MCU芯片有多重要？逼的方案商搞設計
常用單片機系列介紹
越來越多的系統設計或整機制造企業意識到，要保證產品的創新或是獨特性，必須要有自家獨特的設計。如果是能夠在核心的控制芯片或是處理芯片，采用自家專有的技術，同時還能降低對供應商的依賴或是材料成本，這將會是在市場上取得成功的重要，甚至是關鍵的因素。
在本文中，筆者很樂意來分享一個無人機市場上，一家方案公司自己設計開發MCU的故事，給大家一些啟發。
在過去的一年中，玩具級無人機的出貨增長逐漸放緩，在澄海眾多玩具無人機廠商激烈的低成本競爭中，玩具無人機對于方案商的要求不斷增加。玩具無人機不僅能手控各種飛行，還要增加越來越多的功能，包括拍攝高清視頻、遠距離無線視頻傳輸、甚至還要配有簡單的云臺。最后價格還要定在1000元以下。這對于無人機的上游方案公司來說，要保持出貨量，就必須不斷地增加功能，同時還要降低成本。
“能夠降一毛錢，對于我們的BOM成本來說都很重要。價格越低的方案，成本壓力越大，因為低價格的方案往往出貨量更大。”一位深圳的方案公司研發老總C先生對穎特新科技表示。
業內人士估計，2016年玩具級無人機中國廠商的出貨量在3千萬至5千萬臺，現在主要由深圳的為數不多的方案公司在主打這個市場。由于技術不斷升級更新，原本很多的方案公司，逐漸選擇退出。原因一方面是研發與設計人才，不斷地被無人機龍頭企業挖走，培養新的人才根本很難適應。“我們來不及培養一個新人去做出有競爭力的方案，老的工程師現在根本留不住。”一家退出市場的方案公司老板苦笑著感嘆說。
進入2017年以來，玩具級無人機的市場增長放緩也是很多方案公司選擇退出的原因。客戶少了，再增加投入的意義不大。
但在這個時候，有一家深圳的方案公司，卻選擇去開一顆ARM Cortex-M0的MCU單片機。設計上，他們采用了設計外包，一個幾個人的內地開發團隊，幾十萬的流片費用，看起來是可以承受的范圍內。畢竟，如果這顆芯片成功了，今后所有的方案都有機會采用自家的芯片了。“一方面可以解決市場缺貨的問題，另一方面以后自己的方案要增長新的功能，就可以用自己定制化的MCU，成本降下來的同時，用起來還更省心。”C先生解釋說。
也許在很多個成熟的應用市場，都已經被中國本土公司設計的芯片滲透進來。這得益于中國本土IC設計人才在過去十幾年中，在與客戶接觸的過程中，了解到了客戶的需求。同時，還在參與到外資芯片公司IC設計的項目中，積累了很多的經驗。
現在很多公司的老板常說的一句就是：“不行咱們就自己開一顆。”也許在深圳的電子企業，或者是更廣泛的消費類電子產品制造企業里，越來越多的公司會選擇采用ARM授權的IP，來自主開發MCU，甚至更高端的芯片。
ARM公司特別推出了一個基于Cortex-M0的在線設計平臺“Design Start”。除了有易用的設計工具、豐富的IP與專家社群資源，也提供低成本的原型制作與低門坎授權條件，能在使用者將創意化為實際量產成品的過程中提供充分的協助。
常用單片機系列
1．8051系列單片機
Intel公司于1980年推出8位的高性能8051單片機，在工業控制領域引起不小的轟動，并迅速確立了其不可動搖的地位。之后不久，Intel公司徹 底開放了8051單片機的技術，引來世界上很多半導體廠商加入了開發和改造8051單片機的行列中，這其中貢獻最大的有Philipe公司，它著力發展了 單片機的控制功能和外圍單元；Atmel公司，它在單片機內部植入了Flash ROM，使得單片機應用變得更靈活，在我國擁有大量的用戶；ADI公司，它推出的AduC8 xx系列單片機，在單片機向SOC發展的模/數混合集成電路發展過程中扮演了很重要的角色；Cygnai公司，它采用一種全新的流水線設計思路，使單片機 的運算速度得到了極大的提高，在向SOC發展的過程中邁出了一大步。
目前8051系列單片機各生產廠商的主流產品有幾十個系列，幾百個品種。盡管其各具特色，名稱各異，但作為集CPU、RAM、ROM（或EPROM）、 I/O接口、定時器/計數器、中斷系統為一體的單片機，其原理大同小異。現以Intel公司的系列產品為例，說明其各系列之間的區別。
Intel公司從其生產單片機開始，發展到現在，大體上可分為3大系列： MCS-48系列、MCS-51系列、MCS-96系列。該3大系列的性能簡介見表1。
