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前言

MCU是Microcontroller Unit的缩写，中文简称微控制器，俗称单片机。 LCD驱动电路集成在单一芯片上，构成芯片级计算机，可针对不同应用进行不同的组合控制，如手机、PC外设、遥控器、汽车电子、工业步进电机、机械臂等. 等等，可以看到MCU的身影了。

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微控制器发展简史

单片机的历史不长，但发展非常迅速。 它的生产和发展与微处理器（CPU）大致同步。 自1971年美国英特尔公司首次推出4位微处理器以来，其发展至今大致可分为五个阶段。 下面以Intel单片机的发展历程为代表进行介绍。

1971~1976

微控制器开发的初始阶段。 1971年11月，英特尔公司首先设计出集成度为2000个晶体管/芯片的4位微处理器Intel 4004，并配备了RAM、ROM和移位寄存器，构成了第一个MCS-4微处理器，然后是8位Intel 8008微处理器推出，各家公司相继推出其他8位微处理器。

1976~1980

低性能 MCU 级。 以英特尔公司1976年推出的MCS-48系列为代表，采用单片结构，在一块半导体芯片上集成了8位CPU、8位并行I/O接口、8位定时器/计数器、RAM和ROM，虽然它的寻址范围有限（不大于4KB），没有串行I/O，RAM和ROM容量小，中断系统比较简单，但其功能可以满足一般工业控制和智能仪器仪表。

1980~1983

高性能微控制器阶段。 现阶段推出的高性能8位单片机一般都带有串口、多级中断处理系统和多个16位定时器/计数器。 片上RAM和ROM容量增加，寻址范围可达64 KB，个别芯片还带有A/D转换接口。

1983~1980年代后期

16 位 MCU 阶段。 1983年，英特尔公司推出高性能16位单芯片MCS-96系列。 由于采用了最新的制造技术，芯片集成度高达120,000个晶体管/芯片。

1990年代

单片机在集成度、功能、速度、可靠性、应用领域等各方面都在向更高层次发展。

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单片机的分类及应用

根据其存储器类型，MCU可分为不带片上ROM和带片上ROM两种类型。 对于没有片上ROM的芯片，必须外接EPROM（一般为8031）； 带有片上ROM的芯片又分为片上EPROM（典型的是87C51）、MASK片上掩模ROM（典型的芯片是87C51，芯片是8051）、片上Flash型（典型的芯片是89C51）等类型。

按用途可分为通用型和专用型； 根据数据总线的宽度和一次可处理的数据字节长度，可分为8位、16位和32位MCU。

目前，国内MCU应用市场以消费电子领域应用最为广泛，其次是工业领域和汽车电子市场。 消费电子产品包括家用电器、电视、游戏机以及音频和视频系统等。 工业领域包括智能家居、自动化、医疗应用以及新能源发电和配电。 汽车领域包括汽车动力总成和安全控制系统等。

到单片机的数字。

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单片机的基本功能

对于大多数 MCU，以下功能是最常见和最基本的。 对于不同的MCU，描述可能不同，但本质上基本相同：

1、TImer（定时器）：虽然TImer的种类很多，但大致分为两类：一类是固定时间间隔的TImer，即定时由系统设定，用户程序无法控制。 只提供几个固定的时间间隔供用户程序选择，如32Hz、16Hz、8Hz等。这种TImer在4位MCU中比较常见，因此可以用来实现时钟、定时等相关功能.

另一类是Programmable Timer（可编程定时器）。 顾名思义，这类Timer的计时时间可以由用户程序控制。 控制方式包括：时钟源的选择、分频（Prescale）的选择和预制数设置等。有的MCU同时具备这三者，而有的MCU则可能只有其中的一种或两种。 这种Timer的应用非常灵活，实际的使用也是千变万化的。 最常见的应用之一是用它来实现PWM输出。

由于时钟源可以自由选择，所以此类定时器一般与事件计数器结合使用。

2、IO口：任何MCU都有一定数量的IO口。 没有IO口，MCU就会失去与外界的通信通道。 根据IO口的配置，可分为以下几种：

纯输入或纯输出口：这种类型的IO口由MCU硬件设计决定。 只能输入或输出，不能通过软件实时设置。

直接读写IO口：比如MCS-51的IO口就属于此类IO口。 执行读IO口指令时，为输入口； 当执行写IO口指令时，自动为输出口。

程序编程设置输入输出方向：该类IO口的输入或输出由程序根据实际需要设置，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驱动器控制总线等。

