盡管 3.3V 在現(xiàn)代單片機(jī)中越來越普及，且通用系統(tǒng)設(shè)計也趨向于采用較低的電源電壓，但 5V 的電壓等級依然有著重要的地位，仍是一種流行的設(shè)計方法。這主要是由于 5V 的高電壓能提供更好的抗干擾性和信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性，同時也得益于信噪比的物理特性和 5V 傳感器的普及，使其在工業(yè)控制、汽車電子等高干擾環(huán)境中依舊占據(jù)一席之地。而且選擇 5V MCU 并不意味著需要在性能、低功耗或安全性等現(xiàn)代 MCU 優(yōu)勢上有所妥協(xié)，目前也有多家公司推出了新的5V MCU，持續(xù)在工業(yè)及可靠性應(yīng)用上發(fā)力。

5V MCU的優(yōu)點有哪些？

抗干擾能力

5V電壓比3.3V具備更強(qiáng)的抗干擾能力，這使得它在一些高噪聲、高干擾的應(yīng)用場景中表現(xiàn)更加出色。例如，工業(yè)控制和汽車電子等領(lǐng)域通常要求單片機(jī)能夠穩(wěn)定地運行在高噪聲環(huán)境下，5V的電壓能夠在這些場景中更好地抵抗電磁干擾，確保信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

信號兼容性

對于一些傳統(tǒng)設(shè)備和外圍元件（如老式的傳感器、執(zhí)行器等）來說，它們大多設(shè)計基于5V電壓邏輯。如果單片機(jī)工作在3.3V的電壓下，往往需要通過電平轉(zhuǎn)換器件來適配這些設(shè)備，而這種轉(zhuǎn)換會增加電路設(shè)計的復(fù)雜性，甚至可能帶來延遲和誤差。因此，在與這些5V邏輯電路配合的場景中，5V的單片機(jī)仍然是工程師的首選。

如何判斷3.3V和5V的適用性？

在實際設(shè)計中，如何選擇合適的電壓等級呢？這需要根據(jù)具體的應(yīng)用場景和設(shè)計目標(biāo)來權(quán)衡。以下是一些常見的考慮因素：

低功耗需求場景：選擇3.3V甚至更低電壓

對于低功耗需求強(qiáng)烈的設(shè)備，例如便攜式醫(yī)療設(shè)備、智能穿戴、遠(yuǎn)程監(jiān)測設(shè)備等，3.3V甚至更低的電壓是更合適的選擇。它們可以大幅降低功耗，延長電池壽命，同時也可以減少散熱壓力，使得設(shè)備在小型化設(shè)計時更具優(yōu)勢。

工業(yè)控制和高干擾環(huán)境：選擇5V以保證穩(wěn)定性

在工業(yè)自動化和高干擾的環(huán)境中，5V的電壓等級通常被優(yōu)先考慮。5V的高電壓不僅能夠提供更好的抗干擾性能，還可以減少信號傳輸中的衰減和損失，從而保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。此外，一些工業(yè)級傳感器和執(zhí)行器的接口電壓通常也是5V，因此在兼容性上，5V單片機(jī)更具優(yōu)勢。

跨平臺和通信應(yīng)用：電壓轉(zhuǎn)換與適配

在一些需要跨平臺或多設(shè)備通信的應(yīng)用中，例如物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，可能會出現(xiàn)3.3V和5V混合使用的情況。此時需要通過電平轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行電壓適配。這種設(shè)計要求工程師在選擇元件時權(quán)衡功耗、響應(yīng)速度以及信號完整性等因素，以實現(xiàn)不同電壓等級之間的有效通信。

德州儀器MSPM0

德州儀器日前推出的 MSPM0H321x 系列 MCU，專為應(yīng)對 5V 系統(tǒng)設(shè)計挑戰(zhàn)而生，能增強(qiáng)系統(tǒng)安全性、電源效率與性能，且基于 MSPM0 生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建。

該系列用于電動工具、汽車、廚房電器等多類應(yīng)用，輕松復(fù)用現(xiàn)有基于 MSPM0 設(shè)計的代碼，其引腳到引腳高度兼容，結(jié)合 DriverLib API，能加快器件更換升級及簡化軟件移植，集安全性、低功耗與高性能于一體。

安全性：基于 MSPM0 平臺安全基礎(chǔ)，具備靈活經(jīng)濟(jì)的安全配置功能?？蛻舭踩a（CSC）硬件安全架構(gòu)可鎖定定制信任根，支持帶防回滾保護(hù)的安全啟動及現(xiàn)場安全固件更新，滿足當(dāng)前及未來安全需求。

