MCU簡介

　　微控制單元（Microcontroller Unit；MCU） ，又稱單片微型計算機（Single Chip Microcomputer ）或者單片機，是把中央處理器（Central Process Unit；CPU）的頻率與規格做適當縮減，并將內存（memory）、計數器（Timer）、USB、A/D轉換、UART、PLC、DMA等周邊接口，甚至LCD驅動電路都整合在單一芯片上，形成芯片級的計算機，為不同的應用場合做不同組合控制。諸如手機、PC外圍、遙控器，至汽車電子、工業上的步進馬達、機器手臂的控制等，都可見到MCU的身影。

　　MCU的特點

　　要了解一款MCU，首先需要知道就是其ROM空間、RAM空間、IO口數量、定時器數量和定時方式、所提供的外圍功能模塊（Peripheral Circuit）、中斷源、工作電壓及功耗等等。

　　了解這些MCU Features后，接下來第一步就是將所選MCU的功能與實際項目開發的要求的功能進行對比，明確那些資源是目前所需要的，那些是本項目所用不到的。對于項目中需要用到的而所選MCU不提供的功能，則需要認真理解MCU的相關資料，以求用間接的方法來實現，例如，所開發的項目需要與PC機COM口進行通訊，而所選的MCU不提供UART口，則可以考慮用外部中斷的方式來實現;

　　對于項目開發需要用到的資源，則需要對其Manua*進行認真的理解和閱讀，而對于不需要的功能模塊則可以忽略或瀏覽即可。對于MCU學習來講，應用才是關鍵，也是最主要的目的。

　　明確了MCU的相關功能后，接下來就可以開始編程了。對于初學者或初次使用此款MCU的設計者來說，可能會遇到很多對MCU的功能描述不明確的地方，對于此類問題，可以通過兩種方法來解決，一種是編寫特別的驗證程序來理解資料所述的功能;另一種則可以暫時忽略，程序設計中則按照自己目前的理解來編寫，留到調試時去修改和完善。前一種方法適用于時間較寬松的項目和初學者，而后一種方法則適合于具有一定MCU開發經驗的人或項目進度較緊迫的情況;

　　指令系統千萬不要特別花時間去理解。指令系統只是一種邏輯描述的符號，只有在編程時根據自己的邏輯和程序的邏輯要求來查看相關的指令即可，而且隨著編程的進行，對指令系統也會越來越熟練，甚至可以不自覺地記憶下來。

　　MCU的基本功能

　　對于絕大多數MCU，下列功能是最普遍也是最基本的，針對不同的MCU，其描述的方式可能會有區別，但本質上是基本相同的：

　　● TImer（定時器）：TImer的種類雖然比較多，但可歸納為兩大類：一類是固定時間間隔的TImer，即其定時的時間是由系統設定的，用戶程序不可控制，系統只提供幾種固定的時間間隔給用戶程序進行選擇，如32Hz，16Hz，8Hz等，此類TImer在4位MCU中比較常見，因此可以用來實現時鐘、計時等相關的功能;另一類則是Programmable Timer（可編程定時器），顧名思義，該類Timer的定時時間是可以由用戶的程序來控制的，控制的方式包括：時鐘源的選擇、分頻數（Prescale）選擇及預制數的設定等，有的MCU三者都同時具備，而有的則可能是其中的一種或兩種。此類Timer應用非常靈活，實際的使用也千變萬化，其中最常見的一種應用就是用其實現PWM輸出（具體的應用，后續會有特別的介紹）。由于時鐘源可以自由選擇，因此，此類Timer一般均與Event Counter（事件計數器）合在一起;

　　● IO口：任何MCU都具有一定數量的IO口，沒有IO口，MCU就失去了與外部溝通的渠道。根據IO口的可配置情況，可以分為如下幾種類型：

　　● 純輸入或純輸出口：此類IO口有MCU硬件設計決定，只能是輸入或輸出，不可用軟件來進行實時的設定;

　　● 直接讀寫IO口：如MCS-51的IO口就屬于此類IO口。當執行讀IO口指令時，就是輸入口;當執行寫IO口指令則自動為輸出口;

　　● 程序編程設定輸入輸出方向的：此類IO口的輸入或輸出由程序根據實際的需要來進行設定，應用比較靈活，可以實現一些總線級的應用，如I2C總線，各種LCD、LED Driver的控制總線等;

　　● 對于IO口的使用，重要的一點必須牢記的是：對于輸入口，必須有明確的電平信號，確保不能浮空（可以通過增加上拉或下拉電阻來實現）;而對于輸出口，其輸出的狀態電平必須考慮其外部的連接情況，應保證在Standby或靜態狀態下不存在拉電流或灌電流。

　　● 外部中斷：外部中斷也是絕大多數MCU所具有的基本功能，一般用于信號的實時觸發，數據采樣和狀態的檢測，中斷的方式由上升沿、下降沿觸發和電平觸發幾種。外部中斷一般通過輸入口來實現，若為IO口，則只有設為輸入時其中斷功能才會開啟;若為輸出口，則外部中斷功能將自動關閉（ATMEL的ATiny系列存在一些例外，輸出口時也能觸發中斷功能）。外部中斷的應用如下：

