编程只读存储器（EPROM）和电可擦除可编程只读存储器（EEPROM）。

通常来说，微控制器的设计目标是简单易用，无需额外的计算组件。由于其板载内存足够，还提供了用于一般输入输出操作的引脚，因此可以直接与传感器和其他组件连接。

微控制器的结构可以基于哈佛架构或冯诺依曼架构，这两种架构提供了不同的处理器和存储器之间数据交换的方法。在哈佛架构中，数据总线和指令总线是分开的，可以同时传输。而在冯诺依曼架构中，数据和指令共用一条总线。

微控制器处理器可以基于复杂指令集计算（CISC）或精简指令集计算（RISC）。CISC一般有约80条指令，而RISC大约有30条指令，同时也有更多的寻址模式，约为12-24条，而RISC只有3-5条寻址模式。虽然CISC更容易实现且内存使用效率更高，但由于执行指令所需的时钟周期较多，可能导致性能下降。RISC更注重软件，通常比CISC处理器提供更好的性能，而CISC处理器更注重硬件，因为它简化了指令集，从而增加了设计的简单性。然而，由于CISC更注重软件，所以软件可能会更加复杂。选择使用哪种指令集取决于应用程序的需要。

在微控制器问世初期，它们仅仅采用汇编语言进行编程。而如今，C语言已经成为一种流行的选择。此外，其他常见的微处理器编程语言还包括Python和JavaScript。

微控制器单元（MCU）具备输入和输出引脚，用于外设功能的实现。这些外设功能包括模拟数字转换器、液晶显示控制器、实时时钟、通用同步/异步接收发送器、定时器、通用异步接收发送器和通用串行总线连接。通常，湿度和温度等相关数据的传感器也会被连接到微控制器上。

微控制器可分为许多不同类型。这些类型根据其体系结构、功能和性能特征进行分类。常见的微控制器类型包括单片机（MCU）、数字信号处理器（DSP）、嵌入式微处理器（EMP）和复杂的可编程逻辑器件（CPLD）等。每种类型都有其自己的特点和应用领域，并在各种电子设备中发挥重要作用。选择正确的微控制器类型关乎设备的性能和功能的实现。因此，根据实际需求和设备要求，选择适合的微控制器类型是非常重要的。

单片机是微控制器的一种，单片机出现的历史并不长，但发展十分迅猛。它的产生与发展和微处理器的产生与发展大体同步，自1971年美国Intel公司首先推出4位微处理器以来，它的发展到目前为止大致可分为5个阶段：

单片机发展的初级阶段（1971年至1976年）：1971年11月Intel公司首先设计出集成度为2000只晶体管/片的4位微处理器Intel 4004，并配有RAM、ROM和移位寄存器，构成了第一台MCS—4微处理器，而后又推出了8位微处理器Intel 8008，以及其它各公司相继推出的8位微处理器。

低性能单片机阶段（1976年至1980年）：以1976年Intel公司推出的MCS—48系列为代表，采用将8位CPU、8位并行I/O接口、8位定时/计数器、RAM和ROM等集成于一块半导体芯片上的单片结构，虽然其寻址范围有限（不大于4KB），也没有串行I/O，RAM、ROM容量小，中断系统也较简单，但功能可满足一般工业控制和智能化仪器、仪表等的需要。

高性能单片机阶段（1980年至1990年）：这一阶段推出的高性能8位单片机普遍带有串行口，有多级中断处理系统，多个16位定时器/计数器。片内RAM、ROM的容量加大，且寻址范围可达64KB，个别片内还带有A/D转换接口。

16位单片机阶段（1983年至1989年）：1983年Intel公司又推出了高性能的16位单片机MCS－96系列，由于其采用了最新的制造工艺，使芯片集成度高达12万只晶体管/片。

全方位高水平发展阶段（1990年至今）：到目前为止，单片机也有从传统的8位处理器平台向32位高级RISC处理器平台转变的趋势，但8位机依然难以被取代。8位单片机成本低，价格廉，便于开发，其性能可以满足大部分的需要，只有在航天、汽车、机器人等高技术领域，需要高速处理大量数据时，才需要选用16/32位，而在一般工业领域，8位通用型单片机，仍然是目前应用最广的单片机。单片机在集成度、功能、速度、可靠性、应用领域等全方位向更高水平发展。

微控制器和微处理器是两个不同的概念。微控制器是一种集成了处理器、内存、输入/输出接口和其他外设的集成电路芯片。它专门用于控制和管理各种电子设备，如家电、汽车电子系统、工业自动化等。微控制器通常被用来执行简单的任务，如控制开关、采集数据、驱动电机等。

随着芯片密度和复杂性的降低，以及制造成本的减少，微控制器和微处理器之间的差异变得模糊。微控制器和微处理器都拥有类似“通用计算机”的功能，但微控制器更具有独立性，可以直接连接传感器和执行器。而微处理器通过内部总线连接，提供更高的计算能力，支持RAM和串行端口等硬件。简单来说，咖啡机使用微控制器，而台式计算机则使用微处理器。

单片机具有编程和维护较为复杂的特点，常采用C语言或汇编语言进行编程，成本较低，I/O接口相对有限。它是一种微型计算机系统，集成在一个硅片上，被广泛应用于各个领域。无论是手机、PC外围设备、遥控器，还是汽车电子和工业控制领域中的步进电机、机械臂控制等，都可以见到单片机的身影。

ABOV半导体是单片机设计和生产的领导者，电容式触摸传感器，先进的不易丢失的存储器和遥控控制器，总部设在梧仓忠清北道（韩国）。ABOV在2006年分拆上市，2009年在韩国KOSDAQ上市。

浮思特科技作为ABOV现代单片机的一级代理商，提供稳定的8位、32位单片机及相关产品的解决方案。

审核编辑：汤梓红