【導讀】追溯到20世紀70年代，單片機（MCU）在控製各種汽車
、消費品和工業產品方麵發揮了重要作用。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）產品。除了物聯網以外
，醫療保健行業也出現了大規模發展
，各種應用中都采用了8位MCU。

追溯到20世紀70年代，單片機（MCU）在控製各種汽車、消費品和工業產品方麵發揮了重要作用。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）產品。除了物聯網以外
，醫療保健行業也出現了大規模發展，各種應用中都采用了8位MCU。

具有8位MCU的嵌入式電子產品需要在規模經濟中具有競爭力的設備（每個應用需要數十萬甚至數百萬個器件）。例如，在汽車應用中，8位MCU控製許多子係統，如電動座椅和車窗
、智(zhi)能(neng)門(men)把(ba)手(shou)，甚(shen)至(zhi)輪(lun)胎(tai)壓(ya)力(li)傳(chuan)感(gan)器(qi)。這(zhe)意(yi)味(wei)著(zhe)幾(ji)美(mei)分(fen)的(de)價(jia)格(ge)差(cha)相(xiang)當(dang)重(zhong)要(yao)。應(ying)用(yong)成(cheng)本(ben)的(de)另(ling)一(yi)方(fang)麵(mian)是(shi)數(shu)百(bai)萬(wan)設(she)備(bei)的(de)維(wei)護(hu)成(cheng)本(ben)，在(zai)設(she)計(ji)階(jie)段(duan)通(tong)常(chang)會(hui)忽(hu)視(shi)這(zhe)一(yi)點(dian)。可(ke)靠(kao)性(xing)和(he)設(she)備(bei)耐(nai)用(yong)性(xing)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)簡(jian)化(hua)代(dai)碼(ma)和(he)硬(ying)件(jian)來(lai)提(ti)高(gao)，而(er)不(bu)需(xu)要(yao)軟(ruan)件(jian)冗(rong)餘(yu)。

多年來，8位MCU一直在發展並保持競爭力的原因在於，它能夠為用戶提供價值。這是通過在多個方麵持續創新而實現的，特別是存儲器、功耗、封裝和獨立於內核的外設（CIP）等方麵。

8位MCU的顯著改進

隨(sui)著(zhe)如(ru)今(jin)對(dui)物(wu)聯(lian)網(wang)關(guan)注(zhu)度(du)的(de)提(ti)升(sheng)
，同(tong)時(shi)整(zheng)個(ge)城(cheng)市(shi)都(dou)在(zai)使(shi)用(yong)智(zhi)能(neng)設(she)備(bei)進(jin)行(xing)升(sheng)級(ji)，大(da)規(gui)模(mo)實(shi)現(xian)智(zhi)能(neng)的(de)能(neng)力(li)對(dui)於(yu)許(xu)多(duo)行(xing)業(ye)變(bian)得(de)至(zhi)關(guan)重(zhong)要(yao)。這(zhe)些(xie)升(sheng)級(ji)包(bao)括(kuo)智(zhi)能(neng)路(lu)燈(deng)以(yi)及(ji)每(mei)個(ge)停(ting)車(che)點(dian)的(de)停(ting)車(che)場(chang)探(tan)測(ce)器(qi)，而(er)不(bu)僅(jin)僅(jin)是(shi)入(ru)口(kou)處(chu)的(de)一(yi)個(ge)計(ji)數(shu)器(qi)。需(xu)要(yao)單(dan)片(pian)機(ji)的(de)某(mou)些(xie)功(gong)能(neng)來(lai)打(da)造(zao)支(zhi)持(chi)物(wu)聯(lian)網(wang)的(de)環(huan)境(jing)。具(ju)體(ti)可(ke)以(yi)歸(gui)結(jie)為(wei)三(san)個(ge)功(gong)能(neng)：收集數據
、處理數據，以及隨後將數據傳輸給其他聯網設備的能力。

在許多情況下
，數據的收集、處理和傳輸可以由具有片上模數轉換器（ADC）的8位MCU完成，而設備的內核會保持低功耗模式。例如，智能停車場中的傳感器/指示器
、聯網路燈
、自動化城市園藝和植物監測都會用到該方法。當係統日夜運轉時，每mW電力乘以數千倍實際上可以積累起來。

