如何将8位MCU引入Limelight进行优化
虽然几年前微控制器系统设计实践开始转向32位器件，但物联网（iot）应用中不复杂电路和瘦客户端的主导地位可能会使8位mcu市场保持健康增长路径。这将增加汽车，工业和商业应用中已经健康的8位市场，到目前为止尚未转向32位指令集设备。从市场份额的角度来看，设计毫无疑问据英国市场研究公司ic insights称，全球正朝着32位mcu发展。 2013年，32位mcu出货量增长了约20％，而4/8位mcu出货量增长了约6％，16位mcu出货量增长了9％。尽管32位设计日益普及，但4/8位和16位mcu的单位体积仍然较大，如图1所示。
图1：继续增长适用于8位mcu。 （由ic insights提供）
32位计算的增长归因于几个因素，包括单位成本的趋势，在某些情况下，这些因素与较小位宽的mcu竞争。从技术角度来看，32位流行度是由于其扩展的内存要求，本机32位数学运算和高级外设。
当不需要这些功能时，选择32位mcu的情况大大削弱了这些应用领域是iot。
iot示例
在智能家居应用中管理单个传感器或一小组传感器（例如恒温器或监控门是打开还是关闭）这已成定局 - 需要从性能角度来看，只有8位mcu。然而，一旦将数据传送到网关设备，安全性，隐私和计算要求 - 以及c语言编码的优势 - 经常将应用程序放在32位空间中。
同样，任何可穿戴健康设备例如可以在药房或其他零售店购买的血压袖带或血糖仪，将有一个8位mcu管理传感器。如果必须通过网关传输数据，则可以包括32位mcu。在工业和商业应用中也是如此。简而言之，对设计进行分区可以节省成本，设计时间和功耗，并使设计更容易升级到下一代。
遗憾的是，并非所有产品都受益于设计分区的优势，因为一些设计人员几乎会自动为物联网连接系统的每个部分选择32位mcu。他们相信其扩展的内存要求，本机32位数学和高级外设始终是一个优势。这些决定通常基于误解可能导致次优决策的一些误解包括：
8位架构遭受低代码密度的影响。仅当设计人员要求mcu进行32位数学运算时才会出现这种情况。控制应用程序（例如卸载主处理器）不会受到低密度的影响。由于8位mcu的开销代码非常少，因此控制类型功能的总代码密度高于32位mcu上实现的等效功能。
32位定价与8位定价相当。实际上，32位mcu的制造工艺缩减与芯片总面积和成本并不像dram（或8位mcu）那样具有相同的线性关系。这是因为与相同工艺几何中的8位解决方案相比，32位架构和外设具有比8位架构更高的门数，并且消耗更多的硅面积。移动到较小的工艺几何尺寸会缩小数字部分（大约是典型32位mcu的一半）。因此，迁移到新的流程节点无法节省成本。在流程节点的最初几年 - 当需求量很大并且产量较低时，每个设备的成本实际上会增加。
32位执行总是比8位快。虽然32位mcu以更高的时钟速率运行，但它们的架构（分层以便于编码）在只处理几个位时会受到阻碍。对于简单的控制应用，8位mcu更具确定性并且性能更好。
优化mcu
具有8位产品线的硅供应商增加了一些功能，可以消除32位的任何感知边缘mcu可能位于物联网系统的外围。这通常采用集成模拟外设的形式。一个例子是电容式触摸。
虽然物联网应用通常被认为是机器对机器（m2m）交互，但人机界面（hmi）也起着重要作用。手持式，人工操作的工业设备，玩具，游戏机和遥控器，以及洗衣机，烘干机，烤箱和洗碗机等白色家电的控制面板现在都提供物联网尺寸。
电容式触摸是一个突出的hmi实现技术。通过将10位adc，电压基准，电荷定时电容集成到数字转换器以及8位mcu中的温度传感器，可以以最佳成本实现电容感应功能。
silicon labs的f97x mcu系列提供了该技术的领先示例。 c8051f970-a-gm具有亚微安（《1μa）触摸唤醒平均电流，16位分辨率和100：1动态范围，可支持按钮，滑块，滚轮和电容式接近感应多达43个通道和多种扫描模式。图2是c8051f97xx silicon labs 8位mcu系列的通用框图。
图2：模拟外设使电容式感应变得轻而易举对于8位mcu。
另一家将电容式感应外设集成到其8位芯片中的mcu供应商是microchip technology。其pic10f204系列包括pic10f204t-i/ot。与基于8051的silicon labs芯片不同，它采用risc架构，只有33个单字单周期（1μs）指令，除了程序分支，需要两个周期。
