简单地说，微控制器是一个小型计算机系统。为了说明这个问题，我们必须从计算机开始。说到电脑，你可能会马上想到“显示器、鼠标、键盘”，但这不是电脑的核心和钥匙，电脑的核心部分在侧面的机箱里。当你打开机箱时，你可以看到机箱里有主板、硬盘、光驱等。如果你仔细观察主板，你可以看到有一个CPU，一个内存模块，一个BIOS芯片，通常还有一个25针的打印机连接器，所有这些都通过主板上的电缆相互连接。
无论计算机的复杂程度如何，它始终由五个部分组成：运算器、控制器、存储器、输入/输出接口和总线。通常，运算器和控制器被制成一个芯片，即CPU（中央处理器）。在电脑主板上，内存模块和BIOS芯片是内存，25针打印机接口是输出/输出设备，总线设计在主板上，即组件相互连接的线路。
在某些应用程序中，人们不需要计算机来执行非常复杂的计算，但他们希望计算机体积小、可靠且价格低廉。于是人们把计算机的五个部分全部集成到一个芯片里，说一个芯片可以组成一个独立的计算机，这在当时的技术条件下是一件了不起的事情，于是人们用这个特性给它起了个名字，叫做“单片机”。
如果
组成一台计算机所需的五个部件都集成到一个芯片中，芯片应该又大又贵吗？没有。如果要把图1所示主板上的所有元器件集成到一个芯片中，当然是很贵的，可能在技术上是行不通的，但是很多微控制器所需的功能完全没有那么强大，所以很多单片机体积小，价格非常便宜。例如，市面上常见的单片机有8、14、16、18、20、28、40、84等，有的甚至只有6个引脚，如图2所示，Microchip发布的一款6引脚单片机。价格从几元到几十元或几百元不等，有些品种大批量订购时甚至可以低至1元。
刚接触微控制器的人经常想知道：既然他们已经有能力制造功能强大的计算机，为什么还需要生产功能较弱的计算机？其实，功能的强弱并不是决定是否生产的决定性因素，而是市场需求才是关键。例如，用来控制一个电箱的电脑显然不需要使用“奔腾”芯片强大的计算能力，只要做一个非常简单的计算，做一个比较，看看温度是否在控制范围内，然后再做相应的控制。
单片机在人们的生活和工农业生产设备中无处不在，如各种计时装置、自动控制装置等。 学习单片机的爱好者要注意观察事物，找到周围可以使用单片机的地方，并将所学知识应用到实践中。例如，利用单片机技术改造传统机电设备，在特定场合使用单片机代替PLC具有广阔的应用前景;再比如用单片机来控制风扇、抽油烟机、空调等，从而制作出功能更强、用途更广的控制器，也可以尝试一下。
2. 单片机是如何工作的？单片机原理及应用].
单片机的工作过程是“接受指令、分析指令、执行指令”的连续过程。单片机的程序以一条指令的形式存储在程序存储器中，单片机开始工作后，开始从程序存储器的特定位置获取指令，然后单片机内部的控制器对指令进行分析，根据指令要求，进行“取号、 发送数字、算术运算、逻辑运算、跳转“等，这些运算都是在指定的周期内完成的，执行完毕后，将指令带到下一个存储单元，重复刚才的操作（当然，这些动作的具体内容可能与上一个不同），以此类推，直到停电。这里提到的“内存的具体位置”和“指定周期”与单片机的型号有关，下面以51系列单片机为例进行说明。
在51系列单片机中，有一个寄存器叫做PC（即用来存储编号的容器），单片机复位后，这个寄存器中的内容设置为0000H，
单片机内部的控制器总是根据PC寄存器中的值去相应的程序存储单元接受指令，因此，启动后，第一条指令会从0000H单元中取出，分析并执行，同时，PC值也会相应调整，指向下一个要执行的指令的位置， 下一个命令在哪里？对于51单片机来说，一条指令可能占用一个字节、两个字节或三个字节，如果第一条指令是单字节指令，在取完第一条指令后，PC的值就变为0001H，因此，在第一条指令执行后，第二条指令就会从0001H单元中取出执行， 等等。如果程序是按顺序执行的，PC的值总是会增加的，如果程序中有跳转指令，则该指令会影响PC中的值，使PC中的值指向下一个指令将要执行的地址单元。这种跳跃可以是向前的，例如从 0000H 到 0030H，也可以是反向的，即向后，从 200H 到 100H。正是因为指令可以影响PC中的值，程序才能实现“分支”和“循环”等各种功能。那么，执行订单的时间是什么时候呢？对于51单片机来说，指令执行时间有三种可能，单周期、双周期和四周期，无论一条指令需要做多少工作，都必须在规定的时间内完成。
