追溯到20世紀70年代，單片機（MCU）在控制各種汽車、消費品和工業產品方面發揮了重要作用。如今，單片機的應用已擴展到包括便攜式、無線和可穿戴物聯網（IoT）產(chan)品(pin)。除了(le)物聯網以外(wai)，醫療(liao)保健行(xing)業也出現了(le)大規模發展，各種應用中都采用了(le)8位MCU。
具有8位(wei)MCU的(de)嵌入式電子產品(pin)需要(yao)在規(gui)模經濟中(zhong)具有競(jing)爭力的(de)設(she)(she)備(bei)(bei)（每個應用(yong)(yong)(yong)需要(yao)數(shu)十萬甚至數(shu)百萬個器件）。例如，在汽(qi)車應用(yong)(yong)(yong)中(zhong)，8位(wei)MCU控制許(xu)多子系統，如電動(dong)座椅和車窗、智(zhi)能門把手，甚至輪胎壓(ya)力傳感器。這(zhe)意味著幾美分的(de)價格差相當重要(yao)。應用(yong)(yong)(yong)成本的(de)另一方(fang)面是數(shu)百萬設(she)(she)備(bei)(bei)的(de)維護成本，在設(she)(she)計階段通(tong)(tong)常會忽視(shi)這(zhe)一點。可靠(kao)性和設(she)(she)備(bei)(bei)耐用(yong)(yong)(yong)性可以通(tong)(tong)過簡化(hua)代(dai)碼和硬件來提高，而不需要(yao)軟件冗(rong)余(yu)。
多(duo)年來，8位MCU一直(zhi)在發展并保持競(jing)爭力(li)的原因在于，它(ta)能夠為用戶(hu)提(ti)供價值。這是(shi)通(tong)過在多(duo)個方(fang)面持續創新而(er)實現的，特別是(shi)存儲器、功耗、封裝和獨(du)立(li)于內核的外設(she)（CIP）等方(fang)面。
8位MCU的顯著改進
隨(sui)著如(ru)今對(dui)(dui)物聯網(wang)關注度的提升，同時整個(ge)(ge)城市都在使用智能(neng)(neng)設(she)備進行升級，大規模實現智能(neng)(neng)的能(neng)(neng)力對(dui)(dui)于(yu)許多行業變得至(zhi)關重(zhong)要(yao)。這些(xie)升級包括智能(neng)(neng)路燈以及每個(ge)(ge)停車點(dian)的停車場探測器(qi)，而不僅(jin)僅(jin)是入口處的一(yi)個(ge)(ge)計數(shu)器(qi)。需要(yao)單(dan)片機(ji)的某些(xie)功能(neng)(neng)來打造支持物聯網(wang)的環境。具(ju)體可以歸結為三個(ge)(ge)功能(neng)(neng)：收集數(shu)據、處理數(shu)據，以及隨(sui)后將數(shu)據傳輸給其他聯網(wang)設(she)備的能(neng)(neng)力。
在許多情(qing)況下，數(shu)據的(de)收集、處理和傳輸(shu)可(ke)(ke)以(yi)由具有片上模(mo)數(shu)轉換器(qi)（ADC）的(de)8位MCU完成，而設備的(de)內核會(hui)保持低(di)功耗模(mo)式(shi)。例如(ru)，智(zhi)能停車場(chang)中(zhong)的(de)傳感(gan)器(qi)/指示(shi)器(qi)、聯網路燈(deng)、自動(dong)化城(cheng)市園藝和植物監測都會(hui)用到(dao)該方法。當(dang)系統(tong)日夜(ye)運轉時，每mW電力乘以(yi)數(shu)千倍實際上可(ke)(ke)以(yi)積(ji)累起來。
小(xiao)型設備的(de)優勢和價值(zhi)不僅體(ti)現在(zai)其降低的(de)功耗(hao)方面，更(geng)體(ti)現在(zai)其更(geng)小(xiao)巧的(de)外形上，這使(shi)它(ta)們非常(chang)適合空間(jian)受限的(de)便攜式電(dian)(dian)池供電(dian)(dian)類物聯網產品(pin)。
最新一代單片機的開發正是基于這種價值理念。這些單片機采用新的流程，允許以低成本實現更大的存儲器，在為應用提供所需功能的同時還會兼顧到用戶的成本。
存儲器
幾(ji)年(nian)前的(de)(de)單(dan)片機與目前市(shi)場上的(de)(de)器件有很(hen)大區(qu)別(bie)。這(zhe)些單(dan)片機在當時是革命性(xing)的(de)(de)產品，改(gai)變了嵌入(ru)式電路的(de)(de)適用范圍。如今，由于閃存(cun)的(de)(de)迅(xun)猛發(fa)展，通過(guo)編程使得單(dan)片機幾(ji)乎可以適用所有領域。
隨著應用程(cheng)序越來越復雜，新程(cheng)序需要更多空間/存儲(chu)器(qi)。因此，新一代MCU在必(bi)要時會提供更大的存儲(chu)器(qi)，以(yi)滿足日益增(zeng)長(chang)的代碼空間需求。
