【入门篇】一、什么是单片机

单片机又称单片微型计算机、微控制单元（Microcontroller Unit;MCU），将计算机的CPU、存储器（RAM和ROM）、定时计数器、数据总线、AD/DA模块和多种I/O（输入输出接口，I:IN,输入，O:OUT,输出）等集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统。从上世纪80年代开始，由当时的4位、8位单片机，发展到现在的32位的高速单片机。

在大学本科阶段，常见的单片机一般为以下三种系列：80C51、MSP430、STM32 。

1、80C51

51单片机是对所有兼容Intel 8031指令系统的单片机的统称。该系列单片机的始祖是Intel的8004单片机，后来随着Flash rom技术的发展，8004单片机取得了长足的进展，成为应用最广泛的8位单片机之一，其代表型号是ATMEL公司的AT89系列，它广泛应用于工业测控系统之中。常见的有STC(国产宏晶)单片机：89c51、89c52；Intel(英特尔)的80C51等。在大学本科阶段的蓝桥杯比赛中就有51单片机系列的赛事，大家有兴趣的可以了解一下。

结构：CPU：8位，运算和控制功能；RAM：128bytes，用于存放可读写数据；ROM：4KB，用于存放程序、原始数据和表格；定时/计数器：两个16位的可编程定时/计数器，实现定时或计数功能。并行I/O口：4个8位的I/O口；串行口：一个全双工串行口；中断控制系统：5个中断源（外部中断2个，定时/计数中断2个， 串行中断1个）；片内振荡器和时钟产生电路，石英晶体和微调电容需要外接。最佳振荡频率为6M—12M。

但是随着生产力的发展的需要，控制要求也越来越高，8位的51单片机已经远远不能满足需求，急需运算能力更大的单片机。

2、MSP430

MSP430是德州仪器(TI)推向市场的一种 16 位的、具有精简指令集的、超低功耗的混合型单片机。由于其针对实际应用需求，将多个不同功能的模拟电路、数字电路模块和微处理器集成在一个芯片上，以提供“单片”解决方案，故也称为混合信号处理器(Mixed Signal Processor)。该系列单片机多应用于需要电池供电的便携式仪器仪表中。强大的处理能力 MSP430 系列单片机是一个 16 位的单片机，采用了精简指令集（RISC）结构，具有丰富的寻址方式（ 7 种源操作数寻址、 4 种目的操作数寻址）、简洁的 27条内核指令以及大量的模拟指令；大量的寄存器以及片内数据存储器都可参加多种运算；还有高效的查表处理指令；有较高的处理速度，在 8MHz晶体驱动下指令周期为 125 ns 。这些特点保证了可编制出高效率的源程序。

MSP430系列中的各成员集成了较多的片上外围资源，包含：12位A/D，精密模拟比较器，硬件乘法器，2组频率可达8MHZ 的时钟模块，2个带有大量捕获/比较寄存器的16位定时器，看门狗，2个可实现异步、同步及多址访问的串行通信接口，数十个可实现方向设置及中断功能的并行输入、输出端口等。

在全国大学生电子设计大赛中就有用MSP430为主控进行系统设计题目。

3、STM32

STM32（ST—芯片制造商意法半导体；M—Microelectronics的缩写，指微控制器；32—指它是一个32位的微控制器）是意法半导体集团开发的一个系列的微控制器，新的基于ARM内核的32位MCU系列，内核为ARM公司为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的Cortex-M内核，标准的ARM架构。其是专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用而设计的。按内核架构分为不同产品：主流产品（STM32F0、STM32F1、STM32F3）、超低功耗产品（STM32L0、STM32L1、STM32L4、STM32L4+）、高性能产品（STM32F2、STM32F4、STM32F7、STM32H7）。目前常见F1、F4、H7系列。

ARMv7架构定义了三大分工明确的系列：“A”系列：面向尖端的基于虚拟内存的操作系统和用户应用；“R”系列：针对实时系统；“M”系列：对微控制器。对于架构问题初学者不必深入了解，只需要知道Cortex-M3、Cortex-M4采用了ARMv7-M架构即可。

关于ARM和STM32的区别从图中可以清晰了解，横坐标为能力，纵坐标为性能的功能。Cortex-A系列: 应用处理器，主要用于移动计算、智能手机、车载娱乐、自动驾驶、服务器、高端处理器等领域。时钟频率超过1GHZ,支持Linux、Android、Windows等完整操作系统需要的内存管理单元MMU。Cortex-R系列：实时处理器，可用于无线通讯的基带控制、汽车传动系统、硬盘控制器等。时钟频率200HZ到大于1GHZ，多数不支持MMU，具有MPU、Cache和其他针对工业设计的存储器功能。响应延迟非常低，不支持完整版本的Linux和Windows，支持RTOS，Cortex-M系列：微控制器处理器，时钟频率较低容易使用，应用于单片机和深度嵌入式市场。

STM32微处理器的命名规则

以STM32F103C8T6为例来说明。

STM32应用前景广泛，控制运算能力强大，32位的MCU已经成为的当今微控制器的主流。更是无数大学生做科技创新的必备控制器，也是自动化学生的课程设计的好帮手。

随着物联网行业兴起，MCU发展迎来了一轮热潮。比如医疗电子用品、个人健康监测产品等都需要低功耗、长时间使用、无线通信的产品，然而这些都必须倚赖MCU来实现。MCU作为物联网的核心零组件，无论在市场规模，还是技术要求上都得到了进一步的发展。早期MCU架构多是8位为主(例如Intel 8051系列、Atmel AT8/TS8系列、Labs EFM8系列等)，且整合开发环境(IDE)也是以8位为主。

随着物联网时代任务的复杂化，对计算能力越来越高促使MCU开始迈向16或32位来设计，与此同时相关的软件开发环境也提升到32位，甚至做到可以向下兼容，让开发环境不受限于硬件，以提供更具弹性的开发空间。

国产MCU正在崛起，GD32已经进入人们视野，也不断开始有厂商能提供中高级32位MCU，而随着汽车电子和物联网大量导入MCU，需求可能呈爆发式增长，相信国产MCU品牌将进入发展黄金期。

未来征途漫漫，中国制造2025正在一步步走来，生产力的发展离不开科技，而未来的科技必将是自动化智能化的科技，正依赖于无数的微控制器，从认识MCU开始，一步步进入控制的世界，一步步踏入automatic control的殿堂。