小xiao型xing設she備bei的de優you勢shi和he價jia值zhi不bu僅jin體ti現xian在zai其qi降jiang低di的de功gong耗hao方fang麵mian，更geng體ti現xian在zai其qi更geng小xiao巧qiao的de外wai形xing上shang，這zhe使shi它ta們men非fei常chang適shi合he空kong間jian受shou限xian的de便bian攜xie式shi電dian池chi供gong電dian類lei物wu聯lian網wang產chan品pin。

zuixinyidaidanpianjidekaifazhengshijiyuzhezhongjiazhilinian。zhexiedanpianjicaiyongxindeliucheng，yunxuyidichengbenshixiangengdadecunchuqi

，zaiweiyingyongtigongsuoxugongnengdetongshihaihuijiangudaoyonghudechengben。

存儲器

幾(ji)年(nian)前(qian)的(de)單(dan)片(pian)機(ji)與(yu)目(mu)前(qian)市(shi)場(chang)上(shang)的(de)器(qi)件(jian)有(you)很(hen)大(da)區(qu)別(bie)。這(zhe)些(xie)單(dan)片(pian)機(ji)在(zai)當(dang)時(shi)是(shi)革(ge)命(ming)性(xing)的(de)產(chan)品(pin)，改(gai)變(bian)了(le)嵌(qian)入(ru)式(shi)電(dian)路(lu)的(de)適(shi)用(yong)範(fan)圍(wei)。如(ru)今(jin)，由(you)於(yu)閃(shan)存(cun)的(de)迅(xun)猛(meng)發(fa)展(zhan)，通(tong)過(guo)編(bian)程(cheng)使(shi)得(de)單(dan)片(pian)機(ji)幾(ji)乎(hu)可(ke)以(yi)適(shi)用(yong)所(suo)有(you)領(ling)域(yu)。

隨著應用程序越來越複雜，新程序需要更多空間/存儲器。因此，新一代MCU在必要時會提供更大的存儲器
，以滿足日益增長的代碼空間需求。

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範圍為最低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

由於電池供電類應用中用到了許多8位MCU，因此出現的重大變化之一是追求最低功耗。

例如，nanoWatt XLP超低功耗PIC® MCU包括專為電池供電類產品而設計的係統監控電路。這意味著這些單片機可以為“運行”和“休眠”模式提供業界最低的電流，而超低功耗應用中有90%-99%的時間都處於“運行”和“休眠”模式。“外設模塊禁止”等電路從電源軌和時鍾樹中完全移除了外設，以實現零功耗泄漏。nanoWatt XLP技術的優勢包括：

• 休眠電流低於20 nA

• 欠壓複位電流低至45 nA

• 看門狗定時器電流低至220 nA

• 實時時鍾/日曆電流低至470 nA

• 運行電流低至50 μA/MHz

• 完全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，這將在後麵加以討論。

封裝

8位MCU與16位或32位MCU的另一個主要區別是小型封裝
，這使8引腳器件非常適合安裝在空間受限的無線/便攜式和可穿戴產品的狹小空間中。例如，8引腳SOIC或8引腳DFN。常見的封裝是20引腳超薄正方扁平無引線封裝（VQFN）

，其尺寸為3x3 mm。因為增加更多功能需要更多連接和更大封裝，但具有足夠功能的8位MCU可以安裝在無法使用16位或32位MCU的電路板空間中。

圖1. 許多新的PIC®和AVR®產品係列提供小到3x3 mm VQFN器件的各種封裝，非常適合空間受限的應用

如果由於8位單片機功能的增加而使係統複雜性提高，導致需要更大區域和更多連接，那麼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。

獨立於內核的外設

將單片機的某些功能從中央內核中分離出來，可提供獨立於內核的自主性和一些優勢，尤其適合低功耗/低成本設計。這些獨立於內核的外設增加了內置功能來降低功耗，並通過模塊化設計簡化了觸摸界麵的實現、傳感器數據積累和調節，以及將複雜的軟件實現簡化到硬件中等。