对于IO口的使用，必须牢记重要的一点：对于输入口，必须有明确的电平信号，保证不能悬空（可以通过加上拉或上拉-降压电阻）； 对于输出端口，其输出状态电平必须考虑其外部连接，应确保在 Standby 或静态状态下没有电流源或吸收器。

3、外部中断：外部中断也是大部分MCU的基本功能。 一般用于信号的实时触发、数据采样和状态检测。 中断有几种类型：上升沿触发、下降沿触发和电平触发。 外部中断一般通过输入端口实现。 如果是IO口，只有设置为输入时才会启用中断功能； 如果是输出口，外部中断功能会自动关闭（ATMEL的ATiny系列有一些例外，输出口也可以触发中断功能）。 外部中断的应用如下：

外部触发信号的检测：一是基于实时性要求，如可控硅的控制，突发信号的检测等，二是省电的需要。

信号频率的测量：为保证信号不丢失，外部中断是理想的选择。

数据解码：在遥控应用领域，为了降低设计成本，往往需要用软件对各种编码数据进行解码，如曼彻斯特解码、PWM编码等。

按键检测和系统唤醒：对于进入Sleep状态的MCU，一般需要通过外部中断来唤醒。 最基本的形式是一个键，电平变化是由键的动作产生的。

4、通信接口：MCU提供的通信接口一般包括SPI接口、UART、I2C接口等，分别说明如下：

SPI接口：这类接口是大多数MCU提供的最基本的通信方式。 它的数据传输由同步时钟控制。 信号包括：SDI（串行数据输入）、SDO（串行数据输出）、SCLK（串行时钟）和Ready信号； 在某些情况下，可能没有就绪信号； 这类接口可以工作在Master模式或者Slave模式，通俗的说法就是看谁提供时钟信号，提供时钟的一方是Master，对方就是Slaver。

UART（Universal Asynchronous Receive Transmit）：是最基本的异步传输接口。 它的信号线只有Rx和Tx。 基本数据格式为：起始位+数据位（7-bits/8-bits）+校验位（Even, Odd or None）+停止位（1~2Bit）。 一位数据所花费的时间称为波特率（baud rate）。

对于大多数MCU来说，数据位的长度、数据校验方式（奇校验、偶校验或不校验）、停止位（Stop Bit）的长度和波特率都可以通过编程灵活设置。 当然。 这类接口最常用的方式是与PC机的串口通信。

I2C接口：I2C是Philips公司开发的一种数据传输协议，也是由两个信号实现的：SDAT（串行数据输入输出）和SCLK（串行时钟）。 它最大的优点是可以在这条总线上连接多个设备，可以通过地址来识别和访问； I2C总线最大的一个好处就是可以很方便的通过IO口用软件实现，它的传输数据速率完全由SCLK来控制，可以快也可以慢，不像UART接口，对速度有严格的要求。

5. Watchdog（看门狗定时器）：看门狗也是大部分MCU的基本配置（部分4位MCU可能没有此功能），而且大部分MCU的Watchdog只能让程序对其复位，不能对其进行复位。 是关闭的（有的是在程序烧入的时候设置的，比如Microchip PIC系列MCU），有的MCU是通过特定的方式来判断是否打开的，比如三星的KS57系列，只要程序访问看门狗寄存器就可以了, 自动开启且无法再次关闭。 一般来说，看门狗的复位时间可以通过程序设置。 Watchdog最基本的应用是为MCU因意外故障而崩溃提供一种自恢复能力。

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全球主流MCU厂商

（排名不分先后，列为主流厂商家用液晶电表控制器，如有遗漏，欢迎评论区补充）

1、Freescale+NXP（飞思卡尔+恩智浦）：荷兰，主要提供16位和32位MCU。 应用：汽车电子、LED 和普通照明、医疗保健、多媒体融合、家用电器和电动工具、楼宇自动化技术电机控制、电源和电源转换器、能源和智能电网、自动化、计算机和通信基础设施。

