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不足一美元的微控制器彻底颠覆嵌入式设计领域

作为一位拥有几十年经验的嵌入式设计师,我对目前微控制器的价格变得如此便宜感到非常惊讶。最近一项针对低成本微控制器的调查结果显示,很多微控制器的单价不足一美元(有些甚至更低!)。我在最后列出了几款单价低于一美元的微控制器。

不过,本博客的真正目的不是相互比较低成本微控制器,而是将这些微控制器与其他替代方案进行比较。考虑到每位开发人员在使用微控制器时创建的第一个项目似乎都是闪烁的 LED,因此将这些微控制器与久负盛名的 555 定时器芯片进行比较似乎非常合适。自几十年前推出以来,555 定时器一直是最受认可的闪烁 LED 零件。

该器件首次出现于 1972 年,由一家不复存在的半导体公司推出。不过,该器件本身确实存在,您只需花费不到一美元的价格就可以买到由 Texas Instruments 制造的 NE555D 定时器芯片。请注意,此器件的单价已经可与下面列出的最便宜的微控制器相当了!此外,如果您想使用 555 定时器芯片让 LED 闪烁,单独使用该芯片还做不到,您还需要一些电阻和电容,而微控制器不需要额外的元件。

此外,尽管在 555 定时器上市的 46 年里,各类电子出版物一直在出版关于这款产品的电路设计概念,但微控制器的用途要广泛得多。

话虽如此,555 定时器在我心目中始终占有一席之地:它们能够可靠而有效地完成自己的使命。

然而,取代 555 定时器芯片和闪烁 LED 不过是廉价微控制器微不足道的功能之一。这些微控制器可以轻松控制相对复杂的嵌入式系统。稍微借助一些功率 MOSFET,它们可以控制电机。它们还能实现简单的人机界面 (HMI)。

以下列出的四种微控制器均配备多通道模拟输入多路复用器,可驱动至少 8 位分辨率的模数转换器 (ADC)。这些 ADC 可以大大简化许多嵌入式系统的模拟设计。

凭借这类低成本的微控制器,系统信号处理链有望尽早实现从模拟信号到数字信号的飞跃。以下是一些供您考虑的 MCU 选项:

Silicon Labs EFM8BB10F8G-A-QSOP24R

EFM8BB10F8G-A-QSOP24R 微控制器是 Silicon Labs 的畅销器件系列之一,其基于经典的 8 位 8051 微处理器架构,并拥有 8 KB 的闪存程序存储器以及 512 字节的 RAM。这款微控制器采用流水线版本的 8051 处理器内核,因此其 70% 的指令可以在一到两个时钟周期内执行,并且以 25 兆赫 (MHz) 的频率运行。EFM8BB10F8G-A-QSOP24R 微控制器的外设包括:

  • I2C
  • SPI
  • SMBus 端口
  • UART
  • 带有 PWM 发生器的三通道可编程计数器/定时器
  • 四个 16 位定时器
  • 具有 16 个模拟输入通道的 12 位 ADC
  • 两个模拟比较器

所有这些 I/O 器件都可装入微控制器的 24 引脚 QSOP 封装内。Silicon Labs 提供 Simplicity Studio 4 开发套件,其中包括 Keil 编译器和汇编器、调试器、IoT 应用构建器、能量分析器、硬件配置器和预建的演示。

Microchip TechnologyATTINY84A-SSUR

ATTINY84A-MMH 是 Microchip 公司(前身是 Atmel)8 位 AVR 微控制器系列产品之一。这款器件具有 8 KB 闪存程序存储器、512 字节 EEPROM 以及 512 字节 RAM。8 位 AVR 架构具有 120 条指令(大多数在一个时钟周期内执行)和一个 32 字节寄存器文件。该微控制器的工作频率为 20 MHz。ATTINY84A-MMH 微控制器的外设包括:

  • 一个 8 位和 1 个 16 位硬件定时器/计数器
  • 两个 PWM 通道
  • 带有 8 路单端模拟输入的 10 位 ADC
  • 可使程序远离干扰的可编程看门狗定时器

软件开发支持包括 C 编译器、宏汇编器、程序调试器和模拟器以及评估套件。

Microchip Technology 的 PIC10F220T-E/OT

Microchip 的 PIC 系列产品一直以来都是低成本嵌入式系统开发人员的首选。该公司的 PIC10F220 微控制器具有 256 字的指令闪存(每个指令字为 12 位宽)和 16 字节的 RAM。这款微控制器具有简单的指令集,只需了解 33 条指令,除分支指令外,所有指令均在一个周期内执行。分支指令需要两个周期。使用 8 MHz 内部时钟的指令周期为 500 纳秒。由于该器件有 6 个引脚,因此外设在其四个 I/O 引脚上复用。PIC10F220T-E/OT 的外设包括:

  • 8 位实时时钟/计数器
  • 带有 2 个外部模拟输入通道的 8 位 ADC
  • 多达四个通用 I/O 引脚

图 1:Microchip 的 PIC10F220T-E/OT 微控制器在其四个 I/O 引脚上复用多个模拟和数字功能。(图片来源:Microchip Technology)

Microchip 的 MPLAB 开发套件包括 C 编译器、汇编器、链接器和对象库管理程序。

Microchip Technology 的 ATTINY10-TSHR

如果您正在寻找一款真正便宜的微控制器,那么 Microchip 的 ATTINY10-TSHR 是当之无愧的首选(图 2)。Microchip AVR 系列的这款 6 引脚、8 位微控制器内部有很多讨人喜欢的亮点。该器件的 54 条指令大多数在一个时钟周期内执行,工作频率为 12 兆赫。这款特别的 AVR 变体包含一个 1 KB 的闪存指令存储器以及 32 字节的 RAM。很难相信一个 6 引脚的器件能够提供大量 I/O 支持,但 ATTINY10-TSHR 微控制器却在其四个 I/O 引脚上复用以下外设:

  • 一个电容式触摸感应通道
  • 带有两个 PWM 通道的 16 位定时器/计数器
  • 带有独立片载振荡器的看门狗定时器
  • 带有 4 路模拟输入的 8 位 ADC
  • 一个模拟比较器

图 2:ATTINY10-THSR 微控制器在其四个 I/O 引脚上成功地复用了大量外设。(图片来源:Microchip Technology)

软件开发支持可通过 Atmel Studio 7.0 工具套件实现,其中包含了常见的编译器、汇编器、链接器等。

首先尝试说服自己不要使用 MCU

微控制器曾经很昂贵,但现在很便宜。得益于以上所列的四种低成本微控制器,如今的嵌入式设计方法发生了翻天覆地的变化。现在,“首先考虑使用微控制器方是明智之举,之后才需要考虑低成本微控制器”不应成为几乎所有低成本设计的首选设计的原因。

关于此作者

Image of Steve Leibson Steve Leibson 是 HP 和 Cadnetix 的系统工程师、《EDN》和《Microprocessor Report》杂志主编以及 Xilinx 和 Cadence 的技术博主,并担任过两集“The Next Wave with Leonard Nimoy”的技术专家。33 年来,他一直致力于帮助设计工程师们开发出更好、更快、更可靠的系统。
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