幾種主流單片機(jī)對(duì)比

1、幾種主流單片機(jī)的比較 單片機(jī) 2008-02-26 17:42:42 閱讀2217 評(píng)論11字號(hào)：大中小 比較幾種不同的單片機(jī)可以擴(kuò)大單片機(jī)的知識(shí)面，也可以參與其他種類單片機(jī)的 開發(fā)。本實(shí)驗(yàn)中，我們提到的單片機(jī)都是極具代表性的幾種單片機(jī)，能使我們的 讀者對(duì)主流單片機(jī)有了清楚的認(rèn)識(shí)。 一、51系列 應(yīng)用最廣泛的八位單片機(jī)首推In tel的51系列，由于產(chǎn)品硬件結(jié)構(gòu)合理，指令系 統(tǒng)規(guī)范，加之生產(chǎn)歷史“悠久”，有先入為主的優(yōu)勢(shì)。世界有許多著名的芯片公 司都購(gòu)買了 51芯片的核心專利技術(shù)，并在其基礎(chǔ)上進(jìn)行性能上的擴(kuò)充，使得芯 片得到進(jìn)一步的完善，形成了一個(gè)龐大的體系，直到現(xiàn)在仍在不斷翻新，把單片 機(jī)世

2、界炒得沸沸揚(yáng)揚(yáng)。有人推測(cè)，51芯片可能最終形成事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn) MCU芯片。 51系列優(yōu)點(diǎn)之一是它從內(nèi)部的硬件到軟件有一套完整的按位操作系統(tǒng)，稱作位 處理器，或布爾處理器。它的處理對(duì)象不是字或字節(jié)而是位。它不光能對(duì)片內(nèi)某 些特殊功能寄存器的某位進(jìn)行處理，如傳送、置位、清零、測(cè)試等，還能進(jìn)行位 的邏輯運(yùn)算，其功能十分完備，使用起來得心應(yīng)手。雖然其他種類的單片機(jī)也具 有位處理功能，但能進(jìn)行位邏輯運(yùn)算的實(shí)屬少見。51系列在片內(nèi)RAM區(qū)間還特 別開辟了一個(gè)雙重功能的地址區(qū)間，十六個(gè)字節(jié)，單元地址20H2FH,它既可 作字節(jié)處理，也可作位處理（作位處理時(shí)，合128個(gè)位，相應(yīng)位地址為00H 7FH）,使用極為

3、靈活。這一功能無疑給使用者提供了極大的方便，因?yàn)橐粋€(gè)較 復(fù)雜的程序在運(yùn)行過程中會(huì)遇到很多分支，因而需建立很多標(biāo)志位，在運(yùn)行過程 中，需要對(duì)有關(guān)的標(biāo)志位進(jìn)行置位、清零或檢測(cè)，以確定程序的運(yùn)行方向。而實(shí) 施這一處理（包括前面所有的位功能），只需用一條位操作指令即可。 例1:如對(duì)21H的第0位（相應(yīng)位地址為08H）置位，只需用一條位指令，SETB 08H，對(duì)周圍的其他位不會(huì)產(chǎn)生影響。 有的單片機(jī)并不能直接對(duì) RAM單元中的位進(jìn)行操作，如 AVR系列單片機(jī)中， 若想對(duì)RAM中的某位置位時(shí)，必須通過狀態(tài)寄存器 SREG的T位進(jìn)行中轉(zhuǎn)。 例2:如對(duì)RAM中的R0寄存器的第4位置位，則 BSET6 ;狀態(tài)寄

4、存器T置位 BLD R0, 4 ;將T位復(fù)制到R0的第4位 顯然，后者比前者要復(fù)雜。 51系列的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是乘法和除法指令，這給編程也帶來了便利。八位除以八 位的除法指令，商為八位，精度嫌不夠，用得不多。而八位乘八位的乘法指令， 其積為十六位，精度還是能滿足要求的，用的較多。作乘法時(shí)，只需一條指令就 行了，即MULAB（兩個(gè)乘數(shù)分別在累加器 A和寄存器B中。積的低位字節(jié)在累 加器A中，高位字節(jié)在寄存器B中）。很多的八位單片機(jī)都不具備乘法功能，作 乘法時(shí)還得編上一段子程序調(diào)用，十分不便。 在51系列中，還有一條二進(jìn)制-十進(jìn)制調(diào)整指令DA，能將二進(jìn)制變?yōu)锽CD碼， 這對(duì)于十進(jìn)制的計(jì)量十分方便。而在

