MCU 又名：單片微型計算機(SingleChipMicrocomputer)或者單片機

       微控制單元(Microcontroller Unit；MCU) ，又稱單片微型計算機(Single Chip Microcomputer )或者單片機，是把中央處理器(Central Process Unit；CPU)的頻率與規格做適當縮減，并將內存(memory)、計數器(Timer)、USB、A/D轉換、UART、PLC、DMA等周邊接口，甚至LCD驅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、工業上的步進馬達、機器手臂的控制等，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計，例如錄音機機芯控制器、打印機控制器、電機控制器等。

按其基本操作處理的數據位數分類：

       根據總線或數據暫存器的寬度，單片機又可分為1位、4位、8位、16位、32位甚至64位單片機。4位MCU大部份應用在計算器、車用儀表、車用防盜裝置、呼叫器、無線電話、CD播放器、LCD驅動控制器、LCD游戲機、兒童玩具、磅秤、充電器、胎壓計、溫濕度計、遙控器及傻瓜相機等；8位MCU大部份應用在電表、馬達控制器、電動玩具機、變頻式冷氣機、呼叫器、傳真機、來電辨識器（CallerID）、電話錄音機、CRT顯示器、鍵盤及USB等；8位、16位單片機主要用于一般的控制領域，一般不使用操作系統， 16位MCU大部份應用在行動電話、數字相機及攝錄放影機等；32位MCU大部份應用在Modem、GPS、PDA、HPC、STB、Hub、Bridge、Router、工作站、ISDN電話、激光打印機與彩色傳真機； 32位用于網絡操作、多媒體處理等復雜處理的場合，一般要使用嵌入式操作系統。64位MCU大部份應用在高階工作站、多媒體互動系統、高級電視游樂器（如SEGA的Dreamcast及Nintendo的GameBoy）及高級終端機等。

       8位MCU工作頻率在16~50MHz之間，強調簡單效能、低成本應用，在目前MCU市場總值仍有一定地位，而不少MCU業者也持續為8bit MCU開發頻率調節的節能設計，以因應綠色時代的產品開發需求。

       16位MCU，則以16位運算、16/24位尋址能力及頻率在24~100MHz為主流規格，部分16bit MCU額外提供32位加/減/乘/除的特殊指令。由于32bit MCU出現并持續降價及8bit MCU簡單耐用又便宜的低價優勢下，夾在中間的16bit MCU市場不斷被擠壓，成為出貨比例中最低的產品。

       32位MCU可說是MCU市場主流，單顆報價在1.5~4美元之間，工作頻率大多在100~350MHz之間，執行效能更佳，應用類型也相當多元。但32位MCU會因為操作數與內存長度的增加，相同功能的程序代碼長度較8/16bit MCU增加30~40%，這導致內嵌OTP/FlashROM內存容量不能太小，而芯片對外腳位數量暴增，進一步局限32bit MCU的成本縮減能力。

內嵌程序存儲器類型

       下面以51單片機為例（MCS-51系列MCU是我國使用最多的單片機），根據其內部存儲器的類型不同可以分為以下幾個基本型：

       1.無ROM型 ：8031

       2.ROM型：8051

       3.EPROM型：8751

       4.EEPROM 型：8951

       5.增強型：8032/8052/8752/8952/C8051F

       MCU按其存儲器類型可分為無片內ROM型和帶片內ROM型兩種。對于無片內ROM型的芯片，必須外接EPROM才能應用（典型芯片為8031）。帶片內ROM型的芯片又分為片內EPROM型（典型芯片為87C51）、MASK片內掩模ROM型（典型芯片為8051）、片內FLASH型（典型芯片為89C51）等類型，一些公司還推出帶有片內一次性可編程ROM（One Time Programming, OTP)的芯片（典型芯片為97C51)。MASKROM的MCU價格便宜，但程序在出廠時已經固化，適合程序固定不變的應用場合；FLASH ROM的MCU程序可以反復擦寫，靈活性很強，但價格較高，適合對價格不敏感的應用場合或做開發用途；OTPROM的MCU價格介于前兩者之間，同時又擁有一次性可編程能力，適合既要求一定靈活性，又要求低成本的應用場合，尤其是功能不斷翻新、需要迅速量產的電子產品。

