微控制器是一種在嵌入式系統(tǒng)中負(fù)責(zé)特定操作的緊湊型集成電路。一般的微控制器在一個(gè)芯片上集成了處理器、存儲(chǔ)器和輸入/輸出(I/O)外設(shè)。

微控制器也被稱(chēng)為嵌入式控制器或微控制器單元（MCU），廣泛應(yīng)用于車(chē)輛、機(jī)器人、辦公設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備、移動(dòng)無(wú)線電收發(fā)器、自動(dòng)售貨機(jī)和家電等設(shè)備中。它們實(shí)際上是一種簡(jiǎn)單的微型個(gè)人電腦(PC)，目的是控制大型組件的小功能，不需要復(fù)雜的前端操作系統(tǒng)(OS)。

微控制器是一種集成電路芯片，其內(nèi)部包含了中央處理器（CPU）、存儲(chǔ)器、輸入輸出接口等模塊。當(dāng)微控制器接收到外部輸入信號(hào)時(shí)，CPU會(huì)根據(jù)預(yù)設(shè)的程序進(jìn)行計(jì)算、邏輯運(yùn)算和控制操作。微控制器可以通過(guò)輸入輸出接口與外部設(shè)備進(jìn)行通信，如傳感器、執(zhí)行器等。它還可以實(shí)時(shí)響應(yīng)外部事件，并根據(jù)程序中的指令進(jìn)行相應(yīng)的控制和處理。通過(guò)這樣的工作原理，微控制器可以實(shí)現(xiàn)各種應(yīng)用，例如家電控制、工業(yè)自動(dòng)化等。

微控制器嵌入在系統(tǒng)內(nèi)部，用于控制設(shè)備的特定功能。它利用中央處理器來(lái)解讀來(lái)自輸入/輸出外設(shè)的數(shù)據(jù)。臨時(shí)數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)在微控制器的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，處理器可以訪問(wèn)并使用程序存儲(chǔ)器中的指令來(lái)解密和應(yīng)用接收到的數(shù)據(jù)。然后，微控制器通過(guò)與輸入/輸出外圍設(shè)備進(jìn)行通信來(lái)執(zhí)行相應(yīng)的操作。

在各種系統(tǒng)和設(shè)備中，微控制器被廣泛應(yīng)用。通常情況下，設(shè)備會(huì)利用多個(gè)微控制器在設(shè)備內(nèi)協(xié)同工作，以處理各自的任務(wù)。

舉個(gè)例子，一輛汽車(chē)可能有許多微控制器，用于控制車(chē)內(nèi)各種獨(dú)立的系統(tǒng)，比如防抱死制動(dòng)、牽引力控制、燃油噴射或懸架控制。所有的微控制器之間相互通信，以確保正確的操作。有些微控制器可能與汽車(chē)內(nèi)部更復(fù)雜的中央計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信，而另一些則只與其他微控制器進(jìn)行通信。它們使用I/O外設(shè)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，并處理這些數(shù)據(jù)以完成特定的任務(wù)。

微控制器由哪些部件構(gòu)成？

微控制器的核心組成部分是：

中央處理器（CPU）是設(shè)備的核心。它充當(dāng)設(shè)備的大腦，處理并響應(yīng)微控制器發(fā)出的各種指令，包括基本算術(shù)、邏輯和輸入/輸出操作。此外，它還執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸操作，將指令傳遞給嵌入式系統(tǒng)的其他組件。

內(nèi)存是微控制器用于存儲(chǔ)接收到的數(shù)據(jù)并根據(jù)編程指令響應(yīng)的一種設(shè)備。微控制器主要有兩種存儲(chǔ)器類(lèi)型：

程序存儲(chǔ)器是一種長(zhǎng)期存儲(chǔ)有關(guān)CPU執(zhí)行指令的信息的儲(chǔ)存設(shè)備。它是一種非易失性存儲(chǔ)器，即使沒(méi)有電源供應(yīng)也能夠長(zhǎng)期保存信息。

