MCU(MicroControllerUnit)中文名稱為多點控制單元,又稱單片微型計算機(SingleChipMicrocomputer),是指隨著大規模集成電路的出現及其發展,將計算機的CPU、RAM、ROM、定時數器和多種I/O接口集成在一片芯片上,形成芯片級的計算機,為不同的應用場合做不同組合控制。
在現代嵌入式開發領域,通過了解客戶需求和電子產品趨勢,搜集市面上大量的不同型號的MCU資料,結合市場上剛出現的低成本高性能MCU新產品,是成功進行MCU芯片選型的基礎。
一般來說,嵌入式系統開發人員在選擇超低功耗MCU時,通常遵循四項主要標準∶功能、可用性、成本和熟悉程度。微控制器(Microcontroller;MCU)是一種無所不在的嵌入式控制晶片,玩具、家電、醫療、汽車等領域都有其存在,負責各種感測、監控工作,例如我們常見的電飯煲、電磁爐、咖啡壺等內部均由超低功耗MCU負責感測水溫,并接受使用者的指示是否該加溫、沸騰,同樣的冷氣機的溫控也是用MCU來實現。
此外,如桌上電腦所用的鍵盤、滑鼠等也各有一顆低功耗MCU,負責將敲打的鍵碼、指標的X/Y軸位移偏量等資訊回傳給電腦CPU。對於選擇MCU進行設計的系統設計師來說,可獲得的大量的不同型號MCU會讓選型工作變得復雜,如SiliconLabs工作電壓低至0.9V的8位元MCU,德州儀器針對低功耗應用的多款16位元 MSP430,飛思卡爾和英飛針對汽車應用的MCU方案,Atmel的AVR系列和Microchip的PIC系列一直在推陳出新……雖然新的 32位ARM核Cortex-m3處理器已經發布許久,古老的8位8051核還是在不同MCU中占領主流地位……面對繽紛多彩的MCU世界,正確把握MCU發展趨勢,熟悉MCU架構,甚至於借助選擇工具進行分析比較就顯得極其必要。
MCU的主要分類: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芯片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。