关于8位、16位、32位和64位处理器的讨论不断围绕着我们，我不确定今天的年轻工程师中有多少人知道第一台商用微处理器英特尔4004是一台4位机器(尽管，事后看来——这是一门真正的科学——零件号有点(没有双关语)泄露了信息)。

顺便说一句，如果你想了解更多关于4004——以及我们的现代世界——是如何形成的，我衷心推荐我的朋友Steve Leibson在EEJournal上写的专栏:微处理器究竟是谁发明的?而且哪个是第一个微处理器?而且祝微处理器50岁生日快乐第1部分而且ag亚博广告 ．

微处理器(µPs)也被称为微处理器单元(mpu)。早期的mpu只包含一个中央处理器。随着时间的推移，添加了其他功能，如缓存内存、浮点单元(fpu)、内存管理单元(mmu)等等。关键的一点是——除了任何缓存和像fpu和mmu这样的东西——微处理器不包含任何内部存储器或外设。相比之下，微控制器(µc)，也被称为微控制器单元(mcu)，包含非易失性存储器(如Flash)，易失性存储器(如SRAM)，外围设备(如计数器，计时器，模数转换器(adc))和通信接口(如UART, I2C和SPI)。从本质上讲，微控制器是一个独立的小型计算机，它位于一个单独的硅芯片上，包含自己的程序，它一启动就开始执行。这就解释了为什么微控制器会出现在嵌入式系统中，以及为什么嵌入式系统会到处出现。(你可以在我的专栏中阅读更多关于微处理器和微控制器之间的区别cpu、mpu、mcu、gpu的FAQ是什么?）.

微控制器的历史和微处理器的历史一样扑朔迷离。哪个是第一个微控制器?它是日本在20世纪70年代早期为汽车发明的4位设备吗?还是由TI工程师Gary Boone和Michael Cochran在1974年发明的4位tms1000 ?说到8位mcu, 1976年英特尔8048(又名MCS-48)是第一个问世的吗?我不知道。我所知道的是，早期最著名的8位mcu可能是8051(又名MCS-51)，其指令集架构(ISA)是由John H. Wharton构思的，并于1980年出现在市场上。令人惊讶的是，8051的各种变体至今仍在流行。

说句题外话，约翰(安息吧)曾经告诉我，当他还是一名在英特尔工作的年轻工程师时，他经常和他的主管出去吃午饭。一天，他们听说午饭时间要开个会议，讨论些什么问题。他们不确定会议的重点是什么，只知道提供免费三明治(啊，看看免费三明治的力量)。这次会议被证明是8051的开始，从一张白纸(或者是一块新擦干净的白板，视情况而定)开始。会议结束后，John填满了免费的食物，回到他的办公桌前，勾勒出了8051的架构(功能单元、总线等)和ISA。

如今，有无数的微控制器可以满足我们的需求。PIC微控制器和AVR微控制器是两个真正让人感到存在的家族。第一个8位PIC(发音为“pick”)是由通用仪器公司在1975年开发的。我不确定这里的历史真相，但pic现在是职权范围微芯片技术．与此同时，最初的8位AVR架构是由Alf-Egil Bogen和Vegard Wollan在挪威理工学院(NTH)学习时构思的。这项技术随后被Atmel公司收购，并于1996年发布了AVR家族的第一批成员。随后，Atmel于2016年被Microchip Technology收购。

当我说这些微控制器已经“让人们感受到它们的存在”时，我们是否有办法量化这种说法?好吧，天哪，我很高兴你问了，因为我刚刚和Microchip的Greg Robinson和Brian Thorsen聊天，Greg是Microchip MCU8业务部门的营销副总裁(MCU8是他们8位mcu的名字)，Brian是高级公关经理。正如我们从下图中看到的，在撰写本文时，在8位mcu方面，Microchip拥有32%的市场份额(其最接近的竞争对手NXP拥有11%)，如果我是Microchip这些小骗子的主管，我肯定会笑得很开心。

全球8位微控制器市场份额来自Gartner 2021年市场份额报告(图片来源:Microchip)

Greg告诉我，Microchip继续创新，并将新的部件传播到8位空间。例如，在2022年第二季度，Microchip将推出五个新系列，拥有65个设备，拥有丰富的片上模拟和其他独立于核心的外围设备。

除了传统的单芯片系统(其中Microchip MCU是板上唯一的处理器)之外，系统管理ic和协处理器越来越多地使用8位处理器——在所有空间中，大小、空间、低功耗和寿命等特性都很重要。这在很大程度上是由于我们看到分布式智能在物联网边缘节点、汽车安全、工业控制系统、医疗电子和家用电子等应用领域的急剧增长。即使是最先进的5G系统也经常可以受益于将某些任务卸载给更小的8位处理器，从而释放出更高级别的处理器来发挥它们的魔力，发挥它们最擅长的功能。

Greg继续说，这听起来可能很奇怪，很多8位的增长是由32位的增长驱动的，32位处理器将人机界面(HMI)功能和管理任务等传递给8位处理器。此外，8位计算机被越来越多地用作协处理器，执行诸如获取传感器读数和在将传感器数据传递给高级处理器之前对其进行预处理等任务。

