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(chu)了(le)物聯(lian)網(wang)以外(wai)，醫療保健行(xing)業也出現(xian)了(le)大規模發展，各(ge)種應用中都采用了(le)8位(wei)MCU。
具有(you)8位MCU的(de)嵌入式(shi)電(dian)子(zi)(zi)產(chan)品需要(yao)在規模經濟中(zhong)(zhong)具有(you)競(jing)爭力的(de)設備（每個應(ying)用(yong)需要(yao)數十(shi)萬甚至數百(bai)(bai)萬個器件(jian)）。例如(ru)，在汽車(che)應(ying)用(yong)中(zhong)(zhong)，8位MCU控制許多子(zi)(zi)系統，如(ru)電(dian)動座椅和(he)車(che)窗(chuang)、智能門把手，甚至輪胎壓力傳感器。這(zhe)意味著幾(ji)美分的(de)價格差相(xiang)當(dang)重要(yao)。應(ying)用(yong)成(cheng)(cheng)本(ben)(ben)的(de)另一方面是數百(bai)(bai)萬設備的(de)維護(hu)成(cheng)(cheng)本(ben)(ben)，在設計階(jie)段(duan)通常會忽視(shi)這(zhe)一點。可(ke)靠性和(he)設備耐用(yong)性可(ke)以(yi)通過簡化代碼和(he)硬件(jian)來提高，而不需要(yao)軟件(jian)冗余(yu)。
多年來，8位MCU一直在(zai)發展并保持(chi)競爭力(li)的(de)原(yuan)因(yin)在(zai)于，它能夠(gou)為用戶提供(gong)價值。這是通過(guo)在(zai)多個(ge)方面持(chi)續創(chuang)新(xin)而實(shi)現的(de)，特別是存儲器、功(gong)耗、封裝和獨立于內核的(de)外設（CIP）等方面。
8位MCU的顯著改進
隨(sui)著(zhu)如今對物(wu)(wu)聯(lian)網(wang)關注度的(de)(de)提升，同時整個城市都在使用智能(neng)設備進行升級，大規(gui)模實現智能(neng)的(de)(de)能(neng)力對于許多行業(ye)變(bian)得至關重要。這些升級包括智能(neng)路燈以(yi)及(ji)每個停車(che)(che)點(dian)的(de)(de)停車(che)(che)場探(tan)測器，而不僅僅是入口(kou)處的(de)(de)一個計數(shu)器。需要單(dan)片機的(de)(de)某些功(gong)能(neng)來打造支持物(wu)(wu)聯(lian)網(wang)的(de)(de)環境。具體可以(yi)歸結為三個功(gong)能(neng)：收集數(shu)據、處理數(shu)據，以(yi)及(ji)隨(sui)后將數(shu)據傳輸給其他聯(lian)網(wang)設備的(de)(de)能(neng)力。
在許多情況下(xia)，數(shu)據的(de)(de)收集、處(chu)理(li)和(he)傳輸可以由具有片上(shang)模數(shu)轉換器(qi)（ADC）的(de)(de)8位MCU完成(cheng)，而設備的(de)(de)內核會保持低功(gong)耗模式。例如，智能(neng)停車場(chang)中的(de)(de)傳感器(qi)/指(zhi)示器(qi)、聯網(wang)路(lu)燈、自動化城市園藝和(he)植物監測都會用到該(gai)方法(fa)。當系統日夜運(yun)轉時，每mW電力乘(cheng)以數(shu)千倍實際上(shang)可以積累起(qi)來。
小(xiao)型設(she)備的優(you)勢和價值不僅體現(xian)在(zai)其降(jiang)低的功(gong)耗方面(mian)，更體現(xian)在(zai)其更小(xiao)巧的外形上，這(zhe)使它們(men)非常(chang)適合空間受限的便攜(xie)式電池供電類物聯(lian)網(wang)產品。
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
幾年(nian)前的(de)單(dan)片機與目前市場上(shang)的(de)器(qi)件有(you)很大區別。這些單(dan)片機在當時是(shi)革命性的(de)產品，改變了嵌(qian)入式電路的(de)適(shi)用范圍。如今，由于(yu)閃(shan)存的(de)迅猛發展，通過(guo)編程使得單(dan)片機幾乎(hu)可以(yi)適(shi)用所有(you)領域(yu)。
