微控制器MCU俗称「单晶片」.doc

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1、2006年微控制器五大趨勢--本特別企劃文章--1.2006年微控制器五大趨勢－架構篇　微控制器常用型態分析 -- 2006/02/27 2.2006年微控制器五大趨勢－核心篇　微控制器核心技術探微 -- 2006/02/27 3.2006年微控制器五大趨勢－週邊篇　微控制器基本功效解讀 -- 2006/02/27 4.2006年微控制器五大趨勢－加值篇　微控制器高階功能詳解 -- 2006/02/27 5.2006年微控制器五大趨勢－應用篇　微控制器熱門應用介紹 -- 2006/02/27 引言：微控制器是一種無所不在的內

2、嵌型控制晶片，舉凡玩具、家電、汽車、房舍等各物各處中都有其存在，負責各種感測、監控工作。　如果各位還體會不到它的存在，且讓筆者作更細膩的描述，例如電視、錄放影機等遙控器的內部即有一顆，負責感應操作者的按鈕操控，並將按鈕訊號轉化成紅外線再發送給電視、錄放影機，其他的紅外線遙控器也類似。　又如熱水瓶、開飲機，其內部亦是由微控器負責感測水溫，並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微控器來實現。此外如桌上電腦所用的鍵盤、滑鼠等也各有一顆，負責將敲打的鍵碼、指標的X/Y軸位移偏量等資訊回傳到電腦上。　透過上述的若

3、干舉例，相信各位能輕易體會微控器的無所不在，也因為無所不在，因此其用量規模也相當可觀，單就最典型、大宗的8-bit、8051架構的微控器來說，全球一年的出貨需求就高達33億顆，且還未論其他仍在強勁成長的16-bit、32-bit或非8051架構。　也因為市場的遍廣，使得微控器不易像其他泛用處理晶片般（如CPU、GPU）的形成寡佔、壟斷，研製微控器晶片的業者只要能貼近、切中某一產業或某一應用的控制需求，就能在市場上爭得一席。　不過，近年來微控器的技術及市場又有了新需求、新演化，簡單性邏輯已漸難滿足所需，而開始朝智慧型演算的方向

4、提升，且對控制力的要求也愈來愈高，這使得微控器界有了更多的新激盪，而應用設計者面對新一波的激盪改變當如何因應？本文將對此進行更多瞭解與分析。附註：「微控制器」簡稱「微控器」，也俗稱「單晶片」，大陸方面則俗稱「單片機」，英文則為Microcontroller，一般簡寫成MCU（MicroControllerUnit），亦常縮寫成「uC」，然也有人寫成「uP」。MCU追求的是「五臟俱全、短小精悍」，因此在小小一顆封裝中就完整具備了處理器、記憶體、週邊I/O等功效，所以初期才會被人稱為「單晶片」，意指過去同樣的電路系統需倚賴多顆晶

5、片的搭組才能實現。　在單晶片中，以8051最為經典，至今仍是最普及、廣泛使用的8-bitMCU架構（另一則是PIC架構或68HC05/08/11架構），不僅成功取代它的前一款晶片：8048，而且還成為今日各校「積體電路控制應用」課程的首選標準教案。　儘管8051是20年來的經典，至今未有衰退的跡象，然而今日的8051MCU已經與過去的8051大不相同，雖然主軸架構大致維持（如：腳位排列相容、指令集相容等），但隨著半導體工藝的進步，許多業者都運用自己的技術為8051相容晶片進行更多的強化，如此的強化不僅在週邊I/O層面，也包括

6、核心的處理器、記憶體層面。附註：最初的8051是用NMOS製程製造，之後才換用CMOS製程，為了讓前後不同製程的產品容易區分，將使用新（CMOS）製程的改命為80C51，多加插一個C字母於其中，C即CMOS製程之意，CMOS製程的一大優點是比NMOS製程省電。雖然在許多層面上MCU與MPU難有明確分際，但若反過來問：MCU與MPU的明顯分際為何？對此這樣的問題，答案可能會在整合度上，MPU求取較高的運算力、較豐富的硬體資源，及硬體架構組態上的設計彈性，所以整合度較鬆，相對的MCU則是以整合度為第一優先，盡可能將運算、記憶、介

7、面等一併容納，資源與彈性反成次要考量。不僅硬體如此分別，就連軟體也類似，例如作業系統就有多工作業系統與嵌入式作業系統（有時也是即時作業系統）之別，多工作業系統講究同時執行多個程式，並將效能與資源進行最佳化調配，相對的嵌入（即時）作業系統則以少數專精工作的效率與反應為重。更進一步說，MCU不只有基礎硬體資源的濃縮整合，也針對控制應用所需的功效進行專精整合，這些功效在MCU內多以週邊型態提供，且是在資料處理導向的MPU系統中所不常見的。尤其對應用設計者來說，若能善用這些現成的功效週邊，將可讓開發、產製發揮「四兩撥千斤」的戲劇性效

8、益。在MCU中，有些功能與設計並非是必須的，即便沒有這些功能特色MCU也依然可以正常工作，但有了這些特點並加以運用後，MCU可以獲得更良善的運作表現。　事實上「主運作之外的功能價值」才是近年來MCU的重點強調，理由是MCU技術門檻較低，半導體業者不易在效能、資源等核心層面擁有大幅領先的優勢