高能效和適應(yīng)性性能：8 位MCU的持久傳統(tǒng)

8 位微控制器由于其功率效率、適應(yīng)性和成本效益，仍然是嵌入式設(shè)計中的重要組件。當(dāng)配備先進(jìn)的 CIP 和智能模擬外設(shè)時，它可以進(jìn)一步增強(qiáng)系統(tǒng)功能并降低功耗。

半個多世紀(jì)以來，8 位微控制器 （MCU） 一直是嵌入式設(shè)計領(lǐng)域的主打產(chǎn)品。盡管嵌入式系統(tǒng)市場已經(jīng)變得復(fù)雜，但 8 位 MCU 仍在不斷發(fā)展，以適應(yīng)新的挑戰(zhàn)和系統(tǒng)要求。

如今，許多微控制器都配備了先進(jìn)的內(nèi)核獨立外設(shè) （CIP） 和智能模擬外設(shè)。這些創(chuàng)新增強(qiáng)了控制系統(tǒng)的功能，降低了功耗，并加快了開發(fā)和市場進(jìn)入速度。

內(nèi)核獨立外設(shè)：新標(biāo)準(zhǔn)

CIP 是獨立于中央處理器 （CPU） 運行的專用硬件組件（見圖）。8 位 MCU 上的這些外設(shè)對于為各種應(yīng)用（包括傳感器節(jié)點和實時控制系統(tǒng)）設(shè)計低功耗解決方案至關(guān)重要。通過從 CPU 卸載任務(wù)，CIP 有助于降低整體功耗，同時確?？煽俊⒋_定性的響應(yīng)。

Microchip 技術(shù)圖1. 所示為現(xiàn)代 MCU 中內(nèi)核獨立外設(shè) （CIP） 的示例。

代碼大小的減小和開發(fā)過程中節(jié)省的時間，以及應(yīng)用程序可用內(nèi)存空間的增加，這些都是顯著的優(yōu)勢。MPLAB 代碼配置器 （MCC） 等開發(fā)工具可以進(jìn)一步簡化開發(fā)過程，使嵌入式系統(tǒng)社區(qū)中的眾多開發(fā)人員更容易使用。

提高效率的重點 CIP

• 多電壓 I/O （MVIO）：MVIO 使單個 MCU 端口能夠在與 MCU 其余部分不同的電壓域中運行，從而在連接具有不同電源電壓的設(shè)備時無需外部組件，例如將 5 V MCU 連接到 1.8 V 傳感器。

• I3C 通信：在微控制器中引入 I3C 滿足了云連接邊緣節(jié)點和需要高速、低功耗通信的傳感器接口等應(yīng)用對更高數(shù)據(jù)速率日益增長的需求。

• 可配置邏輯塊 （CLB）：CLB 是集成到 MCU 中的可重新配置數(shù)字邏輯模塊，類似于復(fù)雜的可編程邏輯器件 （CPLD）。它由 32 個基于查找表 （LUT） 設(shè)計的邏輯元件組成，使工程師能夠在微控制器內(nèi)創(chuàng)建基于硬件的自定義邏輯功能。

智能模擬外設(shè)

配備智能模擬外設(shè)的微控制器在從系統(tǒng)管理到復(fù)雜控制器任務(wù)的各種功能中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。通過將通常在片外處理的任務(wù)帶到主 MCU 上，這些外設(shè)提高了系統(tǒng)響應(yīng)能力并降低了物料清單 （BOM） 成本。這些模擬外設(shè)可自動進(jìn)行信號分析，為數(shù)字脈寬調(diào)制器 （PWM） 提供補(bǔ)償數(shù)據(jù)，并提供自動關(guān)斷功能，無需 CPU 干預(yù)。

主要模擬外設(shè)

• 運算放大器 （op amps）：將運算放大器集成為外設(shè)，允許在 MCU 中創(chuàng)建模擬電路，從而可能減少對外部元件的需求。

• 帶計算的模數(shù)轉(zhuǎn)換器 （ADCC）：ADCC 是一種高級外設(shè)，具有內(nèi)置計算功能，如過采樣、平均和低通濾波，增強(qiáng)了信號處理能力。

簡化開發(fā)，易于使用

縮短軟件開發(fā)時間的最有效方法之一是減少所需的代碼量。8 位 PIC 和 AVR 微控制器均專為高效使用其外設(shè)而設(shè)計，最大限度地減少了常用功能所需的代碼行。這種效率加快了開發(fā)過程，因為硬件的功能經(jīng)過工廠驗證，簡化了編碼并確保了可靠性。

平衡功率和性能

功耗仍然是嵌入式系統(tǒng)設(shè)計中的關(guān)鍵考慮因素，尤其是在無線傳感器、汽車系統(tǒng)、家用電器和醫(yī)療設(shè)備等應(yīng)用中。盡管 32 位 MCU 速度更快，但它們通常消耗更多的功率。8 位 MCU 的低功耗較低，尤其是在運行模式下，可確保更長的電池壽命，使其成為許多應(yīng)用的理想選擇。

此外，與價格相似的 32 位器件相比，現(xiàn)代 8 位 MCU 通常提供更好的外設(shè)功能平衡，使它們能夠在硬件中管理更多任務(wù)并延長 CPU 休眠模式時間。對于某些應(yīng)用，CPU 正常運行時間要求幾乎為零，這為 8 位 MCU 提供了明顯的優(yōu)勢。

8 位將繼續(xù)存在

盡管技術(shù)取得了進(jìn)步，但 8 位微控制器由于其效率、適應(yīng)性和成本效益仍然是必不可少的。Microchip 的 PIC 和 AVR MCU 等現(xiàn)代設(shè)備提供先進(jìn)的 CIP 和智能模擬功能，可自動進(jìn)行信號處理并優(yōu)化電源管理，適用于無線傳感器和汽車系統(tǒng)等能源敏感型應(yīng)用。多電壓 I/O 和可配置邏輯塊等功能的靈活性有助于創(chuàng)建復(fù)雜的定制解決方案，并減少對外部元件的需求。

隨著嵌入式系統(tǒng)的不斷發(fā)展，8 位 MCU 提供的性能、能效和開發(fā)簡單性的獨特組合確保了其持久的重要性。無論是延長電池壽命還是集成智能外設(shè)，8 位微控制器將繼續(xù)在現(xiàn)代嵌入式設(shè)計中發(fā)揮關(guān)鍵作用。最重要的是，在嵌入式市場中，高性價比、高能效的 8 位 MCU 將始終占有一席之地。