51、PIC、AVR、16、32-BIT系列單片機(jī)區(qū)別與特點(diǎn)

　　8031/8051/8751是Intel公司早期的產(chǎn)品。

　　1、8031的特點(diǎn)

　　8031片內(nèi)不帶程序存儲(chǔ)器ROM，使用時(shí)用戶需外接程序存儲(chǔ)器和一片邏輯電路373，外接的程序存儲(chǔ)器多為EPROM的2764系列。用戶若想對(duì)寫入到EPROM中的程序進(jìn)行修改，必須先用一種特殊的紫外線燈將其照射擦除，之后再可寫入。寫入到外接程序存儲(chǔ)器的程序代碼沒(méi)有什么保密性可言。

　　2、8051的特點(diǎn)

　　8051片內(nèi)有4k ROM，無(wú)須外接外存儲(chǔ)器和373，更能體現(xiàn)“單片”的簡(jiǎn)練。但是你編的程序你無(wú)法燒寫到其ROM中，只有將程序交芯片廠代你燒寫，并是一次性的，今后你和芯片廠都不能改寫其內(nèi)容。

　　3、8751的特點(diǎn)

　　8751與8051基本一樣，但8751片內(nèi)有4k的EPROM，用戶可以將自己編寫的程序?qū)懭雴纹瑱C(jī)的EPROM中進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)與應(yīng)用，EPROM的改寫同樣需要用紫外線燈照射一定時(shí)間擦除后再燒寫。

　　由于上述類型的單片機(jī)應(yīng)用的早，影響很大，已成為事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。后來(lái)很多芯片廠商以各種方式與Intel公司合作，也推出了同類型的單片機(jī)，如同一種單片機(jī)的多個(gè)版本一樣，雖都在不斷的改變制造工藝，但內(nèi)核卻一樣，也就是說(shuō)這類單片機(jī)指令系統(tǒng)完全兼容，絕大多數(shù)管腳也兼容；在使用上基本可以直接互換。人們統(tǒng)稱這些與8051內(nèi)核相同的單片機(jī)為“51系列單片機(jī)”，學(xué)了其中一種，便會(huì)所有的51系列。

　　4、AT89C51、AT89S51的特點(diǎn)

　　在眾多的51系列單片機(jī)中，要算 ATMEL 公司的AT89C51、AT89S51更實(shí)用，因他不但和8051指令、管腳完全兼容，而且其片內(nèi)的4K程序存儲(chǔ)器是FLASH工藝的，這種工藝的存儲(chǔ)器用戶可以用電的方式瞬間擦除、改寫，一般專為 ATMEL AT89xx 做的編程器均帶有這些功能。顯而易見(jiàn)，這種單片機(jī)對(duì)開發(fā)設(shè)備的要求很低，開發(fā)時(shí)間也大大縮短。寫入單片機(jī)內(nèi)的程序還可以進(jìn)行加密，這又很好地保護(hù)了你的勞動(dòng)成果。再著，AT89C51、AT89S51目前的售價(jià)比8031還低，市場(chǎng)供應(yīng)也很充足。

　　AT89S51、52是2003年ATMEL推出的新型品種，除了完全兼容8051外，還多了ISP編程和看門狗功能。我們也專門為這種新片設(shè)計(jì)了一款 編程、學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)板。

　　5、AT89C2051、AT89C1051等的特點(diǎn)

　　ATMEL公司的51系列還有AT89C2051、AT89C1051等品種，這些芯片是在AT89C51的基礎(chǔ)上將一些功能精簡(jiǎn)掉后形成的精簡(jiǎn)版。 AT89C2051取掉了P0口和P2口，內(nèi)部的程序FLASH存儲(chǔ)器也小到2K，封裝形式也由51的P40腳改為20腳，相應(yīng)的價(jià)格也低一些，特別適合在一些智能玩具，手持儀器等程序不大的電路環(huán)境下應(yīng)用；AT89C1051在2051的基礎(chǔ)上，再次精簡(jiǎn)掉了串口功能等，程序存儲(chǔ)器再次減小到1k，當(dāng)然價(jià)格也更低。

　　對(duì)2051和1051來(lái)說(shuō)，雖然減掉了一些資源，但他們片內(nèi)都集成了一個(gè)精密比較器，別小看這小小的比較器，他為我們測(cè)量一些模擬信號(hào)提供了極大的方便，在外加幾個(gè)電阻和電容的情況下，就可以測(cè)量電壓、溫度等我們?nèi)粘Ｐ枰牧?。這對(duì)很多日用電器的設(shè)計(jì)是很寶貴的資源。

　　ATMEL的51、2051、1051均有多種封裝，如AT89C（S）51有PDIP、PLCC和PQFP/TQFP等封裝；2051/1051有PDIP和SOIC封裝等。下圖是部分封裝實(shí)物。

　　由于51系列單片機(jī)的內(nèi)核都一樣，所以在51單片機(jī)教材方面目前仍然沿用Intel MCS 8051單片機(jī)的書籍。開發(fā)軟件和工具也是一樣，我們統(tǒng)稱為8051開發(fā)系統(tǒng)、環(huán)境、等等，如我們網(wǎng)站介紹的匯編程序ASM51、Keil C51、MedWin 等均是針對(duì)8051內(nèi)核單片機(jī)的開發(fā)軟件。