3.MCU程序的作用是什么？怎么写？如何写入微控制器？
MCU的用途
程序就是让MCU“听话”，按照预定的设计完成一系列动作，最终实现特定的功能。例如，单片机用于控制流光，通电后，第一盏灯亮，然后延时一段时间，第二盏灯亮，
然后延时一段时间，第三盏灯亮
对于……，一段时间后第一盏灯亮起，依此类推。这里存在一些问题：第一次亮了多少盏灯，延迟了多少时间，一个周期设置了多少盏不同的灯，……，这决定了流灯的模式和流速，而这些，单片机显然没有自我判断能力，必须依靠人来“分配”任务给它， 并依次按照人们的设计进行。
为了制造”服从“，就要用单片机能理解的语言
发出命令，单片机能理解的语言称为”指令”。51单片机能接受的指令数量有限，51单片机的指令数为111条，而PIC单片机的指令数只有35条。每条指令都完成了一个最基本的动作，为了完成一个特定的功能，人们必须将这些指令排列和组合起来，形成一个指令序列，这就是程序。
指令有两种类型的表示形式：机器语言和汇编语言。以51为例，如果要把P1.0引脚设为低电平，用机器语言就是C2H 90H，把这两个数字放到单片机的程序存储器中，单片机执行后，就可以把P1.0引脚设低;为了使 P1.0 引脚高，它是机器语言中的 D2H 和 90H。至于为什么这两个数字，就不用追究了，这是设计这个芯片的设计工程师规定的，我们不能改变它，我们只能学习它。
C2H，90H是一种指令，显然这样的指令形式很难记住，编程也非常困难，所以人们使用“助记符”而不是这些数字。例如，C2H 和 90H 的助记符是 CLR P1.0，而 D2H 和 90H 的助记符是 SETB P1.0。使用助记符形式的指令编写程序称为“汇编语言源程序”。但是，没有办法将汇编语言源程序直接发送到单片机，以助记指令的形式编写的程序最终会变成：C2H、90H、D2H、90H，并且这种形式的指令可以发送到单片机的程序存储器中。将助记符形式的指令转换为数字形式的指令的过程称为“汇编”。编译方法有两种，一种是“人工编译”，即人们找到以查找表形式编写的编译指令的数字形式，并写下来;另一种是“机器汇编”，即在编写了汇编语言源程序之后，使用计算机软件对这些源程序进行处理，从而得到数字形式的指令序列，这种指令序列通常称为“机器代码”，即机器可以直接执行的代码。
机器组件获得的数字形式的指令序列以扩展名为HEX的文件的形式保存在磁盘上，通常称为HEX文件。获得十六进制文件后，可以将其写入程序内存。要把程序写到芯片上，通常需要一个叫做“编程器”的特殊设备，在电脑上运行随附的编程软件，然后打开这个软件中的HEX文件，把它写到芯片上。随着技术的发展，编程的方式越来越多，但一般的概念是这样的，具体细节将在另一个问题“什么是微控制器程序员”中回答。
4. 8 位、16 位和 32 位微控制器中的“XX 位”指的是什么？
8位、16位、32位是指单片机的“字长”，即一个操作中操作所涉及的数据的长度，这个位指的是二进制位。以 8 位为例，8 位二进制的表达范围为 0000、0000~1111,1111 在十进制系统中为 0~255，即每次操作参与的最大数据量不能超过 255。16位机的字长为16位，其数据表达范围为0~65535，即参与操作的最大数据不能超过65535;32位单片机的字长为32位，其数据表达范围为0~4294967295，即参与运算的最大数据不能超过4294967295。8位、16位、32位与
