Eine typische elektronische Schaltung besteht aus passiven Bauteilen wie Widerständen, Kondensatoren, Spulen und aktiven Bauteilen wie integrierten Schaltkreisen (ICs), Dioden, Transistoren usw. Aber unter ihnen ist die wichtigste Komponente, die als das Gehirn Ihres Designs fungiert, ein Mikrocontroller oder Prozessor. Es gibt viele Arten von Mikrocontrollern auf dem Markt, und die Auswahl des richtigen Mikrocontrollers für Ihre Anwendung ist oft wichtig. In diesem Artikel werden wir uns auf die verschiedenen Bitgrößen in einem Mikrocontroller konzentrieren und die Unterschiede zwischen 8-Bit-, 16-Bit- und 32-Bit-Mikrocontrollern sowie die Auswahl des richtigen Mikrocontrollers für Ihr Projekt besprechen, um ein optimales Preis-Leistungs-Verhältnis zu erzielen. Also, ohne weitere Umschweife, legen wir los.
Was ist die Bitgröße in einem Mikrocontroller?
Wie wir alle wissen, ist ein Mikrocontroller eine spezielle Art von IC, der einen einzigen integrierten Schaltkreis mit einer CPU, Speicher und programmierbaren I/O-Peripheriegeräten enthält. Wir können jeden Mikrocontroller programmieren, um verschiedene Aufgaben je nach unseren Zwecken auszuführen. Aber es gibt viele verschiedene Geräte zur Auswahl, daher haben wir diesen Chip oder IC in verschiedene Kategorien eingeteilt, basierend auf der Geschwindigkeit des Betriebs, der Bitgröße (8-Bit, 16-Bit & 32-Bit), dem Speicher (externer Speichermikrocontroller, interner/eingebetteter Speichermikrocontroller) und der Architektur (RISC, CISC).
Abwägung bei der Auswahl zwischen 8-Bit-, 16-Bit- und 32-Bit-Mikrocontrollern
Nachdem wir wissen, was ein Mikrocontroller ist, müssen Sie nun das Gerät entsprechend den Anforderungen Ihrer Anwendungen auswählen. Jetzt versuchen wir zu verstehen, welche Art von Merkmalen von Mikrocontrollern wir betrachten müssen. Die 8-Bit-, 16-Bit- und 32-Bit-Mikrocontroller unterscheiden sich nicht sehr im Hinblick auf die Kosten, aber sie können je nach ihrem Energieverbrauch, der Ausführungszeit, der Anzahl der Peripheriegeräte und der Anzahl der Ein-/Ausgänge differieren.
Grundlegende Unterschiede zwischen 8-Bit-, 16-Bit- und 32-Bit-Mikrocontrollern
Heutzutage, wenn wir über Mikrocontrollern sprechen, fällt uns als erstes der Begriff 8-Bit-Mikrocontroller ein. Er verarbeitet 8-Bit des Datenbusses, was bedeutet, dass dieser Mikrocontroller in einem bestimmten Zeitrahmen 8-Bit Daten bewegen kann. Dann gibt es einen 16-Bit-Mikrocontroller, der theoretisch doppelt so schnell wie ein 8-Bit-Controller ist, und schließlich gibt es die 32-Bit-Mikrocontroller. Die 32-Bit-Mikrocontroller können in einem bestimmten Zeitrahmen mehr Daten bewegen als 8-Bit- und 16-Bit-Mikrocontroller, da 32 K größer ist als 8 und 16. Aus diesem Grund kann ein 32-Bit-Mikrocontroller die vierfache Datenmenge im Vergleich zu 8-Bit- und 16-Bit-Prozessoren verarbeiten, was den 32-Bit-Mikrocontroller dateneffizienter macht. Allerdings ist der Stromverbrauch höher.