　　單對(duì)AT89C51、AT89S51來(lái)說(shuō)，在實(shí)際電路中可以直接互換8051\8751，替換8031只是第31腳有區(qū)別，8031因內(nèi)部沒(méi)有 ROM，31腳需接地（GND），單片機(jī)在啟動(dòng)后就到外面程序存儲(chǔ)器讀取指令；而8051/8751/89c51因內(nèi)部有程序存儲(chǔ)器，31腳接高電平（VCC），單片機(jī)啟動(dòng)后直接在內(nèi)部讀取指令。也就是51芯片的31腳控制著單片機(jī)程序從內(nèi)部讀取還是從外部讀取，31腳接電源，程序從內(nèi)部讀取，31腳接地，程序從外部讀取。其他無(wú)須改動(dòng)。另外，AT89C51、AT89s51替換8031后因不用外存儲(chǔ)器，不必安裝原電路的外存儲(chǔ)器和373芯片。

　　6、89S51與89C51的區(qū)別

　　MCS-51單片機(jī)是美國(guó)INTE公司于1980年推出的產(chǎn)品，典型產(chǎn)品有 8031（內(nèi)部沒(méi)有程序存儲(chǔ)器，實(shí)際使用方面已經(jīng)被市場(chǎng)淘汰）、8051（芯片采用HMOS，功耗是630mW，是89C51的5倍，實(shí)際使用方面已經(jīng)被市場(chǎng)淘汰）和8751等通用產(chǎn)品，一直到現(xiàn)在， MCS-51內(nèi)核系列兼容的單片機(jī)仍是應(yīng)用的主流產(chǎn)品（比如目前流行的89S51、89C51等），各高校及專業(yè)學(xué)校的培訓(xùn)教材仍與MCS-51單片機(jī)作為代表進(jìn)行理論基礎(chǔ)學(xué)習(xí)。有些文獻(xiàn)甚至也將8051泛指MCS-51系列單片機(jī)，8051是早期的最典型的代表作，MCS-51內(nèi)核實(shí)際上已經(jīng)成為一個(gè)8 位單片機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)。

　　其他的公司的51單片機(jī)產(chǎn)品都是和MCS-51內(nèi)核兼容的產(chǎn)品而以。同樣的一段程序，在各個(gè)單片機(jī)廠家的硬件上運(yùn)行的結(jié)果都是一樣的，如ATMEL的 89C51（已經(jīng)停產(chǎn)）、89S51， PHILIPS（菲利浦），和WINBOND（華邦）等，我們常說(shuō)的已經(jīng)停產(chǎn)的89C51指的是ATMEL公司的 AT89C51單片機(jī)，同時(shí)是在原基礎(chǔ)上增強(qiáng)了許多特性，如時(shí)鐘，更優(yōu)秀的是由Flash（程序存儲(chǔ)器的內(nèi)容至少可以改寫1000次）存儲(chǔ)器取帶了原來(lái)的 ROM（一次性寫入），AT89C51的性能相對(duì)于8051已經(jīng)算是非常優(yōu)越的了。

　　不過(guò)在市場(chǎng)化方面，89C51受到了PIC單片機(jī)陣營(yíng)的挑戰(zhàn)，89C51最致命的缺陷在于不支持ISP（在線更新程序）功能，必須加上ISP功能等新功能才能更好延續(xù)MCS-51的傳奇。89S51就是在這樣的背景下取代89C51的，現(xiàn)在，89S51目前已經(jīng)成為了實(shí)際應(yīng)用市場(chǎng)上新的寵兒，作為市場(chǎng)占有率第一的Atmel目前公司已經(jīng)停產(chǎn)AT89C51，將用AT89S51代替。89S51在工藝上進(jìn)行了改進(jìn)，89S51采用0.35新工藝，成本降低，而且將功能提升，增加了競(jìng)爭(zhēng)力。89SXX可以像下兼容89CXX等51系列芯片。同時(shí)，Atmel不再接受89CXX的定單，大家在市場(chǎng)上見(jiàn)到的 89C51實(shí)際都是Atmel前期生產(chǎn)的巨量庫(kù)存而以。如果市場(chǎng)需要，Atmel當(dāng)然也可以再恢復(fù)生產(chǎn)AT89C51。

　　7、89S51相對(duì)于89C51增加的新功能包括：

　　1）性能有了較大提升，價(jià)格基本不變，甚至比89C51更低！

　　2）ISP在線編程功能，這個(gè)功能的優(yōu)勢(shì)在于改寫單片機(jī)存儲(chǔ)器內(nèi)的程序不需要把芯片從工作環(huán)境中剝離。是一個(gè)強(qiáng)大易用的功能。

　　3）最高工作頻率為33MHz，大家都知道89C51的極限工作頻率是24M，就是說(shuō)S51具有更高工作頻率，從而具有了更快的計(jì)算速度。

　　4）具有雙工UART串行通道。

　　5）內(nèi)部集成看門狗計(jì)時(shí)器，不再需要像89C51那樣外接看門狗計(jì)時(shí)器單元電路。

　　6）雙數(shù)據(jù)指示器。

　　7）電源關(guān)閉標(biāo)識(shí)。

　　8）全新的加密算法，這使得對(duì)于89S51的**變?yōu)椴豢赡?，程序的保密性大大加?qiáng)，這樣就可以有效的保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)不被侵犯。

　　9） 兼容性方面：向下完全兼容51全部字系列產(chǎn)品。比如8051、89C51等等早期MCS-51兼容產(chǎn)品。

　　和S51比起來(lái)，C51就要遜色一些，實(shí)際應(yīng)用市場(chǎng)方面技術(shù)的進(jìn)步是永遠(yuǎn)向前的。

　　PIC系列單片機(jī)

　　由美國(guó)Microchip公司推出的PIC單片機(jī)系列產(chǎn)品，首先采用了RISC結(jié)構(gòu)的嵌入式微控制器，其高速度、低電壓、低功耗、大電流LCD驅(qū)動(dòng)能力和低價(jià)位OTP技術(shù)等都體現(xiàn)出單片機(jī)產(chǎn)業(yè)的新趨勢(shì)。

