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微控制器應用基本應用系統(tǒng)和發(fā)展趨勢計算的發(fā)展

牽手一起夢 ? 來源:芯知匯 ? 作者:佚名 ? 2020-10-25 13:55 ? 次閱讀
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微控制器自20世紀70年代誕生以來,經(jīng)過了四十多年的發(fā)展,早已應用到了各行各業(yè)的產(chǎn)品中,各種各樣的智能化產(chǎn)品也給人們的生產(chǎn)和生活帶來了很大的便利性。而隨著微控制器的普及和發(fā)展,計算的泛在化和網(wǎng)絡(luò)化,微控制器的應用領(lǐng)域也將會越來越廣泛。

微控制器簡介

MCU英文名為Microcontroller Unit,簡寫為MCU,中文稱為微控制器單元或微控制器。由于微控制器是將算術(shù)邏輯單元(Arithmetic Logic Unit, ALU) 、存儲器、定時器/計算器及各種I/O電路等集成到一個芯片上,構(gòu)成了一個基本完整的計算系統(tǒng),故而又稱為單片機(Single-Chip Microcomputer)。

在微控制器存儲器中的程序,與微控制器硬件和外圍硬件電路緊密配合使用,區(qū)別于PC的軟件,稱微控制器的程序為固件(Firmware)。一般地,微處理器是指CPU在單個集成電路上,而微控制器是指CPU、ROMRAM、I/O、定時器等都在單個集成電路上。與CPU相比,微控制器沒有那么強大的計算能力,也不具備內(nèi)存管理單元(Memory Management Unit,MMU),這使得微控制器只能處理一些相對單一和簡單的控制、邏輯等任務,其廣泛應用于設(shè)備控制、傳感器信號處理等領(lǐng)域,如一些家電產(chǎn)品、工業(yè)設(shè)備、電動工具等。

一般地,微控制器是由CPU、存儲器(Memroy)、輸入/輸出(I/O)等部分組成。集成電路技術(shù)的進步使得現(xiàn)在的微控制器相較于早期的產(chǎn)品集成了更多的功能。

常見的微控制器內(nèi)核有:8051、Arm Cortex-M系列、MIPS、AVR、PIC、RISC-V等。

微控制器主要的外設(shè)有:ADCDACUSBCANEthernet、SPI、USART、I2C、EEPROM、比較器、I2S等。未來,微控制器外設(shè)在顯示、音頻、連接、傳感、控制等應用方向上會不斷融合與發(fā)展,豐富了微控制器產(chǎn)品的功能,應用面也更加廣泛。

控制器的分類,一般可以按照其結(jié)構(gòu)特點來分,根據(jù)總線或數(shù)據(jù)寄存器的位數(shù),可分為4位、8位、16位和32位微控制器。按照其指令集來分,也可分為RISC和CISC兩類微控制器。按照其存儲器架構(gòu)來分,又可分為哈佛架構(gòu)和馮?諾依曼結(jié)構(gòu)。如果按照微控制器應用來分,那么就可以分為通用微控制器、超低功耗微控制器、無線微控制器和汽車微控制器等。

微控制器應用基本應用系統(tǒng)

物理世界中的各種模擬量或物理量,通過傳感器轉(zhuǎn)換為電信號,經(jīng)信號調(diào)理,轉(zhuǎn)換為微控制器可識別的電信號,再由模數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D)或I/O端口轉(zhuǎn)換為微控制器可讀寫或計算的量化數(shù)據(jù),這使得物理世界的模擬量或物理量得以數(shù)字化,從而可以感知物理世界的各種變化。

微控制器產(chǎn)品形態(tài)的發(fā)展

隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展和市場需求的變化,微控制器集成度越來越高,產(chǎn)品的資源和功能也越來越豐富。近幾年,微控制器產(chǎn)品在傳感器、控制和通信應用方面得到了一定的發(fā)展。

微控制器與傳感器結(jié)合集成的產(chǎn)品就是智能傳感器。根據(jù)國標《智能傳感器 第3部分:術(shù)語》(GB/T 33905.3-2017)中對智能傳感器的定義,具有與外部系統(tǒng)雙向通信手段,用于發(fā)送測量、狀態(tài)信息,接受和處理外部命令的傳感器。

微控制器與某些控制功能結(jié)合集成的產(chǎn)品就是針對某些應用的特定產(chǎn)品,如遙控器、觸摸控制、電機控制等。

微控制器與通信功能結(jié)合集成的產(chǎn)品就是通信應用的微控制器。通信包括有線和無線兩部分:有線如以太網(wǎng)等,無線的如LoRa、Bluetooth、NB-IoT等。

微控制器產(chǎn)品在各個方面的應用和發(fā)展,賦能了產(chǎn)品的智能化。

微控制器市場概況

根據(jù)目前的微控制器公司及發(fā)布的產(chǎn)品情況,來對微控制器市場情況做一個簡單的概況。

從微控制器公司所在省市來看,微控制器公司主要集中在深圳、上海和江蘇,三地合計占比達到了70%。

從微控制器的指令集來看,CISC和RISC指令集微控制器產(chǎn)品市場占比分別約為24%和76%。RISC指令集微控制器產(chǎn)品占市場主流。

從微控制器的位數(shù)來看,微控制器按位數(shù)可分成4位、8位、16位、32位。微控制器產(chǎn)品32位占比55%,8位占比43%,4位占比2%,16位占比1%。32位和8位占據(jù)市場絕大部分,32位稍高于8位微控制器產(chǎn)品。

