Microcontroller(微控制器)又可簡稱MCU或μC,也有人稱為單芯片微控制器(Single Chip Microcontroller),將ROM、RAM、CPU、I/O集合在同一個芯片中,為不同的應用場合做不同組合控制.微控制器在經(jīng)過這幾年不斷地研究,發(fā)展,歷經(jīng)4位,8位,到現(xiàn)在的16位及32位,甚至64位.產(chǎn)品的成熟度,以及投入廠商之多,應用范圍之廣,真可謂之空前.目前在國外大廠因開發(fā)較早,產(chǎn)品線廣,所以技術領先,而本土廠商則以多功能為產(chǎn)品導向取勝.但不可諱言的,本土廠商的價格戰(zhàn)是對外商造成威脅的關鍵因素.




     由于制程的改進，8位MCU與4位MCU價差相去無幾，8位已漸成為市場主流；針對4位MCU，大部份供貨商采接單生產(chǎn)，目前4位MCU大部份應用在計算器、車表、車用防盜裝置、呼叫器、無線電話、CD Player、LCD驅(qū)動控制器、LCD Game、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（Caller ID）、電話錄音機、CRT Display、鍵盤及USB等；16位MCU大部份應用在行動電話、數(shù)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；64位MCU大部份應用在高階工作站、多媒體互動系統(tǒng)、高級電視游樂器（如SEGA的Dreamcast及Nintendo的GameBoy）及高級終端機等。

     而在MCU開發(fā)方面,以架構而言,可分為兩大主流;RISC(如HOLTEK HT48XXX系列)與CISC(如華邦W78系列). RISC (Reduced Instruction Set Computer) 代表MCU的所有指令都是利用一些簡單的指令組成的，簡單的指令代表 MCU 的線路可以盡量做到最佳化，而提高執(zhí)行速率，相對的使得一個指令所需的時間減到最短。HOLTEK的HT46XX(A/D MCU系列) HT47XX(R to F MCU系列) HT48XX(一般I/O MCU系列) HT49XX(LCD MCU系列) 便是采用 RISC 結構來設計。不管是 RISC 或是 CISC(Complex Instruction Set Computer)，設計MCU的目的便是為人類服務的，對于 RISC 來說，因為指令集的精簡，所以許多工作都必須組合簡單的指令，而針對較復雜組合的工作便需要由『編譯程序』(compiler) 來執(zhí)行，而 CISC MCU因為硬件所提供的指令集較多，所以許多工作都能夠以一個或是數(shù)個指令來代替，compiler 的工作因而減少許多。

      以一個數(shù)值運算程序來說，使用 CISC 指令集的MCU運算對于一個積分表達式可能只需要十個機器指令，而 RISC MCU在執(zhí)行相同的程序時，卻因為CPU 本身不提供浮點數(shù)乘法的指令，所以可能需要執(zhí)行上百個機器指令 (但每一個指令可能只需要 CISC 指令十分之一的時間)，而由程序語言轉(zhuǎn)換成機器指令的動作是由程序語言的 Compiler 來執(zhí)行，所以在 RISC MCU的Compiler 便會較復雜 。因為同樣一個高級語言 A=B*C 的運算，在 RISC MCU轉(zhuǎn)換為機器指令可能有許多種組合，而每一種組合的『時間/空間』組合都不盡相同。

      所以 RISC 與 CISC 的取舍之間，似乎也是MCU硬件架構與軟件(Compiler) 的平衡之爭，應該沒有絕對優(yōu)勢的一方，只能說因應不同的需求而有不同的產(chǎn)品，例如工作單純的打印機核心 MCU，便適合使用效能穩(wěn)定，但單位指令效率較佳的 RISC MCU.

微控制器(MCU)的基本架構


     微控制器產(chǎn)品架構由早期以累積器為基礎的CPU，演進至現(xiàn)今含精簡指令(RISC)或同時含RISC、DSP如Motorola的68356,也有如DEC的SAIIC、與Hitachi的SH-DSP系列等之32位嵌入式微控制器 ，每一系列產(chǎn)品又因應不同的應用與接口需求 ，衍生出不同規(guī)格的產(chǎn)品 。微控制器產(chǎn)品以特性做為區(qū)分的標準與市場統(tǒng)計的依據(jù) ，區(qū)分為4位 、8位 、以及16/32位等三大類 。各廠商依其不同功能組合 ，發(fā)展出系列性的微控制器產(chǎn)品 ，如NEC供應PD75X的4位系列 ，Toshiba供應47CXX的4位系列 、HOLTEK供應HT48CXX的8位系列 、及Intel之MCS-96的16位系列等。

以下就微控器的基本架構做介紹,如下先介紹MCU架構方塊圖。

MCU架構方塊圖


 
程序內(nèi)存

    程序內(nèi)存(Program ROM)在微控制器中是只讀而不可寫入之記憶單元，此內(nèi)存主要用來放置使用者所開發(fā)之程序，而其性質(zhì)乃屬于不常更動或永不變動之資料，微控制器之動作便是依據(jù)儲存于此區(qū)之程序指令運作。在8位單芯片中常見的程序內(nèi)存容量有0.5K、IK、2K、4K 及8K，而通常應用在微控制器的程序內(nèi)存有下列幾種方式，見(表一)：

表一