单片机的性能密切相关，通常32位计算机的性能高于16位计算机
，并且 16 位计算机的性能高于 8 位计算机。为什么会这样？这应该从两个方面来分析。首先，位数不同，计算效率不同。对于一台 8 位机器来说，因为一个运算中的每个数字都不能超过 8 位，即使 100 + 200 = 300 这样的运算不是一次完成的，因为 300 已经超过了可以用 8 位表示的最大范围 （255），因此，要运算这样的公式，就必须编写一个程序， 一步一步地完成操作，最后合成得到正确的结果。如果用一个16位的微控制器进行计算，那么一个操作就足够了，很明显，一步一步完成它所需的时间远大于一步完成它所需的时间。同理，当一个操作的结果或中值大于65535时，16位机不能一次计算，必须逐步实现，而32位机可以一次完成。第二，业务因素。通常算力越高，单片机的性能越强，当然价格越高是可以接受的，随着价格空间的扩大，厂家通常会在这些芯片中提供更多的其他功能，这样芯片的整体性能就有了很大的提高。
在典型的单片机中，80C51系列、PIC系列、AVR系列均为8位单片机;80C196 和 MSP430 系列是 16 位计算机;而目前非常流行的ARM系列，则是一款32位机器。
5. MCU编程器、仿真器、编程器、下载线是什么？有什么用？
微控制器
编程器是一种用于将程序代码写入存储芯片或微控制器内部的工具。另一种方法是使用下载电缆。随着技术的进步，越来越多的MCU芯片开始支持“ISP”功能，即In System Programmer在线可编程技术。通过这项技术，将空白（尚未编程）的芯片直接焊接到印刷电路板上，并且可以使用预先留下的几个引脚对芯片进行编程，而不必取下芯片并将其放在编程器上，因此这为小批量生产带来了极大的便利，也消除了购买昂贵适配器的需要。
6. 自学习MCU必备的硬件设备有哪些？
要学习微控制器，除了计算机之外，您还需要以下一些设备。
（1）实验板
如果您对微控制器一无所知，那么自己制作或购买实验板是更好的选择。通常一些开关、LED指示灯、数码管、各种接口芯片等常用器件都会在实验板上设计，通过这些器件的编程练习，逐步掌握单片机的编程技术。
（2） 模拟器仿真器
的目的是取代电路板上的单片机芯片，仿真器通过串口、USB接口等与PC在线通信，接收PC控制软件发送的指令，以单步、处理单步、
全速运转等，并以单步或进程单步方式执行程序，每次执行程序后，执行结果可反馈给PC的控制软件。因为在对单片机进行编程时，需要明确每条指令执行后会出现什么样的结果，并找出实际运行后的结果是否与设想的结果一致，所以仿真功能在单片机的学习和发展中可以起到非常重要的作用。
（3） 编程器或下载电缆
其目的是在微控制器芯片内编写代码。对于学习者来说，有了模拟器，暂时没有编程器或下载线，因为有了实验板，模拟器就可以做实验了。但是，建议配置一个，这样就可以对单片机开发的各个方面有所了解。
（4）万用表、烙铁等电子生产工具MCU
开发，并不是一个简单的编程，到目前为止，纯粹的“MCU编程员”很少，通常需要开发人员熟悉软件和硬件，因此，这些电子生产工作仍然需要配备。需要注意的是，这里提到的模拟器、实验板、下载线或编程
器都是笼统的概念，并不涉及特定的产品，市场上有一些产品在设计时将部分或全部实验板、仿真功能、下载或编程功能集成到一块板上，形成一套完整的实验系统。
7、我国常用的单片机有哪些？（1）80C51及其兼容系列
1）80C51系列，这是最基本的系列。包括80C31、80C51、87C51、80C32、80C52、87C52等芯片，这些芯片虽然基本不再使用，但它们是后续芯片发展的基础。其中，80C31微控制器芯片上没有ROM，80C51是一次性可写4K PROM，87C51是4K EEPROM，这些芯片的内部RAM为128字节。后三个芯片具有 8K 内部 RAM，后两个芯片具有 8K 字节的片上 ROM。