5、其他的單片機(jī)中，則也需調(diào)用專用的子程序 才行。 In tel公司51系列的典型產(chǎn)品是8051,片內(nèi)有4K字節(jié)的一次性程序存儲(chǔ)器 （OTP）。Atmel公司就將其改為電可改寫的閃速存儲(chǔ)器 （Flash），容許改寫1000 次以上，這給編程和調(diào)試帶來極大的便利，其產(chǎn)品AT89C51、AT89C52等 成為了當(dāng)今最流行的八位單片機(jī)。 51 系列的 I/O 腳的設(shè)置和使用非常簡(jiǎn)單，當(dāng)該腳作輸入腳使用時(shí) ，只須將該腳設(shè) 置為高電平（復(fù)位時(shí)，各 I/O 口均置高電平）。當(dāng)該腳作輸出腳使用時(shí)，則為高 電平或低電平均可。低電平時(shí)，吸入電流可達(dá) 20mA，具有一定的驅(qū)動(dòng)能力；而 為高電平時(shí)，輸出電流僅數(shù)十 卩A

6、甚至更?。娏鲗?shí)際上是由腳的上拉電流形成 的），基本上沒有驅(qū)動(dòng)能力。其原因是高電平時(shí)該腳也同時(shí)作輸入腳使用，而輸 入腳必須具有高的輸入阻抗，因而上拉的電流必須很小才行。作輸出腳使用，欲 進(jìn)行高電平驅(qū)動(dòng)時(shí)，得利用外電路來實(shí)現(xiàn)，I/O腳不通，電流經(jīng)R驅(qū)動(dòng)LED發(fā) 光；低電平時(shí)， I/O 腳導(dǎo)通，電流由該腳入地， LED 滅（ I/O 腳導(dǎo)通時(shí)對(duì)地的電 壓降小于1V，LED的域值1.51.8V）。 51 系列 I/O 腳使用簡(jiǎn)單，但高電平時(shí)無輸出能力，可謂有利有弊。故其他系列的 單片機(jī)（如 PIC 系列、 AVR 系列等）對(duì) I/O 口進(jìn)行了改進(jìn)，增加了方向寄存器 以確定輸入或輸出，但使用也變得復(fù)雜

7、。 一些簡(jiǎn)裝的 51 產(chǎn)品也相應(yīng)出現(xiàn)，如 Atmel 公司的 AT89C1051、 AT89C2051、 AT89C4051 等（閃速存儲(chǔ)器分別為 1K、 2K、 4K 等，但不能外接數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器）， 指令系統(tǒng)與 AT89C51 完全兼容，但引腳均為 20腳，不光體積小，而且價(jià)格低廉， 這使得其他的公司競(jìng)相仿照。 不過，原 51 系列也有許多值得改進(jìn)之處，如運(yùn)行速度過慢等。當(dāng)晶振頻率為 12MHz時(shí)，機(jī)器周期達(dá)1卩s,顯然適應(yīng)不了現(xiàn)代高速運(yùn)行的需要。華邦公司 （Winbond）生產(chǎn)的產(chǎn)品型號(hào)為 W77系列和W78系列，W78系列與AT89C系列完 全兼容。 W77 系列為增強(qiáng)型，對(duì)原有的 805

8、1 的時(shí)序作了改進(jìn)，每個(gè)機(jī)器周期從 12個(gè)時(shí)鐘周期改為 4個(gè)周期，使速度提高了三倍，同時(shí)，晶振頻率最高可達(dá) 40MHz。W77系列還增加了看門狗 WatchDog、兩組UART、兩組DPTR數(shù)據(jù)指 針、ISP等多種功能。 特別是雙數(shù)據(jù)指針，能給編程帶來很大的便利。在 51 系列中，數(shù)據(jù)指針 DPTR 是片內(nèi)與片外的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器打交道的主要途徑 （由片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀入片內(nèi)累加 器A或由片內(nèi)累加器A寫入片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器），也是程序存儲(chǔ)器與累加器 A之 間的數(shù)據(jù)傳送的必由之路。由于頻繁的數(shù)據(jù)交換，特別是數(shù)據(jù)塊的搬運(yùn)和比較， 數(shù)據(jù)指針非常吃緊，它需要不斷地實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)與還原，不光編程變得復(fù)雜，而 且運(yùn)行速

9、度也減慢。而當(dāng)采用兩個(gè)數(shù)據(jù)指針時(shí)，可以各負(fù)其責(zé)，互不相擾，輕松 地完成上述過程。兩個(gè)數(shù)據(jù)指針的選取取決于特殊功能寄存器 AUXR1 的第 D0 位DPS。當(dāng)DPS為0時(shí)，選中數(shù)據(jù)指針 DPTR0 （復(fù)位時(shí)DPS也為0）; DPS為 1時(shí)，選中數(shù)據(jù)指針DPTR1。DPS位不能位尋址，故不能進(jìn)行布爾操作，但由 于 AUXR1 的 D1 位被強(qiáng)制為邏輯“ 0”，不可能發(fā)生由 D0 位向 D1 位進(jìn)位之可 能，因而可以通過對(duì) AUXR1進(jìn)行增1來使D0位由0變?yōu)?或由1變?yōu)?,從 而達(dá)到雙數(shù)據(jù)指針的快速切換的目的，如： 例 3： MOVAUXR1,#0 ; DPS 為 0，DPTR0 有效 INC A