我们谈到的一个话题是当前的供应链问题。在我们谈话之前，我没有意识到Microchip 95%的8位产品都是内部制造的，而且——除了控制位于坦佩的晶圆厂之外;格雷沙姆,或;以及科罗拉多州的科罗拉多斯普林斯——他们也拥有自己的组装、制造和测试设施。

话虽如此，但由于贸易战和全球冠状病毒大流行造成的完美风暴导致过去18至24个月的巨大需求，目前仍存在短缺。Greg表示，你不能仅仅通过打开开关来提高产量——Microchip的总裁兼首席执行官Ganesh Moorthy曾表示，他预计短缺将延续到2023年——但Microchip已承诺在未来几年投入10亿美元，这将使公司能够继续推出新产品，同时扩大产能以满足现有设备的需求。

2022年第二季度新产品介绍(图片来源:Microchip)

在你问之前，ADCC代表“ADC计算”，它是模拟和数字功能的混合。片上模拟功能，包括8位、10位和12位adc，可以使用图形工具轻松配置。其他选项包括带有相关可编程增益放大器(PGA)的adc，这可以节省使用外部PGA的时间，以及具有上下文/测序的adc。其他功能包括片上比较器、数模转换器(dac)、斜坡发生器、温度传感器、电压参考、零交叉检测和运算放大器(opamp)。

考虑下面给出的opamp示例。传统的方法是使用外部运放(左)。将运放置于片上的优点包括节省电路板上的空间，减少材料清单(BOM)，并且能够在程序控制下实时改变软件中的增益和其他特性(如果您有多个想要测量的信号，每个信号需要不同的运放参数，这是非常有用的)。

带有内部opamp的PIC和AVR微控制器(图片来源:Microchip)

核心独立外设背后的概念(CIPs)的优点是，当核心在休息或处理更重要的任务时，外围设备可以自己执行任务。例如，CIP可以从传感器读取读数，然后在核心进入睡眠状态时积累、平均和/或过滤结果。稍后，当核心被唤醒时，外围设备可以准备好预处理数据并等待。

使用核心独立的外围设备创建自定义外围设备
(图片来源:Microchip)

事情开始变得真正有趣的地方是cip组合在一起创建自定义外围设备，或者“超级外围设备”。下面是一个很好的例子。这涉及到一个希望使用串行总线通信协议控制一堆led的应用程序。

将cpi组合在一起以创建“超级外围设备”或“超级模块”
(图片来源:Microchip)

指定“哪个LED”和“什么颜色”涉及到相当复杂的信号，可能需要发送大量的数据。这通常需要一个高速32位MCU。然而，通过使用少量CIP外设——定时器、SPI、PWM和少量使用CLCs(可配置逻辑单元)实现的逻辑——可以在8位PIC微控制器上实现该算法。(同样的功能可以在AVR上使用可配置自定义逻辑(CCL)实现，而不是PIC的clc。)

其结果是允许8位MCU以逻辑速度驱动led链，这比指令速度(即在核心上运行的指令)快得多，同时释放出核心来执行其他任务。

一般来说，拥有cip，特别是能够将它们组合在一起，为广泛的部署场景打开了大门，允许外围设备处理各种传感器数据。

常见类型的传感器输出(图片来源:Microchip)

考虑下面所示的示例，其中使用8位PIC或AVR微控制器来监控温度、湿度和振动传感器的输出。来自温度传感器的信号可能比来自湿度传感器的信号需要更高的增益，这可以通过在程序控制下来回交换片上运放的增益来实现。

典型多传感器应用(I mage来源:Microchip)

同时，可能是MCU运行在5V，而振动传感器-使用I2C通信-只需要1.8V。在这种情况下，解决方案不是使用外部电压电平转换器，而是使用MCU的多电压输入/输出(MVIO)功能。

上面的示例展示了MVIO和I2C的组合，但是MVIO也可以用于通用输入/输出(gpio)。事实上，这导致了另一个例子，因为运行在5V下的8位PIC或AVR MCU可以用于从传感器读取值，从而获得比3.3V MCU更好的分辨率，然后PIC/AVR可以使用其MVIO功能将此数据通信到3.3V 32位PIC32 SAM MCU。

有一件事可能会让PIC/AVR的新手感到困惑，那就是有大量不同的可用组件，每个组件都有不同数量的引脚，以及不同的功能和外设组合。有几种方法可以解决这个问题。就我而言，我问了我的朋友乔·法尔(Joe Farr)，他是微芯片PIC和AVR mcu的活百科全书。对于那些不知道Joe的人，Microchip网站上有一个产品选择指南，允许用户说“我需要这个功能”，并被引导到适当的产品。或者，还有另一种方法，用户说，“我在脑海中有这个应用程序”，该工具不仅引导他们到适当的部分，而且还引导他们到相关的固件、软件和开发工具。

Greg在结束我们的谈话时说了一些我觉得非常有趣的事情，那就是不仅仅是8位MCU的蛋糕在变大，而且各种各样的新应用正在出现，这就像有了一个全新的蛋糕。因此，他说，Microchip非常看好8位MCU市场，这对我来说是个好消息，因为我喜欢8位MCU。你呢?你有什么想法想和我们分享吗?

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