16 位單片機(jī)是在1983 年以后發(fā)展起來(lái)的。這類單片機(jī)的特點(diǎn)是：CPU是16 位的，運(yùn)算速度普遍高于8 位機(jī)，有的單片機(jī)的尋址能力高達(dá)1MB，片內(nèi)含有A/D 和D/A轉(zhuǎn)換電路，支持高級(jí)語(yǔ)言。這類單片機(jī)主要用于過(guò)程控制、智能儀表、家用電器以及作為計(jì)算機(jī)外部設(shè)備的控制器等。典型產(chǎn)品有Intel 公司的MCS-96/98 系列、Motorola 公司的M68HC16系列、NS 公司的783××系列、TI公司的MSP430系列等等。

　　其中，以MSP430系列最為突出。它采用了精簡(jiǎn)指令集（ RISC ）結(jié)構(gòu)，具有豐富的尋址方式（ 7 種源操作數(shù)尋址、4 種目的操作數(shù)尋址）、簡(jiǎn)潔的 27 條內(nèi)核指令以及大量的模擬指令；大量的寄存器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都可參加多種運(yùn)算；還有高效的查表處理指令；有較高的處理速度，在 8MHz 晶體驅(qū)動(dòng)下指令周期為 125 ns 。這些特點(diǎn)保證了可編制出高效率的源程序。

　　在運(yùn)算速度方面， MSP430 系列單片機(jī)能在 8MHz 晶體的驅(qū)動(dòng)下，實(shí)現(xiàn) 125ns 的指令周期。 16 位的數(shù)據(jù)寬度、125ns 的指令周期以及多功能的硬件乘法器（能實(shí)現(xiàn)乘加）相配合，能實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理的某些算法（如 FFT 等）。

　　MSP430 系列單片機(jī)的中斷源較多，并且可以任意嵌套，使用時(shí)靈活方便。當(dāng)系統(tǒng)處于省電的備用狀態(tài)時(shí)，用中斷請(qǐng)求將它喚醒只用 6us 。

　　超低功耗 MSP430 單片機(jī)之所以有超低的功耗，是因?yàn)槠湓诮档托酒碾娫措妷杭办`活而可控的運(yùn)行時(shí)鐘方面都有其獨(dú)到之處。

　　首先， MSP430 系列單片機(jī)的電源電壓采用的是 1.8~3.6V 電壓。因而可使其在 1MHz 的時(shí)鐘條件下運(yùn)行時(shí)， 芯片的電流會(huì)在 200~400uA 左右，時(shí)鐘關(guān)斷模式的最低功耗只有 0.1uA 。

　　其次，獨(dú)特的時(shí)鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在 MSP430 系列中有兩個(gè)不同的系統(tǒng)時(shí)鐘系統(tǒng)：基本時(shí)鐘系統(tǒng)和鎖頻環(huán)（ FLL 和FLL+ ）時(shí)鐘系統(tǒng)或 DCO 數(shù)字振蕩器時(shí)鐘系統(tǒng)。有的使用一個(gè)晶體振蕩器（ 32768Hz ） ， 有的使用兩個(gè)晶體振蕩器）。由系統(tǒng)時(shí)鐘系統(tǒng)產(chǎn)生 CPU 和各功能所需的時(shí)鐘。并且這些時(shí)鐘可以在指令的控制下，打開(kāi)和關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)總體功耗的控制。

　　由于系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)打開(kāi)的功能模塊不同，即采用不同的工作模式，芯片的功耗有著顯著的不同。在系統(tǒng)中共有一種活動(dòng)模式（ AM ）和五種低功耗模式（ LPM0~LPM4 ）。在等待方式下，耗電為 0.7uA ，在節(jié)電方式下，最低可達(dá) 0.1uA。

　　系統(tǒng)工作穩(wěn)定 上電復(fù)位后，首先由 DCOCLK 啟動(dòng) CPU ，以保證程序從正確的位置開(kāi)始執(zhí)行，保證晶體振蕩器有足夠的起振及穩(wěn)定時(shí)間。然后軟件可設(shè)置適當(dāng)?shù)募拇嫫鞯目刂莆粊?lái)確定最后的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率。如果晶體振蕩器在用做 CPU時(shí)鐘 MCLK 時(shí)發(fā)生故障， DCO 會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，以保證系統(tǒng)正常工作；如果程序跑飛，可用看門(mén)狗將其復(fù)位。

