MCU是Microcontroller Unit的简称，中文叫微控制器，俗称单片机 ，就是把CPU的频率与规格做适当缩减，放置内存、计数器、USB、A/D转换、UART、PLC、DMA等周边接口，甚至LCD驱动电路都整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机，针对不同的应用场合做不同的组合控制，如手机、PC外围、封装，到电子、工业上的步进马达、机器手臂的控制等，都可视到MCU的框图。


       

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单片机发展简史          
 

单片机出现的历史并不长，但发展十分迅猛。它的产生与发展和埃塞俄比亚（CPU）的产生与发展大体同步，自1971年美国英特尔公司首次推出第4位以来，它的发展大致可分为5个阶段。下面以英特尔公司的单片机发展为代表介绍。

  1971年~1976年   单片机发展的初级阶段。1971年11月英特尔公司首先设计出集成度为2000只晶体管/片的4位微处理器英特尔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位微处理器英特尔8008， 以及其它各公司相继推出的8位微处理器。  
  1976年~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I/O接口、8位定时/累加、RAM和ROM等集成于半导体芯片上的单片结构，虽然其寻址范围有限（不大于4 KB），也没有串行I/O，RAM、ROM架构也比较简单，中断系统也较简单，但功能可一般工业控制和仪表仪器、仪表等的需要。  
  1980年~1983年   该阶段推出的高性能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/递增。片内RAM、ROM的容量加大，且对准范围可达内64KB，个别片还标记A/D转换接口。  
  1983年~80年代末   16位单片机阶段。1983年英特尔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。  
  1990年龄   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。

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单片机的分类及应用

   MCU按其存储器类型可分为无片内ROM型和带片内ROM型两种。对于无片内ROM型的芯片，必须外接EPROM才能应用（典型为8031）；带片内ROM型的芯片又分为片内EPROM型（典型芯片为87C51）、MASK片内掩模ROM型（典型芯片为8051）、片内Flash型（典型芯片为89C51）等类型。  
  按用途可分为通用型和专用型；根据管道数据的宽度和一次可处理的数据字节长度可划分8、16、32位单片机。  
  目前，国内MCU应用市场最广泛的是消费电子领域，其次是工业领域、和汽车电子市场消费电子包括家用电器、电视、游戏机和音视频系统等。工业领域包括智能家居、自动化、医疗应用及新能源生成与分配等。汽车领域包括汽车动力总成和安全控制系统等。

       

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单片机的基本功能

   