在執(zhí)行指令時(shí)，需要臨時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的設(shè)備被稱(chēng)為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是易失性的，這意味著它只能在設(shè)備連接電源時(shí)維持?jǐn)?shù)據(jù)，并且這些數(shù)據(jù)是暫時(shí)性的。

I/O外設(shè)是處理器和外界的接口，其中輸入設(shè)備負(fù)責(zé)接收信息，將其以二進(jìn)制數(shù)據(jù)形式發(fā)送到處理器；而處理器則接收數(shù)據(jù)，向執(zhí)行微控制器外部任務(wù)的輸出設(shè)備發(fā)送必要的指令。

盡管處理器、存儲(chǔ)器和輸入/輸出（I/O）外設(shè)是微處理器的核心組成部分，但通常還包含其他元件。在這里，I/O外設(shè)一詞專(zhuān)指與處理器和存儲(chǔ)器相連的輔助組件。許多輔助組件可以歸類(lèi)為外圍設(shè)備。微處理器需要I/O外設(shè)以實(shí)現(xiàn)特定功能，所以它們對(duì)于應(yīng)用處理器來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。

其他支持微控制器的元件還有：

ADC是一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器，它的功能是將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的電路。它的作用是將外部模擬設(shè)備（如傳感器）與微控制器的處理器連接起來(lái)。

數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)的作用是將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，實(shí)現(xiàn)ADC(模擬數(shù)模轉(zhuǎn)換器)的功能。它允許微控制器中心的處理器將其輸出信號(hào)傳送到外部模擬組件。

系統(tǒng)總線是用于連接微控制器所有組件的連接線。

串行端口是用于連接外部組件的I/O端口的一種示例。它類(lèi)似于USB接口或并行端口，但其位交換的方式不同。

微控制器有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

1.集成度高：微控制器集成了中央處理器（CPU），存儲(chǔ)器（ROM和RAM），輸入輸出（I/O）接口和時(shí)鐘電路等功能模塊，使得整個(gè)系統(tǒng)在一個(gè)芯片上完成。這大大減小了系統(tǒng)的體積和成本。

2.可編程性強(qiáng)：通過(guò)將程序存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，微控制器可以根據(jù)需要執(zhí)行不同的任務(wù)。程序可以根據(jù)特定要求進(jìn)行修改和更新，具有很高的靈活性。

3.低功耗：微控制器通常使用低功耗設(shè)計(jì)，能夠在工作時(shí)以較低的能量消耗完成任務(wù)。這使得微控制器非常適合電池供電的移動(dòng)設(shè)備和無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)等應(yīng)用。

4.實(shí)時(shí)性強(qiáng)：微控制器具有快速的響應(yīng)能力，能夠以非常短的時(shí)間完成對(duì)外部事件的檢測(cè)和響應(yīng)。這使得微控制器非常適用于需要實(shí)時(shí)處理的應(yīng)用，如自動(dòng)控制系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)。

5.資源豐富：微控制器通常配備了多個(gè)輸入輸出端口，可以與各種外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。同時(shí)，微控制器還可以支持各種通信接口，如UART、SPI和I2C等，與其他設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和通信。

綜上所述，微控制器以其高集成度、可編程性、低功耗和實(shí)時(shí)性強(qiáng)等特點(diǎn)，在各種應(yīng)用領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

微控制器的處理器類(lèi)型根據(jù)不同的應(yīng)用而有所不同?？晒┻x擇的范圍從簡(jiǎn)單的4位、8位或16位處理器到更復(fù)雜的32位或64位處理器。微控制器還可以使用不同類(lèi)型的存儲(chǔ)器，包括易失性存儲(chǔ)器，如隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM），以及非易失性存儲(chǔ)器，如閃存、可擦寫(xiě)存儲(chǔ)器編程只讀存儲(chǔ)器（EPROM）和電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器（EEPROM）。

