单片机(Single-Chip Microcomputer)是一种集成电路芯片,是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能(可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路)集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统,在工业控制领域广泛应用。从上世纪80年代,由当时的4位、8位单片机,发展到现在的300M的高速单片机。

一、51单片机

51单片机是对所有兼容Intel 8031指令系统的单片机的统称。该系列单片机的始祖是Intel的8004单片机,后来随着Flash rom技术的发展,8004单片机取得了长足的进展,成为应用最广泛的8位单片机之一,其代表型号是ATMEL公司的AT89系列,它广泛应用于工业测控系统之中。很多公司都有51系列的兼容机型推出,今后很长的一段时间内将占有大量市场。51单片机是基础入门的一个单片机,还是应用最广泛的一种.

特性: (1)从内部的硬件到软件有一套完整的按位操作系统,称作位处理器,处理对象不是字或字节而是位。不但能对片内某些特殊功能寄存器的某位进行处理,如传送、置位、清零、测试等,还能进行位的逻辑运算,其功能十分完备,使用起来得心应手; (2)乘法和除法指令,这给编程也带来了便利,很多的八位单片机都不具备乘法功能,作乘法时还得编上一段子程序调用,十分不便;

缺点: (1) AD、EEPROM等功能需要靠扩展,增加了硬件和软件负担; (2)虽然I/O脚使用简单,但高电平时无输出能力,这也是51系列单片机的最大软肋; (3)51保护能力很差,很容易烧坏芯片;

应用范围: 主要应用在教学场合和性能要求不高的场合

主要产品: ATMEL : 80C51、80C52

二、STC单片机

STC单片机是宏晶生产的单时钟/机器周期的单片机,说白了STC单片机是51与AVR的结合体,有人说AVR是51的替代单片机,但是AVR单片机在位控制和C语言写法上存在很大的差异。而STC单片机洽洽结合了51和AVR的优点,虽然功能不及AVR那么强大,但是在AVR能找到的功能,在STC上基本都有,同时STC单片机是51内核,这给以51单片机为基础的工程师们提供了极大的方便,省去了学习AVR的时间,同时也不失AVR的各种功能。 STC单片机是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机51单片机,指令代码完全兼容传统8051,但速度快8~12倍,内部集成MAX810专用复位电路。4路PWM 8路高速10位A、D转换,针对电机电机 的供应商控制,强干扰场合,成为继51单片机后一个全新系列单片机。

特性: (1)STC单片机具有在应用编程,调试起来比较方便;带有10位AD、内部EEPROM、可在1T/机器周期下工作,速度是传统51单片机的8~12倍,价格也较便宜;

主要产品: STC12C2052、STC89C54RD、STC12C5A60S2等

三、MSP单片机

MSP430系列单片机是德州仪器1996年开始推向市场的一种16位超低功耗的混合信号处理器,给人们留下的最大的亮点是低功耗而且速度快,汇编语言用起来很灵活,寻址方式很多,指令很少,容易上手。主要是由于其针对实际应用需求,把许多模拟电路、数字电路和微处理器集成在一个芯片上,以提供"单片"解决方案。

特性: (1) 强大的处理能力,采用了精简指令集(RISC)结构,具有丰富的寻址方式( 7 种源操作数寻址、 4 种目的操作数寻址)、简洁的 27 条内核指令以及大量的模拟指令;大量的寄存器以及片内数据存储器都可参加多种运算;还有高效的查表处理指令;有较高的处理速度,在 8MHz 晶体驱动下指令周期为 125 ns 。这些特点保证了可编制出高效率的源程序 (2)在运算速度方面,能在 8MHz 晶体的驱动下,实现 125ns 的指令周期。 16 位的数据宽度、 125ns 的指令周期以及多功能的硬件乘法器(能实现乘加)相配合,能实现数字信号处理的某些算法(如 FFT 等) (3)超低功耗方面,MSP430 单片机之所以有超低的功耗,是因为其在降低芯片的电源电压及灵活而可控的运行时钟方面都有其独到之处。电源电压采用的是 1.8~3.6V 电压。因而可使其在 1MHz 的时钟条件下运行时, 芯片的电流会在 200~400uA 左右,时钟关断模式的最低功耗只有 0.1uA

