首先，“嵌入式”這是個概念，準確的定義沒有，各個書上都有各自的定義。但是主要思想是一樣的，就是相比較PC機這種通用系統來說，嵌入式系統是個專用系統，結構精簡，在硬體和軟體上都只保留需要的部分，而將不需要的部分裁去。所以嵌入式系統一般都具有便攜、低功耗、效能單一等特性。

然後，MCU、DSP、FPGA這些都屬於嵌入式系統的範疇，是為了實現某一目的而使用的工具。

MCU俗稱”微控制器“經過這麼多年的發展，早已不單單隻有普林斯頓結構的51了，效能也已得到了很大的提升。因為MCU必須順序執行程式，所以適於做控制，較多地應用於工業。而ARM本是一家專門設計MCU的公司，由於技術先進加上策略得當，這兩年微控制器市場份額佔有率巨大。ARM的微控制器有很多種類，從低端M0（小家電）到高階A8、A9（

DSP叫做數字訊號處理器，它的結構與MCU不同，加快了運算速度，突出了運算能力。可以把它看成一個超級快的MCU。低端的DSP，如C2000系列，主要是用在電機控制上，不過TI公司好像稱其為DSC（數字訊號控制器）一個介於MCU和DSP之間的東西。高階的DSP，如C5000/C6000系列，一般都是做視訊影象處理和通訊裝置這些需要大量運算的地方。

FPGA叫做現場可程式設計邏輯陣列，本身沒有什麼功能，就像一張白紙，想要它有什麼功能完全靠程式設計人員設計（它的所有過程都是硬體，包括VHDL和Verilog HDL程式設計也是硬體範疇，一般稱之為編寫“邏輯”。）。如果你夠NB，你可以把它變成MCU，也可以變成DSP。由於MCU和DSP的內部結構都是設計好的，所以只能通過軟體程式設計來進行順序處理，而FPGA則可以並行處理和順序處理，所以比較而言速度最快。

那麼為什麼MCU、DSP和FPGA會同時存在呢？那是因為MCU、DSP的內部結構都是由IC設計人員精心設計的，在完成相同功能時功耗和價錢都比FPGA要低的多。而且FPGA的開發本身就比較複雜，完成相同功能耗費的人力財力也要多。所以三者之間各有各的長處，各有各的用武之地。但是目前三者之間已經有融合的態勢，ARM的M4系列裡多加了一個精簡的DSP核，TI的達芬奇系列本身就是ARM+DSP結構，ALTERA和XINLIX新推出的FPGA都包含了ARM的核在裡面。所以三者之間的關係是越來越像三基色的三個圓了。

一言以蔽之“你中有我，我中有你”。

硬體工程師學習從何開始？

微控制器:通常無作業系統，用於簡單的控制，如電梯，空調等。

dsp:用於複雜的計算，像離散餘弦變換、快速傅立葉變換，常用於影象處理，在數碼相機等裝置中使用。

arm:一個英國的晶片設計公司，但是不生產晶片。只賣智慧財產權。

fpga:現場可程式設計門陣列，以硬體描述語言（Verilog 或 VHDL）所完成的電路設計，可以經過簡單的綜合與佈局，快速的燒錄至 FPGA 上進行測試，是現代 IC 設計驗證的技術主流。

嵌入式 是相對於臺式電腦而言，系統可裁剪，形態各異，可能體積、功耗、成本受限、實時性要求高，如示波器，手機，平板電腦，全自動洗衣機，路由器、數碼相機，這些裝置中，雖然看不到桌上型電腦的存在，但是都有一個或多個嵌入式系統在工作。

根據物件體系的功能複雜性和計算處理複雜性，提供的不同選擇。對於簡單的家電控制嵌入式系統，採用簡單的8位微控制器就足夠了，價廉物美，對於手機和遊戲機等，就必須採用32位的ARM和DSP等晶片了。FPGA是一種更偏向硬體的實現方式。

