單片機層次化

A. 微型計算機系統分為哪三個層次

在微型計算機系統中存在著從局部到全局三個層次：微處理器——微型計算機——微型計算機系統。

B. 簡述單片機的基本結構與功能

單片機的基本結構：運算器、控制器、主要寄存器。運算器功能：執行各種算術運算；執行各種邏輯運算，並進行邏輯測試，如零值測試或兩個值的比較。主要寄存器功能：用於保存當前CPU所要訪問的內存單元或I/O設備的地址。

控制器功能：從內存中取出一條指令，並指出下一條指令在內存中的位置；對指令進行解碼和測試，並產生相應的操作控制信號，以便於執行規定的動作；指揮並控制CPU、內存和輸入輸出設備之間數據流動的方向。

(2)單片機層次化擴展閱讀

應用范圍：單片機滲透到我們生活的各個領域。導彈的導航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網路通訊與數據傳輸，工業自動化過程的實時控制和數據處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統，錄像機、攝像機、全自動洗衣機的控制等等。

還有自動控制領域的機器人、智能儀表、醫療器械以及各種智能機械。因此，單片機的學習、開發與應用將造就一批計算機應用與智能化控制的科學家、工程師。

C. 單片機程序裡面，經常聽說底層，中間層，應用層，什麼意思 51單片機也需要這么分層嗎

一般當程序比較大、功能比較繁多，需要進行結構化程序設計的時候，才會進行分層。分層的好處是可以將應用與硬體剝離，當硬體發生變更（移植，設計更改）時只需改動底層以及少量中間層；當需求發生變更時只需改動上層以及少量中間層。

底層一般是直接訪問硬體的介面，以串口而言如寄存器操作函數；中間層一般是在底層與上層之間進行數據及信息的轉換，以串口而言如封包/拆包/消息產生/消息響應；上層一般面向應用，在很少考慮硬體實現的前提下以通用的方式實現所需的功能，以串口而言如printf。

分這么多層是為了不同程度的開發人員可以同期工作的原因。比如說，底層就僱傭一個特別熟悉晶元和硬體的人做，中間層大概要找比較熟悉應用的人來把硬體功能來做擴展，應用層就隨便抓一把人來開發了。

這樣，多個項目可以公用一個硬體層，有兩到三組中間層的支持工程師，然後每個項目各有一組應用工程師就好了。51也可以這樣做，這和效率無關，層做得好，執行效率不會影響很大，開發效率提高很多。

(3)單片機層次化擴展閱讀：

單片機的應用：

1，通用專用：

這是按單片機適用范圍來區分的。例如，80C51是通用型單片機，它不是為某種專用途設計的；專用型單片機是針對一類產品甚至某一個產品設計生產的，例如為了滿足電子體溫計的要求，在片內集成ADC介面等功能的溫度測量控制電路。

2，線型應用：

這是按單片機是否提供並行匯流排來區分的。匯流排型單片機普遍設置有並行地址匯流排、數據匯流排、控制匯流排，這些引腳用以擴展並行外圍器件都可通過串列口與單片機連接，另外，許多單片機已把所需要的外圍器件及外設介面集成一片內，因此在許多情況下可以不要並行擴展匯流排，大大減省封裝成本和晶元體積。

3，控制型應用：

這是按照單片機大致應用的領域進行區分的。一般而言，工控型定址范圍大，運算能力強；用於家電的單片機多為專用型，通常是小封裝、低價格，外圍器件和外設介面集成度高。 顯然，上述分類並不是唯一的和嚴格的。例如，80C51類單片機既是通用型又是匯流排型，還可以作工控用。