2） 80C51兼容系列
这些芯片通常在指令级别与 51 系列微控制器兼容，但它们通过许多新功能进行了扩展。主要如下。
STC89系列单片机，其主要特点是：单片机通过串口直接编程;可编程为双速运行;超低功耗;内置看门狗;内部闪存ROM可用作EEPROM，用于断电数据存储。
STC12系列单片机，其主要特点是：单时钟周期，工作频率0~35M，相当于普通80C510~420M;宽电压范围;低功耗;该芯片内置E2PROM功能;内置硬件看门狗;通用I/O端口可设置为四种工作模式，电流可在强上拉模式下“放电”。
菲利普LPC系列的主要特点是：内置RC振荡器，选择RC振荡器时无需外部振荡器;所有端口均具有 20mA LED 驱动能力;工作电压范围广。
C8051F系列的主要特点是：一个机器周期只有一个时钟周期;添加了中断源;有一个内部独立的时钟源或一个外部时钟，在程序运行时可以切换内部和外部时钟。每个 I/O 端口引脚都可以设置为推挽式或开漏输出，C8051F 系列微控制器 I/O 端口最独特的功能是增加了一个数字交叉开关，可用于将内部数字系统资源引导到 P0、P1 和 P2 端口的 I/O 引脚。该系列多款芯片具有ADC、DAC、PCA等功能。
（2） PIC系列PIC单片机的发展思路
不同于51单片机的发展思路，它不搞简单的功能积累，而是从实际出发，重视产品的性能和价格比，依靠多种型号的开发来满足不同层次的应用需求;简化指令使其执行效率大大提高。目前有PIC10、PIC12、PIC16、PIC18系列上百个品种。以PIC16F676芯片为例，该芯片内置1K字FLASH ROM、128字节EEPROM、64字节RAM、8通道10位AD转换器、内置振荡器，精度高达±1%，功耗极低，工作电压范围宽，这样的高性能14引脚芯片，价格不到7元， 而且性价比相当高。
（3） AVR系列
AVR系列单片机是一种增强RISC结构的单片机，其主要特点是：速度快，一机周期只需一个时钟周期;品种丰富，类似PIC系列，依靠开发多种型号，满足不同层次的应用需求;支持ISP、IAP功能，在线编程，方便远程维护;工作范围广，抗干扰能力强。以ATMEGA8芯片为例，该芯片内置8K Flash ROM、512字节EEPROM、1K字节RAM、8通道10位AD、内置RC振荡器。这样一款高性能的28引脚芯片，价格只有7元左右，性价比也相当高。
（4） 其他
其他常用的微控制器包括：ST、EMC、摩托罗拉、三星等。这些单片机有的市场使用量很大，但是我们并不关注它，因为我们介绍的内容主要是针对业余爱好者的，虽然有些芯片功能强大，性价比高，但并不是针对业余爱好者的，小批量的芯片很难买到，仿真器和C编译器等开发工具也非常昂贵， 所以这里就不介绍了，有兴趣的可以在网上搜索一下相关信息。
8、常用单片机的大致价格是多少？
单片机的价格差异很大，从不到1元到几十元，甚至几百元不等。下面就为大家介绍一下常用单片机的价格。
9、单片机程序编写、仿真、调试常用软件有哪些？
不同型号的微控制器需要不同的开发软件。我们以80C51系列、PIC系列和AVR系列为例。
单片机程序的编写不需要任何特殊的软件，只要是文字编辑软件，比如WINDOWS自带的记事本、WORD等，但是这些软件的编写并不方便，有一些比较好的文字编辑器可供选择，比如UltraEdit、PE2等。当然，人们最常使用的东西是使用开发软件自带的编辑器来编写。以80C51系列单片机为例，最流行的软件是Keil软件。Keil软件是一款综合开发工具，内置编辑器、ASM汇编器、C51编译器、调试器等部分。
10. 您能推荐学习MCU的书籍或其他形式的教程吗？
市面上有很多单片机书籍，作为初学者入门，一般建议选择80C51系列，如果你有明确的工作对象，那就另当别论了。