所以要通過學習成為硬體工程師，要從微控制器開始，然後學習ARM和DSP之類。

市面上七大主流微控制器的詳細介紹

微控制器現在可謂是鋪天蓋地，種類繁多，讓開發者們應接不暇，發展也是相當的迅速，從上世紀80年代，由當時的4位8位發展到現在的各種高速微控制器。

各個廠商們也在速度、記憶體、功能上此起彼伏，參差不齊~~同時湧現出一大批擁有代表性微控制器的廠商：Atmel、TI、ST、MicroChip、ARM…國內的巨集晶STC微控制器也是可圈可點…

下面為大家帶來51、MSP430、TMS、STM32、PIC、AVR、STC微控制器之間的優缺點比較及功能體現……

51微控制器

應用最廣泛的8位微控制器當然也是初學者們最容易上手學習的微控制器，最早由Intel推出，由於其典型的結構和完善的匯流排專用暫存器的集中管理，眾多的邏輯位操作功能及面向控制的豐富的指令系統，堪稱為一代“經典”，為以後的其它微控制器的發展奠定了基礎。

51微控制器之所以成為經典，成為易上手的微控制器主要有以下特點：

特性：

1.從內部的硬體到軟體有一套完整的按位作業系統，稱作位處理器，處理物件不是字或位元組而是位。嵌入式物聯網等系統學習企鵝意義氣嗚嗚吧久零就易，不但能對片內某些特殊功能暫存器的某位進行處理，如傳送、置位、清零、測試等，還能進行位的邏輯運算，其功能十分完備，使用起來得心應手。

2. 同時在片內RAM區間還特別開闢了一個雙重功能的地址區間，使用極為靈活，這一功能無疑給使用者提供了極大的方便，

3. 乘法和除法指令，這給程式設計也帶來了便利。很多的八位微控制器都不具備乘法功能，作乘法時還得編上一段子程式呼叫，十分不便。

缺點：(雖然是經典但是缺點還是很明顯的)

1.AD、EEPROM等功能需要靠擴充套件,增加了硬體和軟體負擔

2. 雖然I/O腳使用簡單，但高電平時無輸出能力，這也是51系列微控制器的最大軟肋

3. 執行速度過慢，特別是雙資料指標，如能改進能給程式設計帶來很大的便利

4.51保護能力很差，很容易燒壞晶片

應用範圍：

目前在教學場合和對效能要求不高的場合大量被採用

使用最多的器件：8051、80C51

MSP430微控制器

MSP430系列微控制器是德州儀器1996年開始推向市場的一種16位超低功耗的混合訊號處理器，給人們留下的最大的亮點是低功耗而且速度快,組合語言用起來很靈活,定址方式很多,指令很少,容易上手。主要是由於其針對實際應用需求，把許多類比電路、數位電路和微處理器整合在一個晶片上，以提供“單片”解決方案。其迅速發展和應用範圍的不斷擴大，主要取決於以下的特點…

特性：

1.強大的處理能力，採用了精簡指令集(RISC)結構，具有豐富的定址方式( 7 種源運算元定址、 4 種目的運算元定址)、簡潔的 27 條核心指令以及大量的模擬指令;大量的暫存器以及片內資料儲存器都可參加多種運算;還有高效的查表處理指令;有較高的處理速度，在 8MHz 晶體驅動下指令週期為 125 ns 。這些特點保證了可編制出高效率的源程式

2.在運算速度方面，能在 8MHz 晶體的驅動下，實現 125ns 的指令週期。 16 位的資料寬度、 125ns 的指令週期以及多功能的硬體乘法器(能實現乘加)相配合，能實現數字訊號處理的某些演算法(如 FFT 等)

3.超低功耗方面，MSP430 微控制器之所以有超低的功耗，是因為其在降低晶片的電源電壓及靈活而可控的執行時鐘方面都有其獨到之處。電源電壓採用的是 1.8~3.6V 電壓。因而可使其在 1MHz 的時鐘條件下執行時， 晶片的電流會在 200~400uA 左右，時鐘關斷模式的最低功耗只有 0.1uA

