MCU芯片產(chǎn)品有不同的位數(shù)，如：
8位MCU 、16位MCU、32位MCU，每種位數(shù)的MCU是不同的架構(gòu)，對(duì)于產(chǎn)品的應(yīng)用來(lái)產(chǎn)是好事，每種產(chǎn)品需要MUC架構(gòu)不同，可以選擇不同的MCU位數(shù)來(lái)應(yīng)用，今天來(lái)聊聊其中一種位數(shù)的MCU的架構(gòu)，接下來(lái)看看8位MCU架構(gòu)應(yīng)用時(shí)，都有哪些優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)。
8位MCU架構(gòu)的演進(jìn)性變化使該公司能夠在整個(gè)MCU市場(chǎng)的銷量方面保持領(lǐng)先地位，8位MCU在許多應(yīng)用中抵御了與32位MCU的競(jìng)爭(zhēng)，不僅適用于需要非常小外形尺寸、低功耗、低引腳排列和很低成本的設(shè)計(jì)。在某些情況下，8位MCU實(shí)際上可以超越32位競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。
與此同時(shí)，該市場(chǎng)分析公司預(yù)估，8位MCU將繼續(xù)占據(jù)微控制器業(yè)務(wù)中很大的出貨量，直到32位MCU的年增長(zhǎng)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于 8 位設(shè)備，達(dá)到 9.5%。
一些架構(gòu)變化，例如使8位MCU更易于使用 C 代碼進(jìn)行編程，屬于響應(yīng)不斷變化的世界的范疇。其他變化有一種“回到未來(lái)”的感覺(jué)，包括回歸閉環(huán)反饋控制的概念，其中 MCU 的外設(shè)無(wú)需 CPU 干預(yù)即可執(zhí)行任務(wù)。
自主 MCU 外設(shè)已經(jīng)存在相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間了，但致力于完全支持其 8 位產(chǎn)品線的 MCU 供應(yīng)商添加了復(fù)雜的技術(shù)，將“自主外設(shè)”一詞的含義轉(zhuǎn)移到了新的領(lǐng)域。
可配置邏輯單元
創(chuàng)新產(chǎn)品來(lái)自于MCU制造商所說(shuō)的“功能支持”。它始于“核心單獨(dú)外設(shè)”的概念。這些外設(shè)專門(mén)設(shè)計(jì)用于盡可能在無(wú)需 CPU 干預(yù)的情況下運(yùn)行，并根據(jù)需要有效地相互通信，并使用可配置邏輯單元來(lái)增強(qiáng)外設(shè)之間的通信（CLC），附屬 MCU 制造商的芯片架構(gòu)師創(chuàng)造了這種通信靈活性，使嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員能夠使用單獨(dú)于內(nèi)核的外設(shè)在硬件中實(shí)現(xiàn)閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)。除了減輕 CPU 的處理負(fù)載之外，其他好處還包括更快的響應(yīng)時(shí)間、更少的應(yīng)用代碼行、更低的功耗以及減少的 MCU 內(nèi)存需求。
CLC 模塊有八個(gè)信號(hào)，可用作其可配置邏輯單元的輸入，每個(gè)輸入信號(hào)均取決于器件。一次可以選擇四個(gè)輸入，四個(gè) 8 輸入多路復(fù)用器用于將輸入信號(hào)傳遞到 CLC 的數(shù)據(jù)門(mén)控級(jí)。顯示了 CLC 的初始設(shè)置過(guò)程，它使用寄存器來(lái)選擇輸入信號(hào)，使用配置工具的后續(xù)步驟創(chuàng)建功能齊全的 CLC。
閉環(huán)控制
功能啟用的概念始于識(shí)別嵌入式應(yīng)用程序中可能存在的常見(jiàn)功能組件。其中包括電源轉(zhuǎn)換、定時(shí)、傳感器接口、電機(jī)控制、電源和信號(hào)生成、通信、人機(jī)接口和安全（例如軟件中斷的法規(guī)遵從性）。值得注意的是，相關(guān) MCU 制造商啟用的功能將“自主外設(shè)”一詞的含義轉(zhuǎn)移到了新的領(lǐng)域。CLC 以及與內(nèi)核無(wú)關(guān)的外設(shè)在芯片上的實(shí)現(xiàn)方式表明，外設(shè)的作用不僅僅是或多或少單獨(dú)地執(zhí)行單一功能。相反，外圍設(shè)備或外圍設(shè)備的組合可以根據(jù)設(shè)計(jì)者的需要進(jìn)行動(dòng)態(tài)組合。
應(yīng)用
用于其他目的的單獨(dú)于內(nèi)核的外設(shè)的一個(gè)示例是相關(guān) MCU 制造商的數(shù)控振蕩器 (NCO)。它通常用于照明控制應(yīng)用，但也可以與設(shè)備上的其他現(xiàn)有外設(shè)結(jié)合使用，以實(shí)現(xiàn)某些類型的數(shù)據(jù)發(fā)送/接收應(yīng)用，甚至高分辨率 PWM。
傳統(tǒng) PWM 在相對(duì)較低的開(kāi)關(guān)頻率下開(kāi)始失去有效分辨率。例如，系統(tǒng)時(shí)鐘速度為 16 MHz 的傳統(tǒng) PWM 可以實(shí)現(xiàn) 62.5 ns 的脈沖寬度很小增量變化。如果高速 PWM 時(shí)鐘是振蕩器頻率 (FOSC/4) 的 1/4，則增加到 250 ns。通過(guò)將數(shù)控振蕩器 (NCO) 與 CLC 結(jié)合使用，您可以在具有單獨(dú)于內(nèi)核的外設(shè)的 MCU 上構(gòu)建增量脈沖寬度變化小至 15 ps 的 PWM。
