今天很多學習單片機和嵌入式系統開發的人，都是從基于Arm的32位微控制器（MCU）起步的，因此在不少人看來，8位MCU已經是“過去時”，正在逐漸淡出大家的視野。但事實并非如此——有數據顯示，2020年全球MCU市場中，雖然32位MCU的占比達到了55%，穩居首位，但是8位MCU這位“老戰士”依然十分“能打”，占據著43%的市場份額，且毫無“隱退江湖”的意思。

之所以會出現這種32位和8位MCU兩強并立的局面，和嵌入式市場的結構特點不無關系。要知道，嵌入式系統的最終應用千差萬別，因此性能并非是所有應用考慮的首要因素，這就造成了MCU產品的演化道路發生了分支——一個方向以32位MCU為代表，著力于通過更高的性能去滿足高速大量信息處理的需要，由此發展出的各種MCU新技能很是讓人眼花繚亂；而另一個方向則是側重提升控制能力，在這個方面，8位MCU憑借著在性能、價格、功耗、可靠性及穩定性上完美的“平衡”表現，仍然占據著相當的地位，呈現出頑強的生命力。

頑強進化的8位MCU

當然，在競爭白熱化的MCU市場中，8位MCU這份穩固的“基業”也不是白來的，除了對以往固有市場優勢的傳承，更重要的是這些年來， 8位MCU在技術上一直沒有停止過改進完善的步伐，通過不斷采用芯片設計和制造新技術，甚至是吸收競爭對手32位MCU的一些新“玩法”，才經受住了歲月的洗禮，歷久彌新。

觀察過去十年來發生在8位MCU身上的一些重要的“進化”，可以歸納出以下四個方面。

1、優化MCU內核

既然不能在算力性能上與32位Arm處理器內核硬鋼，8位MCU就在自己的內核結構上挖潛，針對控制功能進行優化，提升指令的運行效率，力求在控制功能上不輸于、甚至優于32位MCU。

2、集成更豐富的外設

得益于芯片設計和工藝技術的進步，使得今天8位MCU也可以像32位產品那樣將越來越多的模擬、接口、振蕩器、定時器等外設功能集成到一顆芯片中，構成一個功能完整、能夠應對特定設計所需的解決方案。而且MCU外設的智能化，還可以分擔部分CPU內核的工作，使得產品能夠兼具功能上的擴展和功耗上的優化。

3、采用低功耗設計技術

低功耗原本就是8位MCU的一個優勢，在此基礎上，越來越多的8位產品也引入了功耗分級管理策略，可以根據不同功率等級的需要開啟或關閉相應的片上功能單元，極大地優化整體功耗表現。

4、提供易用的開發環境

32位MCU應用市場之所以發展迅速，一個很重要的原因在于與其配套的完整、簡單易用的軟件開發環境（IDE），以及圍繞這IDE的其他軟件資源和豐富的例程，這使得開發者能夠基于高級語言完成MCU的應用開發工作。這個經驗，8位MCU也學到了，并且學以致用，如今8位MCU的配套開發工具也變得越來越好用，生態也越來越完善，大大地簡化和加速了8位MCU的應用開發設計。

縱觀市場，上述這四種“進化”已經成為了8位MCU發展普遍的趨勢，每個MCU廠商也都遵循著這樣的思路，在自身技術積淀基礎上，緊跟市場的步伐，不斷推出8位MCU新品。Silicon Labs就是在這一“進化”過程中，表現可圈可點的一家。

8051中的“小蜜蜂”

Silicon Labs的8位MCU內核采用的是廣為人知的8051架構，但其已經是對標準8051架構的改良之作。

要知道，標準的8051架構執行一條指令最少要一個機器周期，而一個機器周期要占用12個系統時鐘周期。Silicon Labs的8位MCU采用的是經過特別優化的、與標準8051兼容的CIP-51內核，該內核基于獨特的流水線結構，將一個機器周期由標準的12個系統時鐘周期降為1個，也就是說單周期指令運行速度變為原來的12倍，內核的指令處理效率大為提升。CIP-51內核70%指令的執行是在1-2個系統時鐘周期內完成的，只有四條指令的執行需4個以上時鐘周期。

同時，由于CIP-51指令與標準8051指令系統完全兼容，這也就意味著8051單片機豐富的開發資源，基于CIP-51內核的8位MCU也可以“拿來”作為參考資料，原來采用標準8051的項目都可以非常方便的移植到Silicon Labs的8位MCU上。

在用CIP-51內核替代標準8051內核的基礎上，Silicon Labs對8位MCU產品進行了全方位的優化和升級，包括：將I/O口從固定方式改變成交叉開關配置方式（Crossbar），提高了I/O交互的靈活性；從系統時鐘到時鐘系統、從引腳復位到多源復位，以及低電壓供電，為低功耗設計提供了極佳的支持；從傳統的方針調試到基于Silicon Labs私有的兩線制C2接口的系統調試等等。

這些舉措使得Silicon Labs的8位MCU產品煥然一新，最終形成了以“小蜜蜂”為標識的EFM8系列MCU。這個系列的8位MCU實際上就是以CIP-51內核為核心，集成不同的外設單元，以適應不同目標應用的產品組合，由此打造出了一個完整的8位MCU的產品平臺，使得后面的產品推新速度大大加快。