D. 問一下各位單片機答人學單片機有前途么

沒什麼優勢，單片機相對於通用計算機而言學科差距很大，即使對於電科和自動化來言單片機也是非常基礎的工具，沒有比較高層次的人是僅通過單片機來找工作的，當然設計單片機或者開發板的除外。
單片機雖然現在可以用高級語言編程，單實質上一般是通過軟體翻譯工具譯成匯編寫到片子里的，所以單片機的應用主要是低級的工程式控制制或者是簡單演算法，和你的專業是完全脫節的，如果做這個等於你的計算機白學，而軟體開發也不可能用到單片機這種東西。
即使你舍棄專業單一的從事單片機開發，那也是不可取的，單片機對於自動化有點像科學計算器相對於數學，一般做技術含量高一些的工作不會太考慮單片機方面的東西，只要演算法或者控制思想能夠達到要求，具體的活都是底層的技術工人乾的，至於技術工人是用這種或者那種控制晶元，採用什麼樣的編程方法等問題一般不會太關心。就像搞數學的高層技術人員弄出來針對性的公式演算法，接下來怎麼代入數據來算或者用哪個品牌什麼型號的計算器來算，這個雖然他們都懂但是不可能去做，因為這種工作付一中專生即可。
歸根結底是沒有對單片機應用做好定位：低層次的勞動乾的再好也是低層次的勞動，很爛的電鋸設計人員也比最好的伐木工人有優勢。另外您所參加的單片機校園實踐活動這些並非是像電科或者自動化那個層次對單片機的使用。比如你所定義的智能車，自動化定義的智能是有自學習或者通俗一點能自己適應工作環境的含義的，在飛思卡爾汽車設計比賽當中也有人用單片機控制的，但是必須要提出新的智能控制理論或者建立新的智能控制演算法並寫出論文才敢定義智能二字；再比如機器人，也有用單片機設計的，但是往往都會提出新的平衡演算法和力學方程，或者是對硬體比如濾波器，單片機時鍾電路，介面等做出突破性的改進才算取得成果，並非是簡單的接個數字電路再配點外設寫個程序接上好使就行。
所謂的專攻單片機的也有，而且成果很豐碩，但是不適合你的專業。比如吉林大學做的博碩系列開發板就很有市場佔有率，再比如我有個老師，提出了一些時鍾信號誤差規避演算法和採用老式通用計算機CPU外接TTL電路設計專有單片機的思想。這些工作對於您的專業很不對口，如果讓您設計一款單片機開發板或者給你一些硬體條件讓您做一款符合工作環境的專用單片機的話肯定比較困難，所以按部就班的做好自己專業的工作才是正道，雖然條條大路通羅馬，但是每個專業都有自己的路，走別人的路就成了歪門邪道了。

