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8位单片机的简单性与低成本特性使其活力依旧

更新时间: 2020-09-18
阅读量:159

8位单片机自80年代初问世以来,在电子设备现代化中发挥了核心作用。什么是8位单片机?它们与32位单片机相比如何,并且它们的关系如何?

8位单片机的体系结构?

单片机类似于片上系统(SoC),后者通常包含CPU,内存和外围设备,而无需外部硬件来协助计算。但是,微处理器只是CPU,需要使用外部存储器、控制器和接口。术语“8位”通常是指CPU的位宽。因此,一个8位单片机就是一个包含8位CPU的单片机。这意味着内部操作针对8位数字进行,存储的变量位于8位块中,并且外部I/O(输入/输出)通过8位总线进行访问。但是,某些单片机为8位单片机,但其指令存储器使用14位(RAM部分的宽度仍为8位)。

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8位单片机与32位单片机相比如何?

随着技术的进步,最新的CPU的功能不断增强,并且位大小的增加一直是人们一直追求的目标。因此,8位单片机与32位单片机的性能将有所不同。第一个处理器,英特尔4004,是4位CPU,英特尔的推出8008见证了大多数设计师转向8位领域。英特尔推出8086时,计算机设计师(例如IBM)再次移至更高的位数由于它具有处理大量数字,访问更多内存和执行更复杂操作的能力。但是,尽管主流计算机一直在使用最新技术,但是从70年代末到90年代初,一个大型市场使用了8位技术:家用计算机。增加CPU的位宽确实可以提高计算机的性能,但是对于基本任务,8位通常就足够了,包括文字处理、游戏、音乐开发、电子表格和任务管理。8位技术的能力,再加上电子产品成本的降低,已经使8位单片机在现代生活中仍然具有重要意义。

8位单片机与现阶段的芯片的现状?

现代单片机具有各种形状和尺寸, 具有一些非常复杂的功能包括多核,高级硬件安全性和Internet功能。但是,这些相同的设备可能会很昂贵,因此进行按需比较很重要。现代单片机的典型示例将是使用32位ARM内核的STM32系列具有许多功能,包括I2C,SPI和DMA控制器,而所有这些功能都比许多其他8位单片机便宜。打个比方,PIC18系列是8位单片机,包括一组丰富的外设包含相似数量的内存(通常为16K ROM和8K RAM),并以同样小的封装容纳。AVR系列的8位单片机也具有与PIC18系列类似的功能,而ATmega328则为着名的Arduino Uno提供了核心功能。 因此,与更大的位宽CPU相比,低端的32位单片机与能够执行相同任务的8位单片机相比,提供的附加功能很少。实际上,它们可能导致单片机开发项目过于复杂。 从技术上讲,可以在汇编中对32位单片机进行编程, 这是一个非常复杂的任务(如果不是不可能的话)。几乎所有用于32位设计的项目都是在IDE中专门完成的,这些IDE使用外围设备设置工具,引脚配置器,并使用C++等高级语言对单片机进行编码。大多数项目将完全在C++中运行,但是某些项目将具有严格的时序要求,而这在C++中通常是无法实现的。8位单片机通常设计为在汇编器中编码,因此它们的编程环境适合于汇编器。这使计数时钟周期更加容易,从而创建了对时间要求严格的例程。虽然可以将汇编程序例程插入C++,但通常很难将两者混合使用,这就是现代32位单片机带来的第二个问题,复杂的外围设备。

8位单片机,例如PIC18和ATmega系列有明确定义的文档,解释了有关特定单片机的每一个细节,包括其指令集,在一个文档中。这使得在C或汇编语言中使用外围设备变得非常容易,并且通常不需要其他工具来配置外围设备。但是,32位单片机在操作上通常很晦涩,尝试使用最简单的外设可能是一项艰巨的任务。当文档散布在许多不同的文档中时,这变得更加复杂,并且很难找到清晰的工作示例。8位单片机的简单性已经创建了一个在线资源池,任何人都可以访问并且易于理解,但是32位设备通常不会进入日常项目。

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但是,IoT芯片是该规则的例外,但应注意,与8位单片机相比,它们不容易开发。 ESP32是此类设备的一个示例,它集成了具有Wi-Fi功能的32位单片机,多个外设以及最高240MHz的时钟速度。但是,如果不使用包含支持硬件,编程端口和I/O引脚的预制模块,ESP32很难用于原型制作。相反,大多数8位单片机都采用DIP封装。此类物联网设备还面临与其他32位单片机相同的问题;它们不是汇编编程的理想之选,使用外设可能很复杂,而且与同类产品不同,它们比大多数8位单片机贵得多。

8位单片机应用受到什么限制?

最重要的是可以使用8位单片机的应用程序。一般而言,如果设备不需要连接到Internet或对安全性没有严格要求,则几乎可以始终使用8位单片机。尽管8位数字的大小受到限制,但是大数字可以分解为多个步骤,这是C编译器处理的事情(当然,这仍然可以在汇编器中完成)。因此,使用8位单片机仍可以实现任何需要使用大于255的数字的应用程序。 尽管8位单片机本身通常不具备Internet功能,但它们仍可以轻松连接至外部外围设备,例如以太网控制器和Wi-Fi桥以提供连接。但是,现代安全实践将要求提供Internet访问的外围设备使用强大的安全机制,并且8位单片机和Internet服务之间的任何通信都需要使用强大的加密。由于加密算法对内存的高要求,这对于8位单片机可能是棘手的,因此,使用能够处理此问题的外设将是理想的选择。

8位单片机的未来将如何发展?

随着技术的不断发展,最终将淘汰8位单片机。但是,业界并未显示出减少8位使用率的迹象,它们的低成本特性与简单性仍然使它们具有很大的活力。

以上就是英锐恩单片机开发工程师分享的8位单片机的市场发展情况。英锐恩专注单片机应用方案设计与开发,提供8位单片机、16位单片机、32位单片机、运放芯片和模拟开关。