从单片机诞生到MCU全球超级明星榜

目前，全球MCU呈百花齐放趋势，欧、美、日、台均表现出众。中国作为全球最大的芯片销售国，每年消耗掉的MCU数量占据全球市场总量的70%左右，然而由中国芯片厂家直接生产的MCU芯片却凤毛麟角，并且绝大部分仍处于低端的4/8位MCU芯片阶段。不过，国内还有宏晶、兆易创新等企业在MCU高端领域发力，未来还是值得期许的！

　　MCU是什么呢？其实，MCU就是我们日常生活中所用的单片机简称MCU。它集成了内处理器（CPU）、存储器（RAM、ROM）、计数器、以及I/O端口为一体的一块集成芯片。在此硬件电路基础上，将要处理的数据、计算方法、步骤、操作命令编制成程序，存放于MCU内部或外部存储器中，MCU在运行时能自动地、连续地从存储器中取出并执行。

　　MCU发展简史

　　1975年，美国德州仪器公司（TI）首次推出4位单片机——TMS-1000，标志着单片机正式诞生。

　　1976年，Intel公司研制出了MCS-48系列8位单片机，使单片机的发展进入了一个新阶段。MCS-48系列单片机内部集成了8位CPU、多个并行I/O口、8位定时器/计数器、小容量的RAM和ROM。当时还没有串行通信接口，操作相对简单。

　　1980年，Intel公司在MCS-48系列单片机的基础上，推出了MCS-51系列8位高档单片机，这就是当前大名鼎鼎的“51单片机”的祖先。MCS-51系列单片机比MCS-48系列单片机有明显提高，内部增加了串行通信接口。MCS-51系列单片机因其性能可靠、简单实用、性价比高深受欢迎，被誉为“最经典的单片机”。据悉，全球各大高校的单片机教材均使用了MCS-51系列8位单片机为教程内容。

　　1983年，16位单片机正式问世，不过由于性价比并不理想，遂未得到普及。16位单片机主要被应用于复杂的控制系统以及早期的嵌入系统。

　　90年代之后，集成电路技术高速发展，32位单片机应运而生，嵌入式系统因此得到大力推广。就在32位单片机大举入侵市场之时，8位单片机将被32位单片机取代的声音一时甚嚣尘上。不过，也有业内人士表示，未来8位和32位将以互补性的组合占据MCU领域，而16位产品面对8位和32位MCU的“双向夹击”，或将逐步走向消亡。

　　MCU原理

　　MCU同温度传感器之间通过I2C总线连接。I2C总线占用2条MCU输入输出口线，二者之间的通信完全依靠软件完成。温度传感器的地址可以通过2根地址引脚设定，这使得一根I2C总线上可以同时连接8个这样的传感器。MCU需要访问传感器时，先要发出一个8位的寄存器指针？然后再发出传感器的地址，（7位地址，低位是WR信号）。传感器中有3个寄存器可供MCU使用，8位寄存器指针就是用来确定MCU究竟要使用哪个寄存器的。主程序会不断更新传感器的配置寄存器，这会使传感器工作于单步模式，每更新一次就会测量一次温度。

　　MCU结构与组成

　　Ⅰ：中央处理器CPU，包括运算器、控制器和寄存器组。是MCU内部的核心部件，由运算部件和控制部件两大部分组成。前者能完成数据的算术逻辑运算、位变量处理和数据传送操作，后者是按一定时序协调工作，是分析和执行指令的部件。

　　Ⅱ：存储器，包括ROM和RAM。ROM程序存储器，MCU的工作是按事先编制好的程序一条条循序执行的，ROM程序存储器即用来存放已编的程序（系统程序由制造厂家编制和写入）。存储数据掉电后不消失。ROM又分为片内存储器和片外（扩展）存储器两种。

　　RAM数据存储器，在程序运行过程中可以随时写入数据，又可以随时读出数据。存储数据在掉电后不能保持。

　　Ⅲ：输入、输出I/O接口，与外部输入、输出（电路）设备相连接。PO/P1/P2/P3等数字I/O接口，内部电路含端口锁存器、输出驱动器和输入缓冲器等电路。其中PO为三态双向接口，P1/P2/P3数字I/O端口，内部驱动器为“开路集电极”输出电路，应用时内部或外部电路接有上拉电阻。每个端口均可作为数字信号输入或输出口，并具有复用功能（指端口功能有第一功能、第二功能甚至数个功能，在应用中可灵活设置）。

　　MCU器件，除数字I/O端口外，还有ADC模拟量输入、输出端口，输入信号经内部A/D转换电路，变换为数字（频率）信号，再进行处理;对输出模拟量信号，则先经D/A转换后，再输出至外部电路。

　　MCU主要分类

　　MCU按其存储器类型可分为无片内ROM型和带片内ROM型两种。对于无片内ROM型的芯片，必须外接EPROM才能应用（典型芯片为8031）。带片内ROM型的芯片又分为片内EPROM型（典型芯片为87C51）、MASK片内掩模ROM型（典型芯片为8051）、片内FLASH型（典型芯片为89C51）等类型；按用途分为通用型和专用型；根据数据总线的宽度和一次可处理的数据字节长度可分为8、16、32位MCU。