　　豐富的片上外圍模塊 MSP430 系列單片機(jī)的各成員都集成了較豐富的片內(nèi)外設(shè)。它們分別是看門(mén)狗（ WDT ）、模擬比較器 A 、定時(shí)器 A （ Timer_A ）、定時(shí)器 B （ Timer_B ）、串口 0 、 1 （ USART0 、 1 ）、硬件乘法器、液晶驅(qū)動(dòng)器、 10 位 /12 位 ADC 、 I 2 C 總線直接數(shù)據(jù)存?。?DMA ）、端口 O （ P0 ）、端口 1~6 （ P1~P6 ）、基本定時(shí)器（ Basic Timer ）等的一些外圍模塊的不同組合。其中，看門(mén)狗可以使程序失控時(shí)迅速?gòu)?fù)位；模擬比較器進(jìn)行模擬電壓的比較，配合定時(shí)器，可設(shè)計(jì)出 A/D 轉(zhuǎn)換器； 16 位定時(shí)器（ Timer_A 和 Timer_B ）具有捕獲 / 比較功能，大量的捕獲 / 比較寄存器，可用于事件計(jì)數(shù)、時(shí)序發(fā)生、 PWM 等；有的器件更具有可實(shí)現(xiàn)異步、同步及多址訪問(wèn)串行通信接口可方便的實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信等應(yīng)用；具有較多的 I/O 端口，最多達(dá) 6*8 條 I/O 口線； P0 、 P1 、 P2 端口能夠接收外部上升沿或下降沿的中斷輸入； 12/14 位硬件 A/D 轉(zhuǎn)換器有較高的轉(zhuǎn)換速率，最高可達(dá) 200kbps ，能夠滿足大多數(shù)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用；能直接驅(qū)動(dòng)液晶多達(dá) 160 段；實(shí)現(xiàn)兩路的 12 位 D/A 轉(zhuǎn)換；硬件 I 2 C 串行總線接口實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器串行擴(kuò)展；以及為了增加數(shù)據(jù)傳輸速度，而采用直接數(shù)據(jù)傳輸（ DMA ）模塊。 MSP430 系列單片機(jī)的這些片內(nèi)外設(shè)為系統(tǒng)的單片解決方案提供了極大的方便。

　　方便高效的開(kāi)發(fā)環(huán)境 目前 MSP430 系列有 OPT 型、 FLASH 型和 ROM 型三種類型的器件，這些器件的開(kāi)發(fā)手段不同。對(duì)于 OPT 型和 ROM 型的器件是使用仿真器開(kāi)發(fā)成功之后在燒寫(xiě)或掩膜芯片；對(duì)于 FLASH 型則有十分方便的開(kāi)發(fā)調(diào)試環(huán)境，因?yàn)槠骷瑑?nèi)有 JTAG 調(diào)試接口，還有可電擦寫(xiě)的 FLASH 存儲(chǔ)器，因此采用先下載程序到 FLASH 內(nèi)，再在器件內(nèi)通過(guò)軟件控制程序的運(yùn)行，由 JTAG 接口讀取片內(nèi)信息供設(shè)計(jì)者調(diào)試使用的方法進(jìn)行開(kāi)發(fā)。這種方式只需要一臺(tái) PC機(jī)和一個(gè) JTAG 調(diào)試器，而不需要仿真器和編程器。開(kāi)發(fā)語(yǔ)言有匯編語(yǔ)言和 C 語(yǔ)言。

　　MSP430 單片機(jī)目前主要以 FLASH 型為主。

　　16-BIT 單片機(jī)

　　16 位單片機(jī)是在1983 年以后發(fā)展起來(lái)的。這類單片機(jī)的特點(diǎn)是：CPU是16 位的，運(yùn)算速度普遍高于8 位機(jī)，有的單片機(jī)的尋址能力高達(dá)1MB，片內(nèi)含有A/D 和D/A轉(zhuǎn)換電路，支持高級(jí)語(yǔ)言。這類單片機(jī)主要用于過(guò)程控制、智能儀表、家用電器以及作為計(jì)算機(jī)外部設(shè)備的控制器等。典型產(chǎn)品有Intel 公司的MCS-96/98 系列、Motorola 公司的M68HC16系列、NS 公司的783××系列、TI公司的MSP430系列等等。

