微控制器 （MCU） 因提高復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計(jì)的能力而受到越來(lái)越多的贊譽(yù)，但重要的是要記住，低成本的微型設(shè)備可以作為設(shè)計(jì)工程師工具箱的重要組成部分。事實(shí)上，8 位、6 針 MCU 既可以作為簡(jiǎn)單系統(tǒng)的核心，也可以作為復(fù)雜系統(tǒng)中其他計(jì)算資源的支持角色。盡管它們的尺寸很小——看起來(lái)更像晶體管而不是 MCU——6 引腳產(chǎn)品仍然設(shè)法集成了 A/D 控制器、定時(shí)器和內(nèi)部振蕩器等功能。

　　Microchip于 2004 年憑借PIC10 系列開(kāi)創(chuàng)了 6 引腳 MCU 市場(chǎng)。 大約兩年前，愛(ài)特梅爾加入了這場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。兩家公司都在繼續(xù)集成新功能，并且在某些情況下會(huì)提高時(shí)鐘速度。例如，Microchip 推出了 4MHz 的 PIC10F20x 系列，后來(lái)又推出了 4MHz 或 8MHz 的 PIC10F22x 器件，并且已經(jīng)預(yù)覽了 16MHz PIC10F32x 系列的計(jì)劃。稍后從微型空間開(kāi)始，Atmel 的ATtiny 系列的所有 6 引腳成員都以 12-Mhz 時(shí)鐘速率運(yùn)行。

　　圖 1 顯示了 4 MHz Microchip PIC10F20x 系列的框圖。閃存程序存儲(chǔ)器范圍從 256 到 512 字，MCU 包括 16 或 24 字節(jié)的 SRAM。所有產(chǎn)品都集成了一個(gè) 8 位定時(shí)器，有些還包括一個(gè)比較器。

　　Microchip PIC10 系列包括工作頻率為 4 和 8 MHz 的 MCU，即將推出 16 MHz 產(chǎn)品。

　　評(píng)估 6 針 MCU

　　的應(yīng)用 6 針 MCU 可以提供足夠的外設(shè)資源和計(jì)算能力，以便在某些應(yīng)用中獨(dú)立運(yùn)行。Atmel 員工工程師 Vemund Bakken 指出，玩具、簡(jiǎn)單的恒溫器和電子門(mén)鎖都使用了 ATtiny 系列。Bakken 還說(shuō)：“我們的 MCU 包括 PWM 功能，可以控制簡(jiǎn)單的電機(jī)。” 事實(shí)上，即使是低端的 ATtiny4 產(chǎn)品也包含一個(gè) 16 位定時(shí)器，可啟用兩個(gè) PWM 通道。圖 2 描繪了 MCU 的框圖。

　　Microchip 應(yīng)用、架構(gòu)和營(yíng)銷(xiāo)總監(jiān) Fanie Duvenhage 將 6 引腳器件的潛在使用模型分為 5 個(gè)通用應(yīng)用類(lèi)別：

　　一次性智能電子產(chǎn)品： – 一次性使用產(chǎn)品，例如基于 LED 的改裝燈泡

　　通用邏輯和控制：基本狀態(tài)機(jī)和特定功能，例如控制電源的啟動(dòng)延遲

　　機(jī)電一體化：任何轉(zhuǎn)移到電子領(lǐng)域的機(jī)械功能，例如冰箱中的壓縮機(jī)啟動(dòng)

　　電子膠水：使用 MCU 修復(fù) ASIC 中的錯(cuò)誤

　　波形生成：通過(guò)集成在 PCI10 MCU 中的精確振蕩器實(shí)現(xiàn)模擬定時(shí)器替換

　　Duvenhage 提供了電子膠水類(lèi)別的示例。他說(shuō)，一個(gè)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的 ASIC 在處理系統(tǒng)重置過(guò)程時(shí)存在問(wèn)題。該團(tuán)隊(duì)能夠使用 PIC10 MCU 來(lái)控制復(fù)位序列。該實(shí)現(xiàn)只需要大約 20 行代碼。該修復(fù)具有成本效益——尤其是考慮到重新旋轉(zhuǎn) ASIC 的成本。

　　Atmel 的 Bakken 指出了 6 針 MCU 的另一種使用場(chǎng)景。他說(shuō)，相對(duì)復(fù)雜的系統(tǒng)可以利用 MCU 的低功耗特性。系統(tǒng)中的主處理器可以在沒(méi)有活動(dòng)時(shí)進(jìn)入睡眠模式，而 MCU 可以作為系統(tǒng)監(jiān)視器保持喚醒狀態(tài)，在需要時(shí)可以喚醒主處理器。