E. 單片機最小系統為例子，用層次原理圖設計出來

層次原理圖的概念 層次原理圖主要包括兩大部分：主電路圖和子電路圖。其中主電路圖與子電路圖的關系是父電路與子電路的關系，在子電路圖中仍可包含下一級子電路。（

1．主電路圖主電路圖文件的擴展名是.prj。主電路圖相當於整機電路圖中的方框圖，一個方塊圖相當於一個模塊。圖中的每一個模塊都對應著一個具體的子電路圖。

2．子電路圖 子電路圖文件的擴展名是.sch。 一般地子電路圖都是一些具體的電路原理圖。子電路圖與主電路圖的連接是通過方塊圖中的埠實現的。

F. 單片機的內部組成結構

單片機的內部組成結構如下：

運算器：用於實現算術和邏輯運算。計算機的運算和處理都在這里進行。

控制器：是計算機的控制指揮部件,使計算機各部份能自動協調的工作。

存儲器：用於存放程序和數據;（又分為內存儲器和外存儲器,內存儲器就如我們電腦的硬碟,外存儲器就如我們的U盤）。

輸入設備：用於將程序和數據輸入到計算機（例如我們電腦的鍵盤、掃描儀）。

輸出設備：輸出設備用於把計算機數據計算或加工的結果以用戶需要的形式顯示或保存（例如我們的列印機）。

單片機硬體特徵

（1）單片機的體積比較小， 內部晶元作為計算機系統，其結構簡單，但是功能完善，使用起來十分方便，可以模塊化應用。

（2）單片機有著較高的集成度，可靠性比較強，即使單片機處於長時間的工作也不會存在故障問題。

（3） 單片機在應用時低電壓、低能耗，是人們在日常生活中的首要選擇， 為生產與研發提供便利。

（4）單片機對數據的處理能力和運算能力較強，可以在各種環境中應用，且有著較強的控制能力。

G. 關於單片機的種類問題

單片機的分類Ⅰ 按生產廠家分
美國的英特爾(Intel) 公司、摩托羅拉（Motorola）公司、國家辦導體(NS) 公司、Atmel公司、微晶元(Microchip) 公司、洛克威爾(Rockwell)公司、莫斯特克公司(Mostek)、齊洛格(Zilog)公司、仙童(Fairchid)公司、德州儀器(TI)公司等等。日本的電氣(NS)公司、東芝(Toshiba)公司、富士通(Fujitsu)公司、松下公司、日立(Hitachi)公司、日電(NEC)公司、夏普公司等等。荷蘭的飛利浦(Philips)公司。德國的西門子(Siemens)公司等等。
Ⅱ 按字長分（1）4-BIT 單片機
4 位單片機的控制功能較弱,CPU 一次只能處理4 位二進制數。這類單片機常用於計算器、各種形態的智能單元以及作為家用電器中的控制器。典型產品有NEC 公司的UPD 75××系列、NS 公司的COP400 系列、松下公司的MN1400 系列、ROCKWELL 公司的PPS/1系列、富士通公司的MB88 系列、夏普公司的SM××系列、Toshiba 公司的TMP47×××系列等等。
① 華邦公司的W741系列的4位單片機帶液晶驅動,在線燒錄,保密性高,低操作電壓(1.2V~1.8V)。
② 東芝單片機的4位機在家電領域有很大市場。
（2）8-BIT 單片機
8 位單片機 8 位單片機的控制功能較強，品種最為齊全。和4 位單片機相比，它不僅具有較大的存儲容量和定址范圍，而且中斷源、並行I/O 介面和定時器/計數器個數都有了不同程度的增加，並集成有全雙工串列通信介面。在指令系統方面，普遍增設了乘除指令和比較指令。特別是8 位機中的高性能增強型單片機，除片內增加了A/D 和D/A 轉換器外，還集成有定時器捕捉/比較寄存器、監視定時器(Watchdog)、匯流排控制部件和晶體振盪電路等。這類單片機由於其片內資源豐富和功能強大，主要在工業控制、智能儀表、家用電器和辦公自動化系統中應用。代表產品有Intel 公司的MCS-48 系列和MCS-51 系列 、Microchip 公司的PIC16C××系列和PIC17C××系列以及PIC1400 系列、Motorola 公司的M68HC05 系列和M68HC11 系列、Zilog 公司的Z8 系列、荷蘭Philips 公司的80C51 系列(同MCS-51 兼容)、Atmel公司的AT89 系列(同MCS-51 兼容)、NEC 公司的UPD78××系列等等。
1）51系列單片機
8031/8051/8751是Intel公司早期的產品。應用的早，影響很大，已成為世界上的工業標准。後來很多晶元廠商以各種方式與Intel公司合作，也推出了同類型的單片機，如同一種單片機的多個版本一樣，雖都在不斷的改變製造工藝，但內核卻一樣，也就是說這類單片機指令系統完全兼容，絕大多數管腳也兼容；在使用上基本可以直接互換。人們統稱這些與8051內核相同的單片機為「51系列單片機」。
8031片內不帶程序存儲器ROM，使用時用戶需外接程序存儲器和一片邏輯電路373，外接的程序存儲器多為EPROM的2764系列。用戶若想對寫入到EPROM中的程序進行修改，必須先用一種特殊的紫外線燈將其照射擦除，之後再可寫入。寫入到外接程序存儲器的程序代碼沒有什麼保密性可言。