       由于MCU強調是最大密集度與最小芯片面積，以有限的程序代碼達成控制功能，因此當今MCU多半使用內建的MaskROM、OTP ROM、EEPROM或Flash內存來儲存韌體碼，MCU內建Flash內存容量從低階4~64KB到最高階512KB~2MB不等。

存儲器結構

       MCU根據其存儲器結構可分為哈佛（Harvard）結構和馮?諾依曼（Von Neumann）結構?，F在的單片機絕大多數都是基于馮·諾伊曼結構的，這種結構清楚地定義了嵌入式系統所必需的四個基本部分：一個中央處理器核心，程序存儲器（只讀存儲器或者閃存）、數據存儲器（隨機存儲器）、一個或者更多的定時/計時器，還有用來與外圍設備以及擴展資源進行 通信 的輸入/輸出端口，所有這些都被集成在單個集成電路芯片上。

指令結構

       MCU根據指令結構又可分為CISC(Complex Instruction Set Computer,復雜指令集計算機)和RISC(Reduced Instruction Set Comuter,精簡指令集計算機微控制器)

技術原理

       MCU同溫度傳感器之間通過I2C總線連接。I2C總線占用2條MCU輸入輸出口線，二者之間的通信完全依靠軟件完成。溫度傳感器的地址可以通過2根地址引腳設定，這使得一根I2C總線上可以同時連接8個這樣的傳感器。本方案中，傳感器的7位地址已經設定為1001000。MCU需要訪問傳感器時，先要發出一個8位的寄存器指針，然后再發出傳感器的地址（7位地址，低位是WR信號）。傳感器中有3個寄存器可供MCU使用，8位寄存器指針就是用來確定MCU究竟要使用哪個寄存器的。本方案中，主程序會不斷更新傳感器的配置寄存器，這會使傳感器工作于單步模式，每更新一次就會測量一次溫度。

       要讀取傳感器測量值寄存器的內容，MCU必須首先發送傳感器地址和寄存器指針。MCU發出一個啟動信號，接著發出傳感器地址，然后將RD/WR管腳設為高電平，就可以讀取測量值寄存器。

       為了讀出傳感器測量值寄存器中的16位數據，MCU必須與傳感器進行兩次8位數據通信。當傳感器上電工作時，默認的測量精度為9位，分辨力為0.5 C/LSB（量程為-128.5 C至128.5 C）。本方案采用默認測量精度，根據需要，可以重新設置傳感器，將測量精度提高到12位。如果只要求作一般的溫度指示，比如自動調溫器，那么分辨力達到1 C就可以滿足要求了。這種情況下，傳感器的低8位數據可以忽略，只用高8位數據就可以達到分辨力1 C的設計要求。由于讀取寄存器時是按先高8位后低8位的順序，所以低8位數據既可以讀，也可以不讀。只讀取高8位數據的好處有二，第一是可以縮短MCU和傳感器的工作時間，降低功耗；第二是不影響分辨力指標。

       MCU讀取傳感器的測量值后，接下來就要進行換算并將結果顯示在LCD上。整個處理過程包括：判斷顯示結果的正負號，進行二進制碼到BCD碼的轉換，將數據傳到LCD的相關寄存器中。

數據處理完畢并顯示結果之后，MCU會向傳感器發出一個單步指令。單步指令會讓傳感器啟動一次溫度測試，然后自動進入等待模式，直到模數轉換完畢。MCU發出單步指令后，就進入LPM3模式，這時MCU系統時鐘繼續工作，產生定時中斷喚醒CPU。定時的長短可以通過編程調整，以便適應具體應用的需要。

發展歷史

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

1971-1976

       單片機發展的初級階段。 1971年11月Intel公司首先設計出集成度為2000多只晶體管/片的4位微處理器Intel 4004, 并配有RAM、ROM和移位寄存器, 構成了第一臺MCS—4微處理器, 而后又推出了8位微處理器Intel 8008, 其它各公司也相繼推出的8位微處理器。

1976-1980

       低性能單片機階段。 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/計數器、RAM和ROM等集成于一塊半導體芯片上的單片結構, 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, 中斷系統也較簡單, 但其功能可滿足一般工業控制和智能化儀器、儀表等的需要。