隨著應(ying)用程序(xu)越來越復雜(za)，新(xin)程序(xu)需(xu)要更多(duo)空間(jian)/存儲(chu)器(qi)。因此，新(xin)一代MCU在(zai)必要時會提供更大的(de)存儲(chu)器(qi)，以(yi)滿足日(ri)益增長(chang)的(de)代碼(ma)空間(jian)需(xu)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(you)于電池供電類應用中用到了(le)許多(duo)8位(wei)MCU，因此(ci)出現的重大變化之一是追求最低功耗(hao)。
例如，nanoWatt XLP超(chao)低功耗(hao)PIC? MCU包括(kuo)專為電(dian)(dian)(dian)池供電(dian)(dian)(dian)類產品而設(she)計的(de)系統監控電(dian)(dian)(dian)路。這意味著這些(xie)單片機可以為“運(yun)行”和“休(xiu)眠”模(mo)式提(ti)供業界最低的(de)電(dian)(dian)(dian)流，而超(chao)低功耗(hao)應用中(zhong)有90%-99%的(de)時(shi)(shi)間都處于“運(yun)行”和“休(xiu)眠”模(mo)式。“外設(she)模(mo)塊禁止”等電(dian)(dian)(dian)路從電(dian)(dian)(dian)源軌和時(shi)(shi)鐘(zhong)樹中(zhong)完全(quan)移除了外設(she)，以實現(xian)零(ling)功耗(hao)泄漏。nanoWatt XLP技術(shu)的(de)優勢包括(kuo)：
· 休眠電流低于(yu)20 nA
· 欠壓復(fu)位電流低至(zhi)45 nA
· 看門(men)狗定時器電流低(di)至220 nA
· 實時時鐘/日(ri)歷電流低至(zhi)470 nA
· 運(yun)行(xing)電(dian)流低至50 μA/MHz
· 完全模擬(ni)和(he)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MCU與16位或32位MCU的(de)另一個主要(yao)(yao)區(qu)別是小型封裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)，這使(shi)8引(yin)(yin)腳器件非(fei)常適合安(an)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)在(zai)空間受限的(de)無線/便攜式和可(ke)(ke)穿戴(dai)產品(pin)的(de)狹(xia)小空間中(zhong)。例如，8引(yin)(yin)腳SOIC或8引(yin)(yin)腳DFN。常見的(de)封裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)是20引(yin)(yin)腳超薄正方扁平無引(yin)(yin)線封裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)（VQFN），其(qi)尺寸為(wei)3x3 mm。因為(wei)增加(jia)更多功能需要(yao)(yao)更多連接和更大封裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)，但具有足夠(gou)功能的(de)8位MCU可(ke)(ke)以(yi)安(an)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)在(zai)無法使(shi)用16位或32位MCU的(de)電路板空間中(zhong)。
圖1. 許多新(xin)的PIC?和AVR?產品系(xi)列提供小到3x3 mm VQFN器件的各(ge)種封(feng)裝(zhuang)，非常適合空間受限的應用
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
將單片(pian)機的(de)(de)某些(xie)功能(neng)從(cong)中央內核(he)(he)中分(fen)離(li)出(chu)來，可(ke)提(ti)供獨立于(yu)內核(he)(he)的(de)(de)自主(zhu)性和一些(xie)優勢，尤其適合低(di)功耗(hao)/低(di)成本(ben)設(she)計。這些(xie)獨立于(yu)內核(he)(he)的(de)(de)外設(she)增(zeng)加了內置功能(neng)來降低(di)功耗(hao)，并(bing)通過(guo)模塊(kuai)化(hua)(hua)設(she)計簡化(hua)(hua)了觸(chu)摸界面(mian)的(de)(de)實(shi)現(xian)、傳感器數據(ju)積累和調節，以及將復雜的(de)(de)軟件實(shi)現(xian)簡化(hua)(hua)到硬件中等。