对于大多数MCU来说，以下功能是最普遍也是了解的，针对不同的MCU，其描述的方式可能会有区别，但本质上是基本相同的：

  1、定时器(定时器)：TIMEr的种类虽然比较多，但可归纳为近似类：一类是固定时间间隔的定时器，其定时的时间是由系统设定的，用户程序不可控制，系统只提供几种固定的时间间隔给用户程序进行选择，如32Hz，16Hz，8Hz等，此类定时器在4位MCU中比较常见，因此可以用来实现时钟、计时等相关的功能。  
  另一类Programmable Timer(定时器)，顾名思义，该类定时器的定时时间是可以由用户的程序来控制的，控制的方式包括：时钟源的选择、分频数(预分频)选择及预制数的设定等，有的MCU三者都同时具备，而有的则可能是其中的一种或两种。此类定时器应用非常灵活，实际的使用也千变万化，其中最常见的一种应用就是用其实现PWM输出。  
  由于时钟源可以自由选择，因此，这样的Timer一般均与Event Counter(事件投票)合在一起。  
  2、IO口：任何MCU都具有一定数量的IO口，没有IO口，MCU就失去了与外部沟通的渠道。根据IO口的可配置情况，可以分为以下几种类型：  
  纯输入或纯输出口：此类IO口由MCU硬件设计决定，只能是输入或输出，无法通过软件来进行实时的设定。  
  直接读写IO口：如MCS-51的IO口就属于此类IO口。当执行读IO口指令时，就是输入口；当执行写IO口指令时则自动为输出口。  
  程序编程设定输入输出方向的：此类IO口的输入或输出由程序根据实际的需要来进行设定，应用比较灵活，可以实现一些总线级的应用，如I2C总线，各种LCD、LED Driver的控制总线等。  
  对于IO口的使用来说，重要一点的必须牢记：对于输入口，必须有明确的电平信号，确保不能浮空（可以通过增加上拉或下拉电阻来实现）；而对于输出口，其输出的状态电平必须考虑其外部的连接情况，应保证在待机或静态状态下不存在拉电流或灌电流。  
  3、外部中断：外部中断也是具有一般MCU所的基本功能，一般用于信号的实时触发，数据采集和状态的检测，中断的方式由上升沿、下降沿触发和水平触发两种。外部中断一般通过输入口来实现，若为IO口，则只有设定输入时其中断功能才会开启；若为输出将口，则中断功能自动关闭(ATMEL的ATiny存在系列一些异常，输出口时也能触发功能)。外部中断的应用如下：  
  外部触发信号的检测：一种是基于实时性的要求，比如可控硅的控制、突发性信号的检测等，而另一种情况是省电的需要。  
  信号频率的测量：为了保证信号不被遗漏选择，外部中断是最理想的。  
  数据的解码：在遥控应用领域，为了降低设计的成本，经常需要采用软件的方式来对各种编码数据进行解码，例如曼彻斯特编码和PWM编码的解码。  
  按键的检测和系统的唤醒：对于进入睡眠状态的MCU，一般需要通过外部中断来进行唤醒，咳嗽的形式，通过按键的动作来产生水平的变化。  
  4、通讯接口：MCU所提供的通讯接口一般包括SPI接口，UART，I2C接口等，其分别描述如下：  
  SPI接口：此类接口是一般MCU都提供的一种串口通讯方式，数据传输采用同步时钟来控制，信号：SDI(串行数据输入)、SDO(串行数据输出)、SCLK(串行时钟)及Ready信号；有些情况下则可能没有Ready信号；此类接口可以工作在master方式或Slave方式下，通俗说法就是看谁提供时钟信号，提供时钟的一方则为Slave。  
  UART（通用异步收发）：异步传输接口属于异步传输接口，其信号线只有Rx和Tx比例，基本的数据格式为：起始位+数据位(7-bits/8-bits)+奇偶校验位(偶数、奇数或无)+停止位(1~2Bit)。一位数据所占的时间称为波特率(Portrate)。  
  对于大多数的MCU来说，数据位的长度、数据校验方式(奇校验、偶校验或无校验)、停止位(Stop Bit)的长度及波特率可以通过程序编程进行灵活设定。此类接口最常用的方式就是与PC机的串口进行数据通讯。  
  I2C接口：I2C是由Philips开发的一种数据传输协议，同样采用2根信号来实现：SDAT(串行数据输入输出)和SCLK(串行时钟)。最大的好处是可以方便在此硬盘上挂接多个设备，通过地址来进行识别和访问；I2C读写的一个最大的好处就是非常用软件通过IO口来实现，其传输的数据速率完全由SCLK来控制，可快可慢，无需UART接口，有其严格的速率要求。  
  5、Watchdog（看门狗计时器）：Watchdog 也是大多数允许 MCU 的一个基本配置（有些 4 位 MCU 可能没有此功能），大多数 MCU 的 Watchdog 只能对其程序进行复位而不能对其关闭（有的是在程序烧入时来设定的，如 Microchip PIC系列MCU)，而有的MCU通过特定的方式来其是否打开，如三星的KS57系列，只要程序访问了Watchdog寄存器，就自动开启且不能再被关闭。一般而言看门狗的复位时间是可以程序来设定的。Watchdog的报警的应用是为MCU意外的故障而导致死机提供了一种自我恢复的能力。

