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,并將內存(memory)、計數器(Timer)、USB、A/D轉換、UART、PLC、DMA等周邊接口,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,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。
單片機按應用范圍又可分成通用型和專用型。專用型是針對某種特定產品而設計的,例如用于體溫計的單片機、用于洗衣機的單片機等等。在通用型的單片機中,又可按字長分為4位、8位、16/32位,雖然計算機的微處理器現在幾乎是32/64位的天下,8位、16位的微處理器已趨于萎縮,但單片機情況卻不同,8位單片機成本低,價格廉,便于開發,其性能能滿足大部分的需要,只有在航天、汽車、機器人等高技術領域,需要高速處理大量數據時,才需要選用16/32位,而在一般工業領域,8位通用型單片機,仍然是目前應用較廣的單片機。
8位MCU工作頻率在16~50MHz之間,強調簡單效能、低成本應用,在目前MCU市場總值仍有一定地位,而不少MCU業者也持續為8bit MCU開發頻率調節的節能設計,以因應綠色時代的產品開發需求。
16位MCU,則以16位運算、16/24位尋址能力及頻率在24~100MHz為主流規格,部分16bit MCU額外提供32位加/減/乘/除的特殊指令。由于32bit MCU出現并持續降價及8bit MCU簡單耐用又便宜的低價優勢下,夾在中間的16bit MCU市場不斷被擠壓,成為出貨比例中較低的產品。
32位MCU可說是MCU市場主流,單顆報價在1.5~4美元之間,工作頻率大多在100~350MHz之間,執行效能更佳,應用類型也相當多元。但32位MCU會因為操作數與內存長度的增加,相同功能的程序代碼長度較8/16bit MCU增加30~40%,這導致內嵌OTP/FlashROM內存容量不能太小,而芯片對外腳位數量暴增,進一步局限32bit MCU的成本縮減能力。