以下全文转载自EEWeb主编Max Maxfield在EEJournal上发表的文章：
随着我们周围关于 8 位、16 位、32 位和 64 位处理器的讨论不断，我不确定今天有多少年轻工程师了解第一个商用微处理器 Intel 4004。 这是一台 4 位机器（零件号是 4004，没有双关语）。
顺便说一句，如果您想了解更多关于 4004 和当代微处理器的历史，我衷心推荐我的朋友 Steve Leibson 在 EEJournal 上的专栏：“我们真的知道谁发明了微处理器吗？” ？ ”和“第一个微处理器是什么？ ”以及“微处理器 50 岁生日快乐”的第 1 部分和第 2 部分。
微处理器（μP）也称为微处理器单元（MPU）。 早期的 MPU 仅包含一个中央处理单元 (CPU)。 随着时间的推移，还添加了其他功能，例如缓存、浮点单元 (FPU) 和内存管理单元 (MMU)。 要点是：除了任何高速缓存以及 FPU 和 MMU 之类的东西之外，微处理器不包含任何内部存储器或外设。 相比之下，微控制器（μC）也称为微控制器单元（MCU），包含闪存等非易失性存储器、SRAM等易失性存储器、计数器、定时器、模数转换器（ADC）等. UART、I2C 和 SPI 等外设和通信接口。 从本质上讲，微控制器是一种小型、独立的计算机，存在于包含自己的程序的单个硅芯片上。 一旦通电，程序就开始执行。 这解释了为什么微控制器出现在嵌入式系统中，以及为什么嵌入式系统随处可见。 （您可以在我的专栏《CPU、MPU、MCU和GPU常见问题解答有哪些？》中详细了解微处理器和微控制器之间的区别）
微控制器的历史和微处理器的历史一样不清楚。 第一个微控制器是哪个？ 它是日本在 20 世纪 70 年代初为汽车制造的 4 位器件，还是由 TI 工程师 Gary Boone 和 Michael Cochran 设计并于 1974 年首次亮相的 4 位 TMS 1000？ 说到 8 位 MCU，第一个是 1976 年推出的 Intel 8048（又名 MCS-48）吗？ 我不知道。 据我所知，早期 8 位 MCU 中最著名的可能是 8051（又名 MCS-51），它于 1980 年上市，其指令集架构 (ISA) 是由 John H. Wharton 构思的。 奇迹般的是，从 8051 演变而来的新产品至今仍然表现强劲。
顺便说一句，约翰曾经告诉我，当他还是一名在英特尔工作的年轻工程师时，他经常和他的主管出去吃午饭。 有一天，他们听说要在午餐时间见面讨论一件事。 除了提供免费三明治之外，他们不确定这次会议的目的是什么。 这次会议是8051的启动会，真的是从零开始。 会议结束后，John美餐一顿，回到办公桌前，勾勒出8051的架构（功能单元和总线等）和ISA。
如今，有很多单片机可以实现我们的各种想法，而PIC®单片机和AVR®单片机是真正有存在感的两个系列。 第一个8位PIC单片机是1975年由通用仪器公司开发的。具体历史我不太清楚，但PIC单片机现在是Microchip Technology Inc.的产品。同时，最初的8位AVR架构是由Alf-Egil Bogen 和 Vegard Wollan 在挪威理工学院 (NTH) 就读时。 该技术随后被 Atmel 收购，并于 1996 年发布了 AVR 系列的首批成员。Atmel 于 2016 年被 Microchip 收购。
我们有什么办法可以量化这种“存在感”吗？ 我与Microchip 8位微控制器产品组营销副总裁Greg Robinson和高级公共关系经理Brian Thorsen进行了沟通。 如下图所示，截至撰写本文时，Microchip 的 8 位 MCU 市场份额为 32%，遥遥领先！ 如果我在 Microchip 负责这些产品，我一定会笑得合不拢嘴。
Gartner 2021年市场份额报告中全球8位微控制器市场份额
Greg 告诉我，Microchip 将继续创新，包括许多新的 8 位产品。 例如，2022年第二季度，Microchip推出了5个新系列，约65款器件，具有丰富的片上模拟和其他独立于内核的外设。
除了传统的单芯片系统（即 Microchip MCU 是板上唯一的处理器）之外，8 位处理器由于尺寸、空间、低功耗和寿命长等优点，作为系统管理 IC 和协处理器发挥着越来越大的作用，等等。所有功能都很重要。 这主要是因为我们看到分布式智能在物联网边缘节点、汽车安全、工业控制系统、医疗电子和家用电子等应用中的急剧增长。 即使是最先进的 5G 系统通常也可以通过将某些任务卸载到较小的 8 位处理器来受益，从而释放更高端的处理器来发挥其魔力并做它们最擅长的事情。
Greg 表示：“虽然听起来很奇怪，但很多 8 位增长是由 32 位增长推动的，其中 32 位处理器将人机界面 (HMI) 功能和内务管理任务传递给 8 位处理器。” ，8 位设备越来越多地用作协处理器，执行诸如获取传感器读数并在将传感器数据传递到更高级别的处理器之前对其进行预处理等任务。”
