絕對(duì)干貨常用單片機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)詳細(xì)剖析

1、絕對(duì)干貨！常用單片機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)詳細(xì)剖析單片機(jī)現(xiàn)在可謂是鋪天蓋地，種類繁多，讓開(kāi)發(fā)者們應(yīng)接不暇，發(fā)展也是相當(dāng)?shù)难杆?，從上世紀(jì)80 年代，由當(dāng)時(shí)的 4 位 8 位發(fā)展到現(xiàn)在的各種高速單片機(jī) 各個(gè)廠商們也在速度、內(nèi)存、功能上此起彼伏，參差不齊同時(shí)涌現(xiàn)出一大批擁有代表性單片機(jī)的廠商：Atmel 、TI 、ST 、MicroChip 、 ARM 國(guó)內(nèi)的宏晶STC 單片機(jī)也是可圈可點(diǎn) 下面為大家?guī)?lái)51 、MSP430、TMS、STM32、PIC、AVR、STC單片機(jī)之間的優(yōu)缺點(diǎn)比較及功能體現(xiàn) 51 單片機(jī)應(yīng)用最廣泛的8 位單片機(jī)當(dāng)然也是初學(xué)者們最容易上手學(xué)習(xí)的單片機(jī)， 最早由 Intel 推出，由于其典型的

2、結(jié)構(gòu)和完善的總線專用寄存器的集中管理，眾多的邏輯位操作功能及面向控制的豐富的指令系統(tǒng)，堪稱為一代“經(jīng)典”，為以后的其它單片機(jī)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。51 單片機(jī)之所以成為經(jīng)典，成為易上手的單片機(jī)主要有以下特點(diǎn)：特性 1. 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，處理對(duì)象不是字或字節(jié)而是位。不但能對(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(lái)得心應(yīng)手。2. 同時(shí)在片內(nèi) RAM 區(qū)間還特別開(kāi)辟了一個(gè)雙重功能的地址區(qū)間，使用極為靈活，這一功能無(wú)疑給使用者提供了極大的方便，3. 乘法和除法指令， 這給編程也帶來(lái)了便利。 很

3、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。缺點(diǎn) (雖然是經(jīng)典但是缺點(diǎn)還是很明顯的)1. AD 、 EEPROM等功能需要靠擴(kuò)展,增加了硬件和軟件負(fù)擔(dān)2. 雖然 I/O 腳使用簡(jiǎn)單，但高電平時(shí)無(wú)輸出能力，這也是51 系列單片機(jī)的最大軟肋3. 運(yùn)行速度過(guò)慢， 特別是雙數(shù)據(jù)指針， 如能改進(jìn)能給編程帶來(lái)很大的便利4. 51 保護(hù)能力很差，很容易燒壞芯片應(yīng)用范圍目前在教學(xué)場(chǎng)合和對(duì)性能要求不高的場(chǎng)合大量被采用使用最多的器件 8051 、 80C51 MSP430 單片機(jī)MSP430 系列單片機(jī)是德州儀器1996年開(kāi)始推向市場(chǎng)的一種 16 位超低功耗的混合信號(hào)處理器，給人們留

4、下的最大的亮點(diǎn)是低功耗而且速度快 ,匯編語(yǔ)言用起來(lái)很靈活 ,尋址方式很多 ,指令很少 ,容易 上手。主要是由于其針對(duì)實(shí)際應(yīng)用需求，把許多模擬電路、數(shù)字電路和微處理器集成在一個(gè)芯片上，以提供“單片”解決方案。其迅速發(fā)展和應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，主要取決于以下的特點(diǎn) 特性 1. 強(qiáng)大的處理能力，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

5、制出高效率的源程序2. 在運(yùn)算速度方面， 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 )3. 超低功耗方面， 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。電源電壓采用的是 1.83.6V 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200400uA左右，時(shí)鐘關(guān)斷模式的最低功耗只有0.1uA缺點(diǎn) 1. 個(gè)人感覺(jué)不容易上手，不適合初學(xué)者入門，資料也比較少