8051片內有4k ROM，無須外接外存儲器和373，更能體現「單片」的簡練。但是所編的程序無法寫入到其ROM中，只有將程序交晶元廠代為寫入，並是一次性的，不能改寫其內容。
8751與8051基本一樣，但8751片內有4k的EPROM，用戶可以將自己編寫的程序寫入單片機的EPROM中進行現場實驗與應用，EPROM的改寫同樣需要用紫外線燈照射一定時間擦除後再寫入。
在眾多的51系列單片機中，要算 ATMEL 公司的AT89C51、AT89S52更實用，因他不但和8051指令、管腳完全兼容，而且其片內的4K程序存儲器是FLASH工藝的，這種工藝的存儲器用戶可以用電的方式瞬間擦除、改寫，一般專為 ATMEL AT89xx 做的編程器均帶有這些功能。顯而易見，這種單片機對開發設備的要求很低，開發時間也大大縮短。寫入單片機內的程序還可以進行加密，這又很好地保護了你的勞動成果。而且，AT89C51、AT89S51目前的售價比8031還低，市場供應也很充足。
AT89S51、52是2003年ATMEL推出的新型品種，除了完全兼容8051外，還多了ISP編程和看門狗功能。
ATMEL公司的51系列還有AT89C2051、AT89C1051等品種，這些晶元是在AT89C51的基礎上將一些功能精簡掉後形成的精簡版。AT89C2051取掉了P0口和P2口，內部的程序FLASH存儲器也小到2K，封裝形式也由51的P40腳改為20腳，相應的價格也低一些，特別適合在一些智能玩具，手持儀器等程序不大的電路環境下應用；AT89C1051在2051的基礎上，再次精簡掉了串口功能等，程序存儲器再次減小到1k，當然價格也更低。
51 單片機目前已有多種型號，市場上目前供貨比較足的晶元還要算ATMEL 的51、52 晶元， HYUNDAI 的GMS97 系列，WINBOND 的78e52，78e58，77e58 等。
GMS97 系列是一次性燒寫，一般只有大量生產的人才買。at89c51,52 因可以很容易地解密，一般人們只用它來做實驗，或者用在一些即使解了密也無關緊要的場合。89c2051 只有20 腿，體積小巧，在一些簡單應用和體積有限的場合得到廣泛應用。
2）PIC系列單片機
由美國Microchip公司推出的PIC單片機系列產品，首先採用了RISC結構的嵌入式微控制器，其高速度、低電壓、低功耗、大電流LCD驅動能力和低價位OTP技術等都體現出單片機產業的新趨勢。
現在PIC系列單片機在世界單片機市場的份額排名中已逐年升位，尤其在8位單片機市場，據稱已從1990年的第20位上升到目前的第二位。PIC單片機從覆蓋市場出發，已有三種(又稱三層次)系列多種型號的產品問世，所以在全球都可以看到PIC單片機從電腦的外設、家電控制、電訊通信、智能儀器、汽車電子到金融電子各個領域的廣泛應用。現今的PIC單片機已經是世界上最有影響力的嵌入式微控制器之一。
① PIC 8位單片機的分類
PIC 8位單片機產品共有三個系列，即基本級、中級和高級。
a基本級系列該級產品的特點是低價位，如PIC16C5X，適用於各種對成本要求嚴格的家電產品選用。又如PIC12C5XX是世界第一個8腳的低價位單片機，因其體積很小，完全可以應用在以前不能使用單片機的家電產品的空間。
b中級系列該級產品是PIC最豐富的品種系列。它是在基本級產品上進行了改進，並保持了很高的兼容性。外部結構也是多種的，從8引腳到68引腳的各種封裝，如PIC12C6XX。該級產品其性能很高，如內部帶有A/D變換器、E2PROM數據存儲器、比較器輸出、PWM輸出、I2C和SPI等介面。PIC中級系列產品適用於各種高、中和低檔的電子產品的設計中。
c高級系列該系列產品如PIC17CXX，其特點是速度快，所以適用於高速數字運算的應用場合中，加之它具備一個指令周期內(160ns)可以完成8×8(位)二進制乘法運算能力，所以可取代某些DSP產品。再有PIC17CXX具有豐富的I/O控制功能，並可外接擴展EPROM和RAM，使它成為目前8位單片機中性能最高的機種之一。所以很適用於高、中檔的電子設備中使用。
上述的三層次(級)的PIC 8位單片機還具有很高的代碼兼容性，用戶很容易將代碼從某型號轉換到另一個型號中。PIC 8位單片機具有指令少、執行速度快等優點，其主要原因是PIC系列單片機在結構上與其它單片機不同。該系列單片機引入了原用於小型計算機的雙匯流排和兩級指令流水結構。這種結構與一般採用CISC(復雜指令集計算機)的單片機在結構上是有不同的。
雙匯流排結構
具有CISC結構的單片機均在同一存儲空間取指令和數據，片內只有一種匯流排。這種匯流排既要傳送指令又要傳送數據(如圖1－a所示)。因此，它不可能同時對程序存儲器和數據存儲器進行訪問。因與CPU直接相連的匯流排只有一種，要求數據和指令同時通過，顯然「亂套」，這正如一個「瓶頸」，瓶內的數據和指令要一起倒出來，往往就被瓶頸卡住了。所以具有這種結構的單片機，只能先取出指令，再執行指令(在此過程中往往要取數)，然後，待這條指令執行完畢，再取出另一條指令，繼續執行下一條。這種結構通常稱為馮•諾依曼結構，又稱普林斯頓結構。
