在電子產(chǎn)品開發(fā)選擇單片機之前，我們先大致畫一個框圖，整理出整個系統(tǒng)所需的所有各種功能。將框圖作為電子產(chǎn)品開發(fā)預(yù)設(shè)計的一部分，這樣可以在開始設(shè)計實際原理圖之前布局項目。

在單片機開發(fā)是有多個問題需要明確：什么需要連接到單片機？他們需要什么通信協(xié)議？需要多少個通用輸入/輸出(GPIO)引腳？需要多少個通信端口？

在選擇單片機之前，需要這些信息。實際上可用的單片機單片機有很多，如果不想選擇一款性能或功能過剩的單片機，這些前期的問題可以幫助你減少不必要工作量或預(yù)算。

另一方面，單片機開發(fā)人員也不希望用太有限的單片機來限制自己。你可能希望在未來添加新的產(chǎn)品功能，因此你需要一個合適的單片機，以便在必要時為你提供一點成長空間。

所以，我們需要更詳細(xì)地了解單片機上一些最常見的功能和外設(shè)：

一、內(nèi)存類型

RAM和FLASH存儲器已內(nèi)置于大多數(shù)單片機中。RAM內(nèi)存用于臨時數(shù)據(jù)存儲。RAM被認(rèn)為是易失性存儲器，因為一旦電源關(guān)閉它就會丟失其內(nèi)容。FLASH是非易失性存儲器。即使關(guān)閉電源，它仍會保留其內(nèi)容。FLASH主要用于存儲程序（稱為固件）。

EEPROM（電可擦除只讀存儲器）也是非易失性存儲器，但它通常用于存儲少量數(shù)據(jù)，例如配置和可變狀態(tài)。EEPROM的優(yōu)點是允許按字節(jié)擦除，而閃存僅允許擦除整個字節(jié)塊或頁面。

二、數(shù)字輸入/輸出(GPIO)

單片機上的數(shù)字輸入和輸出稱為通用輸入輸出或GPIO。GPIO引腳是用于輸入或輸出的邏輯電平引腳（高或低）。它們通常可以驅(qū)動高達(dá)幾十毫安的負(fù)載，但通常需要使用某種外部驅(qū)動電路來減輕驅(qū)動要求。此外，加在一起的所有引腳必須低于允許的最大總電流。

在決定使用哪些引腳時，請務(wù)必查閱單片機規(guī)格書，因為某些引腳上不提供許多內(nèi)部功能。你還必須遵守特定的映射限制，映射意味著設(shè)置哪些引腳服務(wù)哪些功能。單片機上的大多數(shù)引腳具有多種可能的功能，可為硬件設(shè)計人員提供最大的靈活性。

三、模擬輸入和輸出

除了數(shù)字I/O，大多數(shù)單片機還可以精確測量模擬電壓，有些還具有輸出精確模擬電壓的能力。模擬電壓由單片機使用稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的嵌入式專用電路進行測量。

從單片機輸出模擬電壓有兩種方法。最精確但更復(fù)雜的方法是使用數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)電路。有許多單片機包含用于此目的的內(nèi)置DAC，但許多單片機沒有。大多數(shù)單片機上可用的第二種方法是使用脈寬調(diào)制(PWM)發(fā)生器。PWM是一種在高電平和低電平之間振蕩的數(shù)字信號。單片機能夠控制由固件程序確定的該信號高的時間百分比。PWM信號然后可以通過一個低通濾波器將其轉(zhuǎn)換為模擬電壓，通過控制PWM信號高與低的時間百分比，你可以準(zhǔn)確地控制濾波器輸出側(cè)的模擬電壓電平。

四、通用異步接收器發(fā)送器(UART)

今天仍在單片機中使用的最古老的串行通信方法稱為UART，UART自1970年代初就已存在。顧名思義，UART是一種異步協(xié)議，意味著沒有時鐘信號來同步信號時序。UART的最簡單形式僅使用兩條信號線：接收(RX)和發(fā)送(TX)。

同步通信支持更快的數(shù)據(jù)傳輸速率。異步通信必須向數(shù)據(jù)添加同步位。發(fā)送這些額外的同步位會增加開銷，因此會降低有效的數(shù)據(jù)傳輸速率。同步通信的缺點是它需要額外的時鐘信號線。它還需要主/從配置，因為主設(shè)備必須是生成時鐘信號的設(shè)備。

UART通常與其他標(biāo)準(zhǔn)（例如RS-232或RS-485）結(jié)合使用，以實現(xiàn)更遠(yuǎn)距離的外部串行通信。一些單片機上也提供稱為USART的同步UART。

五、串行外設(shè)接口(SPI)

SPI是一種同步通信協(xié)議。它通常比UART或I2C接口快得多。SPI是一種全雙工通信標(biāo)準(zhǔn)，這意味著它可以同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。與UART一樣，SPI僅用于短距離通信，這在大多數(shù)情況下意味著同一PCB上的芯片之間。

SPI由4條線組成，或者實際上是3條線加上每個外圍設(shè)備的一條線。SPI信號是MISO（主入從出）和MOSI（主出從入）、SCLK（串行時鐘）和SS（從選擇）。可以將多個外圍設(shè)備連接到單片機的SPI端口，但一次只能選擇一個設(shè)備。SPI的主要優(yōu)點是它的數(shù)據(jù)傳輸速度更快。SPI的主要缺點是需要4條信號線，而UART和I2C只需要2條信號線。

六、內(nèi)部集成電路(I2C)

I2C是一種同步串行總線協(xié)議，用于同一板上組件之間的串行通信。I2C的主要優(yōu)點是它只需要兩根線，是同步的，并且與UART或SPI不同，I2C是一種總線協(xié)議。

成為真正的總線意味著I2C允許多個設(shè)備連接到相同的兩條線。I2C為每個設(shè)備使用唯一的地址，而不是像SPI那樣使用從設(shè)備選擇信號。這一事實極大地簡化了板載信號路由。

與SPI一樣，I2C使用時鐘信號來同步通信。但是，與SPI不同的是，I2C只是半雙工，因此它對數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出使用單個信號。I2C不能同時在兩個方向發(fā)送數(shù)據(jù)。這種簡單性的代價是I2C比SPI慢得多。因此I2C主要用于連接不需要高數(shù)據(jù)傳輸速度的兩個組件。它特別適用于連接傳感器（相對較慢）。

七、通用串行總線(USB)

USB這種串行通信協(xié)議用的很多，USB是大多數(shù)單片機上可用的最快的串行通信協(xié)議，它通常用于在外設(shè)之間傳輸大量數(shù)據(jù)。