從微控制器的分類來看,將微控制器分為通用微控制器、超低功耗微控制器、電機控制微控制器、專用微控制器和其他。其中,專用微控制器包括電力用計量、載波、觸控、遙控器等。通用微控制器市場占比73%,專用微控制器產(chǎn)品市場占比13%,超低功耗微控制器產(chǎn)品市場占比8%,電機控制用微控制器市場占比5%,其他占比約為2%。

從微控制器的內(nèi)核來看,微控制產(chǎn)品占比分別為8051內(nèi)核產(chǎn)品22%,Arm Cortex-M0內(nèi)核產(chǎn)品占比20%,Arm Cortex-M3產(chǎn)品占比14%,Arm Cortex-M4內(nèi)核產(chǎn)品占比12%,Arm Cortex-M0+內(nèi)核產(chǎn)品占比為5%,Arm Cortex-M23內(nèi)核產(chǎn)品占比1%,RISC-V內(nèi)核產(chǎn)品占比1%,其他占比24%。Arm Cortex-M內(nèi)核產(chǎn)品合并占比52%。Arm 內(nèi)核產(chǎn)品占市場主流。

從微控制產(chǎn)品運行的頻率來看,運行在20MHz以下的微控制產(chǎn)品占比居多約為29%。100MHz以下的產(chǎn)品占比一半左右,約54%。高頻率高性能微控制產(chǎn)品仍然是少數(shù)。

從微控制器產(chǎn)品的價格來看,根據(jù)一些公司發(fā)布的產(chǎn)品和價格信息以及網(wǎng)絡(luò)媒體的渠道信息,統(tǒng)計了8bit和32bit 微控制器的價格情況。PPT數(shù)據(jù)是以市場主流的20PIN封裝為例,2020年8位和32位的微控制器價格都差不多0.1美金左右了。

微控制器市場規(guī)模

根據(jù)2020年 IC Insights McClean IC集成電路年中更新報告:

全球MCU銷售額2020年較2019年下降8%,這是繼2019年下降7%后又再次下降。

微控制器市場將會在2021年出現(xiàn)溫和復蘇,銷售額將增長5%至157億美元,2022年將會增長8%,2023年將增長11%,屆時MCU收入將創(chuàng)下新高達到188億美元。

微控制器的出貨量2020年將下降8%,至235億個。

預計2021年MCU的出貨量將反彈6%,至249億個,2022年將增長8%,2023年將增長10%,屆時全球MCU交付量預計將達到296億個的新紀錄。

根據(jù)中國海關(guān)處理器及微控制器進出口情況,2019年進出口總數(shù)量為1988億個,同比降低0.95%;2019年進出口總金額1780億美元,同比增加14.40%。2019年處理器及微控制器進口數(shù)量1207億個,同比增長1.94%;2019年處理器及為微控制器進口金額為1261億美元,同比增長12.85%。2019年處理器及微控制器出口數(shù)量781億個,同比降低5.22%;2019年處理器及為微控制器出口金額為357億美元,同比增長21.02%。

微控制發(fā)展趨勢計算的發(fā)展

處理器(CPU)和微控制器(MCU)都具有核心的算術(shù)邏輯運算單元(ALU),可將其統(tǒng)稱之為“計算”。

計算的發(fā)展可大致分為:互聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)。PC/筆記本是基于處理器(CPU)進行的計算,提供信息共享,造就了互聯(lián)網(wǎng);手機/平板等移動設(shè)備也是基于處理器(CPU)的計算,提供移動服務,成就了移動互聯(lián)網(wǎng);傳感器/設(shè)備等是基于微控制器(MCU)的計算,傳感數(shù)據(jù),使得更多的物理世界中的各種模擬量或物理量得以數(shù)字化或量化,借助通信技術(shù)連接到了互聯(lián)網(wǎng),促進了物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。實際上,物聯(lián)網(wǎng)就是物的互聯(lián)網(wǎng)。微控制器將會為物聯(lián)網(wǎng)提供基礎(chǔ)而廣泛的計算。

計算的演進

計算的發(fā)展正在由個體計算發(fā)展到組計算,進而演進到集群計算。單體的計算就是傳統(tǒng)產(chǎn)品的智能化,或者是智能硬件,具備了數(shù)據(jù)采集處理的功能,并能進行控制。協(xié)同計算是借助通信技術(shù)使得單體的設(shè)備連接在一起,可以進行數(shù)據(jù)交換和計算協(xié)同處理,或與云計算結(jié)合起來進行的計算。集群計算是將一組軟件或硬件連接起來高度緊密地協(xié)作完成計算任務,可以提供更多的計算功能。

中國微控制器廠商

中國通用微控制公司列表

責任編輯:gt

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