在這里PIC系列單片機採用了一種雙匯流排結構，即所謂哈佛結構。這種結構有兩種匯流排，即程序匯流排和數據匯流排。這兩種匯流排可以採用不同的字長，如PIC系列單片機是八位機，所以其數據匯流排當然是八位。但低檔、中檔和高檔的PIC系列機分別有12位、14位和16位的指令匯流排。這樣，取指令時則經指令匯流排，取數據時則經數據匯流排，互不沖突。
② 兩級指令流水線結構
由於PIC系列單片機採用了指令空間和數據空間分開的哈佛結構，用了兩種位數不同的匯流排。因此，取指令和取數據有可能同時交疊進行，所以在PIC系列微控制器中取指令和執行指令就採用指令流水線結構。當第一條指令被取出後，隨即進入執行階段，這時可能會從某寄存器取數而送至另一寄存器，或從一埠向寄存器傳送數等，但數據不會流經程序匯流排，而只是在數據匯流排中流動，因此，在這段時間內，程序匯流排有空，可以同時取出第二條指令。當第一條指令執行完畢，就可執行第二條指令，同時取出第3條指令，……如此等等。這樣，除了第一條指令的取出，其餘各條指令的執行和下一條指令的取出是同時進行的，使得在每個時鍾周期可以獲得最高效率。
在大多數微控制器中，取指令和指令執行都是順序進行的，但在PIC單片機指令流水線結構中，取指令和執行指令在時間上是相互重疊的，所以PIC系列單片機才可能實現單周期指令。
只有涉及到改變程序計數器PC值的程序分支指令(例如GOTO、CALL)等才需要兩個周期。
此外，PIC的結構特點還體現在寄存器組上，如寄存器I/O口、定時器和程序寄存器等都是採用了RAM結構形式，而且都只需要一個周期就可以完成訪問和操作。而其它單片機常需要兩個或兩個以上的周期才能改變寄存器的內容。上述各項，就是PIC系列單片機能做到指令總數少，且大都為單周期指令的重要原因。
3）AVR系列單片機
AVR單片機是1997年由ATMEL公司研發出的增強型內置Flash的RISC(Reced Instruction Set CPU) 精簡指令集高速8位單片機。AVR的單片機可以廣泛應用於計算機外部設備、工業實時控制、儀器儀表、通訊設備、家用電器等各個領域。
①AVR單片機的優勢及特點
a AVR單片機易於入手、便於升級、費用低廉。 單片機初學者只需一條ISP下載線，把編輯、調試通過的軟體程序直接在線寫入AVR單片機，即可以開發AVR單片機系列中的各種封裝的器件。AVR單片機因此在業界號稱「一線打天下」。 AVR程序寫入是直接在電路板上進行程序修改、燒錄等操作，這樣便於產品升級。AVR單片機可使用ISP在線下載編程方式(即把PC機上編譯好的程序寫到單片機的程序存儲器中)，不需購買模擬器、編程器、擦抹器和晶元適配器等，即可進行所有AVR單片機的開發應用，這可節省很多開發費用。程序存儲器擦寫可達10000次以上，不會產生報廢品。
b高速、低耗、保密。首先，AVR單片機是高速嵌入式單片機： AVR單片機具有預取指令功能，即在執行一條指令時，預先把下一條指令取進來，使得指令可以在一個時鍾周期內執行。多累加器型，數據處理速度快。AVR單片機具有32個通用工作寄存器，相當於有32條立交橋，可以快速通行。中斷響應速度快。AVR單片機有多個固定中斷向量入口地址，可快速響應中斷。AVR單片機耗能低。對於典型功耗情況，WDT關閉時為100nA，更適用於電池供電的應用設備。有的器件最低1.8 V即可工作。AVR單片機保密性能好。它具有不可破解的位加密鎖Lock Bit技術，保密位單元深藏於晶元內部，無法用電子顯微鏡看到。
c I/O口功能強,具有A/D轉換等電路。AVR單片機的I/O口是真正的I/O口，能正確反映I/O口輸入/輸出的真實情況。工業級產品，具有大電流(灌電流)10mA～40mA,可直接驅動可控硅SSR或繼電器，節省了外圍驅動器件。AVR單片機內帶模擬比較器，I/O口可用作A/D轉換，可組成廉價的A/D轉換器。ATmega48/8/16等器件具有8路10位A/D。部分AVR單片機可組成零外設元件單片機系統，使該類單片機無外加元器件即可工作，簡單方便，成本又低。AVR單片機可重設啟動復位,以提高單片機工作的可靠性。有看門狗定時器實行安全保護,可防止程序走亂(飛),提高了產品的抗干擾能力。
d 有功能強大的定時器/計數器及通訊介面。定時/計數器T/C有8位和16位,可用作比較器。計數器外部中斷和PWM(也可用作D/A)用於控制輸出，某些型號的AVR單片機有3～4個PWM，是作電機無級調速的理想器件。AVR單片機有串列非同步通訊UART介面,不佔用定時器和SPI同步傳輸功能,因其具有高速特性，故可以工作在一般標准整數頻率下,而波特率可達576K。
②AVR 8-Bit MCU的最大特點
與其它8-Bit MCU相比，AVR 8-Bit MCU最大的特點是：
