嵌入式控制器简介-ARM工控主板-深圳联智通达科技有限公司
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作者:id201801120009
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发布时间: 2019-10-23
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微控制器（Micro Control Unit，MCU）诞生于20世纪70年代末，微控制器是在一块芯片上集成了中央处理单元（CPU）、存储器（RAM/ROM等）、定时器/计数器及多种输入/输出（I/O）接口的比较完整的智能数字处理系统。
微控制器（Micro Control Unit，MCU）诞生于20世纪70年代末，微控制器是在一块芯片上集成了中央处理单元（CPU）、存储器（RAM/ROM等）、定时器/计数器及多种输入/输出（I/O）接口的比较完整的智能数字处理系统。
由于微控制器从体系结构到指令系统都是按照嵌入式系统的应用特点而专门设计的，具有体积小和成本低的优点，因此能够很好地满足应用系统的嵌入、面向测控对象、现场可靠运行等方面的要求。
在国内，微控制器通常也称为单片机，品种和数量众多，出现了内部集成有 I2C、CAN-Bus、LCD、A/D和D/A等功能单片机，以及众多专用MCU的兼容系列。比较有代表性的8位微控制器是Intel公司MCS-51系列和16位的TI公司MSP430系列等。
微控制器的最大特点是单片化、体积小、功耗和成本低。但是，由于存储器容量的限制，16位以下的 MCU 系统不适合运行操作系统，难以实现复杂的运算及处理功能。MCU 在软件和硬件设计方面的工作量比例基本相同，各占50％左右。目前，国内市场上常见的 MCU系列如下所述。
（1）51（即MCS-51）系列单片机：是目前应用最广泛的8位单片机，大多基于Intel的MCS-51指令系统，常用的有ATM公司的AT89系列等。
（2）AVR 系列单片机：是Atmel公司于1997年研发的精简指令集（RISC）的高速8位单片机，它全新配置了精简指令集，速度快，大多数的指令仅用1个时钟周期，比51系列单片机单周期指令时间快12倍；片内程序存储器采用Flash存储器，程序保密性高；支持C语言编程；采用CMOS生产工艺，功耗低。AVR系列单片机工作电压为2.7～6.0 V，可以实现耗电最优化；还拥有多种低功耗方式，在掉电方式下工作电流小于1 μA。AVR 系列单片机的片内资源更为丰富，接口功能也更为强大，由于具有价格低的优势，在很多场合可以替代51系列单片机。
（3）MSP430系列单片机：是由TI公司出品的16位单片机，具备JTAG功能，片上外设十分丰富，具有低功耗特色，常用在各种便携式的仪器仪表中。
（4）ARM Cortex-M微控制器：具有32位的ARM Cortex-M微控制器提供优于8位和16位体系结构的代码密度，提高了指令执行的效率。另外，ARM Cortex-M微控制器RK3399主板不但可以通过C语言编程，而且还附带各种高级调试功能以帮助定位软件中的问题。ARM Cortex-M系列是低成本、低功耗和高性能的嵌入式微控制器，通常应用在智能测量、汽车和工业控制系统、人机接口设备、大型家用电器，以及医疗器械等电子设备中。
在采用 MCU 进行系统设计开发时，需要根据设计系统功能的复杂程度、性能指标和精度要求，参照现有 MCU 本身具有的功能、精度、运行速度、存储器容量、功耗和开发成本等几个方面综合考虑选择。一般而言，应主要考虑以下几个方面。
（1）根据所设计任务的复杂程度来决定选择什么样的MCU。推荐使用自身带有Flash存储器的MCU，由于Flash存储器具有电写入、电擦除的优点，使得修改程序很方便，可以提高开发速度。
（2）在 MCU 的运行速度选择上不要片面追求高速度，还应该看其时钟频率和指令集，MCU的稳定性、抗干扰性等参数通常是跟速度成反比的，另外速度快功耗也会相应增大。
（3）I/O端口的数量和功能是选用MCU时要考虑的主要因素之一，应根据实际需要确定其数量，I/O端口过多不仅会使芯片的体积增大，也会增加成本。
（4）MCU 一般内部提供2～3个定时/计数器，有些定时/计数器还具有输入捕获、输出比较和PWM（脉冲宽度调制）功能。现在不少MCU内部还提供了A/D转换器和D/A转换器，充分利用这些功能不仅可以简化软件设计，而且还能减少MCU资源的占用。
（5）常见的MCU串行接口有通用异步接收发送接口（UART）、集成总线接口（I2C）、串行外部接口（SPI）、通用串行总线接口（USB）等，可以根据实际需要选择不同的MCU。
（6）MCU的工作电压一般为3.3 V和5 V，功耗参数主要是指正常模式、空闲模式、掉电模式下的工作电流，选用电池供电的 MCU 系统要选用电流小的产品，同时要考虑是否要用到掉电模式，可选择有相应功能的MCU。
（7）MCU芯片的封装一般有DIP（双列直插式封装）、PLCC（带有引线的芯片载体）、QFP（四侧引脚扁平封装）、SOP（双列小外形贴片封装）等类型，可以根据实际需要来选择MCU。
另外，还要考虑系统的开发工具、编程器、开发成本、技术支持，以及服务和产品价格等诸多因素。
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