　　“使用 12-MHz 處理器，您可以在非常低的功耗預(yù)算下完成很多工作，”Bakken 說(shuō)。實(shí)際上，當(dāng)今的許多設(shè)計(jì)都將使用相對(duì)較低的電源電壓，例如 1.8 V，這會(huì)將 ATtiny MCU 的工作頻率限制為 4 MHz，并且需要 0.8 mA 的有效電流。

　　Atmel 在其所有 6 位 ATtiny MCU 上都包含一個(gè) A/D 轉(zhuǎn)換器，整個(gè)系列都可以在 12 MHz 的最大時(shí)鐘速度下運(yùn)行。

　　單功能或雙功能應(yīng)用

　　能否使用 6 引腳 MCU 的真正考驗(yàn)取決于應(yīng)用的復(fù)雜性。這些 MCU 在執(zhí)行單個(gè)任務(wù)或兩個(gè)任務(wù)或可能執(zhí)行更多非常簡(jiǎn)單的操作的情況下表現(xiàn)出色。該限制部分是由于處理能力的限制，還有內(nèi)存。例如，Atmel 產(chǎn)品組合中低端的 ATtiny4 MCU 包括 0.5 KB 的閃存和 32 字節(jié)的 SRAM。

　　Microchip 和 Atmel 都提倡在觸摸感應(yīng)應(yīng)用中使用小型 MCU。意識(shí)到預(yù)期的觸摸應(yīng)用程序比使用觸摸進(jìn)行屏幕導(dǎo)航的智能手機(jī)簡(jiǎn)單得多。相反，MCU 可以檢測(cè)幾個(gè)觸摸按鈕并提供數(shù)字輸出。Atmel 的所有 ATtiny 系列成員都支持觸控，而 Microchip 支持所有包含比較器的 PIC10 型號(hào)的觸控。

　　Atmel 和 Microchip 也都強(qiáng)調(diào)微型 6 引腳 MCU 不需要匯編語(yǔ)言編程，盡管設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)當(dāng)然可以使用匯編來(lái)獲得最小的代碼占用空間。在 Atmel 和 Microchip 的情況下，設(shè)計(jì)人員可以使用完全相同的工具來(lái)處理 6 引腳設(shè)備，他們將使用更復(fù)雜的 MCU。

　　Microchip 使用包含免費(fèi) C 編譯器的 MPLAB IDE 支持 PIC10 系列。根據(jù) Duvenhage 的說(shuō)法，設(shè)計(jì)人員可以快速了解對(duì) 6 位器件進(jìn)行編程的細(xì)微差別。他們不能使用 32 位變量?！斑@需要稍微改變一下心態(tài)，”杜文哈格說(shuō)。Atmel 提供與 ATtiny MCU 配合使用的 AVR Studio IDE。

　　6 引腳器件與 Microchip 和 Atmel 產(chǎn)品組合中更復(fù)雜的 MCU 前向兼容。集成的外圍設(shè)備在每個(gè)公司的產(chǎn)品線上下都是相似的。設(shè)計(jì)人員可以輕松地將代碼從 6 引腳器件轉(zhuǎn)移到更復(fù)雜的 MCU。

　　從更復(fù)雜的 MCU 遷移到 6 引腳設(shè)備要復(fù)雜一些。例如，Microchip 產(chǎn)品組合中的 6 引腳 MCU 的下一步是 PIC12 系列。PIC10 具有 PIC12 中使用的指令集子集。PiC10 總共只支持 33 條指令，而 PIC12 支持 49 條。

　　如果您使用 C 語(yǔ)言，編譯器會(huì)處理指令集差異。設(shè)計(jì)師還必須認(rèn)識(shí)到建筑差異。例如，PIC10 使用 12 位指令字，而 PIC12 使用 14 位指令字。這些類(lèi)型的更改會(huì)影響內(nèi)存占用，并且在遷移到不太復(fù)雜的 MCU 時(shí)需要注意細(xì)節(jié)。

　　對(duì)于未來(lái)的單功能或雙功能設(shè)計(jì)問(wèn)題，請(qǐng)考慮使用 6 引腳器件。當(dāng)它們可以處理手頭的應(yīng)用程序時(shí)，這些工具的功能令人驚訝，并且極具成本效益。