• 哈佛結構，具備1MIPS / MHz的高速運行處理能力；
• 超功能精簡指令集（RISC），具有32個通用工作寄存器，克服了如8051 MCU採用單一ACC進行處理造成的瓶頸現象；
• 快速的存取寄存器組、單周期指令系統，大大優化了目標代碼的大小、執行效率，部分型號FLASH非常大，特別適用於使用高級語言進行開發；
• 作輸出時與PIC的HI/LOW相同，可輸出40mA（單一輸出），作輸入時可設置為三態高阻抗輸入或帶上拉電阻輸入，具備10mA-20mA灌電流的能力；
• 片內集成多種頻率的RC振盪器、上電自動復位、看門狗、啟動延時等功能，外圍電路更加簡單，系統更加穩定可靠；
• 大部分AVR片上資源豐富：帶E2PROM，PWM，RTC，SPI，UART，TWI，ISP，AD，Analog Comparator，WDT等；
• 大部分AVR除了有ISP功能外，還有IAP功能，方便升級或銷毀應用程序。
（3）16-BIT 單片機
16 位單片機是在1983 年以後發展起來的。這類單片機的特點是：CPU是16 位的，運算速度普遍高於8 位機，有的單片機的定址能力高達1MB，片內含有A/D 和D/A轉換電路，支持高級語言。這類單片機主要用於過程式控制制、智能儀表、家用電器以及作為計算機外部設備的控制器等。典型產品有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。它採用了精簡指令集（ RISC ）結構，具有豐富的定址方式（ 7 種源操作數定址、 4 種目的操作數定址）、簡潔的 27 條內核指令以及大量的模擬指令；大量的寄存器以及片內數據存儲器都可參加多種運算；還有高效的查表處理指令；有較高的處理速度，在 8MHz 晶體驅動下指令周期為 125 ns 。這些特點保證了可編制出高效率的源程序。
在運算速度方面， MSP430 系列單片機能在 8MHz 晶體的驅動下，實現 125ns 的指令周期。 16 位的數據寬度、 125ns 的指令周期以及多功能的硬體乘法器（能實現乘加）相配合，能實現數字信號處理的某些演算法（如 FFT 等）。
MSP430 系列單片機的中斷源較多，並且可以任意嵌套，使用時靈活方便。當系統處於省電的備用狀態時，用中斷請求將它喚醒只用 6us 。
超低功耗 MSP430 單片機之所以有超低的功耗，是因為其在降低晶元的電源電壓及靈活而可控的運行時鍾方面都有其獨到之處。
首先， MSP430 系列單片機的電源電壓採用的是 1.8~3.6V 電壓。因而可使其在 1MHz 的時鍾條件下運行時， 晶元的電流會在 200~400uA 左右，時鍾關斷模式的最低功耗只有 0.1uA 。
其次，獨特的時鍾系統設計。在 MSP430 系列中有兩個不同的系統時鍾系統：基本時鍾系統和鎖頻環（ FLL 和 FLL+ ）時鍾系統或 DCO 數字振盪器時鍾系統。有的使用一個晶體振盪器（ 32768Hz ） , 有的使用兩個晶體振盪器）。由系統時鍾系統產生 CPU 和各功能所需的時鍾。並且這些時鍾可以在指令的控制下，打開和關閉，從而實現對總體功耗的控制。
由於系統運行時打開的功能模塊不同，即採用不同的工作模式，晶元的功耗有著顯著的不同。在系統中共有一種活動模式（ AM ）和五種低功耗模式（ LPM0~LPM4 ）。在等待方式下，耗電為 0.7uA ，在節電方式下，最低可達 0.1uA 。
系統工作穩定 上電復位後，首先由 DCOCLK 啟動 CPU ，以保證程序從正確的位置開始執行，保證晶體振盪器有足夠的起振及穩定時間。然後軟體可設置適當的寄存器的控制位來確定最後的系統時鍾頻率。如果晶體振盪器在用做 CPU 時鍾 MCLK 時發生故障， DCO 會自動啟動，以保證系統正常工作；如果程序跑飛，可用看門狗將其復位。
豐富的片上外圍模塊 MSP430 系列單片機的各成員都集成了較豐富的片內外設。它們分別是看門狗（ WDT ）、模擬比較器 A 、定時器 A （ Timer_A ）、定時器 B （ Timer_B ）、串口 0 、 1 （ USART0 、 1 ）、硬體乘法器、液晶驅動器、 10 位 /12 位 ADC 、 I 2 C 匯流排直接數據存取（ DMA ）、埠 O （ P0 ）、埠 1~6 （ P1~P6 ）、基本定時器（ Basic Timer ）等的一些外圍模塊的不同組合。其中，看門狗可以使程序失控時迅速復位；模擬比較器進行模擬電壓的比較，配合定時器，可設計出 A/D 轉換器； 16 位定時器（ Timer_A 和 Timer_B ）具有捕獲 / 比較功能，大量的捕獲 / 比較寄存器，可用於事件計數、時序發生、 PWM 等；有的器件更具有可實現非同步、同步及多址訪問串列通信介面可方便的實現多機通信等應用；具有較多的 I/O 埠，最多達 6*8 條 I/O 口線； P0 、 P1 、 P2 埠能夠接收外部上升沿或下降沿的中斷輸入； 12/14 位硬體 A/D 轉換器有較高的轉換速率，最高可達 200kbps ，能夠滿足大多數數據採集應用；能直接驅動液晶多達 160 段；實現兩路的 12 位 D/A 轉換；硬體 I 2 C 串列匯流排介面實現存儲器串列擴展；以及為了增加數據傳輸速度，而採用直接數據傳輸（ DMA ）模塊。 MSP430 系列單片機的這些片內外設為系統的單片解決方案提供了極大的方便。