　　● 外部觸發信號的檢測：一種是基于實時性的要求，比如可控硅的控制，突發性信號的檢測等;而另一種情況則是省電的需要;

　　信號頻率的測量;為了保證信號不被遺漏，外部中斷是最理想的選擇;

　　● 數據的解碼：在遙控應用領域，為了降低設計的成本，經常需要采用軟件的方式來對各種編碼數據進行解碼，如Manchester和PWM編碼的解碼;

　　● 按鍵的檢測和系統的喚醒：對于進入Sleep狀態的MCU，一般需要通過外部中斷來進行喚醒，最基本的形式則是按鍵，通過按鍵的動作來產生電平的變化;

　　● 通訊接口：MCU所提供的通訊接口一般包括SPI接口，UART，I2C接口等，其分別描述如下：

　　● SPI接口：此類接口是絕大多數MCU都提供的一種最基本通訊方式，其數據傳輸采用同步時鐘來控制，信號包括：SDI（串行數據輸入）、SDO（串行數據輸出）、SCLK（串行時鐘）及Ready信號;有些情況下則可能沒有Ready信號;此類接口可以工作在Master方式或Slave方式下，通俗說法就是看誰提供時鐘信號，提供時鐘的一方為Master，相反的一方則為Slaver;

　　● UART（Universal Asynchronous Receive Transmit）：屬于最基本的一種異步傳輸接口，其信號線只有Rx和Tx兩條，基本的數據格式為：Start Bit + Data Bit（7-bits/8-bits） + Parity Bit（Even， Odd or None） + Stop Bit（1~2Bit）。一位數據所占的時間稱為Baud Rate（波特率）。對于大多數的MCU來講，數據為的長度、數據校驗方式（奇校驗、偶校驗或無校驗）、停止位（Stop Bit）的長度及Baud Rate是可以通過程序編程進行靈活設定。此類接口最常用的方式就是與PC機的串口進行數據通訊。

　　● I2C接口：I2C是由Philips開發的一種數據傳輸協議，同樣采用2根信號來實現：SDAT（串行數據輸入輸出）和SCLK（串行時鐘）。其最大的好處是可以在此總線上掛接多個設備，通過地址來進行識別和訪問;I2C總線的一個最大的好處就是非常方便用軟件通過IO口來實現，其傳輸的數據速率完全由SCLK來控制，可快可慢，不像UART接口，有嚴格的速率要求。

　　● Watchdog（看門狗定時器）：Watchdog也是絕大多數MCU的一種基本配置（一些4位MCU可能沒有此功能），大多數的MCU的Watchdog只能允許程序對其進行復位而不能對其關閉（有的是在程序燒入時來設定的，如Microchip PIC系列MCU），而有的MCU則是通過特定的方式來決定其是否打開，如Samsung的KS57系列，只要程序訪問了

　　Watchdog寄存器，就自動開啟且不能再被關閉。一般而言watchdog的復位時間是可以程序來設定的。Watchdog的最基本的應用是為MCU因為意外的故障而導致死機提供了一種自我恢復的能力。

　　如何使用MCU進行簡單的功能增強

　　如果有一個25美分的MCU，可以用0.5KB的內存做些什么？

　　您現在可能已經使用固定功能的集成電路（IC）很長一段時間了，并且在某些情況下，已經適應了它們有限的靈活性。一個簡單的通用異步收發器（UART）到串行外設接口（SPI）橋接器、一個復位控制器或一個帶有后備存儲器的外部實時控制器（RTC）在自身功能方面擁有良好的表現，但卻僅限于設定的功能。

　　但是如果可以通過智能化或功能定制來更好地滿足您的需求呢？如果可以使用獨立的低成本MCU來實現這些獨立功能呢？

　　新型MSP430?超值傳感系列MCU可以通過多種集成混合信號功能幫助部署簡單的傳感解決方案。為擴展這些低成本MCU的功能，TI為25個常見系統級功能創建了一個代碼實例庫，包括定時器、輸入/輸出（I/O）擴展器、系統復位控制器、電可擦可編程只讀存儲器（EEPROM）等。

　　25項功能被劃分為標準電路中常見的四個功能類別：即系統管理、脈寬調制、定時器和通信。在使用MSP430FR2000器件時，大部分代碼實例都適用于0.5KB以下的內存，成本最低的MSP430 MCU的售價低至1000單位數量29美分，更多數量低至25美分。圖1介紹了一些離散功能集成電路，如外部監視器或實時時鐘集成電路，可以用25項功能中的對應功能進行替代。如果使用所示的多個集成電路或功能（如定時器或PWM），甚至可以將多種功能組合起來，滿足您的應用需求，從而減少工作量和電路板空間。

　　為幫助您了解和使用這些功能，TI編寫了一本電子版說明書，其中包含25個簡短的應用注釋，并附有源代碼鏈接。在幾分鐘內，便能夠編譯、下載源代碼并在MSP430超值傳感系列MCU上運行。可以根據您的應用需求對功能進行調整，從而大幅縮短上市時間。

　　在開始了解對眾多固定功能集成電路的可編程替代方案時（我們期待看到您使用25種功能可以做些什么），我們將繼續構建應用注釋系列。