到目前為止，EFM8系列MCU已經推出了四個子系列的產品，包括：主打超低功耗的EFM8 SB（Sleepy Bee）系列，高精度模擬特性突出的EFM8 LB（Laser Bee）系列，作為小尺寸、低功耗USB微控制器的EFM8 UB（Universal Bee）系列，以及致力于成為用戶價值之選的EFM8 BB（Busy Bee）通用MCU系列。

圖2：EFM8系列MCU產品特性（圖源：Silicon Labs）

從圖2中可以看出，其中的EFM8 BB系列定位是通用、高性能的MCU，其具有靈活可擴展的外設單元，以及能夠大幅提升系統PCB設計和布局靈活性的交叉開關設計，集低功耗、高集成、資源豐富等特點于一身，可以說是開發低成本嵌入式設備的理想之選，應用場景極為廣泛。今天我們就來特別介紹一下EFM8 BB系列中，新來的一只“小蜜蜂”——EFM8 BB5系列。

表現不俗的EFM8 BB5

Silicon Labs的EFM8 BB5通用8位MCU系列，包括EFM8BB51和EFM8BB52，它們共同的特點就是采用主頻50MHz的高效CIP-51內核，在小尺寸單片封裝中集成了豐富的模擬和通信外設，支持5V I/O，具備精密模擬和增強型脈寬調制等特性，產品設計考慮相當周全，常適合用于嵌入式應用。

其中，EFM8BB51采用20引腳TSSOP和QFN封裝，額定工作電壓為1.8V至5.5V；EFM8BB52采用20引腳和32引腳的QFN封裝，或者20引腳和28引腳的TSSOP封裝，額定工作電壓為1.8V至5.5V。

圖3：EFM8BB51 8位MCU系統框圖（圖源：Silicon Labs）
圖4：EFM8BB52 8位MCU系統框圖（圖源：Silicon Labs）

仔細觀察，我們會發現EFM8 BB5系列MCU身上更多表現不俗的閃光點。

豐富的外設和接口

EFM8 BB5集成有12位612ksps ADC、2個模擬比較器、可調節和靈活選擇的參考電壓，這些高精度的模擬功能使得該MCU即使在VDD噪音下也能實現精確控制和響應。

在通信和數字外設方面，EFM8BB5包含2個高達3M波特率的UART，高達12Mbps的SPI，400kbps的SMBus/I2C接口，16位CRC硬件單元，支持256字節flash的CRC生成。

在I/O接口上，EFM8 BB5提供了豐富的GPIO引腳，且所有引腳在偏置時均能提供5V電壓，EFM8BB52的5mA拉電流、12.5mA灌電流特性可直接驅動LED。用“蜜蜂雖小，五臟俱全”來形容EFM8 BB5提供的豐富外設和接口資源，一點也不為過。

獨特的定時器設計

在MCU的定時器（Timer）設計上，EFM8 BB5集成有16位通用定時器，可以比其他MCU中常用的8位定時器提供更強大的功能。另外，EFM8 BB5中還集成了可編程計數器陣列（PCA），提供增強的定時器和PWM功能，有利于減少CPU的占用，輸出高精度的PWM信號。

優化的低功耗特性

在電源管理方面，EFM8 BB5配備有為CPU內核供電的內部LDO穩壓器，上電復位電路和掉電檢測器。該器件提供正常工作（Normal）、空閑（Idle）、休眠（Snooze）、關閉（Shutdown）四種電源模式——在圖3和圖4中明確標識出了不同電源模式下，MCU各個功能單元的工作狀態——其中休眠模式下支持低頻振蕩器（LFO）運行，功耗僅為10μA。

方便的編程與調試

EFM8 BB5中的閃存支持對固件進行現場升級。片上調試接口 (C2) 支持MCU在最終應用量產時進行在線調試。該調試邏輯支持對內存和寄存器進行檢查和修改、設置斷點、單步調試以及運行和停止命令。調試時，所有模擬和數字外設均功能齊全。

加速你的8位MCU開發

通過上面的介紹，想必大家對于EFM8 BB5系列8位MCU的硬件特性已經有了很全面的了解。不過，想要快速完成一個8位MCU的應用開發，除了硬件產品組合，軟件工具和配套的開發套件也是必不可少的。

作為Silicon Labs 8位MCU的軟件“良伴”，Simplicity Studio可以為廣泛的產品組合提供核心開發環境，其功能包括：對啟動器中特定目標設備的Web和SDK資源的訪問；軟件和硬件配置工具；具有行業標準代碼編輯器、編譯器和調試器的IDE；以及用于網絡分析和代碼相關能耗分析器的高級增值工具。可以說，Simplicity Studio為開發者提供了從設計概念到設計實現所需的一切，讓開發過程更簡單、更快捷、更高效。

在開發套件方面，分別與EFM8BB51與EFM8BB52配套的學習套件BB51-EK2700A和BB52-EK2701A也已經上架，套件包含MCU以及Qwiic和Click傳感器，以及全功能板載調試器，幫助工程師快速上手EFM8 BB5，完成應用方案的原型設計。

圖5：EFM8BB51與EFM8BB52配套的學習套件（圖源：Silicon Labs）

毋庸置疑，在嵌入式應用市場中，32位和8位MCU并存、并重的格局，將是未來相當長一段時間內的主旋律，因此在8位MCU應用開發上的持續關注和投入，仍然會為我們帶來持續的價值。EFM8 BB5系列8位MCU——這只飛入嵌入式市場的新來的“小蜜蜂”，一定會為你未來的8位MCU應用開發之旅，帶來更多的“甜蜜”和樂趣——不信，你就來“嘗”一下！

來源：貿澤電子
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審核編輯 黃宇