通常來(lái)說(shuō)，微控制器的設(shè)計(jì)目標(biāo)是簡(jiǎn)單易用，無(wú)需額外的計(jì)算組件。由于其板載內(nèi)存足夠，還提供了用于一般輸入輸出操作的引腳，因此可以直接與傳感器和其他組件連接。

微控制器的結(jié)構(gòu)可以基于哈佛架構(gòu)或馮諾依曼架構(gòu)，這兩種架構(gòu)提供了不同的處理器和存儲(chǔ)器之間數(shù)據(jù)交換的方法。在哈佛架構(gòu)中，數(shù)據(jù)總線和指令總線是分開(kāi)的，可以同時(shí)傳輸。而在馮諾依曼架構(gòu)中，數(shù)據(jù)和指令共用一條總線。

微控制器處理器可以基于復(fù)雜指令集計(jì)算（CISC）或精簡(jiǎn)指令集計(jì)算（RISC）。CISC一般有約80條指令，而RISC大約有30條指令，同時(shí)也有更多的尋址模式，約為12-24條，而RISC只有3-5條尋址模式。雖然CISC更容易實(shí)現(xiàn)且內(nèi)存使用效率更高，但由于執(zhí)行指令所需的時(shí)鐘周期較多，可能導(dǎo)致性能下降。RISC更注重軟件，通常比CISC處理器提供更好的性能，而CISC處理器更注重硬件，因?yàn)樗?jiǎn)化了指令集，從而增加了設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單性。然而，由于CISC更注重軟件，所以軟件可能會(huì)更加復(fù)雜。選擇使用哪種指令集取決于應(yīng)用程序的需要。

在微控制器問(wèn)世初期，它們僅僅采用匯編語(yǔ)言進(jìn)行編程。而如今，C語(yǔ)言已經(jīng)成為一種流行的選擇。此外，其他常見(jiàn)的微處理器編程語(yǔ)言還包括Python和JavaScript。

微控制器單元（MCU）具備輸入和輸出引腳，用于外設(shè)功能的實(shí)現(xiàn)。這些外設(shè)功能包括模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器、液晶顯示控制器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、通用同步/異步接收發(fā)送器、定時(shí)器、通用異步接收發(fā)送器和通用串行總線連接。通常，濕度和溫度等相關(guān)數(shù)據(jù)的傳感器也會(huì)被連接到微控制器上。

微控制器可分為許多不同類(lèi)型。這些類(lèi)型根據(jù)其體系結(jié)構(gòu)、功能和性能特征進(jìn)行分類(lèi)。常見(jiàn)的微控制器類(lèi)型包括單片機(jī)（MCU）、數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）、嵌入式微處理器（EMP）和復(fù)雜的可編程邏輯器件（CPLD）等。每種類(lèi)型都有其自己的特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域，并在各種電子設(shè)備中發(fā)揮重要作用。選擇正確的微控制器類(lèi)型關(guān)乎設(shè)備的性能和功能的實(shí)現(xiàn)。因此，根據(jù)實(shí)際需求和設(shè)備要求，選擇適合的微控制器類(lèi)型是非常重要的。

單片機(jī)是微控制器的一種，單片機(jī)出現(xiàn)的歷史并不長(zhǎng)，但發(fā)展十分迅猛。它的產(chǎn)生與發(fā)展和微處理器的產(chǎn)生與發(fā)展大體同步，自1971年美國(guó)Intel公司首先推出4位微處理器以來(lái)，它的發(fā)展到目前為止大致可分為5個(gè)階段：

單片機(jī)發(fā)展的初級(jí)階段（1971年至1976年）：1971年11月Intel公司首先設(shè)計(jì)出集成度為2000只晶體管/片的4位微處理器Intel 4004，并配有RAM、ROM和移位寄存器，構(gòu)成了第一臺(tái)MCS—4微處理器，而后又推出了8位微處理器Intel 8008，以及其它各公司相繼推出的8位微處理器。