低功耗：盡管5V MCU相對功耗較高，但TI運用了多種技術(shù)手段降低了系統(tǒng)功耗MSPM0H321x MCU具有低功耗性能和低延遲功耗模式轉(zhuǎn)換功能。這使得應(yīng)用能夠“盡量休眠”，從而可能節(jié)省更多功耗。

借助 MSPM0 系統(tǒng)控制 (SYSCTL) 架構(gòu)，應(yīng)用可以在待機(jī)模式下達(dá)到 3.5uA 的低功耗狀態(tài)，同時讓 SRAM、CPU 和外設(shè)保持待機(jī)，并在 20us 內(nèi)即可退回到運行模式。

在需要更低延遲才能從待機(jī)狀態(tài)通過 UART 或 I2C 總線接收命令的情況下，MSPM0H321x 系列支持異步快速時鐘請求，即使在 CPU 喚醒之前，此類請求也可以在檢測到傳入數(shù)據(jù)時請求快速時鐘。

特性和性能：盡管是以低功耗性能為重點，MSPM0H321x 系列也具有模擬和數(shù)字功能組合，由以 32MHz 運行的Arm? Cortex-M0+? CPU 實現(xiàn)，具有單周期乘法擴(kuò)展以及高達(dá) 64kB 的閃存和 8kB SRAM。12 位 ADC 采樣速率高達(dá) 1.5MSPS，具有高達(dá) 27 個輸入通道，可支持各種控制和感應(yīng)應(yīng)用。

高級控制計時器 (TIMA)具有增強(qiáng)的 PWM 生成模式，適用于具有死區(qū)功能和超低延遲故障處理的互補(bǔ)對。此外，MSPM0H321x 系列還具有多種封裝，其中包括兩個引腳間距為 0.8mm 的選項，適用于超低成本 PCB 組裝工藝。 自 MCU 推出以來，嵌入式工程師不斷尋找新的創(chuàng)新方法來利用這些通用器件。

MSPM0 產(chǎn)品系列包括支持 1.62V 至 3.6V 電源電壓的器件，可幫助工程師采用較低的工作電壓，從而降低系統(tǒng)功耗并降低成本要求。但是，仍然需要支持 5V 電源電壓的現(xiàn)代 MCU。

在具有傳統(tǒng) 5V 電路或復(fù)雜抗噪能力挑戰(zhàn)的應(yīng)用中，MSPM0H321x MCU 使硬件設(shè)計人員能夠在 5V 系統(tǒng)中本地工作，并受益于創(chuàng)新的安全性、低功耗和性能特性。

恩智浦MCX E

隨著邊緣應(yīng)用所處的環(huán)境日益嚴(yán)苛，對微控制器的韌性也提出了更高要求。MCX E系列應(yīng)運而生，基于 Arm Cortex-M4F內(nèi)核，專為在電氣和熱環(huán)境極端復(fù)雜的場景中實現(xiàn)穩(wěn)定控制而設(shè)計。

MCX E24是該系列的首款產(chǎn)品，具備工業(yè)自動化、智能家電和能源控制所需的性能、安全性與可靠性。它不僅適用于當(dāng)前的邊緣應(yīng)用，也為未來的擴(kuò)展提供了堅實基礎(chǔ)。

隨著邊緣設(shè)備部署范圍的擴(kuò)大，設(shè)計人員需要考慮各種嚴(yán)苛的應(yīng)用環(huán)境。開發(fā)者面臨的挑戰(zhàn)也越來越多：電磁干擾 (EMI) 可能影響系統(tǒng)穩(wěn)定性極端溫度和全天候運行要求器件具備更高的耐受性連接設(shè)備越多，潛在攻擊面越廣，安全風(fēng)險越高在資源受限的邊緣設(shè)備中集成功能安全、信息安全性和高性能，開發(fā)復(fù)雜度增加，恩智浦深刻了解邊緣計算日益變化的技術(shù)需求。MCX E系列專為應(yīng)對上述挑戰(zhàn)而設(shè)計，它結(jié)合了穩(wěn)健的5V供壓支持、工業(yè)級溫度支持、內(nèi)置安全診斷機(jī)制以及安全配置選項，幫助開發(fā)者在不犧牲性能的前提下，構(gòu)建可靠且安全的系統(tǒng)。

MCX E24集成增強(qiáng)型抗噪性能、高精度混合信號處理等，適用于工業(yè)自動化、智能家電等領(lǐng)域，也為未來擴(kuò)展奠定基礎(chǔ)。其搭載 112MHz Arm Cortex-M4 處理器，支持浮點運算及 DSP 擴(kuò)展，配備相應(yīng)內(nèi)存及多種模塊，能滿足高響應(yīng)確定性的閉環(huán)應(yīng)用需求，結(jié)合相關(guān)軟件庫可高效實現(xiàn)先進(jìn)控制算法。

