分區(qū)和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)帶來了8位MCU到了風(fēng)頭，

雖然微控制器系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐開始向32位設(shè)備的物聯(lián)網(wǎng)（IOT）轉(zhuǎn)移幾年前，簡(jiǎn)單的電路和瘦客戶機(jī)的主導(dǎo)地位的應(yīng)用程序很可能會(huì)保持在8位MCU市場(chǎng)的健康成長(zhǎng)之路。這將添加到已經(jīng)健康的8位的市場(chǎng)中，到目前為止還沒有移動(dòng)到一組設(shè)備32位指令汽車，工業(yè)和商業(yè)應(yīng)用。從市場(chǎng)份額的角度來看，毫無疑問，設(shè)計(jì)世界正在走向32位MCU，根據(jù)英國(guó)的市場(chǎng)研究公司IC Insights的。在2013年，32位MCU的出貨量增長(zhǎng)了約20％，而4/8位MCU出貨量同比增長(zhǎng)了約6％和16位量同比增長(zhǎng)了9％。盡管32位的設(shè)計(jì)的不斷普及，但是，單元體積的4/8位和16位MCU繼續(xù)變大，如圖1。

（IC Insights公司提供）的32位計(jì)算的增長(zhǎng)是由于多種因素，其中包括對(duì)單位成本是，在某些情況下，與較小位寬的MCU競(jìng)爭(zhēng)力的一種趨勢(shì)。從技術(shù)面來看，32位的普及是因?yàn)樗鼣U(kuò)展的內(nèi)存需求，原生32位運(yùn)算，以及先進(jìn)的外圍設(shè)備。當(dāng)不需要這些功能，對(duì)于選擇32位MCU的情況下被大大削弱而這些應(yīng)用領(lǐng)域之一就是物聯(lián)網(wǎng)。

物聯(lián)網(wǎng)的例子

這是一個(gè)定局管理單個(gè)傳感器或智能家居應(yīng)用的小型傳感器組 - 如恒溫器或監(jiān)控門是打開還是關(guān)閉的 - 只需要一個(gè)8位MCU從性能的角度。一旦數(shù)據(jù)被輸送到一個(gè)網(wǎng)關(guān)設(shè)備，然而，安全性，保密性，和計(jì)算需求 - 以及編碼在C的優(yōu)點(diǎn) - 通常放于32位的應(yīng)用空間。同樣地，任何可穿戴衛(wèi)生設(shè)備，如血壓箍或血糖儀，可以關(guān)閉的，現(xiàn)成的在藥房或其它零售點(diǎn)購買，將有一個(gè)8位MCU管理傳感器。如果數(shù)據(jù)必須通過網(wǎng)關(guān)進(jìn)行運(yùn)輸?shù)?2位MCU可以被包括在內(nèi)。同樣是在工業(yè)和商業(yè)應(yīng)用真?？傊?，分割一個(gè)設(shè)計(jì)方案可以節(jié)省成本，設(shè)計(jì)時(shí)間，和功率消耗，以及使設(shè)計(jì)更容易升級(jí)到下一代。遺憾的是，并不是所有的產(chǎn)品從設(shè)計(jì)分區(qū)的優(yōu)勢(shì)中獲益，因?yàn)橛行┰O(shè)計(jì)師幾乎是自動(dòng)選擇一個(gè)32位MCU為物聯(lián)網(wǎng)連接系統(tǒng)的每一部分。他們相信其擴(kuò)展的內(nèi)存需求，原生32位運(yùn)算，以及先進(jìn)的外設(shè)始終具有優(yōu)勢(shì)。這些決定往往是基于誤解。一些誤解，可能導(dǎo)致次優(yōu)決策包括：

1. 8位架構(gòu)患有低代碼密度。這是真實(shí)的，只有當(dāng)設(shè)計(jì)師提出的MCU，以32位數(shù)學(xué)?？刂茟?yīng)用，如卸載主處理器，不從低密度患。由于8位MCU具有非常小的開銷代碼，總代碼密度控制型的功能比在32位MCU來實(shí)現(xiàn)同等功能更高。

2. 32位的價(jià)格相當(dāng)于8位的價(jià)格。其實(shí)，F(xiàn)AB過程縮小為32位MCU沒有總的芯片面積和成本相同的線性關(guān)系，因?yàn)樗麄冏龅?a href="http://srfitnesspt.com/tags/dram/" target="_blank">DRAM（或8位MCU為此事）。這是因?yàn)?2位架構(gòu)和外設(shè)具有比8位架構(gòu)更高的門數(shù)和時(shí)相比，在相同的工藝幾何的8位方案消耗更多的硅面積。移動(dòng)到一個(gè)更小的工藝幾何縮小的數(shù)字部分（這是一個(gè)典型的32位微控制器的約一半的區(qū)域）。移動(dòng)到一個(gè)新的工藝節(jié)點(diǎn)，因此，不提供儲(chǔ)蓄。在最初的幾年里一個(gè)流程節(jié)點(diǎn)的 - 當(dāng)它在高需求和生產(chǎn)量較低，每臺(tái)設(shè)備的成本實(shí)際上增加。

3. 32位執(zhí)行的總是比8位快。雖然32位MCU以更高的時(shí)鐘頻率運(yùn)行，他們的建筑，這是分層的，以方便更容易編碼，得到的方式，當(dāng)只有幾位正在處理中。對(duì)于簡(jiǎn)單的控制應(yīng)用中，8位MCU更確定的，有更好的表現(xiàn)。