1980-1983

       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, 多個16位定時器/計數器。片內RAM、ROM的容量加大，且尋址范圍可達64 KB，個別片內還帶有A/D轉換接口。

1983-80年代末

       16位單片機階段。1983年Intel公司又推出了高性能的16位單片機MCS－96系列, 由于其采用了最新的制造工藝, 使芯片集成度高達12萬只晶體管/片。

1990年代

       單片機在集成度、功能、速度、可靠性、應用領域等全方位向更高水平發展。

       按照單片機的特點，單片機的應用分為單機應用與多機應用。在一個應用系統中，只使用一片單片機稱為單機應用。單片機的單機應用范圍包括：

       (1) 測控系統。用單片機可以構成各種不太復雜的工業控制系統、自適應控制系統、數據采集系統等, 達到測量與控制的目的。

       (2) 智能儀表。用單片機改造原有的測量、控制儀表, 促進儀表向數字化、智能化、多功能化、綜合化、柔性化方向發展。

       (3) 機電一體化產品。單片機與傳統的機械產品相結合, 使傳統機械產品結構簡化, 控制智能化。

       (4) 智能接口。在計算機控制系統, 特別是在較大型的工業測、控系統中, 用單片機進行接口的控制與管理, 加之單片機與主機的并行工作, 大大提高了系統的運行速度。

       (5) 智能民用產品。如在家用電器、玩具、游戲機、聲像設備、電子秤、辦公設備、廚房設備等許多產品中，單片機控制器的引入不僅使產品的功能大大增強，性能得到提高，而且獲得了良好的使用效果。

       單片機的多機應用系統可分為功能集散系統、并行多機處理及局部網絡系統。

       (1) 功能集散系統。 多功能集散系統是為了滿足工程系統多種外圍功能的要求而設置的多機系統。

       (2) 并行多機控制系統。 并行多機控制系統主要解決工程應用系統的快速性問題, 以便構成大型實時工程應用系統。

       (3) 局部網絡系統。

       單片機按應用范圍又可分成通用型和專用型。專用型是針對某種特定產品而設計的，例如用于體溫計的單片機、用于洗衣機的單片機等等。在通用型的單片機中，又可按字長分為4位、8位、16/32位，雖然計算機的微處理器現在幾乎是32/64位的天下，8位、16位的微處理器已趨于萎縮，但單片機情況卻不同，8位單片機成本低，價格廉，便于開發，其性能能滿足大部分的需要，只有在航天、汽車、機器人等高技術領域，需要高速處理大量數據時，才需要選用16/32位，而在一般工業領域，8位通用型單片機，仍然是目前應用最廣的單片機。

       到目前為止，中國的單片機應用和嵌入式系統開發走過了二十余年的歷程，隨著嵌入式系統逐漸深入社會生活各個方面，單片機課程的教學也有從傳統的8位處理器平臺向32位高級RISC處理器平臺轉變的趨勢，但8位機依然難以被取代。國民經濟建設、軍事及家用電器等各個領域，尤其是手機、汽車自動導航設備、PDA、智能玩具、智能家電、醫療設備等行業都是國內急需單片機人才的行業。行業高端目前有超過10余萬名從事單片機開發應用的工程師，但面對嵌入式系統工業化的潮流和我國大力推動建設“嵌入式軟件工廠”的機遇，我國的嵌入式產品要融入國際市場，形成產業，則必將急需大批單片機應用型人才，這為高職類學生從事這類高技術行業提供了巨大機會。

英漢計算機詞匯

       Main Computational Unit,主要計算部件; Maintenance Control Unit, 維護控制器; Master Control Unit, 主控制器; Memory Control Unit, 存儲(器)控制器;Micro (computer) Control Unit, 微(計算機)控制器; Microprocessor Control Unit, 微處理機控制器

區別

MCU和SOC的區別

       MCU（微控制器單元）和SoC（系統級芯片）都是集成電路的重要類型，它們在電子設備中，尤其是嵌入式系統中，發揮著關鍵作用。盡管它們有相似之處，但也存在顯著的區別。以下是對MCU和SoC之間區別的詳細分析：

定義與集成度：

       MCU：是一種集成了處理器核心（通常是低功耗的）、內存（RAM和ROM）、輸入/輸出接口以及其他功能于單一芯片的小型計算機。它的集成度相對較低，專注于基本的控制和處理任務。