　　現(xiàn)在PIC系列單片機(jī)在世界單片機(jī)市場(chǎng)的份額排名中已逐年升位，尤其在8位單片機(jī)市場(chǎng)，據(jù)稱已從1990年的第20位上升到目前的第二位。PIC單片機(jī)從覆蓋市場(chǎng)出發(fā)，已有三種（又稱三層次）系列多種型號(hào)的產(chǎn)品問(wèn)世，所以在全球都可以看到PIC單片機(jī)從電腦的外設(shè)、家電控制、電訊通信、智能儀器、汽車電子到金融電子各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。現(xiàn)今的PIC單片機(jī)已經(jīng)是世界上最有影響力的嵌入式微控制器之一。

　?、?PIC 8位單片機(jī)的分類

　　PIC 8位單片機(jī)產(chǎn)品共有三個(gè)系列，即基本級(jí)、中級(jí)和高級(jí)。

　　a 基本級(jí)系列　該級(jí)產(chǎn)品的特點(diǎn)是低價(jià)位，如PIC16C5X，適用于各種對(duì)成本要求嚴(yán)格的家電產(chǎn)品選用。又如PIC12C5XX是世界第一個(gè)8腳的低價(jià)位單片機(jī)，因其體積很小，完全可以應(yīng)用在以前不能使用單片機(jī)的家電產(chǎn)品的空間。

　　b 中級(jí)系列　該級(jí)產(chǎn)品是PIC最豐富的品種系列。它是在基本級(jí)產(chǎn)品上進(jìn)行了改進(jìn)，并保持了很高的兼容性。外部結(jié)構(gòu)也是多種的，從8引腳到68引腳的各種封裝，如PIC12C6XX。該級(jí)產(chǎn)品其性能很高，如內(nèi)部帶有A/D變換器、E2PROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、比較器輸出、PWM輸出、I2C和SPI等接口。 PIC中級(jí)系列產(chǎn)品適用于各種高、中和低檔的電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中。

　　c 高級(jí)系列　該系列產(chǎn)品如PIC17CXX，其特點(diǎn)是速度快，所以適用于高速數(shù)字運(yùn)算的應(yīng)用場(chǎng)合中，加之它具備一個(gè)指令周期內(nèi)（160ns）可以完成 8×8（位）二進(jìn)制乘法運(yùn)算能力，所以可取代某些DSP產(chǎn)品。再有PIC17CXX具有豐富的I/O控制功能，并可外接擴(kuò)展EPROM和RAM，使它成為目前8位單片機(jī)中性能最高的機(jī)種之一。所以很適用于高、中檔的電子設(shè)備中使用。

　　上述的三層次（級(jí)）的PIC 8位單片機(jī)還具有很高的代碼兼容性，用戶很容易將代碼從某型號(hào)轉(zhuǎn)換到另一個(gè)型號(hào)中。PIC 8位單片機(jī)具有指令少、執(zhí)行速度快等優(yōu)點(diǎn)，其主要原因是PIC系列單片機(jī)在結(jié)構(gòu)上與其它單片機(jī)不同。該系列單片機(jī)引入了原用于小型計(jì)算機(jī)的雙總線和兩級(jí)指令流水結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)與一般采用CISC（復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)）的單片機(jī)在結(jié)構(gòu)上是有不同的。

　　雙總線結(jié)構(gòu)

　　具有CISC結(jié)構(gòu)的單片機(jī)均在同一存儲(chǔ)空間取指令和數(shù)據(jù)，片內(nèi)只有一種總線。這種總線既要傳送指令又要傳送數(shù)據(jù)（如圖1－a所示）。因此，它不可能同時(shí)對(duì)程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行訪問(wèn)。因與CPU直接相連的總線只有一種，要求數(shù)據(jù)和指令同時(shí)通過(guò)，顯然“亂套”，這正如一個(gè)“瓶頸”，瓶?jī)?nèi)的數(shù)據(jù)和指令要一起倒出來(lái)，往往就被瓶頸卡住了。所以具有這種結(jié)構(gòu)的單片機(jī)，只能先取出指令，再執(zhí)行指令（在此過(guò)程中往往要取數(shù)），然后，待這條指令執(zhí)行完畢，再取出另一條指令，繼續(xù)執(zhí)行下一條。這種結(jié)構(gòu)通常稱為馮？諾依曼結(jié)構(gòu)，又稱普林斯頓結(jié)構(gòu)。

　　在這里PIC系列單片機(jī)采用了一種雙總線結(jié)構(gòu)，即所謂哈佛結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)有兩種總線，即程序總線和數(shù)據(jù)總線。這兩種總線可以采用不同的字長(zhǎng)，如PIC 系列單片機(jī)是八位機(jī)，所以其數(shù)據(jù)總線當(dāng)然是八位。但低檔、中檔和高檔的PIC系列機(jī)分別有12位、14位和16位的指令總線。這樣，取指令時(shí)則經(jīng)指令總線，取數(shù)據(jù)時(shí)則經(jīng)數(shù)據(jù)總線，互不沖突。

　　兩級(jí)指令流水線結(jié)構(gòu)

　　由于PIC系列單片機(jī)采用了指令空間和數(shù)據(jù)空間分開的哈佛結(jié)構(gòu)，用了兩種位數(shù)不同的總線。因此，取指令和取數(shù)據(jù)有可能同時(shí)交疊進(jìn)行，所以在PIC系列微控制器中取指令和執(zhí)行指令就采用指令流水線結(jié)構(gòu)。當(dāng)?shù)谝粭l指令被取出后，隨即進(jìn)入執(zhí)行階段，這時(shí)可能會(huì)從某寄存器取數(shù)而送至另一寄存器，或從一端口向寄存器傳送數(shù)等，但數(shù)據(jù)不會(huì)流經(jīng)程序總線，而只是在數(shù)據(jù)總線中流動(dòng)，因此，在這段時(shí)間內(nèi)，程序總線有空，可以同時(shí)取出第二條指令。當(dāng)?shù)谝粭l指令執(zhí)行完畢，就可執(zhí)行第二條指令，同時(shí)取出第3條指令，……如此等等。這樣，除了第一條指令的取出，其余各條指令的執(zhí)行和下一條指令的取出是同時(shí)進(jìn)行的，使得在每個(gè)時(shí)鐘周期可以獲得最高效率。