　　MCU主要应用领域

　　目前，国内MCU应用市场最为广泛的是消费电子领域，其次是计算机与外设和汽车电子市场。

　　消费电子，包括家用电器、电视、游戏机及音视频系统等；

　　工业领域，包括智能家居、自动化、医疗应用及能源生成与分配；

　　汽车领域，包括汽车动力总成和安全控制系统。

　　MCU未来市场趋势

　　1、后来居上，32位MCU将成主流。

　　据ICInsights市场研究报告显示，2015年全球MCU市场规模达到168亿美元，出货量255亿颗。对于32位MCU市场而言，2015年是具有重大标志性意义的一年，全球32位MCU出货量超过4/8位MCU与16位MCU出货量的总和，而且未来几年应该会保持30%左右的高速增长。

　　在物联网应用中，很多场合不仅需要实现机械化向电磁化、智能化的转变，而且还要考虑可靠的连接性、安全性和保护性，所有这些功能的实现都需要MCU的参与，因此32位MCU会是物联网应用的主流。

　　2、MCU大整合将成未来发展新趋势。

　　随着智能设备、物联网等产业的快速发展，无线RF、传感器、电源管理等搭配MCU成为一种新趋势。高度整合的MCU不仅可以方便客户开发产品，并且可减少印刷电路板的占用空间，从而能够降低一部分成本，将来非常具有市场潜力。

　　3、ARM核心与专用核心MCU，短期内难分伯仲。

　　从MCU整体发展看，专有核心MCU仍保持着强大竞争优势，两大国际厂商瑞萨和Microchip还在坚守自己的核心，并未转向开发ARM核心MCU，这是因为专有核心MCU在相关应用领域有长期积累，在软硬件开发和支持都很成熟。从短期来看，专有核心MCU仍会保持增长。但专有核MCU也存在瓶颈，比如很难实现跨领域推广，开发工具成本要比ARM核高，而且支持力度要比ARM核小，二者未来长期发展状况将如何呈现，将有待观察。

　　MCU全球超级明星榜

　　1、STM32系列

　　由意法半导体推出的STM32系列单片机，在业内赫赫有名。这是一款性价比超高，功能超强的单片机。2016年初，STM32全球出货已破16亿颗大关，相当于每秒就有20颗被出售，产值超过了STM8。意法半导体方面表示，2019财年意法半导体MCU在中国市场的市占率要达到20%，STM32则是其首要武器。

　　STM32系列家族主要有：STM32 F0、STM32 F1、STM32 F2、STM32 F3、STM32 F4、STM32 L0、STM32 L1、STM32T、STM32W等。其划分标准：从内核上分，可分为：Cortex-M0/-M0+、Cortex-M3、Cortex-M4，以及Cortex-M7。从应用上分，大体分为：超低功耗型、主流型、高性能型。

　　2、PIC系列

　　PIC系列单片机是美国微芯公司（Microship）推出的产品，该系列单片机不是单纯的功能堆积，而是以多型号来满足不同层次的需要，并可提供低价的OTP芯片。另外，该系列单片机还具有低功耗睡眠功能、掉电复位锁定、上电复位电路、看门狗电路等功能，而且外围器件少、占用空间小；成本低，保密技术也十分可靠，可最大限度地保护开发者的利益。因此，在工业控制、仪器仪表、计算机、家电等诸多领域具有极其广阔的发展前景。

　　3、51系列

　　作为入门级别的51单片机，最早由Intel推出，主要有8031、8051系列。由于其典型的结构和完善的总线专用寄存器的集中管理，众多的逻辑位操作功能及面向控制的丰富的指令系统，堪称为一代“经典”，为以后的其它单片机的发展奠定了基础。后来Atmel以8051内核为基础推出了AT89系列单片机。

　　4、TMS系列

　　TMS系列单片机，是由德州仪器推出的8位CMOS单片机。具有多种存储模式、多种外围接口模式，适用于复杂的实时控制场合。其低工作功耗CMOS技术，宽工作温度范围，噪声抑制，再加上高性能和丰富的片上外设功能，使TMS370C系列单片机被广泛应用于汽车电子，工业电机控制，电脑，通信和消费类电子等领域。

　　5、MSP430系列

　　MSP430系列单片机是德州仪器1996年开始推向市场的一种16位超低功耗的混合信号处理器。主要是由于其针对实际应用需求，把许多模拟电路、数字电路和微处理器集成在一个芯片上，以提供“单片”解决方案。因其低功耗，速度快，指令少，汇编语言灵活等特性，颇受业内好评。

　　其他如Atmel的AVR系列、Freescal的MC系列、麦肯的MDT系列等都非常优秀且被广泛应用，在此就不一一赘述了。