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          MCU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)




           



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