　　在大多數(shù)微控制器中，取指令和指令執(zhí)行都是順序進(jìn)行的，但在PIC單片機(jī)指令流水線結(jié)構(gòu)中，取指令和執(zhí)行指令在時(shí)間上是相互重疊的，所以PIC系列單片機(jī)才可能實(shí)現(xiàn)單周期指令。

　　只有涉及到改變程序計(jì)數(shù)器PC值的程序分支指令（例如GOTO、CALL）等才需要兩個(gè)周期。

　　此外，PIC的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)還體現(xiàn)在寄存器組上，如寄存器I/O口、定時(shí)器和程序寄存器等都是采用了RAM結(jié)構(gòu)形式，而且都只需要一個(gè)周期就可以完成訪問(wèn)和操作。而其它單片機(jī)常需要兩個(gè)或兩個(gè)以上的周期才能改變寄存器的內(nèi)容。上述各項(xiàng)，就是PIC系列單片機(jī)能做到指令總數(shù)少，且大都為單周期指令的重要原因。

　　AVR系列單片機(jī)

　　AVR單片機(jī)是1997年由ATMEL公司研發(fā)出的增強(qiáng)型內(nèi)置Flash的RISC（Reduced Instruction Set CPU） 精簡(jiǎn)指令集高速8位單片機(jī)。AVR的單片機(jī)可以廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)外部設(shè)備、工業(yè)實(shí)時(shí)控制、儀器儀表、通訊設(shè)備、家用電器等各個(gè)領(lǐng)域。

　?、?AVR單片機(jī)的優(yōu)勢(shì)及特點(diǎn)

　　a AVR單片機(jī)易于入手、便于升級(jí)、費(fèi)用低廉。 單片機(jī)初學(xué)者只需一條ISP下載線，把編輯、調(diào)試通過(guò)的軟件程序直接在線寫入AVR單片機(jī)，即可以開發(fā)AVR單片機(jī)系列中的各種封裝的器件。AVR單片機(jī)因此在業(yè)界號(hào)稱“一線打天下”。 AVR程序?qū)懭胧侵苯釉陔娐钒迳线M(jìn)行程序修改、燒錄等操作，這樣便于產(chǎn)品升級(jí)。AVR單片機(jī)可使用ISP在線下載編程方式（即把PC機(jī)上編譯好的程序?qū)懙絾纹瑱C(jī)的程序存儲(chǔ)器中），不需購(gòu)買仿真器、編程器、擦抹器和芯片適配器等，即可進(jìn)行所有AVR單片機(jī)的開發(fā)應(yīng)用，這可節(jié)省很多開發(fā)費(fèi)用。程序存儲(chǔ)器擦寫可達(dá)10000次以上，不會(huì)產(chǎn)生報(bào)廢品。

　　b高速、低耗、保密。首先，AVR單片機(jī)是高速嵌入式單片機(jī)： AVR單片機(jī)具有預(yù)取指令功能，即在執(zhí)行一條指令時(shí)，預(yù)先把下一條指令取進(jìn)來(lái)，使得指令可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)執(zhí)行。多累加器型，數(shù)據(jù)處理速度快。AVR單片機(jī)具有32個(gè)通用工作寄存器，相當(dāng)于有32條立交橋，可以快速通行。中斷響應(yīng)速度快。AVR單片機(jī)有多個(gè)固定中斷向量入口地址，可快速響應(yīng)中斷。AVR 單片機(jī)耗能低。對(duì)于典型功耗情況，WDT關(guān)閉時(shí)為100nA，更適用于電池供電的應(yīng)用設(shè)備。有的器件最低1.8 V即可工作。AVR單片機(jī)保密性能好。它具有不可破解的位加密鎖Lock Bit技術(shù)，保密位單元深藏于芯片內(nèi)部，無(wú)法用電子顯微鏡看到。

　　c I/O口功能強(qiáng)，具有A/D轉(zhuǎn)換等電路。AVR單片機(jī)的I/O口是真正的I/O口，能正確反映I/O口輸入/輸出的真實(shí)情況。工業(yè)級(jí)產(chǎn)品，具有大電流（灌電流）10mA～40mA，可直接驅(qū)動(dòng)可控硅SSR或繼電器，節(jié)省了外圍驅(qū)動(dòng)器件。AVR單片機(jī)內(nèi)帶模擬比較器，I/O口可用作A/D轉(zhuǎn)換，可組成廉價(jià)的 A/D轉(zhuǎn)換器。ATmega48/8/16等器件具有8路10位A/D。部分AVR單片機(jī)可組成零外設(shè)元件單片機(jī)系統(tǒng)，使該類單片機(jī)無(wú)外加元器件即可工作，簡(jiǎn)單方便，成本又低。AVR單片機(jī)可重設(shè)啟動(dòng)復(fù)位，以提高單片機(jī)工作的可靠性。有看門狗定時(shí)器實(shí)行安全保護(hù)，可防止程序走亂（飛），提高了產(chǎn)品的抗干擾能力。

　　d 有功能強(qiáng)大的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器及通訊接口。定時(shí)/計(jì)數(shù)器T/C有8位和16位，可用作比較器。計(jì)數(shù)器外部中斷和PWM（也可用作D/A）用于控制輸出，某些型號(hào)的AVR單片機(jī)有3～4個(gè)PWM，是作電機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速的理想器件。AVR單片機(jī)有串行異步通訊UART接口，不占用定時(shí)器和SPI同步傳輸功能，因其具有高速特性，故可以工作在一般標(biāo)準(zhǔn)整數(shù)頻率下，而波特率可達(dá)576K。

