微控制器 (MCU) 也叫单片机，指把处理器、内存、各种外设集成在一块芯片内的计算机。现在的个人计算机的数据总线宽度已经达到64位，而微控制器一般还停留在8/16/32位。可见，微控制器的功能相对有限，但对于一些简单的控制系统来说已经足够。由于微控制器价格低廉、简单易用，它也常常被用在一些业余硬件项目中。

这个系列将要讨论的是8位微控制器，属于微控制器中的底层。常见的8位微控制器有：

• Microchip的PIC系列。它的出货量非常大。
• Atmel（已被Microchip收购）的AVR系列。它为流行的Arduino平台所采用。
• 各种基于8051的微控制器。

随着半导体技术的发展，功能强大很多的基于ARM架构的32位微控制器已经越来越廉价，逐渐流行并取代8位微控制器。8位微控制器因为有比较简单的封装（例如：8/14/20/28脚双列直插），在简单的项目中仍然有一定用处。

我将使用8位微控制器做一些简单的硬件项目，体会一下开发流程。我使用的是PIC的基于Enhanced Mid-range架构的微处理器，芯片代码是PIC16F1XXXXX。这些芯片非常便宜，而且双列直插的封装很适合基于面包板的项目。

在一个我使用的微控制器中，集成了如下各种组件：

• 时钟发生器
• 处理器，主频可达32MHz
• 程序内存（Flash），大概3-16KB
• 数据内存（SRAM），大概0.5-4KB
• 持久存储（EEPROM），大概0-1KB
• 通用输入输出（GPIO）引脚，6-25个左右
• 定时器
• PWM发生器
• 模拟/数字信号转换器（ADC/DAC）
• 串行通信模块：UART/SPI/I²C收发器
• ……

相对现代个人计算机来说，性能参数落后了很多个时代，但是“麻雀虽小，五脏俱全”，在微控制器的应用场合里往往已经够用。

8位PIC有一些架构上的缺陷：

• 每个指令需要4个时钟周期。例如，当主频=32MHz时，实际的指令频率只有8MHz。
• 数据内存的地址空间是分片（banked）的。这导致汇编程序比较难写。
• 较浅的硬件调用栈（只有2-16层）。编译器不支持递归。

另外，Microchip提供的工具链也常为人诟病：

• 集成开发环境MPLAB X响应较慢。
• 新版的汇编程序pic-as代替旧的MPASM，有很多不便使用之处。
• C编译器XC8需要购买PRO许可证启用更强的优化选项，免费版本的优化能力非常差（我使用的2.40版本是这样的）。

这看起来是Microchip推销付费版XC8 PRO（需要支付 $43.95/月）的商业策略：汇编比较难写，而C程序的性能有待改善。

相对而言，AVR微控制器的架构更加合理，并且有完全开放的工具链。这也许是开放硬件平台Arduino采用AVR系列微控制器的原因。

当然，编译器的优化不够好未必是问题。即使是不够优化的程序，只要足够实际使用即可。

网络上的现有资料往往使用MPASM对8位PIC进行编程。我曾经用MPASM在PIC12F675上写过几个简单的程序。这一次，我将使用最新版本的开发环境，MPLAB X 6.0和XC8 v2.40，看一看有哪些新的坑可以踩。