微控制器無處不在，其使用范圍也在不斷擴大。但對其特性和潛在使用場景的深入理解，可以幫助我們在選擇和部署這項技術時做出更明智的決策。

微控制器還是微處理器：做出正確選擇

首先要考慮的問題是，你需要的是微控制器還是微處理器？這兩者雖然有些相似，但在使用場景上有所重疊，因此理解它們的相對優勢是必要的第一步。

微處理器通常只有一個處理核心（CPU），一般來說，足夠強大，可以處理涉及大量內存的復雜應用程序。它們是面向通用應用的。而微控制器則包括CPU、內存和輸入輸出（I/O），足夠支持單一或少量功能或應用，例如醫療設備或家居自動化系統。

微處理器通常與外部設備和系統（如內存）協同工作，而微控制器則更有可能由一個單獨的封裝組成。

微控制器非常適合低功耗、實時應用和數據收集，以及空間或電力有限的應用場景。

選擇微控制器的基本步驟

訪問調試器可以加速并簡化任何包括微控制器的產品的部署過程。調試器能夠支持代碼上傳和實時調試，如設置斷點。如果選擇某個廠商的微控制器產品，通常該廠商也會提供專用調試器，這可能會有所幫助，但也有通用的調試器可供選擇。

構建完整的產品

要實現成功的微控制器應用，還需要考慮很多因素。

微控制器需要電源，通常是3.3V的電壓，并且電力需要通過供電軌道進行傳輸。引腳還需要去耦電容。為了適應任何模擬外設，你可能還需要一個所謂的Pi濾波器，以防止噪聲影響模擬信號。

通常可以通過調試探針或引導加載程序來上傳代碼。

振蕩器也是一個重要的考慮因素。大多數微控制器內部都帶有振蕩器，但有時也需要外部晶振，尤其是在更高頻率或更高精度的情況下。這并不是一個簡單的“即插即用”過程，你可能需要根據晶體的數據表在電路中包含負載電容，以及一個饋電電阻來避免晶體過載。這可以減少或防止諧波的產生。

“解碼”微控制器引腳以創建完整的設備是實現微控制器應用的另一重要步驟。同樣，數據表至關重要。更好的是，一些微控制器供應商提供開發環境和工具，以簡化這些活動。

根據項目的性質，列出需要適應的外部接口可能很有幫助。硬件框圖是完成此任務的一種方法，通常從通信接口開始。UART、USB、I2C和SPI是微控制器可能使用的接口之一。USB和以太網較為不常見。如果它們在使用范圍內，應該注意，它們往往需要更多的程序空間。可能還需要數字或模數轉換I/O。

在軟件方面，弄清楚給定程序如何在所考慮的硬件上運行是非常重要的一步。哪些處理步驟會大量使用資源？它們會同時發生嗎？是否有類似的軟件運行在所考慮的硬件上，可以提供一個粗略的概念驗證？

長遠的考慮

選擇控制器并不是一次性任務。隨著技術的進步或產品升級的需求，很可能需要在產品生命周期內多次升級微控制器。因此，在設計過程的早期進行長期思考，可能會在以后有所收益。通過一些快速計算可以明確，選擇8位、16位、32位甚至64位微控制器是否適合并且能夠在合理的時間內滿足產品的預期需求。

微控制器未來的發展

微控制器市場的未來可能會如何發展？根據Grandview Research專家的說法，32位微控制器市場最近占據了整個微控制器市場價值的50.0%，而整個市場預計在2030年之前將以12.3%的年復合增長率（CAGR）增長。因此，盡管目前市場上仍有大量8位和16位微控制器，但隨著時間的推移，更強大、功能更強的32位和64位設備可能會成為主流。

研究人員還注意到一個重要的新興架構趨勢。在2023年，馮·諾依曼架構的微控制器主導了市場，占據了超過42.0%的收入份額。馮·諾依曼架構因其經濟性和熟悉性以及相對簡單的設計和開發過程而具有優勢。

然而，哈佛架構的微控制器，其指令和數據采用了分離的存儲和信號路徑，也以每年12%的速度增長。哈佛架構特別適用于實時應用和需要高性能的場景。這是另一個值得考慮的選擇。