缺點：

1.個人感覺不容易上手，不適合初學者入門，資料也比較少，只能跑官網去找

2.佔的指令空間較大,因為是16位微控制器,程式以字為單位,有的指令竟然佔6個位元組。雖然程式表面上簡潔, 但與pic微控制器比較空間佔用很大

應用範圍：

在低功耗及超低功耗的工業場合應用的比較多

使用最多的器件：MSP430F系列、MSP430G2系列、MSP430L09系列

TMS微控制器

這裡也提一下TMS系列微控制器，雖不算主流。由TI推出的8位CMOS微控制器,具有多種儲存模式、多種外圍介面模式,適用於複雜的實時控制場合。雖然沒STM32那麼優秀，也沒MSP430那麼張揚，但是TMS370C系列微控制器提供了通過整合先進的外圍功能模組及各種晶片的記憶體配置，具有高性價比的實時系統控制。同時採用高效能矽柵CMOS EPROM和EEPROM技術實現。低工作功耗CMOS技術，寬工作溫度範圍，噪聲抑制，再加上高效能和豐富的片上外設功能，使TMS370C系列微控制器在汽車電子，工業電機控制，電腦，通訊和消費類具有一定的應用。

STM32微控制器

由ST廠商推出的STM32系列微控制器，行業的朋友都知道，這是一款價效比超高的系列微控制器，應該沒有之一，功能及其強大。其基於專為要求高效能、低成本、低功耗的嵌入式應用專門設計的ARM Cortex-M核心，同時具有一流的外設：1μs的雙12位ADC，4兆位/秒的UART，18兆位/秒的SPI等等，在功耗和整合度方面也有不俗的表現，當然和MSP430的功耗比起來是稍微遜色的一些，但這並不影響工程師們對它的熱捧程度，由於其簡單的結構和易用的工具再配合其強大的功能在行業中赫赫有名…其強大的功能主要表現在：

特性：

1.核心：ARM32位Cortex-M3CPU，最高工作頻率72MHz，1.25DMIPS/MHz，單週期乘法和硬體除法

2.儲存器：片上整合32-512KB的Flash儲存器。6-64KB的SRAM儲存器

3.時鐘、復位和電源管理：2.0-3.6V的電源供電和I/O介面的驅動電壓。POR、PDR和可程式設計的電壓探測器(PVD)。4-16MHz的晶振。內嵌出廠前調校的8MHz RC振盪電路。內部40 kHz的RC振盪電路。用於CPU時鐘的PLL。帶校準用於RTC的32kHz的晶振

4、除錯模式：序列除錯(SWD)和JTAG介面。最多高達112個的快速I/O埠、最多多達11個定時器、最多多達13個通訊介面

使用最多的器件：STM32F103系列、STM32 L1系列、STM32W系列

PIC微控制器

PIC微控制器系列是美國微芯公司(Microship)的產品，共分三個級別,即基本級、中級、高階，是當前市場份額增長最快的微控制器之一，CPU採用RISC結構,分別有33、35、58條指令,屬精簡指令集，同時採用Harvard雙匯流排結構,執行速度快,它能使程式儲存器的訪問和資料儲存器的訪問並行處理,這種指令流水線結構,在一個週期內完成兩部分工作,一是執行指令,二是從程式儲存器取出下一條指令,這樣總的看來每條指令只需一個週期,這也是高效率執行的原因之一，此外PIC微控制器之所以成為一時非常熱的微控制器不外乎以下特點：

特點：

1.具有低工作電壓、低功耗、驅動能力強等特點。PIC系列微控制器的I/O口是雙向的,其輸出電路為CMOS互補推輓輸出電路。I/O腳增加了用於設定輸入或輸出狀態的方向暫存器,從而解決了51系列I/O腳為高電平時同為輸入和輸出的狀態。

2.當置位1時為輸入狀態,且不管該腳呈高電平或低電平,對外均呈高阻狀態;置位0時為輸出狀態,不管該腳為何種電平,均呈低阻狀態,有相當的驅動能力,低電平吸入電流達25mA,高電平輸出電流可達20mA。相對於51系列而言,這是一個很大的優點