CIP設(she)(she)計了額外(wai)的(de)功能來處(chu)(chu)理各種(zhong)任務，無需單(dan)片機中央處(chu)(chu)理單(dan)元（CPU）的(de)干預(yu)。這種(zhong)設(she)(she)計方法提供(gong)了一種(zhong)基于外(wai)設(she)(she)的(de)預(yu)封裝(zhuang)式事(shi)(shi)件(jian)(jian)編程。例如，事(shi)(shi)件(jian)(jian)系統可(ke)以在多(duo)個通(tong)道上基于通(tong)用輸入/輸出(chu)（GPIO）或程序(xu)中斷來觸發事(shi)(shi)件(jian)(jian)。
圖2按外(wai)設類(lei)別以(yi)顏色區分(fen)顯(xian)示了(le)8位PIC?和AVR?單(dan)片機目(mu)前(qian)可(ke)用的CIP。這八個類(lei)別及其(qi)子類(lei)別實現了(le)經(jing)濟高(gao)效型嵌入式控制器中預(yu)期的大(da)部(bu)分(fen)功能(neng)。請注意，綠(lv)色部(bu)分(fen)為前(qian)面(mian)提到的部(bu)分(fen)提供(gong)了(le)額外(wai)的降低功耗(hao)可(ke)能(neng)性。
圖2. 獨立于內核的(de)外(wai)設(she)適用(yong)于各(ge)種(zhong)8位MCU設(she)計領域
CIP通過降低代碼(ma)開銷來提高可靠性(xing)。利用硬件(jian)結構實現的(de)(de)功能避免了潛在的(de)(de)軟件(jian)沖突。此外，硬件(jian)中的(de)(de)外設互連減少了外部(bu)連接，從(cong)而提高了終端系統(tong)的(de)(de)可靠性(xing)。隨著組(zu)件(jian)可靠性(xing)的(de)(de)提高，整個項目(mu)生命周期內的(de)(de)成本也會降低。
許多(duo)新的8位系列(lie)在存儲器(qi)和引(yin)腳數方面提(ti)供了大量選(xuan)項。這些(xie)選(xuan)項允許在大型(xing)設(she)備上完(wan)成開發，并且實際(ji)代碼大小經過(guo)優化后，可將(jiang)生產規模降(jiang)低為適合使用小型(xing)設(she)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
隨著開(kai)發(fa)工具(ju)的(de)進(jin)(jin)步，許(xu)多必須硬(ying)編碼(ma)的(de)過程可通(tong)過適當的(de)設計(ji)工具(ju)簡(jian)化(hua)和產生，例如(ru)MPLAB?代(dai)碼(ma)配(pei)置器（MCC）。這樣(yang)可帶來(lai)諸多好處，不但有助(zhu)于減少(shao)開(kai)發(fa)應用程序所需的(de)時間，還能夠實現(xian)更精簡(jian)的(de)代(dai)碼(ma)，這樣(yang)開(kai)發(fa)人員便無需進(jin)(jin)行多次代(dai)碼(ma)迭代(dai)或從頭開(kai)始編寫匯編代(dai)碼(ma)即可進(jin)(jin)行開(kai)發(fa)。例如(ru)，具(ju)有完整編程和調試功能的(de)PIC16F15244 Curiosity Nano評估(gu)工具(ju)包（部件編號：EV09Z19A）可為新設計(ji)提供全面支持。
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
單片機歷史悠久，8位MCU通過(guo)在(zai)存(cun)儲器、功耗(hao)、封裝和外設方面的(de)進步展示出巨大的(de)靈活性(xing)和應用(yong)創新。它們不(bu)僅具有復雜應用(yong)所(suo)需的(de)較大存(cun)儲器，而且(qie)還能(neng)提供用(yong)于簡化復雜應用(yong)的(de)各(ge)種方法(fa)。這種簡化既可以減少(shao)開發項目所(suo)花費的(de)金錢/時間，也(ye)可以降低MCU投入生產時的(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)收集、處(chu)理(li)和傳輸數(shu)據。全(quan)新(xin)的(de)(de)8位產(chan)品顯著增(zeng)加了存(cun)儲器大(da)小并優化(hua)了外設(she)，可(ke)滿足日益(yi)復雜的(de)(de)應用需求。不過，小型和經濟高效型設(she)計（包括傳感器和簡(jian)單實時控制應用）均可(ke)從(cong)8位PIC16F152xx系列的(de)(de)簡(jian)化(hua)功能集中(zhong)受(shou)益(yi)。憑借(jie)其獨立(li)于內核的(de)(de)外設(she)，這些MCU顯然是大(da)多數(shu)設(she)計人員的(de)(de)理(li)想(xiang)選(xuan)擇。