CIP設計了額外的功能來處理各種任務，無需單片機中央處理單元（CPU）的幹預。這種設計方法提供了一種基於外設的預封裝式事件編程。例如，事件係統可以在多個通道上基於通用輸入/輸出（GPIO）或程序中斷來觸發事件。

圖2按外設類別以顏色區分顯示了8位PIC®和AVR®單片機目前可用的CIP。這zhe八ba個ge類lei別bie及ji其qi子zi類lei別bie實shi現xian了le經jing濟ji高gao效xiao型xing嵌qian入ru式shi控kong製zhi器qi中zhong預yu期qi的de大da部bu分fen功gong能neng。請qing注zhu意yi，綠lv色se部bu分fen為wei前qian麵mian提ti到dao的de部bu分fen提ti供gong了le額e外wai的de降jiang低di功gong耗hao可ke能neng性xing。

圖2. 獨立於內核的外設適用於各種8位MCU設計領域

CIPtongguojiangdidaimakaixiaolaitigaokekaoxing。liyongyingjianjiegoushixiandegongnengbimianleqianzaideruanjianchongtu。ciwai，yingjianzhongdewaishehulianjianshaolewaibulianjie
，congertigaolezhongduanxitongdekekaoxing。suizhezujiankekaoxingdetigao
，zhenggexiangmushengmingzhouqineidechengbenyehuijiangdi。

許多新的8位(wei)係(xi)列(lie)在(zai)存(cun)儲(chu)器(qi)和(he)引(yin)腳(jiao)數(shu)方(fang)麵(mian)提(ti)供(gong)了(le)大(da)量(liang)選(xuan)項(xiang)。這(zhe)些(xie)選(xuan)項(xiang)允(yun)許(xu)在(zai)大(da)型(xing)設(she)備(bei)上(shang)完(wan)成(cheng)開(kai)發(fa)，並(bing)且(qie)實(shi)際(ji)代(dai)碼(ma)大(da)小(xiao)經(jing)過(guo)優(you)化(hua)後(hou)

，可(ke)將(jiang)生(sheng)產(chan)規(gui)模(mo)降(jiang)低(di)為(wei)適(shi)合(he)使(shi)用(yong)小(xiao)型(xing)設(she)備(bei)。

例如，在用於成本敏感型傳感器和實時控製應用的各種產品中，PIC16F152XX單片機係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 

隨著開發工具的進步

，許多必須硬編碼的過程可通過適當的設計工具簡化和產生，例如MPLAB®代碼配置器（MCC）。zheyangkedailaizhuduohaochu，budanyouzhuyujianshaokaifayingyongchengxusuoxudeshijian

，hainenggoushixiangengjingjiandedaima
，zheyangkaifarenyuanbianwuxujinxingduocidaimadiedaihuocongtoukaishibianxiehuibiandaimajikejinxingkaifa。liru，juyouwanzhengbianchenghetiaoshigongnengdePIC16F15244 Curiosity Nano評估工具包（部件編號：EV09Z19A）可為新設計提供全麵支持。

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

最後，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

單片機曆史悠久

，8位MCU通過在存儲器、功耗、封feng裝zhuang和he外wai設she方fang麵mian的de進jin步bu展zhan示shi出chu巨ju大da的de靈ling活huo性xing和he應ying用yong創chuang新xin。它ta們men不bu僅jin具ju有you複fu雜za應ying用yong所suo需xu的de較jiao大da存cun儲chu器qi，而er且qie還hai能neng提ti供gong用yong於yu簡jian化hua複fu雜za應ying用yong的de各ge種zhong方fang法fa。這zhe種zhong簡jian化hua既ji可ke以yi減jian少shao開kai發fa項xiang目mu所suo花hua費fei的de金jin錢qian/時間，也可以降低MCU投入生產時的成本。

如今，8位MCU不僅僅局限於數據收集
，還支持在大量物聯網應用中收集

、處理和傳輸數據。全新的8位產品顯著增加了存儲器大小並優化了外設，可滿足日益複雜的應用需求。不過，小型和經濟高效型設計（包括傳感器和簡單實時控製應用）均可從8位PIC16F152xx係列的簡化功能集中受益。憑借其獨立於內核的外設，這些MCU顯然是大多數設計人員的理想選擇。

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