顯示了一個(gè)簡(jiǎn)化的模塊。輸出控制器模塊基于CLC。NCO 本身無(wú)法生成 PWM 信號(hào)，但通過(guò)添加基于 CLC 的輸出控制器，您可以更改其行為以生成所需的 PWM 輸出，NCO 確定脈沖寬度，傳統(tǒng)的片上 PWM 可以用作時(shí)鐘源來(lái)觸發(fā) PWM 周期。
CLC 的控制邏輯用于在開(kāi)關(guān)時(shí)鐘指示下一個(gè)脈沖時(shí)設(shè)置輸出。當(dāng) NCO 溢出時(shí)，CLC 清除輸出并完成脈沖。
可以使用任意數(shù)量的時(shí)鐘源（例如，定時(shí)器或外部信號(hào)），但對(duì)于某些應(yīng)用，外部觸發(fā)器可能更適合作為啟動(dòng)脈沖。
相關(guān)的模型開(kāi)發(fā)板是開(kāi)始使用此類設(shè)計(jì)方法的有用工具。它具有用于工廠編程的 NCO 和 CLC 演示軟件，還包括用于應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)的原型設(shè)計(jì)區(qū)域。使用外設(shè)創(chuàng)建閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)的策略有很多優(yōu)點(diǎn)，但有時(shí)可能需要CPU干預(yù)，例如當(dāng)系統(tǒng)行為異常時(shí)。硬件限制計(jì)時(shí)器解決了這種可能性。
大多數(shù)外設(shè)都會(huì)啟動(dòng)一些活動(dòng)，但硬件綁定定時(shí)器通常用于等待事件發(fā)生并采取一些操作來(lái)響應(yīng)尚未發(fā)生的事件。一個(gè)很好的例子是在電源應(yīng)用中保護(hù) MOSFET 免受損壞。LED 照明應(yīng)用需要非常高分辨率的電源。相關(guān) MCU 制造商提供的單獨(dú)于內(nèi)核的外設(shè)允許將 PWM 配置為在正常條件下驅(qū)動(dòng) FET 對(duì)，而無(wú)需 CPU 干預(yù)。如果無(wú)法關(guān)閉 PWM，可以使用硬件限制定時(shí)器、運(yùn)算放大器和比較器來(lái)避免損壞 MOSFET。
定時(shí)器的基本作用是監(jiān)測(cè)正常工作后一定時(shí)間后PWM是否關(guān)閉。否則，硬件限制定時(shí)器會(huì)觸發(fā)中斷，要求CPU檢查異常原因，這可能是一個(gè)故障或更嚴(yán)重的問(wèn)題。
當(dāng)CPU決定應(yīng)該關(guān)閉PWM時(shí)，它是在硬件中完成的，因此整個(gè)關(guān)閉操作大約需要80 ns。比較器在 50 ns 內(nèi)反轉(zhuǎn)。額外添加 30 ns 來(lái)考慮內(nèi)部運(yùn)算放大器的轉(zhuǎn)換速率。
軟件實(shí)現(xiàn)不是很快，因?yàn)榘l(fā)出中斷所需的延遲是兩到三個(gè)時(shí)鐘周期加上發(fā)出指令所需的時(shí)間。在某些情況下，較高優(yōu)先級(jí)的中斷可能會(huì)導(dǎo)致延遲。
32位挑戰(zhàn)
在8位和32位MCU 競(jìng)爭(zhēng)的應(yīng)用中，32 位擁護(hù)者的觀點(diǎn)是，低端設(shè)備與8位MCU相比具有價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力（如果批量購(gòu)買，價(jià)格可能會(huì)更便宜）。然而，仔細(xì)觀察8位MCU和具有成本競(jìng)爭(zhēng)力的32位MCU就會(huì)發(fā)現(xiàn)，這些都是僅集成基本外設(shè)的低端設(shè)備。然而，將低端 32 位設(shè)備與外設(shè)豐富的 8 位設(shè)備進(jìn)行匹配可能并不總是一個(gè)好的比較，因?yàn)樘砑油庠O(shè)會(huì)增加成本。
低端32位MCU 還有其他選擇，在軟件中運(yùn)行具有各種外設(shè)的 8 位設(shè)備在硬件中效率更高。這意味著更少的代碼行、更快的響應(yīng)時(shí)間、更快的應(yīng)用程序上市時(shí)間以及更少的能耗，因?yàn)楦嗟闹噶钚枰嗟臅r(shí)鐘周期來(lái)執(zhí)行。硬件中的功能執(zhí)行速度越快，MCU 就能更快進(jìn)入睡眠模式并保持更長(zhǎng)時(shí)間的睡眠模式。
綜上所述，相信大家對(duì)于8位MCU芯片的架構(gòu)有了一個(gè)了解，可能針對(duì)計(jì)算密集型應(yīng)用的8位MCU正在被32位MCU取代，但它們?nèi)匀粸橄到y(tǒng)設(shè)計(jì)人員提供了許多有吸引力的功能。擁有強(qiáng)大 8 位產(chǎn)品線的 IC 公司已成功發(fā)展其架構(gòu)和指令集，以保持其8位MCU的競(jìng)爭(zhēng)力。也許重要的創(chuàng)新是在片上外設(shè)領(lǐng)域提供硬件執(zhí)行，而具有價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力的32位MCU需要以軟件執(zhí)行。外設(shè)與新型外設(shè)之間增強(qiáng)的通信進(jìn)一步增強(qiáng)了8位器件在需要低功耗的成本敏感型應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)。
