初識MCU

微控制單元(Microcontroller Unit；MCU) ，又稱單片微型計算機(Single Chip Microcomputer )或者單片機，是把中央處理器(Central Process Unit；CPU)的頻率與規格做適當縮減，并將記憶體(memory)、計數器(Timer)、USB、A/D轉換、UART、PLC、DMA等周邊介面，甚至LCD驅動電路都整合在單一芯片上，形成芯片級的計算機，為不同的應用場合做不同組合控制，諸如手機、PC外圍、遙控器，至汽車電子、工業上的步進馬達、機器手臂的控制等，都可見到MCU的身影，（源自：百度百科）

打開這篇markdown的小伙伴你好啊，我是集，一個16屆智能車的參賽選手，你會看到我，說明你也有參加智能車比賽的想法吧，那如果你和我一樣在起步階段是個小白，就隨著我一起認識做智能車吧，

什么是MCU（Microcontroller Unit）

我們在比賽中會使用到MCU來讓小車完成各種功能，所以在小車跑起來之前，我們先來認識下什么是MCU

正如開頭參考所介紹的，MCU的全稱是Micro（微）controller（控制器） Unit（單元），好長一串英文，翻譯成中文也讓人懵懵的，這個MCU到底是個啥？別著急，我這就來為你介紹，

眾所周知，我們人有大腦和小腦，大腦擅長思考復雜的事情，比如計算數學題、分析眼前景象這類困難的任務，雖然需要花上一定時間分析，但大腦都能處理得來，而小腦則和大腦不同，小腦擅長的是控制肌肉伸張、收縮，它是運動的調節中樞，我們維持身體平衡、抬手屈膝都依靠它，而它講究的是實時性，即收到信號后能快速做出反饋，

我們手頭的電腦就和大腦比較相似，它可以用來處理資料、實作各種復雜功能，而微控制器（MCU）則和小腦比較相似，小腦可以控制肌肉伸張、收縮，MCU可以控制電機正反轉動，

顯然，單純為了讓電機轉起來不值得我們單獨設計一塊芯片，以直流電機為例，我們把電機接到電池正負極上，電機就會隨著電流流通轉動起來了，而正反轉通過反轉電池就能實作，為什么還要用一個芯片來控制電機呢？顯然（X2），這里我們忽略了一個細節：電機接到電池上雖然能轉，但電機的轉速是我們控制不了的，在實際應用中，很多控制系統要求電機作業在給定轉速下，顯然電機簡單地接上電池達不到我們的應用要求，所以我們引入MCU來幫我們實作控制轉速的功能，

現在我們知道了MCU可以控制電機轉速，那它是怎么實作這個功能的呢？這個問題涉及的內容繁多，不適合放在開頭講解，之后的篇章我會為你慢慢道來，現在我們只需要知道，MCU整合了一個“不是很聰明的大腦”來理解和完成我們給定的指令，讓我們能夠通過編程來告訴MCU它應該做哪些事情，

MCU有哪些功能

具備編程功能的MCU非常強大，除了上文提到的電機控制功能，聰明的工程師們還把其他很多實用的功能整合到了MCU上，接下來讓我們逐個來認識下這些功能吧，

通用IO（GPIO）

IO口控制是MCU很基礎的一個功能，我們能夠通過編程讓MCU實作IO引腳的高低電平切換，IO口最經典的功能應用是點亮LED小燈，我們把一個LED小燈接在MCU的IO引腳和地之間，將引腳拉至高電平輸出，LED小燈就會隨著電流流通而被點亮！

如果你對高低電平沒什么概念，不用擔心，你隨時可以打開搜索引擎查詢自己不熟悉的概念，在這里我用我淺顯的理解來給你講解一下高低電平的概念，在電路設計中，我們希望通過電壓值來表示0和1這兩種狀態，而根據我們使用電壓表的經驗，想要測量電壓值，就需要引入電勢參考點，這里我們一般把地作為零電勢參考點，顯然，為了區分0和1，我們需要電壓值能夠有數值上的區分，比如3.3V表示1，0V表示0，而在實際應用中我們很難保證測量的電壓值準確恒定在3.3V和0V上（可能會出現上下浮動，比如由3.3V變為3.1V），所以我們選擇放寬條件，讓處于一定范圍內的電壓值表示不同的狀態，比如高于2.7V、低于3.6V的電壓表示1，低于0.6V、高于0V的電壓表示0，而這里的0和1兩種狀態，就是我們之前提到的低電平和高電平，在實際應用中區分高低電平的電壓范圍根據電平協議的不同會有所變化，你可以通過查閱資料來獲取準確的區分范圍，