　　其中，以MSP430系列最為突出。它采用了精簡(jiǎn)指令集（ RISC ）結(jié)構(gòu)，具有豐富的尋址方式（ 7 種源操作數(shù)尋址、4 種目的操作數(shù)尋址）、簡(jiǎn)潔的 27 條內(nèi)核指令以及大量的模擬指令；大量的寄存器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都可參加多種運(yùn)算；還有高效的查表處理指令；有較高的處理速度，在 8MHz 晶體驅(qū)動(dòng)下指令周期為 125 ns 。這些特點(diǎn)保證了可編制出高效率的源程序。

　　在運(yùn)算速度方面， MSP430 系列單片機(jī)能在 8MHz 晶體的驅(qū)動(dòng)下，實(shí)現(xiàn) 125ns 的指令周期。 16 位的數(shù)據(jù)寬度、125ns 的指令周期以及多功能的硬件乘法器（能實(shí)現(xiàn)乘加）相配合，能實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理的某些算法（如 FFT 等）。

　　MSP430 系列單片機(jī)的中斷源較多，并且可以任意嵌套，使用時(shí)靈活方便。當(dāng)系統(tǒng)處于省電的備用狀態(tài)時(shí)，用中斷請(qǐng)求將它喚醒只用 6us 。

　　超低功耗 MSP430 單片機(jī)之所以有超低的功耗，是因?yàn)槠湓诮档托酒碾娫措妷杭办`活而可控的運(yùn)行時(shí)鐘方面都有其獨(dú)到之處。

　　首先， MSP430 系列單片機(jī)的電源電壓采用的是 1.8~3.6V 電壓。因而可使其在 1MHz 的時(shí)鐘條件下運(yùn)行時(shí)， 芯片的電流會(huì)在 200~400uA 左右，時(shí)鐘關(guān)斷模式的最低功耗只有 0.1uA 。

　　其次，獨(dú)特的時(shí)鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在 MSP430 系列中有兩個(gè)不同的系統(tǒng)時(shí)鐘系統(tǒng)：基本時(shí)鐘系統(tǒng)和鎖頻環(huán)（ FLL 和FLL+ ）時(shí)鐘系統(tǒng)或 DCO 數(shù)字振蕩器時(shí)鐘系統(tǒng)。有的使用一個(gè)晶體振蕩器（ 32768Hz ） ， 有的使用兩個(gè)晶體振蕩器）。由系統(tǒng)時(shí)鐘系統(tǒng)產(chǎn)生 CPU 和各功能所需的時(shí)鐘。并且這些時(shí)鐘可以在指令的控制下，打開(kāi)和關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)總體功耗的控制。

　　由于系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)打開(kāi)的功能模塊不同，即采用不同的工作模式，芯片的功耗有著顯著的不同。在系統(tǒng)中共有一種活動(dòng)模式（ AM ）和五種低功耗模式（ LPM0~LPM4 ）。在等待方式下，耗電為 0.7uA ，在節(jié)電方式下，最低可達(dá) 0.1uA。

　　系統(tǒng)工作穩(wěn)定 上電復(fù)位后，首先由 DCOCLK 啟動(dòng) CPU ，以保證程序從正確的位置開(kāi)始執(zhí)行，保證晶體振蕩器有足夠的起振及穩(wěn)定時(shí)間。然后軟件可設(shè)置適當(dāng)?shù)募拇嫫鞯目刂莆粊?lái)確定最后的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率。如果晶體振蕩器在用做 CPU時(shí)鐘 MCLK 時(shí)發(fā)生故障， DCO 會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，以保證系統(tǒng)正常工作；如果程序跑飛，可用看門(mén)狗將其復(fù)位。

