分类:微控制器

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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[编辑 | 编辑源代码]

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[编辑 | 编辑源代码]

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

开发工具链[编辑 | 编辑源代码]

典型开发环境包括：

应用领域[编辑 | 编辑源代码]

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[编辑 | 编辑源代码]

以下为STM32 HAL库控制LED的C语言代码：

#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
  }
}

性能指标[编辑 | 编辑源代码]

评估微控制器的主要参数：

• 时钟频率：${\displaystyle f_{CPU}}$（单位MHz）
• 功耗特性：运行模式电流${\displaystyle I_{active}}$，休眠电流${\displaystyle I_{sleep}}$
• 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[编辑 | 编辑源代码]

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[编辑 | 编辑源代码]

• 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