　　② AVR 8-Bit MCU的最大特點(diǎn)

　　與其它8-Bit MCU相比，AVR 8-Bit MCU最大的特點(diǎn)是：

　　？ 哈佛結(jié)構(gòu)，具備1MIPS / MHz的高速運(yùn)行處理能力；

　　？ 超功能精簡(jiǎn)指令集（RISC），具有32個(gè)通用工作寄存器，克服了如8051 MCU采用單一ACC進(jìn)行處理造成的瓶頸現(xiàn)象；

　??？ 快速的存取寄存器組、單周期指令系統(tǒng)，大大優(yōu)化了目標(biāo)代碼的大小、執(zhí)行效率，部分型號(hào)FLASH非常大，特別適用于使用高級(jí)語(yǔ)言進(jìn)行開發(fā)；

　??？ 作輸出時(shí)與PIC的HI/LOW相同，可輸出40mA（單一輸出），作輸入時(shí)可設(shè)置為三態(tài)高阻抗輸入或帶上拉電阻輸入，具備10mA-20mA灌電流的能力；

　??？ 片內(nèi)集成多種頻率的RC振蕩器、上電自動(dòng)復(fù)位、看門狗、啟動(dòng)延時(shí)等功能，外圍電路更加簡(jiǎn)單，系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠；

　　？ 大部分AVR片上資源豐富：帶E2PROM，PWM，RTC，SPI，UART，TWI，ISP，AD，Analog Comparator，WDT等；

　　？ 大部分AVR除了有ISP功能外，還有IAP功能，方便升級(jí)或銷毀應(yīng)用程序。

　?。?）16-BIT 單片機(jī)

　　16 位單片機(jī)是在1983 年以后發(fā)展起來(lái)的。這類單片機(jī)的特點(diǎn)是：CPU是16 位的，運(yùn)算速度普遍高于8 位機(jī)，有的單片機(jī)的尋址能力高達(dá)1MB，片內(nèi)含有A/D 和D/A轉(zhuǎn)換電路，支持高級(jí)語(yǔ)言。這類單片機(jī)主要用于過(guò)程控制、智能儀表、家用電器以及作為計(jì)算機(jī)外部設(shè)備的控制器等。典型產(chǎn)品有Intel 公司的MCS-96/98 系列、Motorola 公司的M68HC16系列、NS 公司的783××系列、TI公司的MSP430系列等等。

　　其中，以MSP430系列最為突出。它采用了精簡(jiǎn)指令集（ RISC ）結(jié)構(gòu)，具有豐富的尋址方式（ 7 種源操作數(shù)尋址、4 種目的操作數(shù)尋址）、簡(jiǎn)潔的 27 條內(nèi)核指令以及大量的模擬指令；大量的寄存器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都可參加多種運(yùn)算；還有高效的查表處理指令；有較高的處理速度，在 8MHz 晶體驅(qū)動(dòng)下指令周期為 125 ns 。這些特點(diǎn)保證了可編制出高效率的源程序。

　　在運(yùn)算速度方面， MSP430 系列單片機(jī)能在 8MHz 晶體的驅(qū)動(dòng)下，實(shí)現(xiàn) 125ns 的指令周期。 16 位的數(shù)據(jù)寬度、125ns 的指令周期以及多功能的硬件乘法器（能實(shí)現(xiàn)乘加）相配合，能實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理的某些算法（如 FFT 等）。

　　MSP430 系列單片機(jī)的中斷源較多，并且可以任意嵌套，使用時(shí)靈活方便。當(dāng)系統(tǒng)處于省電的備用狀態(tài)時(shí)，用中斷請(qǐng)求將它喚醒只用 6us 。

　　超低功耗 MSP430 單片機(jī)之所以有超低的功耗，是因?yàn)槠湓诮档托酒碾娫措妷杭办`活而可控的運(yùn)行時(shí)鐘方面都有其獨(dú)到之處。

　　首先， MSP430 系列單片機(jī)的電源電壓采用的是 1.8~3.6V 電壓。因而可使其在 1MHz 的時(shí)鐘條件下運(yùn)行時(shí)， 芯片的電流會(huì)在 200~400uA 左右，時(shí)鐘關(guān)斷模式的最低功耗只有 0.1uA 。

　　其次，獨(dú)特的時(shí)鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在 MSP430 系列中有兩個(gè)不同的系統(tǒng)時(shí)鐘系統(tǒng)：基本時(shí)鐘系統(tǒng)和鎖頻環(huán)（ FLL 和FLL+ ）時(shí)鐘系統(tǒng)或 DCO 數(shù)字振蕩器時(shí)鐘系統(tǒng)。有的使用一個(gè)晶體振蕩器（ 32768Hz ） ， 有的使用兩個(gè)晶體振蕩器）。由系統(tǒng)時(shí)鐘系統(tǒng)產(chǎn)生 CPU 和各功能所需的時(shí)鐘。并且這些時(shí)鐘可以在指令的控制下，打開和關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)總體功耗的控制。

　　由于系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)打開的功能模塊不同，即采用不同的工作模式，芯片的功耗有著顯著的不同。在系統(tǒng)中共有一種活動(dòng)模式（ AM ）和五種低功耗模式（ LPM0~LPM4 ）。在等待方式下，耗電為 0.7uA ，在節(jié)電方式下，最低可達(dá) 0.1uA。