　　豐富的片上外圍模塊 MSP430 系列單片機(jī)的各成員都集成了較豐富的片內(nèi)外設(shè)。它們分別是看門(mén)狗（ WDT ）、模擬比較器 A 、定時(shí)器 A （ Timer_A ）、定時(shí)器 B （ Timer_B ）、串口 0 、 1 （ USART0 、 1 ）、硬件乘法器、液晶驅(qū)動(dòng)器、 10 位 /12 位 ADC 、 I 2 C 總線直接數(shù)據(jù)存?。?DMA ）、端口 O （ P0 ）、端口 1~6 （ P1~P6 ）、基本定時(shí)器（ Basic Timer ）等的一些外圍模塊的不同組合。其中，看門(mén)狗可以使程序失控時(shí)迅速?gòu)?fù)位；模擬比較器進(jìn)行模擬電壓的比較，配合定時(shí)器，可設(shè)計(jì)出 A/D 轉(zhuǎn)換器； 16 位定時(shí)器（ Timer_A 和 Timer_B ）具有捕獲 / 比較功能，大量的捕獲 / 比較寄存器，可用于事件計(jì)數(shù)、時(shí)序發(fā)生、 PWM 等；有的器件更具有可實(shí)現(xiàn)異步、同步及多址訪問(wèn)串行通信接口可方便的實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信等應(yīng)用；具有較多的 I/O 端口，最多達(dá) 6*8 條 I/O 口線； P0 、 P1 、 P2 端口能夠接收外部上升沿或下降沿的中斷輸入； 12/14 位硬件 A/D 轉(zhuǎn)換器有較高的轉(zhuǎn)換速率，最高可達(dá) 200kbps ，能夠滿足大多數(shù)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用；能直接驅(qū)動(dòng)液晶多達(dá) 160 段；實(shí)現(xiàn)兩路的 12 位 D/A 轉(zhuǎn)換；硬件 I 2 C 串行總線接口實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器串行擴(kuò)展；以及為了增加數(shù)據(jù)傳輸速度，而采用直接數(shù)據(jù)傳輸（ DMA ）模塊。 MSP430 系列單片機(jī)的這些片內(nèi)外設(shè)為系統(tǒng)的單片解決方案提供了極大的方便。

　　方便高效的開(kāi)發(fā)環(huán)境 目前 MSP430 系列有 OPT 型、 FLASH 型和 ROM 型三種類型的器件，這些器件的開(kāi)發(fā)手段不同。對(duì)于 OPT 型和 ROM 型的器件是使用仿真器開(kāi)發(fā)成功之后在燒寫(xiě)或掩膜芯片；對(duì)于 FLASH 型則有十分方便的開(kāi)發(fā)調(diào)試環(huán)境，因?yàn)槠骷瑑?nèi)有 JTAG 調(diào)試接口，還有可電擦寫(xiě)的 FLASH 存儲(chǔ)器，因此采用先下載程序到 FLASH 內(nèi)，再在器件內(nèi)通過(guò)軟件控制程序的運(yùn)行，由 JTAG 接口讀取片內(nèi)信息供設(shè)計(jì)者調(diào)試使用的方法進(jìn)行開(kāi)發(fā)。這種方式只需要一臺(tái) PC機(jī)和一個(gè) JTAG 調(diào)試器，而不需要仿真器和編程器。開(kāi)發(fā)語(yǔ)言有匯編語(yǔ)言和 C 語(yǔ)言。

　　MSP430 單片機(jī)目前主要以 FLASH 型為主。

　　32-BIT 單片機(jī)

　　32 位單片機(jī)的字長(zhǎng)為32 位，是單片機(jī)的頂級(jí)產(chǎn)品，具有極高的運(yùn)算速度。近年來(lái)，隨著家用電子系統(tǒng)的新發(fā)展，32 位單片機(jī)的市場(chǎng)前景看好。

　　繼16 位單片機(jī)出現(xiàn)后不久，幾大公司先后推出了代表當(dāng)前最高性能和技術(shù)水平的32 位單片微機(jī)系列。32 位單片機(jī)具有極高的集成度，內(nèi)部采用新穎的RISC（精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)）結(jié)構(gòu)，CPU 可與其他微控制器兼容，主頻頻率可達(dá)33MHz 以上，指令系統(tǒng)進(jìn)一步優(yōu)化，運(yùn)算速度可動(dòng)態(tài)改變，設(shè)有高級(jí)語(yǔ)言編譯器，具有性能強(qiáng)大的中斷控制系統(tǒng)、定時(shí)/事件控制系統(tǒng)、同步/異步通信控制系統(tǒng)。代表產(chǎn)品有Intel 公司的MCS-80960 系列、Motorola 公司的M68300 系列、Hitachi 公司的Super H（簡(jiǎn)稱SH）系列等等。