不同的电容式触摸应用方法 - 仍在使用8位mcu - 提供与通用mcu配合使用的软件和辅助硬件，以创建电容传感系统。 atmel公司的qtouch库帮助设计人员将电容式触摸按钮，滑块和滚轮功能实现到其通用的8位avr mcu中，例如attiny5-tshr。
每个设备的qtouch库文件，支持不同数量的触摸通道，实现触摸应用的灵活性和效率。通过选择支持所需通道数的库文件，开发人员可以使用更少的ram实现更紧凑，更高效的代码。
电机控制
模拟外设使8位mcu成为物联网应用的理想选择是电机控制。
在智能家居，商用hvac系统和一些工业网络中，远程控制无刷直流电机的价值越来越多地应用于物联网应用空间。在该m2m应用中，选择何时使用8位mcu的过程再次是分区问题。在这些相对简单的应用中，只需旋转电机就不需要太多的计算能力。
silicon labs的c8051f850-c-gm说明了创新设计将8位mcu提升到新水平的电机控制性能的程度。 silicon labs芯片设计人员开始使用高速8051内核，可实现更精细的脉冲宽度调制（pwm），增强的电机控制效率以及为各种电机速度执行更复杂算法的能力。
f85x/6x系列mcu还支持三个独立的高分辨率pwm通道，具有内置过流保护/故障检测功能，专门针对电机控制和电源应用。还集成了12位多通道模数转换器（adc），两个具有可编程迟滞和响应时间的模拟比较器，以及精确的内部电压基准。
结论
尽管趋向于32-位mcu正在削减4位，8位和16位mcu的市场份额，旧的芯片在几个市场仍然很强大，物联网应用很可能从8位芯片中受益。虽然一些mcu供应商实际上已经放弃了旧架构，但有些人正在以有趣的方式调整它们，以提供比32位竞争对手更好的性能和功能。有利于这些优势，有时会被忽视，因为没有理由32-位mcu不能配置相同的模拟外设 - 而mcu供应商就是这样做的。为了识别8位mcu的优势，设计工程师应该对其系统进行分区，并在外围寻找8位器件实际提供更好性能的位置。
传感器管理和电机控制是物联网应用中的好例子空间。在许多情况下，它们不需要32位设备的三个核心功能。对于mcu位于外围的汽车和工业应用也是如此。
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32位计算的增长归因于几个因素，包括单位成本的趋势，在某些情况下，这些因素与较小位宽的mcu竞争。从技术角度来看，32位流行度是由于其扩展的内存要求，本机32位数学运算和高级外设。
当不需要这些功能时，选择32位mcu的情况大大削弱了这些应用领域是iot。
iot示例
在智能家居应用中管理单个传感器或一小组传感器（例如恒温器或监控门是打开还是关闭）这已成定局 - 需要从性能角度来看，只有8位mcu。然而，一旦将数据传送到网关设备，安全性，隐私和计算要求 - 以及c语言编码的优势 - 经常将应用程序放在32位空间中。
同样，任何可穿戴健康设备例如可以在药房或其他零售店购买的血压袖带或血糖仪，将有一个8位mcu管理传感器。如果必须通过网关传输数据，则可以包括32位mcu。在工业和商业应用中也是如此。简而言之，对设计进行分区可以节省成本，设计时间和功耗，并使设计更容易升级到下一代。
遗憾的是，并非所有产品都受益于设计分区的优势，因为一些设计人员几乎会自动为物联网连接系统的每个部分选择32位mcu。他们相信其扩展的内存要求，本机32位数学和高级外设始终是一个优势。这些决定通常基于误解可能导致次优决策的一些误解包括：
8位架构遭受低代码密度的影响。仅当设计人员要求mcu进行32位数学运算时才会出现这种情况。控制应用程序（例如卸载主处理器）不会受到低密度的影响。由于8位mcu的开销代码非常少，因此控制类型功能的总代码密度高于32位mcu上实现的等效功能。
32位定价与8位定价相当。实际上，32位mcu的制造工艺缩减与芯片总面积和成本并不像dram（或8位mcu）那样具有相同的线性关系。这是因为与相同工艺几何中的8位解决方案相比，32位架构和外设具有比8位架构更高的门数，并且消耗更多的硅面积。移动到较小的工艺几何尺寸会缩小数字部分（大约是典型32位mcu的一半）。因此，迁移到新的流程节点无法节省成本。在流程节点的最初几年 - 当需求量很大并且产量较低时，每个设备的成本实际上会增加。
