如何選擇合適的微控制器

微控制器無(wú)處不在，其使用范圍也在不斷擴大。但對其特性和潛在使用場(chǎng)景的深入理解，可以幫助我們在選擇和部署這項技術(shù)時(shí)做出更明智的決策。

微控制器還是微處理器：做出正確選擇

首先要考慮的問(wèn)題是，你需要的是微控制器還是微處理器？這兩者雖然有些相似，但在使用場(chǎng)景上有所重疊，因此理解它們的相對優(yōu)勢是必要的第一步。

微處理器通常只有一個(gè)處理核心（CPU），一般來(lái)說(shuō)，足夠強大，可以處理涉及大量?jì)却娴膹碗s應用程序。它們是面向通用應用的。而微控制器則包括CPU、內存和輸入輸出（I/O），足夠支持單一或少量功能或應用，例如醫療設備或家居自動(dòng)化系統。

微處理器通常與外部設備和系統（如內存）協(xié)同工作，而微控制器則更有可能由一個(gè)單獨的封裝組成。

微控制器非常適合低功耗、實(shí)時(shí)應用和數據收集，以及空間或電力有限的應用場(chǎng)景。

選擇微控制器的基本步驟

訪(fǎng)問(wèn)調試器可以加速并簡(jiǎn)化任何包括微控制器的產(chǎn)品的部署過(guò)程。調試器能夠支持代碼上傳和實(shí)時(shí)調試，如設置斷點(diǎn)。如果選擇某個(gè)廠(chǎng)商的微控制器產(chǎn)品，通常該廠(chǎng)商也會(huì )提供專(zhuān)用調試器，這可能會(huì )有所幫助，但也有通用的調試器可供選擇。

構建完整的產(chǎn)品

要實(shí)現成功的微控制器應用，還需要考慮很多因素。

微控制器需要電源，通常是3.3V的電壓，并且電力需要通過(guò)供電軌道進(jìn)行傳輸。引腳還需要去耦電容。為了適應任何模擬外設，你可能還需要一個(gè)所謂的Pi濾波器，以防止噪聲影響模擬信號。

通?？梢酝ㄟ^(guò)調試探針或引導加載程序來(lái)上傳代碼。

振蕩器也是一個(gè)重要的考慮因素。大多數微控制器內部都帶有振蕩器，但有時(shí)也需要外部晶振，尤其是在更高頻率或更高精度的情況下。這并不是一個(gè)簡(jiǎn)單的“即插即用”過(guò)程，你可能需要根據晶體的數據表在電路中包含負載電容，以及一個(gè)饋電電阻來(lái)避免晶體過(guò)載。這可以減少或防止諧波的產(chǎn)生。

“解碼”微控制器引腳以創(chuàng )建完整的設備是實(shí)現微控制器應用的另一重要步驟。同樣，數據表至關(guān)重要。更好的是，一些微控制器供應商提供開(kāi)發(fā)環(huán)境和工具，以簡(jiǎn)化這些活動(dòng)。

根據項目的性質(zhì)，列出需要適應的外部接口可能很有幫助。硬件框圖是完成此任務(wù)的一種方法，通常從通信接口開(kāi)始。UART、USB、I2C和SPI是微控制器可能使用的接口之一。USB和以太網(wǎng)較為不常見(jiàn)。如果它們在使用范圍內，應該注意，它們往往需要更多的程序空間?？赡苓€需要數字或模數轉換I/O。

在軟件方面，弄清楚給定程序如何在所考慮的硬件上運行是非常重要的一步。哪些處理步驟會(huì )大量使用資源？它們會(huì )同時(shí)發(fā)生嗎？是否有類(lèi)似的軟件運行在所考慮的硬件上，可以提供一個(gè)粗略的概念驗證？

長(cháng)遠的考慮

選擇控制器并不是一次性任務(wù)。隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步或產(chǎn)品升級的需求，很可能需要在產(chǎn)品生命周期內多次升級微控制器。因此，在設計過(guò)程的早期進(jìn)行長(cháng)期思考，可能會(huì )在以后有所收益。通過(guò)一些快速計算可以明確，選擇8位、16位、32位甚至64位微控制器是否適合并且能夠在合理的時(shí)間內滿(mǎn)足產(chǎn)品的預期需求。

微控制器未來(lái)的發(fā)展

微控制器市場(chǎng)的未來(lái)可能會(huì )如何發(fā)展？根據Grandview Research專(zhuān)家的說(shuō)法，32位微控制器市場(chǎng)最近占據了整個(gè)微控制器市場(chǎng)價(jià)值的50.0%，而整個(gè)市場(chǎng)預計在2030年之前將以12.3%的年復合增長(cháng)率（CAGR）增長(cháng)。因此，盡管目前市場(chǎng)上仍有大量8位和16位微控制器，但隨著(zhù)時(shí)間的推移，更強大、功能更強的32位和64位設備可能會(huì )成為主流。

研究人員還注意到一個(gè)重要的新興架構趨勢。在2023年，馮·諾依曼架構的微控制器主導了市場(chǎng)，占據了超過(guò)42.0%的收入份額。馮·諾依曼架構因其經(jīng)濟性和熟悉性以及相對簡(jiǎn)單的設計和開(kāi)發(fā)過(guò)程而具有優(yōu)勢。

然而，哈佛架構的微控制器，其指令和數據采用了分離的存儲和信號路徑，也以每年12%的速度增長(cháng)。哈佛架構特別適用于實(shí)時(shí)應用和需要高性能的場(chǎng)景。這是另一個(gè)值得考慮的選擇。