2、Microchip+Atmel（微芯科技+Atmel）：美国，主要提供16位和32位MCU。 应用：汽车电子、工业、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、计算机外设。

3、Cypress+Spansion（赛普拉斯+Spansion半导体）：美国主要提供8位、16位、32位MCU。 应用：汽车电子、家用电器、医疗、消费电子、通信和电信、工业、无线。

4、ADI（Arnold Semiconductor）：美国主要提供8位、16位、32位MCU。 应用：航空航天与国防、汽车应用、建筑技术、通信、消费电子、能源、医疗保健、仪器与测量、电动机、工业自动化、安全。

5、英飞凌（Infineon）：德国主要提供16位和32位MCU。 应用：汽车电子、消费电子、工程、商用和农用车辆、数据处理、电动交通、工业应用、医疗设备、移动设备、电机控制和驱动、电源、电动自行车和摩托车用小型电动车辆、智能电网、照明、太阳能系统解决方案、风能系统解决方案。

6.意法半导体（STMicroelectronics）：意大利/法国，主要提供32位MCU。 应用：LED 和普通照明、交通、医疗保健、多媒体融合、家用电器和电动工具、楼宇自动化技术电机控制、电源和电源转换器、能源和智能电网、自动化、计算机和通信基础设施。

7、高通（Qualcomm）：美国主要提供16位和32位MCU。 应用：智能手机、平板电脑、无线调制解调器。

8、德州仪器（Texas Instruments）：美国主要提供16位和32位MCU。 应用领域：汽车电子、消费电子、医疗设备、移动设备、通讯。

9、美信（Maxim）：美国主要提供32位MCU。 应用：汽车电子、消费电子、工业应用、安防。

日韩

1. Renesas（瑞萨电子）：日本主要提供16位和32位MCU。 应用领域：电脑及周边、消费电子、保健电子、汽车电子、工业、通讯。

2、东芝（Toshiba）：日本主要提供16位和32位MCU。 应用领域：汽车电子、工业、马达控制、无线通讯、手机、电脑及外设、影音影音、消费类（家电）、LED照明、安防、电源管理、娱乐设备。

3、Fujitsu（富士通）：日本主要提供32位MCU。 应用：汽车、医疗、机械、家用电器。

4、三星电子（Samsung Electronics）：韩国主要提供16位和32位MCU。 应用：汽车电子、工业、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、计算机外设。

中国

▍中国大陆

1、西格玛微电子：主要提供32位MCU，应用于电信、制造、能源、交通、电力等领域。

2、珠海欧比特：主要提供32位MCU，应用范围：航空航天：飞船、飞行器； 高端工控：嵌入式计算机； 船舶控制、工业控制、电力设备、环境监测。

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、盛思微电子：主要提供8位和32位MCU，应用范围：小家电、消费电子、遥控器、鼠标、锂电池、数码产品、汽车电子、医疗仪器及测量、玩具、工业控制、智能家居和安防等领域。

5、芯海科技：主要提供16位和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位和16位MCU，应用范围包括消费电子、白色家电、工业控制、通讯设备、汽车电子、计算机等。

7、珠海建融：主要提供8位MCU，应用范围包括家用电器和移动电源。

8、炬力科技：主要提供8位到32位MCU，应用范围：平板电脑、智能家居、多媒体、蓝牙、wifi音响。

9、爱芯微电子：主要提供8位和16位MCU，应用范围：消费类芯片、通讯芯片、信息芯片、家电产品。

10、华芯微电子：主要提供8位和4位MCU，应用范围：卫星接收器、手机充电器、万年历、一体机遥控器。

11、上海贝岭（华大半导体控股）：主要提供8位、16位、32位MCU，应用范围包括电脑周边、高清电视、电源管理、小家电、数字家电等。

12、海尔集成电路：主要提供14位、15位、16位MCU。 应用：消费电子、汽车电子、工业、智能仪器。

13、北京君正：主要提供32位MCU，应用范围包括可穿戴设备、物联网、智能家电、汽车、消费电子、平板电脑等。

14、中微半导体：主要提供8位MCU，应用范围包括：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、消费电子。

15、神舟龙芯集成电路：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位和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、华润硅微电子（华润微电子子公司）：主要提供8位和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，应用范围包括信息安全、办公自动化、通信网络、信息安全等。