32位执行总是比8位快。虽然32位mcu以更高的时钟速率运行，但它们的架构（分层以便于编码）在只处理几个位时会受到阻碍。对于简单的控制应用，8位mcu更具确定性并且性能更好。
优化mcu
具有8位产品线的硅供应商增加了一些功能，可以消除32位的任何感知边缘mcu可能位于物联网系统的外围。这通常采用集成模拟外设的形式。一个例子是电容式触摸。
虽然物联网应用通常被认为是机器对机器（m2m）交互，但人机界面（hmi）也起着重要作用。手持式，人工操作的工业设备，玩具，游戏机和遥控器，以及洗衣机，烘干机，烤箱和洗碗机等白色家电的控制面板现在都提供物联网尺寸。
电容式触摸是一个突出的hmi实现技术。通过将10位adc，电压基准，电荷定时电容集成到数字转换器以及8位mcu中的温度传感器，可以以最佳成本实现电容感应功能。
silicon labs的f97x mcu系列提供了该技术的领先示例。 c8051f970-a-gm具有亚微安（《1μa）触摸唤醒平均电流，16位分辨率和100：1动态范围，可支持按钮，滑块，滚轮和电容式接近感应多达43个通道和多种扫描模式。图2是c8051f97xx silicon labs 8位mcu系列的通用框图。
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另一家将电容式感应外设集成到其8位芯片中的mcu供应商是microchip technology。其pic10f204系列包括pic10f204t-i/ot。与基于8051的silicon labs芯片不同，它采用risc架构，只有33个单字单周期（1μs）指令，除了程序分支，需要两个周期。
不同的电容式触摸应用方法 - 仍在使用8位mcu - 提供与通用mcu配合使用的软件和辅助硬件，以创建电容传感系统。 atmel公司的qtouch库帮助设计人员将电容式触摸按钮，滑块和滚轮功能实现到其通用的8位avr mcu中，例如attiny5-tshr。
每个设备的qtouch库文件，支持不同数量的触摸通道，实现触摸应用的灵活性和效率。通过选择支持所需通道数的库文件，开发人员可以使用更少的ram实现更紧凑，更高效的代码。
电机控制
模拟外设使8位mcu成为物联网应用的理想选择是电机控制。
在智能家居，商用hvac系统和一些工业网络中，远程控制无刷直流电机的价值越来越多地应用于物联网应用空间。在该m2m应用中，选择何时使用8位mcu的过程再次是分区问题。在这些相对简单的应用中，只需旋转电机就不需要太多的计算能力。
silicon labs的c8051f850-c-gm说明了创新设计将8位mcu提升到新水平的电机控制性能的程度。 silicon labs芯片设计人员开始使用高速8051内核，可实现更精细的脉冲宽度调制（pwm），增强的电机控制效率以及为各种电机速度执行更复杂算法的能力。
f85x/6x系列mcu还支持三个独立的高分辨率pwm通道，具有内置过流保护/故障检测功能，专门针对电机控制和电源应用。还集成了12位多通道模数转换器（adc），两个具有可编程迟滞和响应时间的模拟比较器，以及精确的内部电压基准。
结论
尽管趋向于32-位mcu正在削减4位，8位和16位mcu的市场份额，旧的芯片在几个市场仍然很强大，物联网应用很可能从8位芯片中受益。虽然一些mcu供应商实际上已经放弃了旧架构，但有些人正在以有趣的方式调整它们，以提供比32位竞争对手更好的性能和功能。有利于这些优势，有时会被忽视，因为没有理由32-位mcu不能配置相同的模拟外设 - 而mcu供应商就是这样做的。为了识别8位mcu的优势，设计工程师应该对其系统进行分区，并在外围寻找8位器件实际提供更好性能的位置。
传感器管理和电机控制是物联网应用中的好例子空间。在许多情况下，它们不需要32位设备的三个核心功能。对于mcu位于外围的汽车和工业应用也是如此。
圣诞将至，来自技术理工男的浪漫！
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PCB电源设计实例
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