16 位單片機是在1983 年以后發展起來的。這類單片機的特點是：CPU是16 位的，運算速度普遍高于8 位機，有的單片機的尋址能力高達1MB，片內含有A/D 和D/A轉換電路，支持高級語言。這類單片機主要用于過程控制、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。它采用了精簡指令集（ RISC ）結構，具有豐富的尋址方式（ 7 種源操作數尋址、4 種目的操作數尋址）、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件乘法器（能實現乘加）相配合，能實現數字信號處理的某些算法（如 FFT 等）。

　　MSP430 系列單片機的中斷源較多，并且可以任意嵌套，使用時靈活方便。當系統處于省電的備用狀態時，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，是因為其在降低芯片的電源電壓及靈活而可控的運行時鐘方面都有其獨到之處。

　　首先， MSP430 系列單片機的電源電壓采用的是 1.8~3.6V 電壓。因而可使其在 1MHz 的時鐘條件下運行時， 芯片的電流會在 200~400uA 左右，時鐘關斷模式的最低功耗只有 0.1uA 。

　　其次，獨特的時鐘系統設計。在 MSP430 系列中有兩個不同的系統時鐘系統：基本時鐘系統和鎖頻環（ FLL 和FLL+ ）時鐘系統或 DCO 數字振蕩器時鐘系統。有的使用一個晶體振蕩器（ 32768Hz ） ， 有的使用兩個晶體振蕩器）。由系統時鐘系統產生 CPU 和各功能所需的時鐘。并且這些時鐘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。

　　由于系統運行時打開的功能模塊不同，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 上電復位后，首先由 DCOCLK 啟動 CPU ，以保證程序從正確的位置開始執行，保證晶體振蕩器有足夠的起振及穩定時間。然后軟件可設置適當的寄存器的控制位來確定最后的系統時鐘頻率。如果晶體振蕩器在用做 CPU時鐘 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 ）、硬件乘法器、液晶驅動器、 10 位 /12 位 ADC 、 I 2 C 總線直接數據存取（ DMA ）、端口 O （ P0 ）、端口 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，可用于事件計數、時序發生、 PWM 等；有的器件更具有可實現異步、同步及多址訪問串行通信接口可方便的實現多機通信等應用；具有較多的 I/O 端口，最多達 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 轉換器有較高的轉換速率，最高可達 200kbps ，能夠滿足大多數數據采集應用；能直接驅動液晶多達 160 段；實現兩路的 12 位 D/A 轉換；硬件 I 2 C 串行總線接口實現存儲器串行擴展；以及為了增加數據傳輸速度，而采用直接數據傳輸（ 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。對于 OPT 型和 ROM 型的器件是使用仿真器開發成功之后在燒寫或掩膜芯片；對于 FLASH 型則有十分方便的開發調試環境，因為器件片內有 JTAG 調試接口，還有可電擦寫的 FLASH 存儲器，因此采用先下載程序到 FLASH 內，再在器件內通過軟件控制程序的運行，由 JTAG 接口讀取片內信息供設計者調試使用的方法進行開發。這種方式只需要一臺 PC機和一個 JTAG 調試器，而不需要仿真器和編程器。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。

　　16-BIT 單片機

　　16 位單片機是在1983 年以后發展起來的。這類單片機的特點是：CPU是16 位的，運算速度普遍高于8 位機，有的單片機的尋址能力高達1MB，片內含有A/D 和D/A轉換電路，支持高級語言。這類單片機主要用于過程控制、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。它采用了精簡指令集（ RISC ）結構，具有豐富的尋址方式（ 7 種源操作數尋址、4 種目的操作數尋址）、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件乘法器（能實現乘加）相配合，能實現數字信號處理的某些算法（如 FFT 等）。

　　MSP430 系列單片機的中斷源較多，并且可以任意嵌套，使用時靈活方便。當系統處于省電的備用狀態時，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，是因為其在降低芯片的電源電壓及靈活而可控的運行時鐘方面都有其獨到之處。

　　首先， MSP430 系列單片機的電源電壓采用的是 1.8~3.6V 電壓。因而可使其在 1MHz 的時鐘條件下運行時， 芯片的電流會在 200~400uA 左右，時鐘關斷模式的最低功耗只有 0.1uA 。

　　其次，獨特的時鐘系統設計。在 MSP430 系列中有兩個不同的系統時鐘系統：基本時鐘系統和鎖頻環（ FLL 和FLL+ ）時鐘系統或 DCO 數字振蕩器時鐘系統。有的使用一個晶體振蕩器（ 32768Hz ） ， 有的使用兩個晶體振蕩器）。由系統時鐘系統產生 CPU 和各功能所需的時鐘。并且這些時鐘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。

　　由于系統運行時打開的功能模塊不同，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 上電復位后，首先由 DCOCLK 啟動 CPU ，以保證程序從正確的位置開始執行，保證晶體振蕩器有足夠的起振及穩定時間。然后軟件可設置適當的寄存器的控制位來確定最后的系統時鐘頻率。如果晶體振蕩器在用做 CPU時鐘 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 ）、硬件乘法器、液晶驅動器、 10 位 /12 位 ADC 、 I 2 C 總線直接數據存取（ DMA ）、端口 O （ P0 ）、端口 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，可用于事件計數、時序發生、 PWM 等；有的器件更具有可實現異步、同步及多址訪問串行通信接口可方便的實現多機通信等應用；具有較多的 I/O 端口，最多達 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 轉換器有較高的轉換速率，最高可達 200kbps ，能夠滿足大多數數據采集應用；能直接驅動液晶多達 160 段；實現兩路的 12 位 D/A 轉換；硬件 I 2 C 串行總線接口實現存儲器串行擴展；以及為了增加數據傳輸速度，而采用直接數據傳輸（ 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。對于 OPT 型和 ROM 型的器件是使用仿真器開發成功之后在燒寫或掩膜芯片；對于 FLASH 型則有十分方便的開發調試環境，因為器件片內有 JTAG 調試接口，還有可電擦寫的 FLASH 存儲器，因此采用先下載程序到 FLASH 內，再在器件內通過軟件控制程序的運行，由 JTAG 接口讀取片內信息供設計者調試使用的方法進行開發。這種方式只需要一臺 PC機和一個 JTAG 調試器，而不需要仿真器和編程器。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。

　　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 位單片機出現后不久，幾大公司先后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，內部采用新穎的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/異步通信控制系統。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于汽車、航空航天、高級機器人、軍事裝備等方面。它代表著51、PIC、AVR、16、32-BIT系列單片機區別與特點

　　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公司于1991年成立于英國劍橋，主要出售芯片設計技術的授權。目前，采用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、網絡系統、無線系統等各類產品市場，基于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于人類的生活環境中，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，架構于原先的ARM11處理器核心之上。ARM11核心是發布于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、譯碼、發送、轉換　／MAC1、執行／MAC2、內存存取／MAC3和寫入等八個單元，體系上屬于ARM V6指令集架構。ARM11采用當時最先進的0.13μm制造制程，運行頻率最高可達500到700MHz。如果采用90nm制程，ARM11核心的工作頻率能夠輕松達到1GHz以上—對于嵌入式處理器來說，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。當采用動態轉換預測機制而無法在尋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，單純采用動態預測的準確率為88％，單純采用靜態預測機制的準確率　只有77％，而ARM11的靜／動態預測組合機制可實現92％的高準確率。針對高時脈速度帶來功耗增加的問題，ARM11采用一項名為“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。