h1_key

  8位MCU-微處理器單元(MPU)，我們經(jīng)常討論8位、16位、32位和64位處理器，但我們不知道8位MCU-微處理器單元(MPU)年輕工程師是否知道第一個(gè)商業(yè)微處理器Intel4004是一臺(tái)4位機(jī)器。

  MCU微處理器也被稱(chēng)為微處理器單元(MPU)。早期的MPU只包個(gè)中央處理單元(CPU)，隨著時(shí)間的推移，增加了cachememory、浮點(diǎn)單元(FPU)、內(nèi)存管理單元(MMU)等功能。關(guān)鍵是MPU不包含任何內(nèi)存或外設(shè)。

  相比之下，微控制器(MCU)包含非易失性存儲(chǔ)器(如Flash)、易失性存儲(chǔ)器(如SRAM)、外圍設(shè)備(如計(jì)數(shù)器、計(jì)時(shí)器、ADC和UART、I2C、SPI等通信接口)。從本質(zhì)上講，MCU是一臺(tái)小型獨(dú)立計(jì)算機(jī)，由一個(gè)單獨(dú)的硅芯片實(shí)現(xiàn)，它包含自己的程序，一開(kāi)始就開(kāi)始執(zhí)行。這就解釋了MCU為什么出現(xiàn)在嵌入式系統(tǒng)中，以及為什么嵌入式系統(tǒng)隨處可見(jiàn)。

  MCU的歷史和MPU的歷史一樣模糊。哪一個(gè)是第一個(gè)MCU?是20世紀(jì)70年代初日本人為汽車(chē)發(fā)明的四位設(shè)備，還是1974年TI工程發(fā)明的發(fā)明的四位TS100CU?早期最著名的可能是8051(又稱(chēng)MCS-51)，其指令集架構(gòu)(ISA)由JohnH.Wharton構(gòu)思，并于1980年推出。直到今天，8051的變種仍然活躍在市場(chǎng)上。

如今，有無(wú)數(shù)的MCU可以滿足用戶的各種需求。其中，PIC微控制器和AVR微控制器是兩個(gè)最大的家庭。第一個(gè)8位PIC是通用儀器于1975年開(kāi)發(fā)的，現(xiàn)在PIC是Microchiptechnology的業(yè)務(wù)范圍。Alf-Egilbogen和Vegardbogen和VegardWollan在挪威理工學(xué)院(NTH)學(xué)習(xí)時(shí)構(gòu)思的，Atmel隨后獲得了該技術(shù)，并于1996年推出了AVR家族的第一批產(chǎn)品。2016年，Atmel被Microchiptechnology收購(gòu)。

與MicrochipGregrobinson和Brianthorsen聊天，Greg是MicrochipMCU8業(yè)務(wù)部的營(yíng)銷(xiāo)副總裁，Brian是高級(jí)公關(guān)經(jīng)理。從下圖可以看出，Microchip在8位MCU中擁有32%的市場(chǎng)份額(其最接近的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手NXP擁有11%的市場(chǎng)份額)。

  Greg表示，Microchip將繼續(xù)創(chuàng)新，將新部件推廣到8個(gè)空間。例如，2022年第二季度，Microchip將推出5個(gè)新系列，擁有65種設(shè)備，這些設(shè)備擁有豐富的電影模擬設(shè)備和其他獨(dú)立于核心的外圍設(shè)備。

  除了傳統(tǒng)的單芯片系統(tǒng)(MicrochipMCU是板上唯一的處理器)外，8位處理器在系統(tǒng)管理IC和協(xié)處理器中的作用也越來(lái)越大。這在很大程度上是由于分布式智能在物聯(lián)網(wǎng)邊緣設(shè)備、汽車(chē)安全、工業(yè)控制系統(tǒng)、醫(yī)療電子和家用電子等應(yīng)用領(lǐng)域的快速增長(zhǎng)所推動(dòng)的。即使是最先進(jìn)的5G系統(tǒng)也通常受益于將某些任務(wù)轉(zhuǎn)移到更小的8位處理器上，以釋放更高級(jí)別的處理器，并做他們最擅長(zhǎng)的事情。

  Greg透露，8位MCU-微處理器單元(MPU)許多8位處理器的增長(zhǎng)是由32位處理器驅(qū)動(dòng)的，32位處理器將人機(jī)界面(HMI)功能和家務(wù)管理任務(wù)傳輸給8位處理器。此外，8臺(tái)機(jī)器越來(lái)越多地用作協(xié)同處理器，可以執(zhí)行任務(wù)，如讀取傳感器讀數(shù)和在將傳感器數(shù)據(jù)傳輸?shù)礁呒?jí)別處理器之前進(jìn)行預(yù)處理。