　　系統(tǒng)工作穩(wěn)定 上電復(fù)位后，首先由 DCOCLK 啟動(dòng) CPU ，以保證程序從正確的位置開始執(zhí)行，保證晶體振蕩器有足夠的起振及穩(wěn)定時(shí)間。然后軟件可設(shè)置適當(dāng)?shù)募拇嫫鞯目刂莆粊?lái)確定最后的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率。如果晶體振蕩器在用做 CPU時(shí)鐘 MCLK 時(shí)發(fā)生故障， DCO 會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，以保證系統(tǒng)正常工作；如果程序跑飛，可用看門狗將其復(fù)位。

　　豐富的片上外圍模塊 MSP430 系列單片機(jī)的各成員都集成了較豐富的片內(nèi)外設(shè)。它們分別是看門狗（ WDT ）、模擬比較器 A 、定時(shí)器 A （ Timer_A ）、定時(shí)器 B （ Timer_B ）、串口 0 、 1 （ USART0 、 1 ）、硬件乘法器、液晶驅(qū)動(dòng)器、 10 位 /12 位 ADC 、 I 2 C 總線直接數(shù)據(jù)存?。?DMA ）、端口 O （ P0 ）、端口 1~6 （ P1~P6 ）、基本定時(shí)器（ Basic Timer ）等的一些外圍模塊的不同組合。其中，看門狗可以使程序失控時(shí)迅速?gòu)?fù)位；模擬比較器進(jìn)行模擬電壓的比較，配合定時(shí)器，可設(shè)計(jì)出 A/D 轉(zhuǎn)換器； 16 位定時(shí)器（ Timer_A 和 Timer_B ）具有捕獲 / 比較功能，大量的捕獲 / 比較寄存器，可用于事件計(jì)數(shù)、時(shí)序發(fā)生、 PWM 等；有的器件更具有可實(shí)現(xiàn)異步、同步及多址訪問(wèn)串行通信接口可方便的實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信等應(yīng)用；具有較多的 I/O 端口，最多達(dá) 6*8 條 I/O 口線； P0 、 P1 、 P2 端口能夠接收外部上升沿或下降沿的中斷輸入； 12/14 位硬件 A/D 轉(zhuǎn)換器有較高的轉(zhuǎn)換速率，最高可達(dá) 200kbps ，能夠滿足大多數(shù)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用；能直接驅(qū)動(dòng)液晶多達(dá) 160 段；實(shí)現(xiàn)兩路的 12 位 D/A 轉(zhuǎn)換；硬件 I 2 C 串行總線接口實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器串行擴(kuò)展；以及為了增加數(shù)據(jù)傳輸速度，而采用直接數(shù)據(jù)傳輸（ DMA ）模塊。 MSP430 系列單片機(jī)的這些片內(nèi)外設(shè)為系統(tǒng)的單片解決方案提供了極大的方便。

　　方便高效的開發(fā)環(huán)境 目前 MSP430 系列有 OPT 型、 FLASH 型和 ROM 型三種類型的器件，這些器件的開發(fā)手段不同。對(duì)于 OPT 型和 ROM 型的器件是使用仿真器開發(fā)成功之后在燒寫或掩膜芯片；對(duì)于 FLASH 型則有十分方便的開發(fā)調(diào)試環(huán)境，因?yàn)槠骷瑑?nèi)有 JTAG 調(diào)試接口，還有可電擦寫的 FLASH 存儲(chǔ)器，因此采用先下載程序到 FLASH 內(nèi)，再在器件內(nèi)通過(guò)軟件控制程序的運(yùn)行，由 JTAG 接口讀取片內(nèi)信息供設(shè)計(jì)者調(diào)試使用的方法進(jìn)行開發(fā)。這種方式只需要一臺(tái) PC機(jī)和一個(gè) JTAG 調(diào)試器，而不需要仿真器和編程器。開發(fā)語(yǔ)言有匯編語(yǔ)言和 C 語(yǔ)言。

　　MSP430 單片機(jī)目前主要以 FLASH 型為主。

　　16-BIT 單片機(jī)

　　16 位單片機(jī)是在1983 年以后發(fā)展起來(lái)的。這類單片機(jī)的特點(diǎn)是：CPU是16 位的，運(yùn)算速度普遍高于8 位機(jī)，有的單片機(jī)的尋址能力高達(dá)1MB，片內(nèi)含有A/D 和D/A轉(zhuǎn)換電路，支持高級(jí)語(yǔ)言。這類單片機(jī)主要用于過(guò)程控制、智能儀表、家用電器以及作為計(jì)算機(jī)外部設(shè)備的控制器等。典型產(chǎn)品有Intel 公司的MCS-96/98 系列、Motorola 公司的M68HC16系列、NS 公司的783××系列、TI公司的MSP430系列等等。

　　其中，以MSP430系列最為突出。它采用了精簡(jiǎn)指令集（ RISC ）結(jié)構(gòu)，具有豐富的尋址方式（ 7 種源操作數(shù)尋址、4 種目的操作數(shù)尋址）、簡(jiǎn)潔的 27 條內(nèi)核指令以及大量的模擬指令；大量的寄存器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都可參加多種運(yùn)算；還有高效的查表處理指令；有較高的處理速度，在 8MHz 晶體驅(qū)動(dòng)下指令周期為 125 ns 。這些特點(diǎn)保證了可編制出高效率的源程序。

　　在運(yùn)算速度方面， MSP430 系列單片機(jī)能在 8MHz 晶體的驅(qū)動(dòng)下，實(shí)現(xiàn) 125ns 的指令周期。 16 位的數(shù)據(jù)寬度、125ns 的指令周期以及多功能的硬件乘法器（能實(shí)現(xiàn)乘加）相配合，能實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理的某些算法（如 FFT 等）。