3.它可以直接驅動數碼管顯示且外電路簡單。它的A/D為10位,能滿足精度要求。具有線上除錯及程式設計(ISP)功能。

不足之處：

其專用暫存器(SFR)並不像51系列那樣都集中在一個固定的地址區間內(80～FFH),而是分散在四個地址區間內。只有5個專用暫存器PCL、STATUS、FSR、PCLATH、INTCON在4個儲存體內同時出現，但是在程式設計過程中,少不了要與專用暫存器打交道,得反覆地選擇對應的儲存體,也即對狀態暫存器STATUS的第6位(RP1)和第5位(RP0)置位或清零。資料的傳送和邏輯運算基本上都得通過工作暫存器W(相當於51系列的累加器A)來進行,而51系列的還可以通過暫存器相互之間直接傳送,因而PIC微控制器的瓶頸現象比51系列還要嚴重,這在程式設計中的朋友應該深有體會

使用最多的器件：PIC16F873、PIC16F877

AVR微控制器

AVR微控制器是Atmel公司推出的較為新穎的微控制器,其顯著的特點為高效能、高速度、低功耗。它取消機器週期,以時鐘週期為指令週期,實行流水作業。AVR微控制器指令以字為單位,且大部分指令都為單週期指令。而單週期既可執行本指令功能,同時完成下一條指令的讀取。通常時鐘頻率用4～8MHz,故最短指令執行時間為250～125ns。AVR微控制器能成為最近仍是比較火熱的微控制器，主要的特點：

特點：

1.AVR系列沒有類似累加器A的結構,它主要是通過R16～R31暫存器來實現A的功能。在AVR中,沒有像51系列的資料指標DPTR,而是由X(由R26、R27組成)、Y(由R28、R29組成)、Z(由R30、R31組成)三個16位的暫存器來完成資料指標的功能(相當於有三組DPTR),而且還能作後增量或先減量等的執行，而在51系列中,所有的邏輯運算都必須在A中進行;而AVR卻可以在任兩個暫存器之間進行,省去了在A中的來回折騰,這些都比51系列出色些

2.AVR的專用暫存器集中在00～3F地址區間,無需像PIC那樣得先進行選儲存體的過程,使用起來比PIC方便。AVR的片內RAM的地址區間為0～00DF(AT90S2313) 和0060～025F(AT90S8515、AT90S8535),它們佔用的是資料空間的地址,這些片內RAM僅僅是用來儲存資料的,通常不具備通用暫存器的功能。當程式複雜時,通用暫存器R0～R31就顯得不夠用;而51系列的通用暫存器多達128個(為AVR的4倍),程式設計時就不會有這種感覺。

3.AVR的I/O腳類似PIC,它也有用來控制輸入或輸出的方向暫存器,在輸出狀態下,高電平輸出的電流在10mA左右,低電平吸入電流20mA。這點雖不如PIC,但比51系列還是要優秀的…

缺點：

1.是沒有位操作，都是以位元組形式來控制和判斷相關暫存器位的

2.C語言與51的C語言在寫法上存在很大的差異，這讓從開始學習51微控制器的朋友很不習慣

3.通用暫存器一共32個(R0～R31),前16個暫存器(R0～R15)都不能直接與立即數打交道,因而通用性有所下降。而在51系列中,它所有的通用暫存器(地址00～7FH)均可以直接與立即數打交道,顯然要優於前者。

使用最多的器件：ATUC64L3U、ATxmega64A1U、AT90S8515

STC微控制器

說到STC微控制器有人會說到，STC也能算主流，估計要被噴了~~我們基於它是國內還算是比較不錯的微控制器來說。STC微控制器是巨集晶生產的單時鐘/機器週期的微控制器，說白了STC微控制器是51與AVR的結合體，有人說AVR是51的替代微控制器，但是AVR微控制器在位控制和C語言寫法上存在很大的差異。而STC微控制器洽洽結合了51和AVR的優點，雖然功能不及AVR那麼強大，但是在AVR能找到的功能，在STC上基本都有，同時STC微控制器是51核心，這給以51微控制器為基礎的工程師們提供了極大的方便，省去了學習AVR的時間，同時也不失AVR的各種功能…