  我們還討論了當(dāng)前的供應(yīng)鏈問(wèn)題。談話前，筆者沒(méi)有意識(shí)到Microchip95%的產(chǎn)品都是內(nèi)部生產(chǎn)的，他們也有自己的包裝、制造和測(cè)試設(shè)備。

MicroChip總裁兼CEOGaneshMoorthy預(yù)計(jì)短缺將持續(xù)到2023年，但公司承諾在未來(lái)幾年投資10億美元，使公司能夠繼續(xù)推出新產(chǎn)品，擴(kuò)大產(chǎn)能，以滿足現(xiàn)有設(shè)備的需求。

  上表中的ADCC代表ADC計(jì)算，它是模擬和數(shù)字功能的混合體。電影上的模擬功能包括8位、10位和12位ADC，可以使用圖形工具輕松配置。其他選項(xiàng)包括帶有相關(guān)可編程增益放大器(PGA)的ADC，節(jié)省了外部PGA和帶有上下文/排序的ADC。其他功能包括比較器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)、斜坡發(fā)生器、溫度傳感器、電壓基準(zhǔn)、零交叉檢測(cè)和計(jì)算放大器。

考慮下面給出的opamp示例。傳統(tǒng)的方法是使用外部opamp。引入opamp的好處包括節(jié)省電路板上的空間，減少材料清單(BOM)，并在程序控制下實(shí)時(shí)改變軟件中的增益和其他特性。

核心獨(dú)立外設(shè)的概念是，當(dāng)core在休眠或處理更重要的任務(wù)時(shí)，外設(shè)可以自己執(zhí)行任務(wù)。例如，CIP可以從傳感器讀取讀數(shù)，然后在core休眠時(shí)累加、平均或過(guò)濾結(jié)果。當(dāng)core被喚醒時(shí)，外圍設(shè)備已經(jīng)準(zhǔn)備好了預(yù)處理的數(shù)據(jù)。

當(dāng)CIP組合在一起創(chuàng)建自定義外設(shè)(或可以稱(chēng)為超級(jí)外設(shè))時(shí)，事情開(kāi)始變得真正有趣。以下是一個(gè)很好的例子。這是一個(gè)使用串行總線通信協(xié)議來(lái)控制一組LED的應(yīng)用程序。

  指定哪個(gè)LED和哪個(gè)顏色涉及到相當(dāng)復(fù)雜的信號(hào)，可能需要發(fā)送大量的數(shù)據(jù)，通常需要高速32位MCU。然而，這種算法可以通過(guò)使用少量的CIP外設(shè)-定時(shí)器、SPI、PWM和一些使用CLC(可配置邏輯單元)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

  結(jié)果，允許8位MCU以邏輯速度驅(qū)動(dòng)LED鏈，這比指令速度(即在core上運(yùn)行的指令)快得多，并釋放core執(zhí)行其他任務(wù)。

8位MCU-微處理器單元(MPU)有了CIP，特別是能夠?qū)⑺鼈兘Y(jié)合起來(lái)，為廣泛的部署場(chǎng)景打開(kāi)大門(mén)，允許外圍設(shè)備處理各種傳感器數(shù)據(jù)。

考慮到下面的例子，其中一個(gè)8位PIC或AVR微控制器被用來(lái)監(jiān)控溫度、濕度和振動(dòng)傳感器的輸出。溫度傳感器的信號(hào)可能比濕度傳感器的信號(hào)有更高的增益，這可以通過(guò)改變?cè)诔绦蚩刂葡逻\(yùn)輸?shù)脑鲆鎭?lái)實(shí)現(xiàn)。

  同樣，MCU可能需要在5V中運(yùn)行，而使用I2C通信的振動(dòng)傳感器只需要1.8V。在這種情況下，MCU的多電壓輸入/輸出(MVIO)功能不是外部voltagelevelshifter。

  以上是MVIO和I2C的組合，MVIO也可以與通用輸入/輸出(GPIO)一起使用。例如，運(yùn)行在5V中的8位PIC或AVRMCU可以用來(lái)讀取傳感器的值，從而獲得比3.3VMCU更高的精度，然后PIC/AVR可以利用其MVIO能力將數(shù)據(jù)傳輸?shù)?.3V32位PIC32SAMCU。

  Greg在談話結(jié)束時(shí)說(shuō)了一些非常有趣的事情，那就是不僅8個(gè)MCU（8位MCU-微處理器單元(MPU)）蛋糕的規(guī)模在增長(zhǎng)，還有各種各樣的新應(yīng)用，就像有了一個(gè)全新的蛋糕。因此，他說(shuō)Microchip對(duì)8個(gè)MCU市場(chǎng)非常樂(lè)觀。