模數轉換、數模轉換（ADC、DAC）

模數、數模轉換是MCU中十分神奇的一個功能，它能夠實作模擬量（如電壓、電流）到數字量（0101）和數字量到模擬量的轉換，當我們希望測量電池電壓、流過負載的電流時，就可以用上模數轉換（ADC），把電壓和電流的大小（模擬量）轉換成MCU能夠理解的數字量（二進制數），

定時器、計數器

定時器、計數器是MCU中非常重要的功能，我們在應用PID控制電機轉速時會用上他們，定時器、計數器衍生的子功能非常多，現在我們只需要按字面意思去理解他們，即時間到了會響的定時器，和按下之后會累加值的計數器，

通信功能（UART、I2C、SPI、CAN）

當我們希望實作MCU與其他設備通信的時候（如顯示屏、攝像頭、陀螺儀加速度計等），就可以用上MCU的各種通信介面，資料通信涉及到的內容較為復雜，我們在以后的篇章會講解它們的使用，

怎么學習MCU

看到這里的你可能還是一臉懵逼，知道了MCU是什么、有哪些功能，但這些東西又和我們做智能車有什么關系？以及我們如何學習MCU呢？

別著急，做智能車的路程才剛剛開始，現在對一切感到陌生是很正常的，首先我們先明確一下我們做智能車的目標：讓一輛小車能夠沿著賽道奔跑，為了實作這個目標，我們需要讓小車具備前進、轉向等基本功能，而這些功能的實作又依賴于電機、舵機等執行單元，我們學習使用MCU，就是為了通過編程讓這些執行單元按照我們的想法去作業，讓小車在需要前進的時候前進，在需要轉向的時候轉向，

至于怎么學習MCU，方法有很多種，這里說一下我推薦的方法：當你需要實作某個功能的時候，就努力想辦法實作，去查閱這個功能相關的資料，了解實作這個功能需要使用到哪些模塊，再自己動手實踐，讓實作功能的想法照進現實，舉個簡單的例子：我們想要實作一個可以隨時點亮、熄滅的LED小燈，我們知道LED小燈在有電流流通的時候會被點亮，而電流流通的條件是LED小燈兩端有壓差，我們想到MCU的IO口可以設定成高低電平兩種狀態，如果把LED的一端接到IO引腳上，另一端接地，就可以通過引腳的高電平實作壓差，讓電流流通LED，實作點亮小燈的功能，而IO引腳變成低電平時，壓差消失，電流不流通LED，小燈就熄滅了，有了方法之后，我們就通過編程去實踐這個方法，直到LED真正可以被點亮和熄滅，在學習程序中你可能會遇到不可逾越的障礙，這時候不妨問問周圍人的想法，很有可能解決問題的靈感會在與他人的交流中迸發！

寫在最后

入門智能車 - 初識MCU篇差不多就到這里啦，在文章的最后我有一些話想對你們說，

現在的你們可能不知道做智能車這段經歷可以給自己帶來什么，從我的角度看，我做智能車這一年識訓的是認識自我、看淡成敗，在做智能車的途中，我總幻想著能拿國獎、 能拿學分，直到最后拿了華南三我才醒悟過來，雖然只是投入很多自己的時間做比賽，但是目無旁人、極端自負的做法和性格卻傷害了身邊的人，所以在比賽結束后，我總是在想自己有哪些事情做錯了、有沒有什么可以做得更好的方法，我也想明白了，做比賽開心和成長最重要，我從比賽中獲得了樂趣，這個樂趣支撐我不斷探索實作新的技術，我就想讓小車跑得更快、識別得更準，天天找改進小車的辦法，最后比不過別人也沒事，因為我投入了對得起這份成績的時間，自己也獲得成長，別人也不能因為我沒拿很高的成績來責備我什么的，

在這里給你們一些小建議，在正式確定隊伍成員之前，你們可以先安排兩三周的磨合期，要是彼此覺得不適合組成團隊，那大家好聚好散，各自再看看有沒有更合適的團隊可以加入，在團隊組成的初期，大家可以先討論下共同愿景，然后合理安排分工、設定每專案標完成的截止時間，確保團隊能按安排好的時間跟進比賽進度，關于團隊合作是我一直做得不好的部分，希望你們能處理好成員之間的關系，

智能車比賽經過十幾年發展，逐漸變得適合零基礎的小白參與進這個比賽，各種比賽中常用的功能得到了模塊化，使得我們能更輕松地開發、實作各種功能，所以你們不用擔心自己沒有基礎，做不來這個比賽，放心大膽的鉆研各種技術，你們一定會有所識訓的，

最后的最后，你們一定不要穿鞋踩進賽道啊啊啊啊（血壓飆升）！賽道要勤擦洗，不然等車子跑起來輪子打滑夠你們受的！