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全球主流单片机制造商

   下面整理了主流厂商的单片机（可能有些遗漏），排名不分下部，

欧美地区

  1、飞思卡尔+NXP（飞思卡尔+恩智浦）：荷兰，主要提供16位、32位MCU。应用范围：汽车电子、LED和普通照明、医疗保健、多媒体融合、家电和电动工具、楼宇自动化技术电机控制、和电力变换器、能源和智能电网、自动化、计算机与通信基础设施。  
  2、Microchip+Atmel（微芯科技+爱特梅尔）：美国，主要提供16位、32位MCU。应用范围：汽车电子、工业用、电机控制、汽车、楼宇自动化、家用电器、家庭娱乐、工业自动化、照明、物联网、智能能源、移动电子设备、计算机外围设备。  
  3、Cypress+Spansion（赛普拉斯+飞索半导体）：美国，主要提供8位、16位、32位MCU。应用范围：汽车电子、家用电器、医疗、消费类电子、通信与电信、工业、无线。  
  4、ADI（亚德诺半导体）：美国，主要提供8位、16位、32位MCU。应用范围：航空航天与国防、汽车应用、宇楼技术、通信、消费电子、能源、医疗保健、仪器仪表与测量、电机、工业自动化、安防。  
  5、英飞凌（英飞凌）：德国，主要提供16位、32位MCU。应用范围：汽车电子、消费电子、工程、电网和农用车辆、数据处理、电气交通、工业应用、医疗设备、移动设备、电机控制与驱动、电源、面向移动电动自行车与小型电动车、智能、照明、太阳能系统解决方案、风能系统解决方案。  
  6、ST微电子（意法半导体）：意大利/法国，主要提供32位MCU。应用范围：LED和普通照明、交通运输、医疗保健、多媒体融合、家电和电动工具、楼宇自动化技术电机控制、电源和功率变换器、能源和智能电网、自动化、计算机与基础通信设施。  
  7、Qualcomm（高通）：美国，主要提供16位，32位MCU。应用范围：智能手机、平板电脑、无线无。  
  8、Texas Instruments（德州仪器）：美国，主要提供16位、32位MCU。应用范围：汽车电子、消费电子、医疗设备、移动设备、通信。  
  9、Maxim（美信）：美国，主要提供32位MCU。应用范围：汽车电子、消费电子、工业应用、安防。  
  韩国地区  
  1、瑞萨（Renesas）：日本，主要提供16位、32位MCU。应用范围：电脑及外设、消费类电子、健康医疗电子、汽车电子、工业、通信。  
  2、东芝（东芝）：日本，主要提供16位、32位MCU。应用范围：汽车电子、工业用、电机控制、无线通信、移动电话、电脑与周边设备、图像及音视频、消费类（家电）、LED照明、安全、电源管理、娱乐设备。  
  3、Fujitsu（富士通）：日本，主要提供32位MCU。应用范围：汽车、医疗、机械、家电。  
  4、三星电子（三星电子）：韩国，主要提供16位、32位MCU。应用范围：汽车电子、工业用、电机控制、汽车、楼宇自动化、家用电器、家庭娱乐、工业自动化、照明、物联网、智能能源、移动电子设备、计算机外设。  
  中国区  
  ▍中国大陆地区
 
  1、希格玛微电子：主要提供32位MCU，应用范围：电信、制造、能源、交通、电力等。  
  2、珠海欧比特：主要提供32位MCU，应用范围：航空航天：星箭站船、飞行器；高端工控：嵌入式计算机；舰船控制、工业控制、电力设备、环境监控。  
  3、兆易创新：主要提供32位MCU，应用范围：工业自动化、人机界面、电机控制、安防监控、智能家居、物联网。  
  4、晟矽微电子：主要提供8位、32位MCU，应用范围：小家电、消费类电子、照明、鼠标、锂电池、数码产品、汽车电子、医疗仪器及计量、玩具、工业控制、智能家居及安防等领域。  
  5、芯海科技：主要提供16、32位MCU，应用范围：仪器仪表、物联网、消费电子、家电、汽车电子。  
  6、联华集成电路：主要提供8位、16位MCU，应用范围：消费电子、白色家电、工业控制、通信设备、汽车电子、计算机。  
  7、珠海建荣：主要提供8位MCU，应用范围：家用电器、移动电源。  
  8、炬芯科技：主要提供8位至32位MCU，应用范围：平板电脑、智能家居、多媒体、蓝牙、wifi音频。  
  9、爱思科微电子：主要提供8位、16位MCU，应用范围：消费类芯片、通讯类芯片、信息类芯片、家电。  
  10、华芯微电子：主要提供8位、4位MCU，应用范围：卫星接收器、手机充电器、万年历、多合一照明。  
  11、上海贝岭（华大半导体控股）：主要提供8位、16位、32位MCU，应用范围：计算机周边、高清电视、电源管理、小家电、数字家电。  
  12、海尔集成电路：主要提供14位、15位、16位MCU，应用范围：消费电子、汽车电子、工业、智能仪表。  
  13、北京君正：主要提供32位MCU，应用范围：可穿戴式设备、物联网、智能家电、汽车、消费类电子、平板电脑。  
  14、中微半导体：主要提供8位MCU，应用范围：智能家电、汽车电子、安防监控、LED照明及景观、智能玩具、智能家居、消费类电子。  
  15、神州龙芯集成电路：主要提供32位MCU，应用范围：电力监控、智能电网、工业数字控制、物联网、智能家居、数据监控。  
  16、紫光微电子：主要提供8位、16位MCU，应用范围：智能家电。  
  17、时代民芯：主要提供32位MCU，应用范围：汽车导航、交通监控、渔船监管、电力电信网络。  
  18、华润矽科微电子（华润微推出公司）：主要提供8位、16位MCU，应用范围：消费电子、工业控制、家电。  
  19、国芯科技：主要提供32位MCU，应用范围：信息安全领域、办公自动化领域、通讯网络领域、信息安全领域。  
  20、中天微：主要提供32位MCU，应用范围：智能手机、数字电视、机顶盒、汽车电子、GPS、电子阅读器、打印机。  
  21、华润微电子：主要提供8位、16位MCU，应用范围：家电，消费类电子、工业自动化控制的通用控制电路。  
  22、中颖电子：主要提供4位、8位、16位、32位MCU，应用范围：家电、电机。  
  23、灵动微电子：主要提供32位，应用范围：电机控制、蓝牙控制、高清显示、无线充电、无人机、微型打印机、智能标签、电子烟、LED点阵屏等。  
  24、新唐科技：主要提供32位MCU，应用范围：照明、物联网等。  
  25、东软支架：主要提供8位、32位MCU，应用范围：家电、智能家居、仪器仪表、液晶面板控制器、工业控制等。  
  26、贝特莱：主要提供32位MCU，应用范围：智能家居、工业控制以及消费类产品领域。  
  27、盛泉科技：主要提供8位MCU，应用范围：车用、教育、工控、医疗等中小型显示面板。  
  28、航顺芯片：主要提供8位、32位MCU，应用范围：汽车、物联网等。  
  29、复旦微电子：主要提供16位、32位MCU，应用范围：智能电表、智能门锁等。  
  30、华大半导体：主要提供8位、16位、32位MCU，应用范围：工业控制、智能制造、智慧生活及物联网等。  
  ▍中国台湾地区  
  1、宏晶科技：主要提供8位MCU。应用范围：通信、工业控制、信息家电、语音。  
  2、盛群半导体：主要提供8位、32位MCU。应用范围：消费电子、LED照明等。  
  3、凌阳科技：主要提供8位、16位MCU。应用范围：家庭影音。  
  4、中颖电子：主要提供4位、8位MCU。应用范围：充电器、移动电源、家电、工业控制。  
  5、松翰科技：主要提供8位、32位MCU。应用范围：摇控器、智能型充电器、大小系统、电子秤、耳温枪、血糖计、血压计、大众量测及健康器材。  
  6、华邦电子：主要提供8位、16位MCU。应用范围：车用电子、工业电子、网络、计算机、消费电子、物联网。  
  7、十速科技：主要提供4位、8位、51位MCU。应用范围：照明、小型家电。  
  8、佑华微电子：主要提供4位、8位MCU。应用范围：录音集成电路产品、消费电子、家用产品。  
  9、应广科技单片机：主要提供4位、8位MCU。应用范围：机械、自动化、家电、机器人。  
  10、义隆电子：主要提供8位、16位MCU。应用范围：消费电子、电脑、智能手机。