10、UXR1 ; DPS 為 1， DPTR1 有效 INC AUXR1 ; DPS 為 0，DPTR0 有效 ISP 功能能實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)可編程，可以省去通用的編程器，單片機(jī)在用戶板上即可 下載和燒錄用戶程序，而無需將單片機(jī)從生產(chǎn)好的產(chǎn)品上取下。未定型的程序還 可以邊生產(chǎn)邊完善，加快了產(chǎn)品的開發(fā)速度，減少了新產(chǎn)品因軟件缺陷帶來的風(fēng) 險(xiǎn)。由于可以將程序下載并觀看運(yùn)行結(jié)果，故也可以不用仿真器。 單片機(jī)的提速運(yùn)行、雙數(shù)據(jù)指針及 ISP 功能并非是 W77 系列所特有的，一些新 的型號(hào)的 51 系列產(chǎn)品大都有該功能，如 Philips 的 51LPC 系列、 AT89 系列中的 某些型號(hào)、STC89C系列等

11、等。有的單片機(jī)還附有A/D、D/A轉(zhuǎn)換、片內(nèi)EEPROM 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、 PWM 輸出、 I2C 總線、上電復(fù)位檢測(cè)、欠壓復(fù)位檢測(cè)等等，這些 新系列的單片機(jī)，它們都兼容 8051的指令系統(tǒng)。增強(qiáng)功能的實(shí)現(xiàn)，大都是由片 內(nèi)新增的特殊功能寄存器來進(jìn)行設(shè)置 ，這些寄存器被安排在片內(nèi)特殊功能寄存器 區(qū)間(80FFH)的預(yù)留地址上。 比較有代表性的產(chǎn)品還有 STC89C51RC、C8051F331/330等等?？梢赃@么說，新 的 51 產(chǎn)品幾乎可以涵蓋所有新的功能。由于新型號(hào)的芯片種類太多，此處不可 能一一列舉，讀者可根據(jù)使用的需求查閱相關(guān)的資料。 二、 PIC 系列 PIC單片機(jī)系列是美國(guó)微芯公司(Mi

12、croship)的產(chǎn)品，是當(dāng)前市場(chǎng)份額增長(zhǎng)最快 的單片機(jī)之一。CPU采用RISC結(jié)構(gòu)，分別有33、35、58條指令(視單片機(jī)的 級(jí)別而定)，屬精簡(jiǎn)指令集。而 51系列有 111條指令， AVR 單片機(jī)有 118條指 令，都比前者復(fù)雜。采用Harvard雙總線結(jié)構(gòu)，運(yùn)行速度快(指令周期約160 200ns),它能使程序存儲(chǔ)器的訪問和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的訪問并行處理，這種指令流水 線結(jié)構(gòu)，在一個(gè)周期內(nèi)完成兩部分工作，一是執(zhí)行指令，二是從程序存儲(chǔ)器取出 下一條指令，這樣總的看來每條指令只需一個(gè)周期(個(gè)別除外) ，這也是高效率 運(yùn)行的原因之一。此外，它還具有低工作電壓、低功耗、驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)。 PIC系列單

13、片機(jī)共分三個(gè)級(jí)別，即基本級(jí)、中級(jí)高級(jí)。其中又以中級(jí)的PIC16F873 (A)、PIC16F877(A)用的最多，本文以這兩種單片機(jī)為例進(jìn)行說明。這兩種芯 片除了引出腳不同外(PIC16F873(A)為28腳的PDIP或SOIC封裝；PIC16F877 (A)為40腳的PDIP或44腳的PLCC/QFP封裝)，其他的差別并不很大。 PIC系列單片機(jī)的I/O 口是雙向的，其輸出電路為CMOS互補(bǔ)推挽輸出電路。I/O 腳增加了用于設(shè)置輸入或輸出狀態(tài)的方向寄存器(TRISn，其中n對(duì)應(yīng)各口，如 A、 B、 C、 D、 E 等)，從而解決了 51 系列 I/O 腳為高電平時(shí)同為輸入和輸出的 狀態(tài)。當(dāng)置