　　這類單片機(jī)主要應(yīng)用于汽車、航空航天、高級(jí)機(jī)器人、軍事裝備等方面。它代表著51、PIC、AVR、16、32-BIT系列單片機(jī)區(qū)別與特點(diǎn)

　　單片機(jī)發(fā)展中的高、新技術(shù)水平。

　　ARM在32位MCU中的主流地位是毫無(wú)疑問(wèn)的。ARM公司于1991年成立于英國(guó)劍橋，主要出售芯片設(shè)計(jì)技術(shù)的授權(quán)。目前，采用ARM技術(shù)智能財(cái)產(chǎn)（IP）核心的處理器，即我們通常所說(shuō)的ARM處理器，已遍及工業(yè)控制、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、無(wú)線系統(tǒng)等各類產(chǎn)品市場(chǎng)，基于ARM技術(shù)的處理器應(yīng)用約占據(jù)了32位RISC微處理器75％以上的市場(chǎng)，ARM技術(shù)不止逐步滲入到我們生活的各個(gè)方面，我們甚至可以說(shuō)，ARM于人類的生活環(huán)境中，已經(jīng)是不可或缺的一環(huán)。

　　目前市面上常見(jiàn)的ARM處理器架構(gòu)，可分為ARM7、ARM9以及ARM11，新推出的Cortex系列尚在進(jìn)行開(kāi)發(fā)驗(yàn)證，市面上還未有相關(guān)產(chǎn)品推出。ARM也是嵌入式處理器中首先推出多核心架構(gòu)的廠商。

　　ARM首個(gè)多核心架構(gòu)為ARM11 MPCore，架構(gòu)于原先的ARM11處理器核心之上。ARM11核心是發(fā)布于2002年10月份，為了進(jìn)一步提升效能，其管線長(zhǎng)度擴(kuò)展到8階，處理單元?jiǎng)t增加為預(yù)取、譯碼、發(fā)送、轉(zhuǎn)換?。疢AC1、執(zhí)行／MAC2、內(nèi)存存取／MAC3和寫(xiě)入等八個(gè)單元，體系上屬于ARM V6指令集架構(gòu)。ARM11采用當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的0.13μm制造制程，運(yùn)行頻率最高可達(dá)500到700MHz。如果采用90nm制程，ARM11核心的工作頻率能夠輕松達(dá)到1GHz以上—對(duì)于嵌入式處理器來(lái)說(shuō)，這顯然是個(gè)相當(dāng)驚人的程度，不過(guò)顯然1GHz在ARM11體系中不算是個(gè)均衡的設(shè)定，因此幾乎沒(méi)有廠商推出達(dá)到1GHz的ARM11架構(gòu)處理器。

　　ARM11的邏輯核心也經(jīng)過(guò)大量的改進(jìn)，其中最重要的當(dāng)屬“靜／動(dòng)態(tài)組合轉(zhuǎn)換的預(yù)測(cè)功能”。ARM11的執(zhí)行單元包含一個(gè)64位、4種狀態(tài)的地址轉(zhuǎn)換緩沖，它主要用來(lái)儲(chǔ)存最近使用過(guò)的轉(zhuǎn)換地址。當(dāng)采用動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換預(yù)測(cè)機(jī)制而無(wú)法在尋址緩沖內(nèi)找到正確的地址時(shí)，靜態(tài)轉(zhuǎn)換預(yù)測(cè)功能就會(huì)立刻接替它的位置。在實(shí)際測(cè)試中，單純采用動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確率為88％，單純采用靜態(tài)預(yù)測(cè)機(jī)制的準(zhǔn)確率　只有77％，而ARM11的靜／動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)組合機(jī)制可實(shí)現(xiàn)92％的高準(zhǔn)確率。針對(duì)高時(shí)脈速度帶來(lái)功耗增加的問(wèn)題，ARM11采用一項(xiàng)名為“IEM?。↖ntelligent Energy Manager）”的智能電源管理技術(shù)，該技術(shù)可根據(jù)任務(wù)負(fù)荷情況動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)處理器的電壓，進(jìn)而有效降低自身的功耗。這一系列改進(jìn)讓ARM11的功耗效能比得以繼續(xù)提高，平均每MHz只需消耗0.6mW（有快取時(shí)為0.8mW）的電力，處理器的最高效能可達(dá)到660 Dhrystone MIPS，遠(yuǎn)超過(guò)上一代產(chǎn)品。