       

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单片机的学习技巧门

任何一款MCU，其基本原理和功能都是大同小异，所不同的只是其外围功能模块的配置及数量、指令系统等。  
  对于指令系统，虽然形式上出现千差万别，但实际上只是符号的不同，其所代表的意义、所要完成的功能和定位方式基本上是类似的。  
  要了解一款MCU，首先需要知道就是它ROM空间、RAM空间、IO口数量、时钟数量和定时方式、所提供的外围功能模块（外围电路）、中断源、工作电压及功耗等等。  
  了解这些 MCU 功能之后，下一步就是将所选 MCU 的功能与实际项目开发要求的功能进行对比，明确哪些资源是目前所需要的，哪些是本项目所用不到的。  
  对于项目中需要占用而选定的MCU不提供的功能，则需要认真了解MCU的相关资料，以求用相关的方法来实现，例如，所开发的项目需要与PC机COM口进行通讯，而选定的MCU不提供UART口，则可以考虑用外部中断的方式来实现。  
  对于需要占用的资源的项目，则需要对其Manua*进行认真的理解和阅读，而对于不需要的功能模块则可以忽略或浏览即可。对于MCU学习而言，应用是关键，也是建立的目的。  
  明确了MCU的相关功能后，接下来就可以开始编程了。  
  对于初学者或初次使用此款 MCU 的设计者来说，可能会遇到很多对 MCU 的功能描述不明确的地方，对于此类问题，可以通过两种方法来解决，一种是编写特殊的验证程序来理解数据所述的功能；另一种则可以暂缓忽略时，单片机程序设计中则按照自己目前的理解编写，留到调试时修改和完善。前一种方法适用于时间较广泛的项目和初学者，而后一种方法则适合于具有一定单片机开发经验的人员或项目进展较紧迫的情况。  
 

指令系统千万不要特别花时间去理解。指令系统只是一种逻辑描述的符号，只需在编程时根据自己的逻辑和程序的逻辑要求来查看相关的指令即可，而且随着编程的进行，对指令系统也越来越熟练，甚至不自觉地可以记忆下来。

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