14、位 1 時(shí)為輸入狀態(tài)，且不管該腳呈高電平或低電平，對(duì)外均呈高阻狀 態(tài)；置位 0 時(shí)為輸出狀態(tài)，不管該腳為何種電平，均呈低阻狀態(tài)，有相當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng) 能力，低電平吸入電流達(dá)25mA，高電平輸出電流可達(dá)20mA。相對(duì)于51系列而 言，這是一個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)，它可以直接驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示且外電路簡(jiǎn)單。它的 A/D 為10位，能滿足精度要求。具有在線調(diào)試及編程(ISP)功能。 該系列單片機(jī)的專用寄存器(SFR)并不像51系列那樣都集中在一個(gè)固定的地 址區(qū)間內(nèi)(80FFH)，而是分散在四個(gè)地址區(qū)間內(nèi)，即存儲(chǔ)體 0 (Bank0: 00 7FH)、存儲(chǔ)體 1(Bank1 : 80FFH)、存儲(chǔ)體 2(Bank2 : 1

15、0017FH)、存儲(chǔ)體 3(Bank3 : 1801FFH)。只有 5 個(gè)專用寄存器 PCL、STATUS、FSR PCLATH、 INTCON 在 4 個(gè)存儲(chǔ)體內(nèi)同時(shí)出現(xiàn)。在編程過程中，少不了要與專用寄存器打交 道，得反復(fù)地選擇對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)體，也即對(duì)狀態(tài)寄存器 STATUS 的第 6 位（ RP1） 和第5位（RPO）置位或清零。如： 例 4： CLRFSTATUS ;清零RP, RPO。選擇存儲(chǔ)體0 BSF STATUS, RPO;置位RPO。選擇存儲(chǔ)體1 BCF STATUS, RPO;清零RPO。選擇存儲(chǔ)體0 這多少給編程帶來了一些麻煩。對(duì)于上述的單片機(jī)，它的位指令操作通常限制在 存儲(chǔ)體

16、O區(qū)間（OO7FH）。 數(shù)據(jù)的傳送和邏輯運(yùn)算基本上都得通過工作寄存器W （相當(dāng)于51系列的累加器 A）來進(jìn)行，而51系列的還可以通過寄存器相互之間直接傳送 （如：MOV 3OH， 2OH ;將寄存器2OH的內(nèi)容直接傳送至寄存器3OH中），因而PIC單片機(jī)的瓶頸 現(xiàn)象比 51 系列還要嚴(yán)重，這在編程中很有感受。 三、 AVR 系列 AVR 單片機(jī)是 Atmel 公司推出的較為新穎的單片機(jī)，其顯著的特點(diǎn)為高性能、 高速度、低功耗。它取消機(jī)器周期，以時(shí)鐘周期為指令周期，實(shí)行流水作業(yè)。 AVR 單片機(jī)指令以字為單位，且大部分指令都為單周期指令。而單周期既可執(zhí) 行本指令功能，同時(shí)完成下一條指令的讀取。通

17、常時(shí)鐘頻率用48MHz，故最 短指令執(zhí)行時(shí)間為25O125nso該系列的型號(hào)較多，但可用下面三種為代表： AT9OS2313（簡(jiǎn)裝型）、AT90S8515、AT90S8535（帶 A/D 轉(zhuǎn)換）。 通用寄存器一共32個(gè)（R0R31），前16個(gè)寄存器（R0R15）都不能直接與 立即數(shù)打交道，因而通用性有所下降。而在 51 系列中，它所有的通用寄存器 （地 址007FH）均可以直接與立即數(shù)打交道，顯然要優(yōu)于前者。 AVR系列沒有類似累加器 A的結(jié)構(gòu)，它主要是通過 R16R31寄存器來實(shí)現(xiàn)A 的功能。在AVR中，沒有像51系列的數(shù)據(jù)指針DPTR，而是由X （由R26 R27 組成）、Y （由R28、

18、R29組成）、Z （由R30、R31組成）三個(gè)16位的寄存器 來完成數(shù)據(jù)指針的功能（相當(dāng)于有三組DPTR），而且還能作后增量或先減量等的 運(yùn)行，如： 例 5： LDRd, X ;將X所指的地址的內(nèi)容裝入寄存器 Rd中。 LDRd,Y + ;將Y所指的地址的內(nèi)容裝入寄存器 Rd中，然后Y的地址增1。 LDRd，- X ;將X的地址減1所指的地址的內(nèi)容裝入寄存器 Rd中。 在51系列中，所有的邏輯運(yùn)算都必須在 A中進(jìn)行；而AVR卻可以在任兩個(gè)寄 存器之間進(jìn)行，省去了在 A中的來回折騰，這些都比51系列強(qiáng)。 AVR的專用寄存器集中在003F地址區(qū)間，無需像PIC那樣得先進(jìn)行選存儲(chǔ)體 的過程，使用起來比PIC方便。AVR的片內(nèi)RAM的地址區(qū)間為0060 $00DF（AT90S2313）和 0060025F（AT90S8515 AT90S8535），它們占用的是數(shù) 據(jù)空間的地址，