　　MSP430 系列單片機(jī)的中斷源較多，并且可以任意嵌套，使用時(shí)靈活方便。當(dāng)系統(tǒng)處于省電的備用狀態(tài)時(shí)，用中斷請(qǐng)求將它喚醒只用 6us 。

　　超低功耗 MSP430 單片機(jī)之所以有超低的功耗，是因?yàn)槠湓诮档托酒碾娫措妷杭办`活而可控的運(yùn)行時(shí)鐘方面都有其獨(dú)到之處。

　　首先， MSP430 系列單片機(jī)的電源電壓采用的是 1.8~3.6V 電壓。因而可使其在 1MHz 的時(shí)鐘條件下運(yùn)行時(shí)， 芯片的電流會(huì)在 200~400uA 左右，時(shí)鐘關(guān)斷模式的最低功耗只有 0.1uA 。

　　其次，獨(dú)特的時(shí)鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在 MSP430 系列中有兩個(gè)不同的系統(tǒng)時(shí)鐘系統(tǒng)：基本時(shí)鐘系統(tǒng)和鎖頻環(huán)（ FLL 和FLL+ ）時(shí)鐘系統(tǒng)或 DCO 數(shù)字振蕩器時(shí)鐘系統(tǒng)。有的使用一個(gè)晶體振蕩器（ 32768Hz ） ， 有的使用兩個(gè)晶體振蕩器）。由系統(tǒng)時(shí)鐘系統(tǒng)產(chǎn)生 CPU 和各功能所需的時(shí)鐘。并且這些時(shí)鐘可以在指令的控制下，打開和關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)總體功耗的控制。

　　由于系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)打開的功能模塊不同，即采用不同的工作模式，芯片的功耗有著顯著的不同。在系統(tǒng)中共有一種活動(dòng)模式（ AM ）和五種低功耗模式（ LPM0~LPM4 ）。在等待方式下，耗電為 0.7uA ，在節(jié)電方式下，最低可達(dá) 0.1uA。

　　系統(tǒng)工作穩(wěn)定 上電復(fù)位后，首先由 DCOCLK 啟動(dòng) CPU ，以保證程序從正確的位置開始執(zhí)行，保證晶體振蕩器有足夠的起振及穩(wěn)定時(shí)間。然后軟件可設(shè)置適當(dāng)?shù)募拇嫫鞯目刂莆粊?lái)確定最后的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率。如果晶體振蕩器在用做 CPU時(shí)鐘 MCLK 時(shí)發(fā)生故障， DCO 會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，以保證系統(tǒng)正常工作；如果程序跑飛，可用看門狗將其復(fù)位。

　　豐富的片上外圍模塊 MSP430 系列單片機(jī)的各成員都集成了較豐富的片內(nèi)外設(shè)。它們分別是看門狗（ WDT ）、模擬比較器 A 、定時(shí)器 A （ Timer_A ）、定時(shí)器 B （ Timer_B ）、串口 0 、 1 （ USART0 、 1 ）、硬件乘法器、液晶驅(qū)動(dòng)器、 10 位 /12 位 ADC 、 I 2 C 總線直接數(shù)據(jù)存取（ DMA ）、端口 O （ P0 ）、端口 1~6 （ P1~P6 ）、基本定時(shí)器（ Basic Timer ）等的一些外圍模塊的不同組合。其中，看門狗可以使程序失控時(shí)迅速?gòu)?fù)位；模擬比較器進(jìn)行模擬電壓的比較，配合定時(shí)器，可設(shè)計(jì)出 A/D 轉(zhuǎn)換器； 16 位定時(shí)器（ Timer_A 和 Timer_B ）具有捕獲 / 比較功能，大量的捕獲 / 比較寄存器，可用于事件計(jì)數(shù)、時(shí)序發(fā)生、 PWM 等；有的器件更具有可實(shí)現(xiàn)異步、同步及多址訪問(wèn)串行通信接口可方便的實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信等應(yīng)用；具有較多的 I/O 端口，最多達(dá) 6*8 條 I/O 口線； P0 、 P1 、 P2 端口能夠接收外部上升沿或下降沿的中斷輸入； 12/14 位硬件 A/D 轉(zhuǎn)換器有較高的轉(zhuǎn)換速率，最高可達(dá) 200kbps ，能夠滿足大多數(shù)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用；能直接驅(qū)動(dòng)液晶多達(dá) 160 段；實(shí)現(xiàn)兩路的 12 位 D/A 轉(zhuǎn)換；硬件 I 2 C 串行總線接口實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器串行擴(kuò)展；以及為了增加數(shù)據(jù)傳輸速度，而采用直接數(shù)據(jù)傳輸（ DMA ）模塊。 MSP430 系列單片機(jī)的這些片內(nèi)外設(shè)為系統(tǒng)的單片解決方案提供了極大的方便。

　　方便高效的開發(fā)環(huán)境 目前 MSP430 系列有 OPT 型、 FLASH 型和 ROM 型三種類型的器件，這些器件的開發(fā)手段不同。對(duì)于 OPT 型和 ROM 型的器件是使用仿真器開發(fā)成功之后在燒寫或掩膜芯片；對(duì)于 FLASH 型則有十分方便的開發(fā)調(diào)試環(huán)境，因?yàn)槠骷瑑?nèi)有 JTAG 調(diào)試接口，還有可電擦寫的 FLASH 存儲(chǔ)器，因此采用先下載程序到 FLASH 內(nèi)，再在器件內(nèi)通過(guò)軟件控制程序的運(yùn)行，由 JTAG 接口讀取片內(nèi)信息供設(shè)計(jì)者調(diào)試使用的方法進(jìn)行開發(fā)。這種方式只需要一臺(tái) PC機(jī)和一個(gè) JTAG 調(diào)試器，而不需要仿真器和編程器。開發(fā)語(yǔ)言有匯編語(yǔ)言和 C 語(yǔ)言。