STC微控制器是高速、低功耗、超強抗干擾的新一代8051微控制器51微控制器，指令程式碼完全相容傳統8051，但速度快8~12倍，內部整合MAX810專用復位電路。4路PWM 8路高速10位A、D轉換，針對電機電機 的供應商控制，強幹擾場合，成為繼51微控制器後一個全新系列微控制器…

特性：

1.下載燒錄程式用串列埠方便好用，容易上手，擁有大量的學習資料及視訊，最著名的要屬於杜老師的那個視訊了，好多對微控制器有興趣的朋友都是通過這個視訊入門的，同時具有寬電壓：5.5～3.8V，2.4～3.8V, 低功耗設計：空閒模式，掉電模式(可由外部中斷喚醒)

2.STC微控制器具有在應用程式設計，除錯起來比較方便;帶有10位AD、內部EEPROM、可在1T/機器週期下工作，速度是傳統51微控制器的8~12倍，價格也較便宜

3.4 通道捕獲/比較單元，STC12C2052AD系列為2通道，也可用來再實現4個定時器或4個外部中斷，2個硬體16位定時器，相容普通8051的定時器。4路PCA還可再實現4個定時器，具有硬體看門狗、高速SPI通訊埠、全雙工非同步序列口,相容普通8051的串列埠，同時還具有先進的指令集結構，相容普通8051指令集

PS：STC微控制器功能雖不及AVR、STM32強大，價格也不及51和ST32便宜，但是這些並並不重要，重要的是這屬於國產微控制器比較出色的微控制器，但願國產微控制器能一路長虹…

使用最多的器件：STC12C2052AD

Freescale微控制器

主要針對S08,S12這類微控制器，當然Freescale微控制器遠非於此。Freescale系列微控制器採用哈佛結構和流水線指令結構，在許多領域內都表現出低成本，高效能的的特點，它的體系結構為產品的開發節省了大量時間。此外Freescale提供了多種整合模組和匯流排介面，可以在不同的系統中更靈活的發揮作用!Freescale微控制器的特有的特點如下：

1.全系列：從低端到高階，從8位到32位全系列應有盡有，其推出的8位/32位管腳相容的QE128，可以從8位直接移植到32位,彌補微控制器業界8/32 位相容架構中缺失的一環

2.多種系統時鐘模組：三種模組，七種工作模式。多種時鐘源輸入選項，不同的mcu具有不同的時鐘產生機制，可以是RC振盪器，外部時鐘或晶振，也可以是內部時鐘，多數CPU同時具有上述三種模組!可以執行在FEI，FEE，FBI，FBILP，FBE，FBELP，STOP這七種工作模式

3.多種通訊模組介面：Freescale微控制器幾乎在內部整合各種通訊介面模組：包括序列通訊介面模組SCI，多主I2C匯流排模組,序列外圍介面模組 SPI，MSCAN08控制器模組，通用序列匯流排模組(USB/PS2)

4.具有更多的可選模組：具有LCD驅動模組，帶有溫度感測器，具有超高頻傳送模組，含有同步處理器模組，含有同步處理器的MCU還具有螢幕顯示模組OSD，還有少數的MCU具有響鈴檢測模組RING和雙音多頻/音調發生器DMG模組

5.可靠性高，抗干擾性強，多種引腳數和封裝選擇

6.低功耗、也許Freescale系列的微控制器的功耗沒有MSP430的低，但是他具有全靜態的“等待”和“停止”兩種模式，從總體上降低您的功耗!新近推出的幾款超低功耗已經與MSP430的不相上下!

使用最多的器件：MC9S12G系列

如果真要在這些微控制器中分個一二三等，那麼如果你想跟隨大眾，無可厚非51微控制器還是首選;如果你追求超高性價比，STM32將是你理想選擇;如果你渴望超低功耗，MSP430肯定不會讓你失望;如果你想支援國產，STC會讓你興奮…