方便高效的開發環境 目前 MSP430 系列有 OPT 型、 FLASH 型和 ROM 型三種類型的器件，這些器件的開發手段不同。對於 OPT 型和 ROM 型的器件是使用模擬器開發成功之後在燒寫或掩膜晶元；對於 FLASH 型則有十分方便的開發調試環境，因為器件片內有 JTAG 調試介面，還有可電擦寫的 FLASH 存儲器，因此採用先下載程序到 FLASH 內，再在器件內通過軟體控製程序的運行，由 JTAG 介面讀取片內信息供設計者調試使用的方法進行開發。這種方式只需要一台 PC 機和一個 JTAG 調試器，而不需要模擬器和編程器。開發語言有匯編語言和 C 語言。
MSP430 單片機目前主要以 FLASH 型為主。
（4）32-BIT 單片機
32 位單片機的字長為32 位，是單片機的頂級產品，具有極高的運算速度。近年來，隨著家用電子系統的新發展，32 位單片機的市場前景看好。
繼16 位單片機出現後不久，幾大公司先後推出了代表當前最高性能和技術水平的32 位單片微機系列。32 位單片機具有極高的集成度，內部採用新穎的RISC（精簡指令系統計算機）結構，CPU 可與其他微控制器兼容，主頻頻率可達33MHz 以上，指令系統進一步優化，運算速度可動態改變，設有高級語言編譯器，具有性能強大的中斷控制系統、定時/事件控制系統、同步/非同步通信控制系統。代表產品有Intel 公司的MCS-80960 系列、Motorola 公司的M68300 系列、Hitachi 公司的Super H(簡稱SH)系列等等。
這類單片機主要應用於汽車、航空航天、高級機器人、軍事裝備等方面。它代表著單片機發展中的高、新技術水平。
ARM在32位MCU中的主流地位是毫無疑問的。ARM公司於1991年成立於英國劍橋，主要出售晶元設計技術的授權。目前，採用ARM技術智能財產（IP）核心的處理器，即我們通常所說的ARM處理器，已遍及工業控制、消費類電子產品、通信系統、網路系統、無線系統等各類產品市場，基於ARM技術的處理器應用約占據了32位RISC微處理器75％以上的市場，ARM技術不止逐步滲入到我們生活的各個方面，我們甚至可以說，ARM於人類的生活環境中，已經是不可或缺的一環。
目前市面上常見的ARM處理器架構，可分為ARM7、ARM9以及ARM11，新推出的Cortex系列尚在進行開發驗證，市面上還未有相關產品推出。ARM也是嵌入式處理器中首先推出多核心架構的廠商。
ARM首個多核心架構為ARM11 MPCore，架構於原先的ARM11處理器核心之上。ARM11核心是發布於2002年10月份，為了進一步提升效能，其管線長度擴展到8階，處理單元則增加為預取、解碼、發送、轉換／MAC1、執行／MAC2、內存存取／MAC3和寫入等八個單元，體繫上屬於ARM V6指令集架構。ARM11採用當時最先進的0.13μm製造製程，運行頻率最高可達500到700MHz。如果採用90nm製程，ARM11核心的工作頻率能夠輕松達到1GHz以上—對於嵌入式處理器來說，這顯然是個相當驚人的程度，不過顯然1GHz在ARM11體系中不算是個均衡的設定，因此幾乎沒有廠商推出達到1GHz的ARM11架構處理器。
ARM11的邏輯核心也經過大量的改進，其中最重要的當屬「靜／動態組合轉換的預測功能」。ARM11的執行單元包含一個64位、4種狀態的地址轉換緩沖，它主要用來儲存最近使用過的轉換地址。當採用動態轉換預測機制而無法在定址緩沖內找到正確的地址時，靜態轉換預測功能就會立刻接替它的位置。在實際測試中，單純採用動態預測的准確率為88％，單純採用靜態預測機制的准確率只有77％，而ARM11的靜／動態預測組合機制可實現92％的高准確率。針對高時脈速度帶來功耗增加的問題，ARM11採用一項名為「IEM（Intelligent Energy Manager）」的智能電源管理技術，該技術可根據任務負荷情況動態調節處理器的電壓，進而有效降低自身的功耗。這一系列改進讓ARM11的功耗效能比得以繼續提高，平均每MHz只需消耗0.6mW（有快取時為0.8mW）的電力，處理器的最高效能可達到660 Dhrystone MIPS，遠超過上一代產品。
Ⅲ 按製造工藝分
① HMOS 工藝 高密度短溝道MOS 工藝,具有高速度、高密度的特點。
② CHMOS(或HCMOS)工藝 互補的金屬氧化物的HMOS 工藝，是CMOS 和HMOS 的結合，具有高密度、高速度、低功耗的特點。Intel 公司產品型號中若帶有字母「C」 ，Motorola 公司產品型號中若帶有字母「HC」或「L」 ，通常為CHMOS 工藝。