　　MSP430 單片機(jī)目前主要以 FLASH 型為主。

　　32-BIT 單片機(jī)

　　32 位單片機(jī)的字長(zhǎng)為32 位，是單片機(jī)的頂級(jí)產(chǎn)品，具有極高的運(yùn)算速度。近年來(lái)，隨著家用電子系統(tǒng)的新發(fā)展，32 位單片機(jī)的市場(chǎng)前景看好。

　　繼16 位單片機(jī)出現(xiàn)后不久，幾大公司先后推出了代表當(dāng)前最高性能和技術(shù)水平的32 位單片微機(jī)系列。32 位單片機(jī)具有極高的集成度，內(nèi)部采用新穎的RISC（精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)）結(jié)構(gòu)，CPU 可與其他微控制器兼容，主頻頻率可達(dá)33MHz 以上，指令系統(tǒng)進(jìn)一步優(yōu)化，運(yùn)算速度可動(dòng)態(tài)改變，設(shè)有高級(jí)語(yǔ)言編譯器，具有性能強(qiáng)大的中斷控制系統(tǒng)、定時(shí)/事件控制系統(tǒng)、同步/異步通信控制系統(tǒng)。代表產(chǎn)品有Intel 公司的MCS-80960 系列、Motorola 公司的M68300 系列、Hitachi 公司的Super H（簡(jiǎn)稱SH）系列等等。

　　這類單片機(jī)主要應(yīng)用于汽車、航空航天、高級(jí)機(jī)器人、軍事裝備等方面。它代表著51、PIC、AVR、16、32-BIT系列單片機(jī)區(qū)別與特點(diǎn)

　　單片機(jī)發(fā)展中的高、新技術(shù)水平。

　　ARM在32位MCU中的主流地位是毫無(wú)疑問(wèn)的。ARM公司于1991年成立于英國(guó)劍橋，主要出售芯片設(shè)計(jì)技術(shù)的授權(quán)。目前，采用ARM技術(shù)智能財(cái)產(chǎn)（IP）核心的處理器，即我們通常所說(shuō)的ARM處理器，已遍及工業(yè)控制、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、無(wú)線系統(tǒng)等各類產(chǎn)品市場(chǎng)，基于ARM技術(shù)的處理器應(yīng)用約占據(jù)了32位RISC微處理器75％以上的市場(chǎng)，ARM技術(shù)不止逐步滲入到我們生活的各個(gè)方面，我們甚至可以說(shuō)，ARM于人類的生活環(huán)境中，已經(jīng)是不可或缺的一環(huán)。

　　目前市面上常見(jiàn)的ARM處理器架構(gòu)，可分為ARM7、ARM9以及ARM11，新推出的Cortex系列尚在進(jìn)行開發(fā)驗(yàn)證，市面上還未有相關(guān)產(chǎn)品推出。ARM也是嵌入式處理器中首先推出多核心架構(gòu)的廠商。

　　ARM首個(gè)多核心架構(gòu)為ARM11 MPCore，架構(gòu)于原先的ARM11處理器核心之上。ARM11核心是發(fā)布于2002年10月份，為了進(jìn)一步提升效能，其管線長(zhǎng)度擴(kuò)展到8階，處理單元?jiǎng)t增加為預(yù)取、譯碼、發(fā)送、轉(zhuǎn)換　／MAC1、執(zhí)行／MAC2、內(nèi)存存?。疢AC3和寫入等八個(gè)單元，體系上屬于ARM V6指令集架構(gòu)。ARM11采用當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的0.13μm制造制程，運(yùn)行頻率最高可達(dá)500到700MHz。如果采用90nm制程，ARM11核心的工作頻率能夠輕松達(dá)到1GHz以上—對(duì)于嵌入式處理器來(lái)說(shuō)，這顯然是個(gè)相當(dāng)驚人的程度，不過(guò)顯然1GHz在ARM11體系中不算是個(gè)均衡的設(shè)定，因此幾乎沒(méi)有廠商推出達(dá)到1GHz的ARM11架構(gòu)處理器。

　　ARM11的邏輯核心也經(jīng)過(guò)大量的改進(jìn)，其中最重要的當(dāng)屬“靜／動(dòng)態(tài)組合轉(zhuǎn)換的預(yù)測(cè)功能”。ARM11的執(zhí)行單元包含一個(gè)64位、4種狀態(tài)的地址轉(zhuǎn)換緩沖，它主要用來(lái)儲(chǔ)存最近使用過(guò)的轉(zhuǎn)換地址。當(dāng)采用動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換預(yù)測(cè)機(jī)制而無(wú)法在尋址緩沖內(nèi)找到正確的地址時(shí)，靜態(tài)轉(zhuǎn)換預(yù)測(cè)功能就會(huì)立刻接替它的位置。在實(shí)際測(cè)試中，單純采用動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確率為88％，單純采用靜態(tài)預(yù)測(cè)機(jī)制的準(zhǔn)確率　只有77％，而ARM11的靜／動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)組合機(jī)制可實(shí)現(xiàn)92％的高準(zhǔn)確率。針對(duì)高時(shí)脈速度帶來(lái)功耗增加的問(wèn)題，ARM11采用一項(xiàng)名為“IEM　（Intelligent Energy Manager）”的智能電源管理技術(shù)，該技術(shù)可根據(jù)任務(wù)負(fù)荷情況動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)處理器的電壓，進(jìn)而有效降低自身的功耗。這一系列改進(jìn)讓ARM11的功耗效能比得以繼續(xù)提高，平均每MHz只需消耗0.6mW（有快取時(shí)為0.8mW）的電力，處理器的最高效能可達(dá)到660 Dhrystone MIPS，遠(yuǎn)超過(guò)上一代產(chǎn)品。