經過嚴苛汽車測試的證實，嵌入式閃存可持續數年滿足要求，且具有極高的耐擦寫能力。這些功能為8位單片機的價值定位增加了新的維度。如今，8位單片機的存儲器大小范圍為最低384位到最高128 KB甚至更高，可滿足日益增長的應用數量要求。
功耗
由于(yu)電(dian)池供電(dian)類應用中用到了許(xu)多8位MCU，因(yin)此出現的重(zhong)大變化(hua)之一是追求(qiu)最低功(gong)耗(hao)。
例如(ru)，nanoWatt XLP超低(di)功耗PIC? MCU包(bao)括專(zhuan)為電池(chi)供電類產品而設計的(de)(de)系統(tong)監(jian)控電路(lu)(lu)。這(zhe)意味著這(zhe)些單片機可以(yi)為“運行”和“休眠”模式(shi)(shi)提供業界最低(di)的(de)(de)電流，而超低(di)功耗應用中有(you)90%-99%的(de)(de)時間都處于(yu)“運行”和“休眠”模式(shi)(shi)。“外設模塊禁止”等電路(lu)(lu)從電源軌和時鐘樹(shu)中完(wan)全移除了外設，以(yi)實(shi)現零(ling)功耗泄漏(lou)。nanoWatt XLP技術的(de)(de)優勢(shi)包(bao)括：
· 休眠電(dian)流低于20 nA
· 欠壓復位電流低(di)至45 nA
· 看門狗定(ding)時(shi)器電流低至(zhi)220 nA
· 實(shi)時(shi)(shi)時(shi)(shi)鐘/日歷電(dian)流低至470 nA
· 運行電流低至50 μA/MHz
· 完全(quan)模擬和自寫能力低至1.8V
這些低電流加起來可以延長電池壽命，非常適合便攜式應用。通過優化的外設，可以提高節能效果，這將在后面加以討論。
封裝
8位(wei)MCU與16位(wei)或(huo)32位(wei)MCU的另一個主要(yao)區別是小型(xing)封裝，這使8引(yin)(yin)腳器件非常適合(he)安(an)裝在(zai)空間(jian)受限的無(wu)線/便攜(xie)式和(he)(he)可穿戴產品(pin)的狹小空間(jian)中。例如，8引(yin)(yin)腳SOIC或(huo)8引(yin)(yin)腳DFN。常見的封裝是20引(yin)(yin)腳超薄正方扁平無(wu)引(yin)(yin)線封裝（VQFN），其尺寸為3x3 mm。因(yin)為增加更(geng)(geng)多功能(neng)需要(yao)更(geng)(geng)多連接和(he)(he)更(geng)(geng)大封裝，但具有足(zu)夠功能(neng)的8位(wei)MCU可以(yi)安(an)裝在(zai)無(wu)法使用16位(wei)或(huo)32位(wei)MCU的電路板空間(jian)中。
圖1. 許多新的(de)PIC?和(he)AVR?產品系列提供小(xiao)到(dao)3x3 mm VQFN器件的(de)各種封裝(zhuang)，非常適合(he)空間受(shou)限的(de)應用
如果由于8位單片機功能的增加而使系統復雜性提高，導致需要更大區域和更多連接，那么也會使用更大的封裝，包括40引腳PDIP和VQFN以及44引腳TQFP版本。
獨立于內核的外設
將(jiang)單片機的(de)某些功(gong)能從中央(yang)內(nei)(nei)(nei)核中分離出來，可提(ti)供獨(du)(du)立于內(nei)(nei)(nei)核的(de)自主性和一些優勢，尤其(qi)適合低功(gong)耗/低成本設計。這些獨(du)(du)立于內(nei)(nei)(nei)核的(de)外設增加了內(nei)(nei)(nei)置功(gong)能來降低功(gong)耗，并(bing)通(tong)過模(mo)塊化設計簡(jian)化了觸(chu)摸界面(mian)的(de)實(shi)現、傳感器數據積累和調(diao)節，以及將(jiang)復雜(za)的(de)軟(ruan)件(jian)實(shi)現簡(jian)化到硬件(jian)中等(deng)。
CIP設(she)計(ji)了(le)(le)額外(wai)(wai)的(de)功能(neng)來(lai)處(chu)理各種任務，無需單片機中(zhong)央處(chu)理單元（CPU）的(de)干預(yu)。這種設(she)計(ji)方(fang)法提(ti)供了(le)(le)一種基于外(wai)(wai)設(she)的(de)預(yu)封裝式事(shi)件(jian)編程(cheng)。例如，事(shi)件(jian)系統可以(yi)在多個通道上基于通用輸入/輸出（GPIO）或程(cheng)序中(zhong)斷來(lai)觸發事(shi)件(jian)。
圖2按外(wai)設類(lei)別(bie)以顏(yan)色區(qu)分顯示(shi)了(le)8位PIC?和AVR?單片機目前可(ke)(ke)用的CIP。這(zhe)八個類(lei)別(bie)及其子類(lei)別(bie)實現了(le)經濟高效型嵌入式控制器(qi)中預期(qi)的大部(bu)(bu)分功(gong)能。請注意，綠色部(bu)(bu)分為前面提(ti)到的部(bu)(bu)分提(ti)供了(le)額外(wai)的降低功(gong)耗可(ke)(ke)能性。
