微控制器自20世紀(jì)70年代誕生以來，經(jīng)過了四十多年的發(fā)展，早已應(yīng)用到了各行各業(yè)的產(chǎn)品中，各種各樣的智能化產(chǎn)品也給人們的生產(chǎn)和生活帶來了很大的便利性。而隨著微控制器的普及和發(fā)展，計(jì)算的泛在化和網(wǎng)絡(luò)化，微控制器的應(yīng)用領(lǐng)域也將會(huì)越來越廣泛。

  

微控制器簡介

MCU英文名為Microcontroller Unit，簡寫為MCU，中文稱為微控制器單元或微控制器。由于微控制器是將算術(shù)邏輯單元（Arithmetic Logic Unit， ALU） 、存儲(chǔ)器、定時(shí)器/計(jì)算器及各種I/O電路等集成到一個(gè)芯片上，構(gòu)成了一個(gè)基本完整的計(jì)算系統(tǒng)，故而又稱為單片機(jī)（Single-Chip Microcomputer）。

在微控制器存儲(chǔ)器中的程序，與微控制器硬件和外圍硬件電路緊密配合使用，區(qū)別于PC的軟件，稱微控制器的程序?yàn)楣碳‵irmware）。一般地，微處理器是指CPU在單個(gè)集成電路上，而微控制器是指CPU、ROM、RAM、I/O、定時(shí)器等都在單個(gè)集成電路上。與CPU相比，微控制器沒有那么強(qiáng)大的計(jì)算能力，也不具備內(nèi)存管理單元（Memory Management Unit，MMU），這使得微控制器只能處理一些相對(duì)單一和簡單的控制、邏輯等任務(wù)，其廣泛應(yīng)用于設(shè)備控制、傳感器信號(hào)處理等領(lǐng)域，如一些家電產(chǎn)品、工業(yè)設(shè)備、電動(dòng)工具等。

一般地，微控制器是由CPU、存儲(chǔ)器（Memroy）、輸入/輸出（I/O）等部分組成。集成電路技術(shù)的進(jìn)步使得現(xiàn)在的微控制器相較于早期的產(chǎn)品集成了更多的功能。

常見的微控制器內(nèi)核有：8051、Arm Cortex-M系列、MIPS、AVR、PIC、RISC-V等。

微控制器主要的外設(shè)有：ADC、DAC、USB、CAN、Ethernet、SPI、USART、I2C、EEPROM、比較器、I2S等。未來，微控制器外設(shè)在顯示、音頻、連接、傳感、控制等應(yīng)用方向上會(huì)不斷融合與發(fā)展，豐富了微控制器產(chǎn)品的功能，應(yīng)用面也更加廣泛。

微控制器的分類，一般可以按照其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來分，根據(jù)總線或數(shù)據(jù)寄存器的位數(shù)，可分為4位、8位、16位和32位微控制器。按照其指令集來分，也可分為RISC和CISC兩類微控制器。按照其存儲(chǔ)器架構(gòu)來分，又可分為哈佛架構(gòu)和馮?諾依曼結(jié)構(gòu)。如果按照微控制器應(yīng)用來分，那么就可以分為通用微控制器、超低功耗微控制器、無線微控制器和汽車微控制器等。

微控制器應(yīng)用基本應(yīng)用系統(tǒng)
物理世界中的各種模擬量或物理量，通過傳感器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)信號(hào)調(diào)理，轉(zhuǎn)換為微控制器可識(shí)別的電信號(hào)，再由模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D）或I/O端口轉(zhuǎn)換為微控制器可讀寫或計(jì)算的量化數(shù)據(jù)，這使得物理世界的模擬量或物理量得以數(shù)字化，從而可以感知物理世界的各種變化。

微控制器產(chǎn)品形態(tài)的發(fā)展
隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展和市場需求的變化，微控制器集成度越來越高，產(chǎn)品的資源和功能也越來越豐富。近幾年，微控制器產(chǎn)品在傳感器、控制和通信應(yīng)用方面得到了一定的發(fā)展。

微控制器與傳感器結(jié)合集成的產(chǎn)品就是智能傳感器。根據(jù)國標(biāo)《智能傳感器 第3部分：術(shù)語》（GB/T 33905.3-2017）中對(duì)智能傳感器的定義，具有與外部系統(tǒng)雙向通信手段，用于發(fā)送測量、狀態(tài)信息，接受和處理外部命令的傳感器。

微控制器與某些控制功能結(jié)合集成的產(chǎn)品就是針對(duì)某些應(yīng)用的特定產(chǎn)品，如遙控器、觸摸控制、電機(jī)控制等。

微控制器與通信功能結(jié)合集成的產(chǎn)品就是通信應(yīng)用的微控制器。通信包括有線和無線兩部分：有線如以太網(wǎng)等，無線的如LoRa、Bluetooth、NB-IoT等。

微控制器產(chǎn)品在各個(gè)方面的應(yīng)用和發(fā)展，賦能了產(chǎn)品的智能化。

微控制器市場概況
根據(jù)目前的微控制器公司及發(fā)布的產(chǎn)品情況，來對(duì)微控制器市場情況做一個(gè)簡單的概況。

從微控制器公司所在省市來看，微控制器公司主要集中在深圳、上海和江蘇，三地合計(jì)占比達(dá)到了70%。

從微控制器的指令集來看，CISC和RISC指令集微控制器產(chǎn)品市場占比分別約為24%和76%。RISC指令集微控制器產(chǎn)品占市場主流。

從微控制器的位數(shù)來看，微控制器按位數(shù)可分成4位、8位、16位、32位。微控制器產(chǎn)品32位占比55%，8位占比43%，4位占比2%，16位占比1%。32位和8位占據(jù)市場絕大部分，32位稍高于8位微控制器產(chǎn)品。