Arithmetische Operationen
Was arithmetische Operationen betrifft, so unterscheiden sich diese Mikrocontroller voneinander. Jede Art von Mikrocontroller hat ihren eigenen Wertebereich. Ein 8-Bit-Mikrocontroller kann nur 0 bis 255 Bit verarbeiten, ein 16-Bit-Mikrocontroller kann 0 bis 65.535 verarbeiten und ein 32-Bit-Mikrocontroller kann bis zu 0 bis 4.294.967.295 verarbeiten. Mit zunehmender Datenbreite ermöglicht der arithmetische Kern des Mikrocontrollers die Berechnung einer großen Menge an Daten in einem Augenblick.
Taktgeschwindigkeit
Wenn wir über den Unterschied zwischen Mikrocontrollern sprechen, ist die Datenverarbeitungsgeschwindigkeit ein wichtiger Faktor, der berücksichtigt werden muss. In einem Mikrocontroller werden Daten in einem bestimmten Zeitrahmen verarbeitet, und die Zeit, die zur Verarbeitung dieser Daten benötigt wird, hängt vom Quarzoszillator ab. Je nach Mikrocontrollertyp kann es sich um eine interne oder externe Uhr handeln. 1 MHz Quarz entspricht 1000000 Zyklen/Sekunde. Ein Zyklus steht für die Ausführung einer Anweisung oder Datenverarbeitung. Die 8-Bit- und 16-Bit-Mikrocontroller unterstützen bis zu 40-64 MHz Quarz, während ein 32-Bit-Mikrocontroller einen Quarz von >100 MHz unterstützen kann. Dies macht den 32-Bit-Mikrocontroller zu einem zeiteffizienteren Mikrocontroller. Allerdings gibt es auch einen Nachteil, denn eine höhere Taktfrequenz bedeutet einen höheren Stromverbrauch.
Speicher
Ähnlich wie bei der Taktfrequenz steht ein 32-Bit-Mikrocontroller auch an erster Stelle. Denn im Allgemeinen verfügt ein 32-Bit-Mikrocontroller über achtmal mehr Speicher als ein 8-Bit- und viermal mehr Speicher als ein 16-Bit-Mikrocontroller.
Formfaktor
Was die hardwareseitige Strukturform eines Mikrocontrollers betrifft, stimmt es nicht, dass der 32-Bit-Mikrocontroller immer in einer größeren Gehäuseform (wie TQFP, QFP, VTLA, TFBGA) erhältlich ist. Einige 8-Bit- oder 16-Bit-Mikrocontroller kommen auch in derselben Form mit derselben Anzahl von Anschlüssen vor (in diesem Fall sind einige Anschlüsse nicht mit dem Mikrocontroller verbunden).
Peripheriegeräte
Wenn wir die 8-Bit- und 16-Bit-Mikrocontroller mit einem 32-Bit-Mikrocontroller vergleichen, können wir deutlich den Unterschied erkennen. In einem bestimmten Szenario, wenn Ethernet, CAN, USB, Modbus und mehr erforderlich sind, müssen wir einen 32-Bit-Mikrocontroller wählen, da er diese Funktionen mitbringt und im Allgemeinen auch die erforderliche Softwareunterstützung bietet. Denn 8-Bit- oder 16-Bit-Mikrocontroller reichen dafür nicht aus, daher müssen wir zusätzliche Peripherie-ICs hinzufügen, um diese Probleme zu lösen, was sich jedoch auf die Kosten auswirkt.
Zusammenfassend können wir sagen, dass es nach der Diskussion der Vor- und Nachteile der verschiedenen Mikrocontroller nun an Ihnen liegt, den richtigen Mikrocontroller für Ihr Projekt auszuwählen. Beim Entwurf und der Entwicklung einer Anwendung sollten Sie immer auf die Zeit und die Gesamtkosten achten. Indem Sie die Datenverarbeitungsgeschwindigkeit, den Speicher, die Verwendung von Peripheriegeräten und die Komplexität des Leiterplatten-Designs berücksichtigen, minimieren Sie Ihre Entscheidung, den richtigen Mikrocontroller für Ihr Projekt auszuwählen.