缺点: (1)不容易上手,不适合初学者入门,资料也比较少,只能跑官网去找;

应用范围: 在低功耗及超低功耗的工业场合应用的比较多。

主要产品: MSP430F系列、MSP430G2系列、MSP430L09系列

四、STM32单片机

由ST厂商推出的STM32系列单片机,这是一款性价比超高的系列单片机,应该没有之一,功能强大。其基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM Cortex-M内核,同时具有一流的外设:1μs的双12位ADC,4兆位/秒的UART,18兆位/秒的SPI等等,在功耗和集成度方面也有不俗的表现,当然和MSP430的功耗比起来是稍微逊色的一些,但这并不影响工程师们对它的热捧程度,由于其简单的结构和易用的工具再配合其强大的功能在行业中赫赫有名.

特性: (1)内核:ARM32位Cortex-M3CPU,最高工作频率72MHz,1.25DMIPS/MHz,单周期乘法和硬件除法; (2)存储器:片上集成32-512KB的Flash存储器。6-64KB的SRAM存储器; (3)时钟、复位和电源管理:2.0-3.6V的电源供电和I/O接口的驱动电压。POR、PDR和可编程的电压探测器(PVD)。4-16MHz的晶振。内嵌出厂前调校的8MHz RC振荡电路。内部40 kHz的RC振荡电路。用于CPU时钟的PLL。带校准用于RTC的32kHz的晶振; (4)调试模式:串行调试(SWD)和JTAG接口。最多高达112个的快速I/O端口、最多多达11个定时器、最多多达13个通信接口。

主要产品: STM32F103系列、STM32 L1系列、STM32W系列

五、AVR单片机

AVR单片机是Atmel公司推出的较为新颖的单片机,其显著的特点为高性能、高速度、低功耗。它取消机器周期,以时钟周期为指令周期,实行流水作业。AVR单片机指令以字为单位,且大部分指令都为单周期指令。而单周期既可执行本指令功能,同时完成下一条指令的读取。通常时钟频率用4~8MHz,故最短指令执行时间为250~125ns。AVR单片机能成为最近仍是比较火热的单片机.

特点: (1) AVR系列没有类似累加器A的结构,它主要是通过R16~R31寄存器来实现A的功能。在AVR中,没有像51系列的数据指针DPTR,而是由X(由R26、R27组成)、Y(由R28、R29组成)、Z(由R30、R31组成)三个16位的寄存器来完成数据指针的功能(相当于有三组DPTR),而且还能作后增量或先减量等的运行,而在51系列中,所有的逻辑运算都必须在A中进行;而AVR却可以在任两个寄存器之间进行,省去了在A中的来回折腾,这些都比51系列出色些。 (2)AVR的专用寄存器集中在00~3F地址区间,无需像PIC那样得先进行选存储体的过程,使用起来比PIC方便。AVR的片内RAM的地址区间为0~00DF(AT90S2313) 和0060~025F(AT90S8515、AT90S8535),它们占用的是数据空间的地址,这些片内RAM仅仅是用来存储数据的,通常不具备通用寄存器的功能。当程序复杂时,通用寄存器R0~R31就显得不够用;而51系列的通用寄存器多达128个(为AVR的4倍),编程时就不会有这种感觉。

缺点: (1)是没有位操作,都是以字节形式来控制和判断相关寄存器位的; (2) C语言与51的C语言在写法上存在很大的差异,这让从开始学习51单片机的朋友很不习惯;

主要产品: ATUC64L3U、ATxmega64A1U、AT90S8515。

参考资料

[1] 史上最全的常用单片机详解(立创)

[2] 单片机

[3] 51单片机

Last modification:September 28th, 2020 at 05:49 pm
如果觉得我的文章对你有用,请随意赞赏