在耐用性與安全保障方面，MCX E24 支持 2.7V 至 5.5V 電壓范圍，工作溫度為 - 40°C 至 125°C，符合 10 年生命周期標(biāo)準(zhǔn)；具備全面功能安全架構(gòu)，支持 IEC61508 合規(guī)系統(tǒng)最高 SIL 2 等級，并有多種硬件診斷功能及配套文檔套件；集成數(shù)據(jù)安全機(jī)制，支持安全燒寫及加密等，保障全生命周期安全。

此外，MCX E 系列支持 MCUXpresso Developer Experience 生態(tài)合作體系，支持多種IDE，工具鏈靈活適配不同開發(fā)風(fēng)格，為開發(fā)者提供助力。

瑞薩RX660

瑞薩幾年前宣布了RX 32 位 MCU 系列的新成員——RX660 系列微控制器 (MCU)。該系列支持高達(dá) 5V 的工作電壓，為暴露于高電磁干擾的家用電器和工業(yè)設(shè)備提供卓越的抗噪能力。RX660 是瑞薩高端 RX 通用 MCU 中首款支持 5V 電壓的器件，也是 RX 系列中首款內(nèi)置 CAN FD 控制器、可實現(xiàn)快速數(shù)據(jù)通信的器件。全新 RX660 MCU 的高工作電壓使其無需像目前許多 3V MCU 那樣額外添加噪聲抑制元件。這可幫助客戶縮短開發(fā)時間，降低元件成本，從而提升系統(tǒng)質(zhì)量。

近年來，隨著功能安全和信息安全成為電子系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，軟件規(guī)模也隨之增長。隨著產(chǎn)品型號數(shù)量的增加，越來越多的產(chǎn)品配備了實時操作系統(tǒng)，以簡化軟件維護(hù)。此外，產(chǎn)品設(shè)計需要適應(yīng)未來通過無線 (OTA) 更新進(jìn)行的功能增強(qiáng)。為了滿足這些需求，瑞薩電子開發(fā)了 RX660，該器件采用其 RXv3 內(nèi)核（6.00 CoreMark/MHz），最高工作頻率為 120 MHz，可提供高性能和卓越的能效。該器件具有高達(dá) 1 MB 的大容量 ROM 和高達(dá) 128 KB 的 RAM，并提供多種封裝選項（48 引腳至 144 引腳）。特別是，通用 I/O 引腳的有效引腳數(shù)比早期的 RX210 高出 10%，并且同樣兼容 5V 電壓。例如，144 引腳版本的 RX660 的有效引腳數(shù)為 134 個，比 RX210 多出 11 個。隨著 I/O 數(shù)量的增加，相同封裝的 MCU 可以連接更多傳感器，從而簡化現(xiàn)有系統(tǒng)的升級。

瑞薩電子物聯(lián)網(wǎng)平臺業(yè)務(wù)部副總裁伊藤榮表示：“噪聲抑制對于家用電器和工業(yè)產(chǎn)品至關(guān)重要，因為周圍環(huán)境中的電磁波可能導(dǎo)致系統(tǒng)故障或性能下降。我們推出全新 RX660 MCU，以滿足客戶對高電源電壓產(chǎn)品設(shè)計的強(qiáng)烈需求。我們很樂意協(xié)助客戶簡化產(chǎn)品設(shè)計流程?！?/p>

CAN 在工業(yè)設(shè)備和機(jī)器人領(lǐng)域正日益普及，但由于大量傳感器的使用導(dǎo)致數(shù)據(jù)通信量不斷增加，導(dǎo)致帶寬不足，并因需要多條總線而導(dǎo)致成本上升。RX660 是 RX 系列中首款集成 CAN FD 控制器的產(chǎn)品，該控制器支持快速、大容量數(shù)據(jù)傳輸。CAN FD 允許在單幀內(nèi)傳輸大量安全信號，從而能夠增強(qiáng)設(shè)備的安全性。