       SoC：是一種高度集成的電路，不僅包含了傳統MCU的功能，還集成了更多的系統組件，如完整的操作系統、高性能處理器（如CPU、GPU）、多媒體處理單元、網絡接口等。SoC在單個芯片上實現了更高層次的系統集成。

性能：

       MCU：通常具有較低的處理能力和內存容量，適用于簡單的控制和數據處理任務。

       SoC：包含高性能的處理器核心，能夠處理復雜的任務和大量的數據，適用于需要高計算能力和多任務處理的應用場景。

功耗：

       MCU：設計注重低功耗，適合在電池供電或能源受限的環境中長期運行。

       SoC：由于其高性能和集成的多功能模塊，功耗相對較高。

應用領域：

       MCU：廣泛應用于家用電器、汽車電子、工業控制系統等領域，執行簡單的控制和管理任務。

       SoC：用于更復雜的系統，如智能手機、平板電腦、高端嵌入式系統等，這些系統需要更高的處理能力和更豐富的功能支持。

成本：

       MCU：通常成本較低，適合成本敏感的應用。

       SoC：由于其高度集成和強大的性能，可能成本較高。

       綜上所述，MCU和SoC在定義、性能、功耗、應用領域和成本等方面存在顯著差異。在選擇使用MCU還是SoC時，需要根據項目的具體需求、預算、功耗要求和性能需求來做出決策。

MCU和DSP的區別

       MCU（微控制器單元，Microcontroller Unit）和DSP（數字信號處理器，Digital Signal Processor）在多個方面存在顯著的區別，以下從幾個關鍵維度進行詳細比較：

一、定義與功能

       MCU：MCU是一種基于單片微處理器的集成電路，集成了CPU、存儲器、輸入/輸出接口等功能模塊。它主要用于實現對各種外設的控制和管理，具有集成度高、低功耗、易于開發、實時性強和低成本等特點。

       DSP：DSP是一種專門的微處理器芯片，其結構為數字信號處理的操作需要而優化。它主要用于實現復雜的數字信號處理任務，如音頻處理、圖像處理等，具有高性能的運算能力和豐富的數據處理功能。

二、架構與性能

       MCU：MCU的架構通常比較簡單，運算速度和數據處理能力相對較低，但功耗非常低。它適用于對實時性要求不高的應用，如家電控制、汽車電子、工業控制等領域。

       DSP：DSP的架構更加復雜，專為高速數字信號處理而設計。它通常采用哈佛結構，將存儲器空間劃分成兩個，分別存儲程序和數據，以提高數據訪問速度。DSP的運算速度和數據處理能力非常高，適用于對實時性要求較高的應用。

三、應用領域

       MCU：MCU廣泛應用于家電、汽車電子、工業自動化、醫療設備、通信設備、安防系統、農業和環境監測等領域。例如，在家電領域，MCU可以實現對洗衣機、冰箱、空調等設備的智能控制；在汽車電子領域，MCU可以應用于發動機控制、剎車系統、車載娛樂系統等。

       DSP：DSP主要應用于通信、音視頻處理、圖像處理等領域。例如，在通信領域，DSP可以實現對信號的高效處理，提高通信系統的性能和可靠性；在音視頻處理領域，DSP可以實現音頻編解碼、視頻編解碼等功能，提高音視頻質量。

四、其他區別

       存儲器結構：MCU通常采用馮·諾依曼結構，只有一個存儲器空間；而DSP則通常采用哈佛結構，將存儲器空間劃分成程序和數據兩個獨立的空間。

       定點計算：DSP普遍采用定點計算方式，以避免使用浮點機器并確保數字的準確性。而MCU在處理數字信號時可能更多地依賴于浮點計算。

       尋址方式與乘法運算：DSP處理器往往支持專門的尋址模式，并且使用專門的硬件來實現單周期乘法，支持高效的乘法累加運算。相比之下，MCU可能不是為密集乘法任務設計的，其乘法運算效率較低。

       綜上所述，MCU和DSP在定義、功能、架構、性能、應用領域以及具體的技術實現等方面都存在顯著的區別。在實際應用中，應根據具體的需求和場景選擇合適的處理器。隨著科技的不斷發展，MCU和DSP將在更多領域發揮更大的作用。