每種產品都有它的發展歷程,從一代到二代持續往上升,如電腦CPU,從早期提升到現在13代,MCU芯片在市場的應用相當廣泛,如家電、汽車、醫療等領域,在MCU的發展歷程中,從早期的4位MCU、
8位MCU、16位MCU、32位MCU,每種位數的MCU都曾在市場一個時期非常活躍,今天來聊聊其中一種,接下來看看8位MCU為何能在市場一直保持活躍,都有哪些因素。
MCU 中的“C”代表控制器而不是計算,這意味著控制元件比計算元件大得多。MCU執行的工作是讀取I/O、ADC、比較器、串口數據,進行采集、判斷、進行簡單的計算,結果通過I/O、DAC、PWM、串口輸出。
以LED燈控制應用為例,您通常只需要一個10-16引腳的8位MCU,并使用3通道PWM來驅動R/G/B或添加2通道來驅動白光和冷光控制。一些輸入/輸出。盡管引腳或ADC輸入檢測非常容易,LED照明仍然保持12%的復合增長率。僅中國智能照明控制市場規模就超過每月10萬臺。
雖然LED調光結構簡單,但有一些要點需要討論。例如,當今的光控制面臨著日益復雜的調光要求,不僅需要豐富的顏色變化,還需要深色的顏色變化。
這些要求使得傳統的 16Mhz PWM 站不住腳,需要使用鎖相環 (PLL) 和可編程計數器陣列 (PCA) 來生成高速 PWM,從而增強照明控制效果,快速 PWM 足以滿足此應用。此外,出于成本原因,外部振蕩器通常不用于光控制應用中。因此,內部振蕩電路的設計需要準確。
室內照明控制一般不易因溫度變化而受到溫度漂移的影響,但安裝在室外的景觀照明和LED廣告牌則面臨著晝夜溫差的挑戰。
時鐘是MCU的心臟,由于溫度導致的內部 RC 時鐘的頻率偏差會導致許多問題。首先,PWM信號也是通過內部主頻產生的。當溫度引起的頻率漂移影響 PWM 輸出時,它會間接導致 LED 顏色出現輕微的幅度改變。更糟糕的是,許多照明控制應用程序通過異步傳輸 UART 與控制主機通信。與時鐘信號同步控制的I2C/SPI不同,如果UART的頻率漂移超過4%,就會導致整個通信異常,LED屏出現黑屏錯誤。
因此,增強MCU內部振蕩電路的穩定性也是8位MCU發展的重點,使其成為適合戶外照明控制需求的產品。
除了控制光之外,高速PWM還可以應用于許多消費產品,例如流行的無線充電。事實上,典型的 5W/10W 充電發射器 (TX) 不一定需要 32 位操作。其中大多數使用 16 位值進行比較,高時鐘8位控制器功能非常強大。
許多制造商還包括運算放大器,以幫助電流采集并減少無線充電組裝電路板(印刷電路板組裝,PCBA)上的外部元件數量。或者推出高集成度專用IC,利用MCU集成MOS等高壓器件,進一步縮小無線充電PCBA面積。
雖然 PWM 是非常重要的 MCU 輸出組件,但模數轉換器 (ADC) 可以說是 MCU 重要的輸入組件。目前主流MCU的ADC已經從傳統的8/10位發展到12位,采樣速度也提高到1Msps以上。
由于 ADC 需要多次捕獲累積平均值,因此大多數開發人員仍然使用 16 位來存儲捕獲的數據。典型的 MCU ADC 的有效位數 (ENOB) 為 9.5 至 10.5 位,工廠ADC的有效范圍可能更寬。因此,我們假設開發人員想要丟棄后兩個較低有效位 (LSB) 并使用 10 位數據,16 位數據范圍為 ADC 累加操作提供了很大的累加空間,除非使用精密 delta-sigma ADC,否則很少有應用需要 32 位來處理 ADC 操作。
從2020年的CU市場來看,32位MCU占據了55%的市場份額,8位MCU仍然占據了43%的市場份額。事實證明,32 位/8 位選擇不是“正確或錯誤”的問題,但仍然取決于應用程序。一般來說,需要大量位(bit)運算的控制類型或應用仍然選擇8位MCU,而需要32位數學和DSP/浮點的應用則選擇32位MCU(例如掃描、機器人和 4 軸無人機)。
此外,8位MCU具有多種架構特性,例如節省程序空間和減少中斷延遲。下表結合國外的實驗,展示了8位MCU的一些優勢。通過比較可以看出,8位MCU具有顯著的優勢。與 32 位 MCU 相比,具有一些操作性能優勢。
當今的消費類應用變得越來越復雜,PCBA 組件越多,產生的噪聲就越多。例如,有線傳輸可能會引入噪聲干擾和錯誤。為此,MCU中添加了硬件CRC,以確保傳輸數據的準確性。
綜上所述,從整個市場的需求來看,8位MCU可能會在市場上長期存在。很大的原因是它們在某些應用中無法替代。從長遠來看,不變的趨勢是32位MCU的份額將不斷增加,現在8位MCU也在不斷地重新發明和創新,以適應市場應用。未來幾年,預計8位MCU和32位MCU將共存,RISC/CISC架構將占據當前微控制器市場的主導地位。