20、中天微：主要提供32位MCU，应用范围包括：智能手机、数字电视、机顶盒、汽车电子、GPS、电子阅读器、打印机等。

21、华润微电子：主要提供8位和16位MCU，应用范围：家电、消费电子、工业自动化控制的通用控制电路。

22、中盈电子：主要提供4位、8位、16位、32位MCU，应用范围：家电、电机。

23、凌动微电子：主要提供32位，应用范围包括：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8位MCU，应用范围：照明、物联网等。

25、东软开利：主要提供8位和32位MCU，应用范围包括家电、智能家居、仪器仪表、液晶面板控制器、工控等。

26. Bethley：主要提供32位MCU，应用范围包括智能家居、工业控制和消费类产品。

27、盛泉科技：主要提供8位MCU，应用范围包括车载、教育、工控、医疗等中小尺寸显示面板。

28、航顺芯片：主要提供8位和32位MCU，应用范围：汽车、物联网等。

29、复旦微电子：主要提供16位和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，应用范围包括工业控制、智能制造、智能生活和物联网等。

▍中国台湾

1、鸿晶科技：主要提供32位MCU。 应用领域：通讯、工业控制、信息家电、语音。

2、盛群半导体：主要提供8位和32位MCU。 应用：消费电子、LED照明等。

3、凌阳科技：主要提供8位和16位MCU。 适用范围：家庭影音。

4、中盈电子：主要提供4位和8位MCU。 应用：充电器、移动电源、家电、工控。

5、颂思科技：主要提供8位和32位MCU。 应用：遥控器、智能充电器、尺寸系统、电子秤、耳温计、血压计、胎压计、各种测量和健康设备。

6、华邦电子：主要提供8位和16位MCU。 应用领域：汽车电子、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：遥控器，小家电。

8、友华微电子：主要提供4位和8位MCU。 应用：记录集成电路产品、消费电子产品、家用产品。

9、盈光科技MCU：主要提供4位和8位MCU。 应用：机械、自动化、家电、机器人。

10、义隆电子：主要提供8位和16位MCU。 应用：消费电子产品、计算机、智能手机。

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单片机学习技巧

对于任何一款单片机，其基本原理和功能都是相似的家用液晶电表控制器，区别仅在于其外围功能模块、指令系统等的配置和数量。

对于指令系统来说，虽然形式上看起来差别很大，但实际上只是符号上的区别，它们所代表的含义、所要完成的功能、寻址方式等基本相似。

了解一个MCU，首先要知道它的ROM空间、RAM空间、IO口数量、定时器数量和计时方式、外围功能模块（Peripheral Circuit）、中断源、工作电压和功耗等。

了解了这些MCU Features之后，接下来就是将所选MCU的功能与实际项目开发所需要的功能进行比较，明确本项目目前需要哪些资源，哪些资源没有用到。

对于项目中需要用到但选用的MCU没有提供的功能，需要仔细了解MCU的相关信息，以间接的方式实现。 例如，开发的项目需要与PC机的COM口通信。 如果选用的MCU没有提供UART口，可以通过外部中断的方式实现。

对于项目开发所需的资源，需要认真理解和阅读Manua*，忽略或浏览不需要的功能模块。 对于单片机的学习，应用是关键，也是主要目的。

明确了MCU的相关功能之后，接下来就是开始编程了。

对于初次使用这款MCU的初学者或者设计人员来说，可能会遇到很多地方对MCU的功能描述不清楚。 对于此类问题，有两种解决方法。 一是编写专门的验证程序，了解资料中描述的功能； 另一个可以暂时忽略，单片机编程是按照你目前的理解写的，留待调试时修改完善。 前一种方法适合项目和时间比较宽松的初学者，后一种方法适合有一定单片机开发经验的人或者项目进度比较紧迫的时候。

命令系统一定不要花特别的时间去理解。 指令系统只是逻辑描述的符号。 你只需要在编程时根据自己的逻辑和程序的逻辑要求检查相关指令即可。 随着编程的进步，你会越来越精通指令系统。 不自觉的想起了