圖2. 獨立于內核的外(wai)設適用(yong)于各種8位(wei)MCU設計領域(yu)
CIP通過降(jiang)低(di)代碼開銷(xiao)來提(ti)(ti)高可(ke)靠性。利(li)用硬件結(jie)構實現(xian)的(de)(de)功能避(bi)免了潛在的(de)(de)軟件沖突。此外(wai)，硬件中的(de)(de)外(wai)設互連(lian)減少了外(wai)部連(lian)接，從而提(ti)(ti)高了終端系統的(de)(de)可(ke)靠性。隨著組件可(ke)靠性的(de)(de)提(ti)(ti)高，整個項目生命周期內(nei)的(de)(de)成本也會(hui)降(jiang)低(di)。
許多新的8位(wei)系列(lie)在存儲(chu)器和(he)引腳數方面提(ti)供了(le)大量選項(xiang)。這些(xie)選項(xiang)允許在大型設備上(shang)完成開(kai)發(fa)，并且實際代碼(ma)大小經過優化(hua)后，可將生產規模降低為適(shi)合使(shi)用小型設備。
例如，在用于成本敏感型傳感器和實時控制應用的各種產品中，PIC16F152XX單片機系列的簡化功能集包括10位模數轉換器（ADC）、外設引腳選擇（PPS）、數字通信外設和定時器。存儲器功能包括存儲器訪問分區（MAP），可在數據保護和自舉程序中為用戶提供支持。
加速和簡化設計導入的設計工具
隨著(zhu)開(kai)發(fa)工具的(de)(de)進(jin)步，許多必須硬編(bian)碼(ma)(ma)(ma)的(de)(de)過程可(ke)(ke)通過適當的(de)(de)設計工具簡(jian)化和產(chan)生，例如(ru)(ru)MPLAB?代(dai)碼(ma)(ma)(ma)配置器(qi)（MCC）。這樣可(ke)(ke)帶來諸多好(hao)處，不但有助(zhu)于減(jian)少開(kai)發(fa)應用程序所(suo)需(xu)的(de)(de)時間，還(huan)能夠實(shi)現更精簡(jian)的(de)(de)代(dai)碼(ma)(ma)(ma)，這樣開(kai)發(fa)人員便(bian)無需(xu)進(jin)行多次(ci)代(dai)碼(ma)(ma)(ma)迭代(dai)或(huo)從頭開(kai)始(shi)編(bian)寫匯編(bian)代(dai)碼(ma)(ma)(ma)即可(ke)(ke)進(jin)行開(kai)發(fa)。例如(ru)(ru)，具有完整編(bian)程和調試功能的(de)(de)PIC16F15244 Curiosity Nano評估工具包（部件編(bian)號：EV09Z19A）可(ke)(ke)為新設計提供全面(mian)支持。
圖3. Curiosity Nano評估工具包簡化設計中的PIC16F15244 Curiosity Nano評估板和兩個100 mil，1x15引腳排針
最后，MPLAB X集成開發環境（IDE）為8位（以及16位和32位）MCU代碼開發提供了免費的開發環境，用來模擬、與硬件工具接口和訪問Microchip以及第三方插件。
廣闊（和經濟高效的）前景
單片機(ji)歷史(shi)悠久(jiu)，8位MCU通過在(zai)存儲器(qi)、功耗、封裝和外設方(fang)(fang)面的(de)進步展示出巨大的(de)靈活性和應用(yong)(yong)創(chuang)新(xin)。它們不僅具(ju)有復雜(za)應用(yong)(yong)所需的(de)較大存儲器(qi)，而且還能提供用(yong)(yong)于簡(jian)化(hua)復雜(za)應用(yong)(yong)的(de)各種方(fang)(fang)法(fa)。這種簡(jian)化(hua)既可以(yi)減(jian)少開發項目所花費的(de)金錢/時間(jian)，也可以(yi)降(jiang)低MCU投入(ru)生產時的(de)成本。
如今，8位MCU不僅僅局限于數據收集，還支持在大量物聯網應用中(zhong)(zhong)收集、處理和傳輸(shu)數據。全新的(de)8位(wei)產品顯著增加了存儲器大小(xiao)(xiao)并優化了外設(she)(she)，可滿(man)足日(ri)益復雜的(de)應(ying)(ying)用(yong)需(xu)求。不過，小(xiao)(xiao)型和經(jing)濟高效型設(she)(she)計（包括傳感器和簡(jian)單實時控(kong)制應(ying)(ying)用(yong)）均可從8位(wei)PIC16F152xx系列的(de)簡(jian)化功能集中(zhong)(zhong)受益。憑(ping)借其獨立于內核的(de)外設(she)(she)，這(zhe)些MCU顯然是大多數設(she)(she)計人員的(de)理想選擇。