兆易創(chuàng)新GD32C231

兆易創(chuàng)新GigaDevice也于近日宣布，正式推出超值GD32C231系列入門型微控制器，進(jìn)一步擴(kuò)充了Arm Cortex-M23內(nèi)核的產(chǎn)品陣容。作為中國Arm MCU市場的領(lǐng)軍者，兆易創(chuàng)新此次推出的GD32C231系列以“高性能入門級”為定位，將為小家電，BMS電池管理系統(tǒng)，小屏顯示設(shè)備，手持消費類產(chǎn)品，工業(yè)輔助控制，車載后裝等應(yīng)用提供更具競爭力的解決方案。兆易創(chuàng)新憑借超20億顆的MCU累計出貨量和成熟的供應(yīng)鏈體系，本次推出GD32C231系列MCU以創(chuàng)新設(shè)計打破入門級芯片的性能局限。該系列不僅集成了豐富外設(shè)，更采用工業(yè)級寬壓工藝設(shè)計和完善的生態(tài)配套，在保持極致性價比的同時，這顆平價MCU也能勝任更復(fù)雜的應(yīng)用場景，重新定義了入門級MCU市場的價值標(biāo)準(zhǔn)，開創(chuàng)了“平價不低配”的新格局。

GD32C231系列MCU，極致性價比之選 GD32C231系列MCU在保持優(yōu)異價格競爭力的同時，顯著提升運算性能與外設(shè)規(guī)格，實現(xiàn)超高性價比升級。該系列采用Arm先進(jìn)的Cortex-M23內(nèi)核架構(gòu)，性能比Cortex M0+提高10%，主頻可達(dá)48MHz，具備單周期乘法和整數(shù)除法運算等高效處理能力，大幅提升軟件執(zhí)行效率。 存儲配置方面，搭載32KB~64KB高可靠嵌入式Flash和12KB低功耗SRAM，全存儲區(qū)域均配備ECC糾錯功能。為滿足不同應(yīng)用場景需求，提供TSSOP20/LGA20，QFN28，LQFP32/QFN32以及LQFP48/QFN48等多種封裝選擇。通過高度集成化的芯片設(shè)計，有效減少外部元器件數(shù)量，為用戶提供物料清單（BOM）成本更優(yōu)的解決方案。

GD32C231產(chǎn)品組合寬電壓、低功耗與高速喚醒的完美平衡 GD32C231具備出色的電源靈活性和低功耗特性，支持1.8V~5.5V寬電壓供電和-40℃~105℃寬溫度工作范圍，可適應(yīng)各種嚴(yán)苛環(huán)境。該芯片提供多種電源管理模式，在深度睡眠模式下電流低于5μA，同時保持快速的響應(yīng)速度，喚醒時間2.6μs，完美平衡了低功耗與實時性需求，為電池供電和便攜式設(shè)備應(yīng)用賦能。

GD32C231在安全可靠性方面同樣表現(xiàn)出色：優(yōu)異的抗靜電能力，達(dá)到ESD防護(hù)接觸放電8KV（CD）和空氣放電15KV（AD）的高標(biāo)準(zhǔn)；全Flash/SRAM采用ECC糾錯設(shè)計，有效防止數(shù)據(jù)錯誤；同時集成硬件CRC循環(huán)冗余校驗?zāi)K，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾院涂煽啃?。這些特性使芯片能夠穩(wěn)定運行于工業(yè)控制、汽車電子等對安全性要求嚴(yán)苛的領(lǐng)域。

高集成外設(shè)資源，賦能多樣化應(yīng)用場景 GD32C231集成了豐富的外設(shè)資源，大幅提升系統(tǒng)集成度和應(yīng)用靈活性：內(nèi)置12位ADC（支持13個外部通道）和2路內(nèi)部比較器，滿足精密測量需求；并提供了多達(dá)4個通用16位定時器、1個16位高級定時器。配備2路高速SPI接口（支持四線QSPI模式，速率達(dá)24Mbps）、2路I2C接口（支持Fast Mode+，速率1Mbit/s）和3路UART（速率6Mbps），集成3路DMA控制器，1路I2S，確保高效通信能力。 同時提供出色的GPIO擴(kuò)展性，在48pin封裝中最高可支持45個GPIO，顯著提升硬件設(shè)計靈活性。這些專業(yè)配置使該芯片能夠輕松應(yīng)對工業(yè)控制、消費電子等多樣化應(yīng)用場景。

除了以上，很多MCU廠商都在持續(xù)推進(jìn)5V MCU的研發(fā)，推陳出新，畢竟MCU的用途廣泛，功耗也并不是唯一參數(shù)。包括英飛凌、Microchip、ST等等一系列MCU頭部廠商均廣泛布局5V的產(chǎn)品，也是為了滿足MCU在工業(yè)等嚴(yán)苛環(huán)境中的要求而生。

3.3V和5V的電壓等級區(qū)分不僅反映了單片機(jī)在不同應(yīng)用場景中的適應(yīng)性需求，還代表了功耗管理和抗干擾性能的平衡。在便攜設(shè)備或其他低功耗需求中，3.3V正在逐漸成為主流，而在工業(yè)控制和高干擾環(huán)境中，5V仍然具有不可替代的優(yōu)勢。

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