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工程师对单片机编程的总结

1、养成总结的好习惯，总结不仅是对自己学习的总结，也是对学习过程的回顾和加深，也可以避免犯第二次错误。

2、在写程序之前，一定要对项目有一个熟悉的了解，这样才知道自己在做什么，做好一个大概的框架。 仔细考虑如何布局，如何布局最合理是非常重要的。 需要分析先做哪个模块，模块的具体步骤，每个函数如何命名，与其他模块的联系。 拿一张纸记下重要的过程是个好主意。

3、对于C语言的模块化编程，需要先将每个模块进行划分，一个模块一个模块编程，确定一个顺序，按照顺序进行，模块成功后再编写下一个。 对于头文件，写完模块后，再写模块的头文件。

4.不要忽视这个警告，它意味着程序中一定有不合理的地方，你必须找出它的根源并找到解决办法。 寻找来源时要具体。 可以上网搜索这方面的资料，也可以向别人请教。 比如另一个项目中的main函数，其实是添加到这个项目中的。 实际上有重复的函数名称。 还有根据实验现象分析原因，循序渐进。 另外，在定义端口时选择了错误的接口。 有时候，实在解决不了，休息一下，想一想也是好的。 注意简单的地方，可能会有错误。

在单片机的应用开发中，单片机的代码效率、抗干扰性和可靠性等问题依然困扰。 现在总结一下单片机开发中应该掌握的几个基本技能。

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微控制器开发技巧

1.如何减少程序中的bug

对于如何减少程序错误，首先要考虑以下系统运行时应该考虑的超量程管理参数。

2.如何提高C语言编程代码的效率

使用C语言来设计单片机程序是单片机发展和应用的必然趋势。 如果你想在用 C 编程时达到最高效率，最好熟悉你所使用的 C 编译器。 先测试一下编译出来的每一个C语言对应的汇编语言的语句行数，这样可以清楚的知道效率。 以后编程的时候，使用编译效率最高的语句。 每个C编译器都会有一定的差异，所以编译效率也会不同。 一个优秀的嵌入式系统C编译器的代码长度和执行时间只比用汇编语言编写的相同功能级别长5-20%。

对于开发时间紧的复杂项目，可以使用C语言，但前提是你非常熟悉单片机系统的C语言和C编译器，特别注意C编译器系统的数据类型和算法可以支持。 C语言虽然是最常见的高级语言，但是不同的MCU厂商的C语言编译系统是不一样的，尤其是在一些特殊功能模块的运行上。 所以如果不了解这些特性，在调试时就会出现很多问题，导致执行效率比汇编语言低。

三、如何解决单片机的抗干扰问题

防止干扰最有效的方法是去除干扰源，切断干扰路径，但往往很难做到，所以要看单片机的抗干扰能力是否足够强。 在提高硬件系统抗干扰能力的同时，软件抗干扰以其设计灵活、节省硬件资源、可靠性好等特点越来越受到人们的重视。

单片机干扰最常见的现象是复位。 对于程序跑飞，实际上可以利用软件陷阱和看门狗将程序拉回到复位状态，所以单片机软件抗干扰最重要的就是处理复位状态。

一般单片机都会有一些标志寄存器，可以用来判断复位原因； 另外，你也可以自己在RAM中埋点flag。 程序每次复位时，通过判断这些标志，可以判断不同的复位原因； 也可以根据不同的标志直接跳转到相应的节目。 这样可以使程序连续运行，用户在使用时不会注意到程序又被重置了。

4.如何测试MCU系统的可靠性

单片机系统设计完成后，针对不同的单片机系统产品会有不同的测试项目和方法，但有一些是必须要测试的：

有时，我们还可以模拟人在使用过程中可能出现的损坏。 例如用人体或衣服面料故意摩擦单片机系统的接触端口，从而测试抗静电能力。 用大功率电钻靠近单片机系统工作，从而测试抗电磁干扰的能力。

综上所述，单片机已成为计算机发展和应用的一个重要方面。 单片机应用的意义在于它从根本上改变了传统控制系统的设计思想和设计方法。

过去必须用模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在用单片机都可以用软件的方法来实现。 这种以软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是对传统控制技术的一次革命。

另外，在开发应用的过程中，一定要掌握技巧，提高效率，才能得到更广泛的应用。

（来源网络，张巧龙整理）