優(yōu)化MCU

芯片廠商與8位產(chǎn)品線添加了任何知覺邊緣的32位MCU可能會(huì)在一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的外圍功能刪除。這種情況往往需要集成模擬外設(shè)的形式。其中一個(gè)例子是電容觸摸。雖然物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用程序通常被認(rèn)為是機(jī)器對(duì)機(jī)器（M2M）的互動(dòng)，人 - 機(jī)界面（HMI），也可以發(fā)揮顯著的作用。手持，人工操作的工業(yè)設(shè)備，玩具，游戲機(jī)，以及遙控器，以及控制面板白色產(chǎn)品諸如洗衣機(jī)，干衣機(jī)，烤箱，洗碗機(jī)和現(xiàn)在都提供了一個(gè)的IoT尺寸。電容式觸摸是一個(gè)突出的人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)技術(shù)。通過整合一個(gè)10位的ADC，參考電壓，電荷定時(shí)電容數(shù)字轉(zhuǎn)換器，并且在一個(gè)8位微控制器的溫度傳感器，電容式感測(cè)的功能能夠以最優(yōu)的成本來實(shí)現(xiàn)。 Silicon Labs的F97x MCU系列提供了這種技術(shù)的典范。該C8051F970-A-GM特征的子微安培（<1μA）喚醒觸摸平均電流，16位分辨率和100：1的動(dòng)態(tài)范圍，支持按鈕，滑塊，車輪和電容式接近感應(yīng)功能多達(dá)43個(gè)通道和多種掃描模式。圖2是針對(duì)C8051F97XX Silicon Labs的8位MCU系列的通用-框圖。

另一個(gè)MCU供應(yīng)商，它集成了電容式感測(cè)外圍設(shè)備到他們的8位芯片是Mi??crochip的技術(shù)。它的PIC10F204系列包括PIC10F204T-I / OT。不同于基于8051的Silicon Labs公司的芯片，它有一個(gè)RISC架構(gòu)，只有33條單字單周期（1微秒）的說明，除了程序分支，需要兩個(gè)周期。不同的方法來電容觸摸應(yīng)用 - 仍采用8位MCU - 是提供軟件和配套硬件與通用MCU的工作創(chuàng)造一個(gè)電容感應(yīng)系統(tǒng)。 Atmel公司的QTouch軟件庫可幫助設(shè)計(jì)人員實(shí)現(xiàn)電容式觸摸按鈕，滑塊和滾輪功能集成到它的通用8位AVR微控制器，如ATTINY5-TSHR。 QTouch軟件庫文件的每個(gè)設(shè)備，并支持不同數(shù)量的觸摸通道，實(shí)現(xiàn)了靈活性和效率的觸摸應(yīng)用。通過選擇庫文件支撐所需信道的確切數(shù)目，開發(fā)者可以使用較少的RAM實(shí)現(xiàn)一個(gè)更加緊湊和有效的代碼。

電機(jī)控制

模擬外設(shè)使得8位MCU理想的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的最后一個(gè)例子是電機(jī)控制。在智能家居，商用暖通空調(diào)系統(tǒng)，以及一些工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，控制無刷直流電機(jī)的遠(yuǎn)程值是越來越多地使用物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用空間。在此M2M應(yīng)用時(shí)，處理用于選擇何時(shí)使用8位MCU是再次分割的問題。沒有太多的計(jì)算能力，需要簡(jiǎn)單地旋轉(zhuǎn)馬達(dá)在這些相對(duì)簡(jiǎn)單的應(yīng)用。 Silicon Labs的C8051F850-C-GM說明了其創(chuàng)新的設(shè)計(jì)提高了8位MCU的電機(jī)控制性能的一個(gè)新的水平度。 Silicon Labs的芯片設(shè)計(jì)開始了以高速8051芯，使較細(xì)脈沖寬度調(diào)制（PWM），增強(qiáng)型電機(jī)控制效率，并為廣泛的電動(dòng)機(jī)速度的執(zhí)行更復(fù)雜的算法的能力。該F85x / 6X系列MCU還支持三個(gè)獨(dú)立的高分辨率PWM通道，帶內(nèi)置過電流保護(hù)/故障檢測(cè)能力專門針對(duì)電機(jī)控制和電源等應(yīng)用。也集成是一個(gè)12位的多路模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC），兩個(gè)模擬比較器，可編程滯后和響應(yīng)時(shí)間，和內(nèi)部精密電壓基準(zhǔn)。

結(jié)論

雖然對(duì)32位MCU的趨勢(shì)切入的4,8，和16位MCU的市場(chǎng)份額，較舊的芯片依然強(qiáng)勁在幾個(gè)市場(chǎng)和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用將在從8位極有可能受益芯片尤其如此。雖然一些MCU供應(yīng)商幾乎已經(jīng)放棄了舊的架構(gòu)，少數(shù)是調(diào)整他們感興趣的方式來提供比32位的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手更好的性能和功能。從這些優(yōu)勢(shì)中受益有時(shí)被忽視，因?yàn)闆]有理由認(rèn)為32位MCU不能配置相同的模擬外設(shè) - 和MCU供應(yīng)商這樣做。為了識(shí)別8位MCU的優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)工程師應(yīng)劃分其系統(tǒng)，尋找在外圍，其中8位設(shè)備實(shí)際上提供更好的性能的地方。傳感器管理和電機(jī)控制都在物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用空間很好的例子。在許多情況下，他們需要沒有32位設(shè)備的三大核心功能。同樣如此用于汽車和工業(yè)應(yīng)用中在MCU位于外圍。

審核編輯 黃宇