编辑“︁分类:微控制器”︁

{{Category top}}

'''微控制器'''（Microcontroller Unit，简称MCU）是一种集成了处理器核心、存储器及输入/输出外设的微型计算机系统。与通用计算机不同，微控制器通常针对特定控制任务设计，具有低功耗、小体积和实时性强的特点。

== 核心组成 ==
典型微控制器包含以下功能单元：
* '''中央处理器'''（CPU）：执行指令的运算核心，常见架构包括8051、ARM Cortex-M、RISC-V等
* '''存储器'''：
  ** 闪存（Flash）：存储程序代码
  ** SRAM：运行时数据存储
  ** EEPROM：非易失性数据存储
* '''输入/输出接口'''：
  ** 通用I/O（GPIO）
  ** 模拟数字转换器（ADC）
  ** 通信接口（UART、SPI、I2C等）
* '''定时器系统'''：包括基本定时器、PWM发生器等

== 架构类型 ==
根据总线宽度主要分为：
* '''8位MCU'''：如8051、PIC16系列，适合简单控制任务
* '''16位MCU'''：如MSP430，兼顾性能与功耗
* '''32位MCU'''：如[[STM32]]（基于ARM Cortex-M），处理能力更强

<mermaid>
pie
    title 2023年微控制器市场份额
    "32位" : 62
    "8位" : 28
    "16位" : 10
</mermaid>

== 开发工具链 ==
典型开发环境包括：
{| class="wikitable"
|-
! 工具类型 !! 代表软件
|-
| 集成开发环境 || Keil MDK、IAR Embedded Workbench、Arduino IDE
|-
| 编译器 || GCC-ARM、SDCC（用于8051）
|-
| 调试工具 || J-Link、ST-Link、OpenOCD
|-
| 仿真器 || Proteus、QEMU
|}

== 应用领域 ==
微控制器广泛应用于嵌入式系统：
* '''工业自动化'''：PLC控制器、电机驱动
* '''智能家居'''：温控系统、安防设备
* '''医疗设备'''：便携式监测仪器
* '''汽车电子'''：ECU控制单元、车载娱乐系统
* '''消费电子'''：穿戴设备、无人机飞控

== 编程示例 ==
以下为STM32 HAL库控制LED的C语言代码：
<syntaxhighlight lang="c">
#include "stm32f1xx_hal.h"

int main(void) {
  HAL_Init();
  __HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE();
  
  GPIO_InitTypeDef gpio = {
    .Pin = GPIO_PIN_13,
    .Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP,
    .Pull = GPIO_NOPULL,
    .Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW
  };
  HAL_GPIO_Init(GPIOC, &gpio);

  while(1) {
    HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC, GPIO_PIN_13);
    HAL_Delay(500); // 500ms间隔
  }
}
</syntaxhighlight>

== 性能指标 ==
评估微控制器的主要参数：
* 时钟频率：<math>f_{CPU}</math>（单位MHz）
* 功耗特性：运行模式电流<math>I_{active}</math>，休眠电流<math>I_{sleep}</math>
* 计算能力：DMIPS（Dhrystone MIPS）
* 外设集成度：ADC分辨率、PWM通道数等

== 发展趋势 ==
现代微控制器技术发展方向：
* '''低功耗设计'''：采用亚阈值电路技术，如[[ESP32]]的ULP模式
* '''AI边缘计算'''：集成神经网络加速器（如STM32Cube.AI）
* '''安全增强'''：增加加密引擎、安全启动功能
* '''无线集成'''：内置蓝牙/Wi-Fi射频（如Nordic nRF系列）

== 参见 ==
* [[单片机]] - 微控制器的早期形态
* [[FPGA]] - 可编程逻辑器件
* [[嵌入式操作系统]] - 如FreeRTOS、RT-Thread
* [[物联网]] - 微控制器的主要应用领域

[[Category:微控制器| ]]
[[Category:嵌入式系统]]
[[Category:计算机硬件]]
[[Category:半导体器件]]