H. 單片機的發展分為（ ）幾個階段

單片機的發展分為三個階段：

一、SCM即單片微型計算機（Single Chip Microcomputer）階段；

1）主要是尋求最佳的單片形態嵌入式系統的最佳體系結構。

2）「創新模式」獲得成功，奠定了SCM與通用計算機完全不同的發展道路。在開創嵌入式系統獨立發展道路上，Intel公司功不可沒。

二、MCU即微控制器（Micro Controller Unit）階段；

1）主要的技術發展方向是：不斷擴展滿足嵌入式應用時，對象系統要求的各種外圍電路與介面電路，突顯其對象的智能化控制能力。

2）它所涉及的領域都與對象系統相關，因此，發展MCU的重任不可避免地落在電氣、電子技術廠家。

3）從這一角度來看，Intel逐漸淡出MCU的發展也有其客觀因素。在發展MCU方面，最著名的廠家當數Philips公司。

4）Philips公司以其在嵌入式應用方面的巨大優勢，將MCS-51從單片微型計算機迅速發展到微控制器。因此，當我們回顧嵌入式系統發展道路時，不要忘記Intel和Philips的歷史功績。

三、單片機是嵌入式系統的獨立發展之路，向MCU階段發展的重要因素，就是尋求應用系統在晶元上的最大化解決；

1）因此，專用單片機的發展自然形成了SoC化趨勢。隨著微電子技術、IC設計、EDA工具的發展，基於SoC的單片機應用系統設計會有較大的發展。

2）因此，對單片機的理解可以從單片微型計算機、單片微控制器延伸到單片應用系統。

I. 幫忙：「單片機最小系統」用層次原理圖設計出來

一 、層次原理圖的概念
層次原理圖主要包括兩大部分：主電路圖和子電路圖。其中主電路圖與子電路圖的關系是父電路與子電路的關系，在子電路圖中仍可包含下一級子電路。（如圖1 圖1
） 1．主電路圖主電路圖文件的擴展名是.prj。主電路圖相當於整機電路圖中的方框圖，一個方塊圖相當於一個模塊。圖中的每一個模塊都對應著一個具體的子電路圖。 2．子電路圖 子電路圖文件的擴展名是.sch。 一般地子電路圖都是一些具體的電路原理圖。子電路圖與主電路圖的連接是通過方塊圖中的埠實現的。（如圖2 圖2
）