從微控制器的分類來看，將微控制器分為通用微控制器、超低功耗微控制器、電機(jī)控制微控制器、專用微控制器和其他。其中，專用微控制器包括電力用計(jì)量、載波、觸控、遙控器等。通用微控制器市場占比73%，專用微控制器產(chǎn)品市場占比13%，超低功耗微控制器產(chǎn)品市場占比8%，電機(jī)控制用微控制器市場占比5%，其他占比約為2%。

從微控制器的內(nèi)核來看，微控制產(chǎn)品占比分別為8051內(nèi)核產(chǎn)品22%，Arm Cortex-M0內(nèi)核產(chǎn)品占比20%，Arm Cortex-M3產(chǎn)品占比14%，Arm Cortex-M4內(nèi)核產(chǎn)品占比12%，Arm Cortex-M0+內(nèi)核產(chǎn)品占比為5%，Arm Cortex-M23內(nèi)核產(chǎn)品占比1%，RISC-V內(nèi)核產(chǎn)品占比1%，其他占比24%。Arm Cortex-M內(nèi)核產(chǎn)品合并占比52%。Arm 內(nèi)核產(chǎn)品占市場主流。

從微控制產(chǎn)品運(yùn)行的頻率來看，運(yùn)行在20MHz以下的微控制產(chǎn)品占比居多約為29%。100MHz以下的產(chǎn)品占比一半左右，約54%。高頻率高性能微控制產(chǎn)品仍然是少數(shù)。

從微控制器產(chǎn)品的價(jià)格來看，根據(jù)一些公司發(fā)布的產(chǎn)品和價(jià)格信息以及網(wǎng)絡(luò)媒體的渠道信息，統(tǒng)計(jì)了8bit和32bit 微控制器的價(jià)格情況。PPT數(shù)據(jù)是以市場主流的20PIN封裝為例，2020年8位和32位的微控制器價(jià)格都差不多0.1美金左右了。

微控制器市場規(guī)模
根據(jù)2020年 IC Insights McClean IC集成電路年中更新報(bào)告：

全球MCU銷售額2020年較2019年下降8%，這是繼2019年下降7％后又再次下降。

微控制器市場將會(huì)在2021年出現(xiàn)溫和復(fù)蘇，銷售額將增長5％至157億美元，2022年將會(huì)增長8％，2023年將增長11％，屆時(shí)MCU收入將創(chuàng)下新高達(dá)到188億美元。

微控制器的出貨量2020年將下降8％，至235億個(gè)。

預(yù)計(jì)2021年MCU的出貨量將反彈6％，至249億個(gè)，2022年將增長8％，2023年將增長10％，屆時(shí)全球MCU交付量預(yù)計(jì)將達(dá)到296億個(gè)的新紀(jì)錄。

根據(jù)中國海關(guān)處理器及微控制器進(jìn)出口情況，2019年進(jìn)出口總數(shù)量為1988億個(gè)，同比降低0.95%；2019年進(jìn)出口總金額1780億美元，同比增加14.40%。2019年處理器及微控制器進(jìn)口數(shù)量1207億個(gè)，同比增長1.94%；2019年處理器及為微控制器進(jìn)口金額為1261億美元，同比增長12.85%。2019年處理器及微控制器出口數(shù)量781億個(gè)，同比降低5.22%；2019年處理器及為微控制器出口金額為357億美元，同比增長21.02%。

微控制發(fā)展趨勢計(jì)算的發(fā)展
處理器（CPU）和微控制器（MCU）都具有核心的算術(shù)邏輯運(yùn)算單元（ALU），可將其統(tǒng)稱之為“計(jì)算”。

計(jì)算的發(fā)展可大致分為：互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)。PC/筆記本是基于處理器（CPU）進(jìn)行的計(jì)算，提供信息共享，造就了互聯(lián)網(wǎng)；手機(jī)/平板等移動(dòng)設(shè)備也是基于處理器（CPU）的計(jì)算，提供移動(dòng)服務(wù)，成就了移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)；傳感器/設(shè)備等是基于微控制器（MCU）的計(jì)算，傳感數(shù)據(jù)，使得更多的物理世界中的各種模擬量或物理量得以數(shù)字化或量化，借助通信技術(shù)連接到了互聯(lián)網(wǎng)，促進(jìn)了物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。實(shí)際上，物聯(lián)網(wǎng)就是物的互聯(lián)網(wǎng)。微控制器將會(huì)為物聯(lián)網(wǎng)提供基礎(chǔ)而廣泛的計(jì)算。

計(jì)算的演進(jìn)

計(jì)算的發(fā)展正在由個(gè)體計(jì)算發(fā)展到組計(jì)算，進(jìn)而演進(jìn)到集群計(jì)算。單體的計(jì)算就是傳統(tǒng)產(chǎn)品的智能化，或者是智能硬件，具備了數(shù)據(jù)采集處理的功能，并能進(jìn)行控制。協(xié)同計(jì)算是借助通信技術(shù)使得單體的設(shè)備連接在一起，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和計(jì)算協(xié)同處理，或與云計(jì)算結(jié)合起來進(jìn)行的計(jì)算。集群計(jì)算是將一組軟件或硬件連接起來高度緊密地協(xié)作完成計(jì)算任務(wù)，可以提供更多的計(jì)算功能。

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