這里，我們僅對MCS-51系列作一簡要介紹。MCS-51系列單片機雖已有10多種產品，但可分為兩大系列：MCS-51子系列與MCS-52子 系列。 MCS-51子系列中主要有8031、8051、8751 三種類型。而MCS-52子系列也有3種類型8032、8052、8752。各子系列配置見表1.2所示。
列出了MCS-51系列單片機的兩個子系列，在4個性能上略有差異。 由此可見，在本子系列內各類芯片的主要區別在于片內有無ROM或EPROM；MCS-51與MCS-52子系列間所不同的是片內程序存儲器ROM從4 KB增至8 KB；片內數據存儲器由128個字節增至256個字節；定時器/計數器增加了一個；中斷源增加了1～2個。另外，對于制造工藝為CHMOS的單片機，由于采用 CMOS技術制造，因此具有低功耗的特點，如8051功耗約為630 mW，而80C51的功耗只有120 mW。
其它單片機
當很多公司在改造MCS-51系列單片機的同時，世界上一些有影響力的大公司也在開發自己的單片機，比如Motorola、TI、Microchip、OKI、Epson等。這些單片機的指令系統和內部結構都和MCS-51系列單片機不同，功能也各有千秋。
（1）Motorola的單片機
Motorola是世界上最早開發單片機的著名廠商，是目前全球最大的8位單片機生產商。現在已經擁有8位、16位和32位約十幾個系列的單片機，這其中 8位機主要有68HC05、68HC08和68HC11等3個系列；16位機主要有HCS12、68HC12、DSP56800和68HC16等4個系 列；32位機主要有Coldfire的MC683xx、MCORE、MPC500和MCF5 xxx等系列。Motorola單片機的功能一般都很強，進入我國的時間也很早，在單片機應用領域有很高的威望，但由于其開發工具價格較高，影響了普及率。
（2）Microchip公司的PIC單片機
Microchip公司是當今世界上第二大8位單片機生產商，Microchip單片機在我國也有比較多的用戶，近幾年隨著Microchip不斷推出頗 具特色的各型單片機，Microchip已越來越受到業界的廣泛關注。目前，市面上比較常見的單片機主要有以下3個系 列：
PIC12C5xxx/16C5x系列，這兩個系列的單片機是PIC單片機中的低端產品，其中PIC16C5x系列是最早在市場上得到發展的系列，因其價格較低，且有較完善的開發手段，因此在國內應用最為廣泛；而PIC12C5xx是世界上第一個8腳低價位單片機，可用于一些對單片機體積要求較高的簡 單智能控制領域，前景十分廣闊。PIC12C6xx/ PIC16Cxxx系列是PIC中檔產品，是Microchip近年來重點發展的系列產品，品種最為豐富，其性能比低檔產品有所提高，指令周期可達到 200ns，增加了中斷功能、帶A/D、內部E2PROM數據存儲器、雙時鐘工作、比較輸出、捕捉輸入、PWM輸出、I2C和SPI接口、異步串行通信 （USART）、模擬電壓比較器及LCD驅動等，其封裝從8腳到68腳，可用于高、中、低檔的電子產品設計中，適合于高級復雜系統的開發，其性能在中檔位單片機的基礎上增加了硬件乘法器，指令周期可達成160ns，它是目前世界上8位單片機中性價比最高的機種之一，可用于高、中檔產品的開發，如馬達控制、音調合成。
（3）TI（Texas Instruments）公司的MSP430單片機
TI公司是聞名全球的DSP制造商，但其前幾年才推出的MSP430系列16位單片機同樣在業界掀起不小的波瀾。MSP430系列單片機最突出的特點是低電壓供電和超低功耗，非常適合應用于采用電池長時間工作的場合。電壓范圍為1.8~3.6V；在1MHZ2.2V下，活動模式功耗為225μA，待機模式 功耗為0.8μA、掉電模式功耗為0.1μA。在這個系列中有很多個型號，它們是由一些基本功能模塊按照不同的應用目標組合而成的。MSP430系列單片 機的CPU采用16位RISC精簡指令系統，集成有16位寄存器和常數發生器，發揮了最高代碼效率；它采用數字控制振蕩器（DCO），使得從低功耗模式到 喚醒模式的轉換時間小于6μs；內部集成了A/D轉換器，工業應用方便；其中MSP430x41x系列設計有一個16位定時器、一個比較器、96段LCD 液晶驅動器和48個通用I/O口。
編輯：admin 最后修改時間：2017-07-07