低性能單片機(jī)階段（1976年至1980年）：以1976年Intel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(shí)/計(jì)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4KB），也沒(méi)有串行I/O，RAM、ROM容量小，中斷系統(tǒng)也較簡(jiǎn)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。

高性能單片機(jī)階段（1980年至1990年）：這一階段推出的高性能8位單片機(jī)普遍帶有串行口，有多級(jí)中斷處理系統(tǒng)，多個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。片內(nèi)RAM、ROM的容量加大，且尋址范圍可達(dá)64KB，個(gè)別片內(nèi)還帶有A/D轉(zhuǎn)換接口。

16位單片機(jī)階段（1983年至1989年）：1983年Intel公司又推出了高性能的16位單片機(jī)MCS－96系列，由于其采用了最新的制造工藝，使芯片集成度高達(dá)12萬(wàn)只晶體管/片。

全方位高水平發(fā)展階段（1990年至今）：到目前為止，單片機(jī)也有從傳統(tǒng)的8位處理器平臺(tái)向32位高級(jí)RISC處理器平臺(tái)轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)，但8位機(jī)依然難以被取代。8位單片機(jī)成本低，價(jià)格廉，便于開(kāi)發(fā)，其性能可以滿足大部分的需要，只有在航天、汽車(chē)、機(jī)器人等高技術(shù)領(lǐng)域，需要高速處理大量數(shù)據(jù)時(shí)，才需要選用16/32位，而在一般工業(yè)領(lǐng)域，8位通用型單片機(jī)，仍然是目前應(yīng)用最廣的單片機(jī)。單片機(jī)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。

微控制器和微處理器是兩個(gè)不同的概念。微控制器是一種集成了處理器、內(nèi)存、輸入/輸出接口和其他外設(shè)的集成電路芯片。它專(zhuān)門(mén)用于控制和管理各種電子設(shè)備，如家電、汽車(chē)電子系統(tǒng)、工業(yè)自動(dòng)化等。微控制器通常被用來(lái)執(zhí)行簡(jiǎn)單的任務(wù)，如控制開(kāi)關(guān)、采集數(shù)據(jù)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)等。

隨著芯片密度和復(fù)雜性的降低，以及制造成本的減少，微控制器和微處理器之間的差異變得模糊。微控制器和微處理器都擁有類(lèi)似“通用計(jì)算機(jī)”的功能，但微控制器更具有獨(dú)立性，可以直接連接傳感器和執(zhí)行器。而微處理器通過(guò)內(nèi)部總線連接，提供更高的計(jì)算能力，支持RAM和串行端口等硬件。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，咖啡機(jī)使用微控制器，而臺(tái)式計(jì)算機(jī)則使用微處理器。

單片機(jī)具有編程和維護(hù)較為復(fù)雜的特點(diǎn)，常采用C語(yǔ)言或匯編語(yǔ)言進(jìn)行編程，成本較低，I/O接口相對(duì)有限。它是一種微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，集成在一個(gè)硅片上，被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。無(wú)論是手機(jī)、PC外圍設(shè)備、遙控器，還是汽車(chē)電子和工業(yè)控制領(lǐng)域中的步進(jìn)電機(jī)、機(jī)械臂控制等，都可以見(jiàn)到單片機(jī)的身影。

ABOV半導(dǎo)體是單片機(jī)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的領(lǐng)導(dǎo)者，電容式觸摸傳感器，先進(jìn)的不易丟失的存儲(chǔ)器和遙控控制器，總部設(shè)在梧倉(cāng)忠清北道（韓國(guó)）。ABOV在2006年分拆上市，2009年在韓國(guó)KOSDAQ上市。

浮思特科技作為ABOV現(xiàn)代單片機(jī)的一級(jí)代理商，提供穩(wěn)定的8位、32位單片機(jī)及相關(guān)產(chǎn)品的解決方案。

審核編輯：湯梓紅