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8位單片機的簡單性與低成本特性使其活力依舊

更新時間: 2020-09-18
閱讀量:3560

8位單片機自80年代初問世以來,在電子設(shè)備現(xiàn)代化中發(fā)揮了核心作用。什么是8位單片機?它們與32位單片機相比如何,并且它們的關(guān)系如何?

8位單片機的體系結(jié)構(gòu)?

單片機類似于片上系統(tǒng)(SoC),后者通常包含CPU,內(nèi)存和外圍設(shè)備,而無需外部硬件來協(xié)助計算。但是,微處理器只是CPU,需要使用外部存儲器、控制器和接口。術(shù)語“8位”通常是指CPU的位寬。因此,一個8位單片機就是一個包含8位CPU的單片機。這意味著內(nèi)部操作針對8位數(shù)字進行,存儲的變量位于8位塊中,并且外部I/O(輸入/輸出)通過8位總線進行訪問。但是,某些單片機為8位單片機,但其指令存儲器使用14位(RAM部分的寬度仍為8位)。

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8位單片機與32位單片機相比如何?

隨著技術(shù)的進步,最新的CPU的功能不斷增強,并且位大小的增加一直是人們一直追求的目標(biāo)。因此,8位單片機與32位單片機的性能將有所不同。第一個處理器,英特爾4004,是4位CPU,英特爾的推出8008見證了大多數(shù)設(shè)計師轉(zhuǎn)向8位領(lǐng)域。英特爾推出8086時,計算機設(shè)計師(例如IBM)再次移至更高的位數(shù)由于它具有處理大量數(shù)字,訪問更多內(nèi)存和執(zhí)行更復(fù)雜操作的能力。但是,盡管主流計算機一直在使用最新技術(shù),但是從70年代末到90年代初,一個大型市場使用了8位技術(shù):家用計算機。增加CPU的位寬確實可以提高計算機的性能,但是對于基本任務(wù),8位通常就足夠了,包括文字處理、游戲、音樂開發(fā)、電子表格和任務(wù)管理。8位技術(shù)的能力,再加上電子產(chǎn)品成本的降低,已經(jīng)使8位單片機在現(xiàn)代生活中仍然具有重要意義。

8位單片機與現(xiàn)階段的芯片的現(xiàn)狀?

現(xiàn)代單片機具有各種形狀和尺寸, 具有一些非常復(fù)雜的功能包括多核,高級硬件安全性和Internet功能。但是,這些相同的設(shè)備可能會很昂貴,因此進行按需比較很重要?,F(xiàn)代單片機的典型示例將是使用32位ARM內(nèi)核的STM32系列具有許多功能,包括I2C,SPI和DMA控制器,而所有這些功能都比許多其他8位單片機便宜。打個比方,PIC18系列是8位單片機,包括一組豐富的外設(shè)包含相似數(shù)量的內(nèi)存(通常為16K ROM和8K RAM),并以同樣小的封裝容納。AVR系列的8位單片機也具有與PIC18系列類似的功能,而ATmega328則為著名的Arduino Uno提供了核心功能。 因此,與更大的位寬CPU相比,低端的32位單片機與能夠執(zhí)行相同任務(wù)的8位單片機相比,提供的附加功能很少。實際上,它們可能導(dǎo)致單片機開發(fā)項目過于復(fù)雜。 從技術(shù)上講,可以在匯編中對32位單片機進行編程, 這是一個非常復(fù)雜的任務(wù)(如果不是不可能的話)。幾乎所有用于32位設(shè)計的項目都是在IDE中專門完成的,這些IDE使用外圍設(shè)備設(shè)置工具,引腳配置器,并使用C++等高級語言對單片機進行編碼。大多數(shù)項目將完全在C++中運行,但是某些項目將具有嚴(yán)格的時序要求,而這在C++中通常是無法實現(xiàn)的。8位單片機通常設(shè)計為在匯編器中編碼,因此它們的編程環(huán)境適合于匯編器。這使計數(shù)時鐘周期更加容易,從而創(chuàng)建了對時間要求嚴(yán)格的例程。雖然可以將匯編程序例程插入C++,但通常很難將兩者混合使用,這就是現(xiàn)代32位單片機帶來的第二個問題,復(fù)雜的外圍設(shè)備。

8位單片機,例如PIC18和ATmega系列有明確定義的文檔,解釋了有關(guān)特定單片機的每一個細節(jié),包括其指令集,在一個文檔中。這使得在C或匯編語言中使用外圍設(shè)備變得非常容易,并且通常不需要其他工具來配置外圍設(shè)備。但是,32位單片機在操作上通常很晦澀,嘗試使用最簡單的外設(shè)可能是一項艱巨的任務(wù)。當(dāng)文檔散布在許多不同的文檔中時,這變得更加復(fù)雜,并且很難找到清晰的工作示例。8位單片機的簡單性已經(jīng)創(chuàng)建了一個在線資源池,任何人都可以訪問并且易于理解,但是32位設(shè)備通常不會進入日常項目。

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但是,IoT芯片是該規(guī)則的例外,但應(yīng)注意,與8位單片機相比,它們不容易開發(fā)。 ESP32是此類設(shè)備的一個示例,它集成了具有Wi-Fi功能的32位單片機,多個外設(shè)以及最高240MHz的時鐘速度。但是,如果不使用包含支持硬件,編程端口和I/O引腳的預(yù)制模塊,ESP32很難用于原型制作。相反,大多數(shù)8位單片機都采用DIP封裝。此類物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備還面臨與其他32位單片機相同的問題;它們不是匯編編程的理想之選,使用外設(shè)可能很復(fù)雜,而且與同類產(chǎn)品不同,它們比大多數(shù)8位單片機貴得多。

8位單片機應(yīng)用受到什么限制?

最重要的是可以使用8位單片機的應(yīng)用程序。一般而言,如果設(shè)備不需要連接到Internet或?qū)Π踩詻]有嚴(yán)格要求,則幾乎可以始終使用8位單片機。盡管8位數(shù)字的大小受到限制,但是大數(shù)字可以分解為多個步驟,這是C編譯器處理的事情(當(dāng)然,這仍然可以在匯編器中完成)。因此,使用8位單片機仍可以實現(xiàn)任何需要使用大于255的數(shù)字的應(yīng)用程序。 盡管8位單片機本身通常不具備Internet功能,但它們?nèi)钥梢暂p松連接至外部外圍設(shè)備,例如以太網(wǎng)控制器和Wi-Fi橋以提供連接。但是,現(xiàn)代安全實踐將要求提供Internet訪問的外圍設(shè)備使用強大的安全機制,并且8位單片機和Internet服務(wù)之間的任何通信都需要使用強大的加密。由于加密算法對內(nèi)存的高要求,這對于8位單片機可能是棘手的,因此,使用能夠處理此問題的外設(shè)將是理想的選擇。

8位單片機的未來將如何發(fā)展?

隨著技術(shù)的不斷發(fā)展,最終將淘汰8位單片機。但是,業(yè)界并未顯示出減少8位使用率的跡象,它們的低成本特性與簡單性仍然使它們具有很大的活力。

以上就是英銳恩單片機開發(fā)工程師分享的8位單片機的市場發(fā)展情況。英銳恩專注單片機應(yīng)用方案設(shè)計與開發(fā),提供8位單片機、16位單片機、32位單片機、運放芯片和模擬開關(guān)。

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