高能效和適應性性能：8 位MCU的持久傳統

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

半個(gè)多世紀以來(lái)，8 位微控制器 （MCU） 一直是嵌入式設計領(lǐng)域的主打產(chǎn)品。盡管嵌入式系統市場(chǎng)已經(jīng)變得復雜，但 8 位 MCU 仍在不斷發(fā)展，以適應新的挑戰和系統要求。

如今，許多微控制器都配備了先進(jìn)的內核獨立外設 （CIP） 和智能模擬外設。這些創(chuàng )新增強了控制系統的功能，降低了功耗，并加快了開(kāi)發(fā)和市場(chǎng)進(jìn)入速度。

內核獨立外設：新標準

CIP 是獨立于中央處理器 （CPU） 運行的專(zhuān)用硬件組件（見(jiàn)圖）。8 位 MCU 上的這些外設對于為各種應用（包括傳感器節點(diǎn)和實(shí)時(shí)控制系統）設計低功耗解決方案至關(guān)重要。通過(guò)從 CPU 卸載任務(wù)，CIP 有助于降低整體功耗，同時(shí)確?？煽?、確定性的響應。

Microchip 技術(shù)圖1. 所示為現代 MCU 中內核獨立外設 （CIP） 的示例。

代碼大小的減小和開(kāi)發(fā)過(guò)程中節省的時(shí)間，以及應用程序可用內存空間的增加，這些都是顯著(zhù)的優(yōu)勢。MPLAB 代碼配置器 （MCC） 等開(kāi)發(fā)工具可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)過(guò)程，使嵌入式系統社區中的眾多開(kāi)發(fā)人員更容易使用。

提高效率的重點(diǎn) CIP

• 多電壓 I/O （MVIO）：MVIO 使單個(gè) 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備時(shí)無(wú)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(mǎn)足了云連接邊緣節點(diǎn)和需要高速、低功耗通信的傳感器接口等應用對更高數據速率日益增長(cháng)的需求。

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

智能模擬外設

配備智能模擬外設的微控制器在從系統管理到復雜控制器任務(wù)的各種功能中發(fā)揮著(zhù)至關(guān)重要的作用。通過(guò)將通常在片外處理的任務(wù)帶到主 MCU 上，這些外設提高了系統響應能力并降低了物料清單 （BOM） 成本。這些模擬外設可自動(dòng)進(jìn)行信號分析，為數字脈寬調制器 （PWM） 提供補償數據，并提供自動(dòng)關(guān)斷功能，無(wú)需 CPU 干預。

主要模擬外設

• 運算放大器 （op amps）：將運算放大器集成為外設，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。

• 帶計算的模數轉換器 （ADCC）：ADCC 是一種高級外設，具有內置計算功能，如過(guò)采樣、平均和低通濾波，增強了信號處理能力。

簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)，易于使用

縮短軟件開(kāi)發(fā)時(shí)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(zhuān)為高效使用其外設而設計，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(kāi)發(fā)過(guò)程，因為硬件的功能經(jīng)過(guò)工廠(chǎng)驗證，簡(jiǎn)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設計中的關(guān)鍵考慮因素，尤其是在無(wú)線(xiàn)傳感器、汽車(chē)系統、家用電器和醫療設備等應用中。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(cháng)的電池壽命，使其成為許多應用的理想選擇。

此外，與價(jià)格相似的 32 位器件相比，現代 8 位 MCU 通常提供更好的外設功能平衡，使它們能夠在硬件中管理更多任務(wù)并延長(cháng) CPU 休眠模式時(shí)間。對于某些應用，CPU 正常運行時(shí)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、適應性和成本效益仍然是必不可少的。Microchip 的 PIC 和 AVR MCU 等現代設備提供先進(jìn)的 CIP 和智能模擬功能，可自動(dòng)進(jìn)行信號處理并優(yōu)化電源管理，適用于無(wú)線(xiàn)傳感器和汽車(chē)系統等能源敏感型應用。多電壓 I/O 和可配置邏輯塊等功能的靈活性有助于創(chuàng )建復雜的定制解決方案，并減少對外部元件的需求。

隨著(zhù)嵌入式系統的不斷發(fā)展，8 位 MCU 提供的性能、能效和開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單性的獨特組合確保了其持久的重要性。無(wú)論是延長(cháng)電池壽命還是集成智能外設，8 位微控制器將繼續在現代嵌入式設計中發(fā)揮關(guān)鍵作用。最重要的是，在嵌入式市場(chǎng)中，高性?xún)r(jià)比、高能效的 8 位 MCU 將始終占有一席之地。