我们谈到的主题之一是当前的供应链问题。 在我们说话之前，我并没有意识到 Microchip 95% 的 8 位产品都是在内部制造的，除了在亚利桑那州坦佩、俄勒冈州格雷沙姆和科罗拉多州科罗拉多斯普林斯设有晶圆厂外，他们还拥有他们自己的包装、制造和测试设施。
尽管如此，由于过去 18 至 24 个月贸易战和全球新冠肺炎 (COVID-19) 大流行的共同作用创造了巨大的需求，供应仍然短缺。 格雷格说：“增加产量不仅仅是说说而已。” Microchip 总裁兼首席执行官 Ganesh Moorthy 表示，预计短缺情况将持续到 2023 年，但 Microchip 已承诺在未来几年投资 10 亿美元。 用于不断推出新产品，同时扩大产能以满足现有设备的需求。
2022年第二季度新品预览
ADCC 代表“ADC 计算”，是模拟和数字功能的混合体。 片上模拟功能，包括 8 位、10 位和 12 位 ADC，可以使用图形工具轻松配置。 其他选项包括具有相关可编程增益放大器 (PGA) 的 ADC（无需外部 PGA）以及具有上下文/排序功能的 ADC。 其他功能包括片上比较器、数模转换器 (DAC)、斜坡发生器、温度传感器、电压基准、过零检测和运算放大器 (op amp)。
考虑下面介绍的运算放大器示例。 传统方法是使用外部运算放大器（左）。 片上运算放大器（右）的优点包括节省电路板空间、减少物料清单 (BOM)，以及能够在程序控制下动态改变软件中的增益和其他特性（如果您想测量多个信号，每个信号如果需要不同的运算放大器参数，这非常有用）。
带有内部运算放大器的 PIC® 和 AVR® 微控制器
核心独立外设 (CIP) 背后的概念是，当核心处于“打瞌睡”模式或处理更重要的任务时，外设可以自行执行任务。 例如，CIP 可以在核心进入睡眠状态时从传感器获取读数，然后累积、平均和/或过滤结果。 稍后，当内核唤醒时，外设可以准备好并等待其预处理的数据。
使用独立于内核的外设创建自定义外设
当 CIP 组合在一起创建定制外设或“超级外设”时，事情开始变得非常有趣。 下面显示了一个很好的例子。 这涉及到一个希望使用串行总线通信协议控制一堆 LED 的应用程序。
将 CIP 组合在一起创建“超级外设”或“超级模块”
指定“哪个 LED”和“什么颜色”涉及相当复杂的信号，并且可能需要发送大量数据。 这通常需要高速 32 位 MCU。 然而，该算法可以通过使用一些 CIP 外设（定时器、SPI、PWM 和使用 CLC（可配置逻辑单元）实现的一些逻辑）在 8 位 PIC 微控制器上实现。 （与 PIC MCU 的 CLC 不同，可以使用可配置自定义逻辑 (CCL) 在 AVR 上实现相同的功能。）
结果是一个8位MCU，允许8位MCU以比指令速度（即在核心上运行的指令）快得多的逻辑速度驱动一串LED，同时释放核心来执行其他任务。
一般来说，拥有 CIP，特别是能够将它们组合在一起，为各种部署场景打开了大门，允许外围设备处理各种传感器数据。
常见传感器输出类型
考虑下面所示的示例，其中使用 8 位 PIC 或 AVR 微控制器来监视温度、湿度和振动传感器的输出。 可能来自温度传感器的信号比来自湿度传感器的信号需要更高的增益，这可以通过在程序控制下来回交换片上运放的增益来实现。
典型的多传感器应用
同时，MCU可以在5V下运行，而使用I2C通信的振动传感器仅需要1.8V。 在这种情况下，解决方案不是使用外部电压电平转换器，而是使用 MCU 的多电压输入/输出 (MVIO) 功能。
上面的示例显示了 MVIO 和 I2C 的组合，但 MVIO 也可以与通用输入/输出 (GPIO) 一起使用。 事实上，这又引出了另一个例子，因为运行在 5V 下的 8 位 PIC 或 AVR MCU 可以用来从传感器读取值，从而实现比 3.3V MCU 更好的分辨率，而 PIC/AVR MCU 可以使用其 MVIO 功能将此数据传输到 3.3V 32 位 PIC32 SAM MCU。
对于 PIC/AVR MCU 的新手来说，可能会感到困惑的一件事是可用的不同组件数量庞大，每个组件都有不同数量的引脚以及不同的功能和外设组合。 有几种方法可以解决这个问题。 就我而言，我只想问我的朋友乔·法尔。 关于Microchip PIC和AVR MCU，他是一本行走的百科全书。 对于那些不认识 Joe 的人来说，Microchip 在其网站上提供了产品选择指南，用户可以在其中说“我需要此功能”，然后就会被引导至适当的产品。 或者，用户可以说“我想实现这个应用程序”，该工具不仅会引导他们找到合适的产品，还会引导他们找到相关的固件、软件和开发工具。
格雷格在结束谈话之前说了一些非常有趣的话。 也就是说，不仅8位MCU这块蛋糕越来越大，各种新的应用也不断涌现，就像有一个全新的蛋糕一样。 因此，他表示，“Microchip非常看好8位MCU市场。” 这对我来说是个好消息，因为我喜欢 8 位 MCU。 你呢？ 您有什么想法想分享吗？