6、，只能跑官網(wǎng)去找2. 占的指令空間較大 ,因?yàn)槭?16 位單片機(jī) ,程序以字為單位 ,有的指令竟然占6 個(gè)字節(jié)。雖然程序表面上簡(jiǎn)潔, 但與 pic單片機(jī)比較空間占用很大應(yīng)用范圍在低功耗及超低功耗的工業(yè)場(chǎng)合應(yīng)用的比較多使用最多的器件MSP430F系列、 MSP430G2系列、MSP430L09系列TMS 單片機(jī)這里也提一下TMS 系列單片機(jī)，雖不算主流。由TI 推出的8 位 CMOS 單片機(jī) ,具有多種存儲(chǔ)模式、多種外圍接口模式,適用于復(fù)雜的實(shí)時(shí)控制場(chǎng)合。雖 然沒(méi) STM32 那么優(yōu)秀， 也沒(méi) MSP430 那么張揚(yáng)，但是 TMS370C 系列單片機(jī)提供了通過(guò)整合先進(jìn)的外圍功能模塊及各種芯片的內(nèi)

7、存配置，具有高性價(jià)比 的實(shí)時(shí)系統(tǒng)控制。同時(shí)采用高性能硅柵CMOSEPROM和EEPROM技術(shù)實(shí)現(xiàn)。低工作功耗CMOS技術(shù)，寬工作溫度范圍，噪聲抑制，再加上高性能和豐富的片上外設(shè)功能，使 TMS370C 系列單片機(jī) 在汽車電子，工業(yè)電機(jī)控制，電腦，通信和消費(fèi)類具有一定的應(yīng)用。 STM32 單片機(jī)由 ST 廠商推出的 STM32 系列單片機(jī)，行業(yè)的朋友都知道，這是一款性價(jià)比超高的系列單片機(jī)，應(yīng)該沒(méi)有之一，功能及其強(qiáng)大。其基于專為要求高性能、 低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用專門設(shè)計(jì)的 ARM Cortex-M 內(nèi)核，同時(shí)具有一流的外設(shè)： 1s的雙 12 位 ADC ， 4 兆位 /秒的 UART ， 1

8、8 兆位 /秒的 SPI 等等，在功耗和集成度方面也有不俗的表現(xiàn)，當(dāng)然和 MSP430 的功耗比起來(lái)是稍微遜色的一些， 但這并不影響工程師們對(duì)它的熱捧程度，由于其簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)和易用的工具再配合其強(qiáng)大的功能在行業(yè)中赫赫有名 其強(qiáng)大的功能主要表現(xiàn)在：特性 1. 內(nèi)核： ARM32 位 Cortex-M3CPU，最高工作頻率72MHz ， 1.25DMIPS/MHz，單周期乘法和硬件除法2. 存儲(chǔ)器：片上集成32-512KB的 Flash 存儲(chǔ)器。 6-64KB 的SRAM 存儲(chǔ)器3. 時(shí)鐘、復(fù)位和電源管理： 2.0-3.6V 的電源供電和 I/O 接口的驅(qū)動(dòng)電壓。 POR 、PDR 和可編程的電壓探

9、測(cè)器 (PVD) 。4-16MHz 的 晶振。內(nèi)嵌出廠前調(diào)校的 8MHz RC 振蕩電路。內(nèi)部 40 kHz 的 RC 振蕩電路。用于 CPU 時(shí)鐘的 PLL 。帶校準(zhǔn)用于 RTC 的 32kHz 的晶振4、調(diào)試模式： 串行調(diào)試 (SWD) 和 JTAG 接口。最多高達(dá) 112 個(gè)的快速 I/O 端口、最多多達(dá) 11 個(gè)定時(shí)器、最多多達(dá) 13 個(gè)通信接口使用最多的器件STM32F103系列、 STM32 L1系列、STM32W 系列。PIC 單片機(jī)PIC 單片機(jī)系列是美國(guó)微芯公司(Microship) 的產(chǎn)品，共分三個(gè)級(jí)別 ,即基本級(jí)、中級(jí)、高級(jí)，是當(dāng)前市場(chǎng)份額增長(zhǎng)最快的單片機(jī)之一， CPU采

10、用 RISC 結(jié)構(gòu) ,分別有 33 、 35 、 58 條指令 ,屬精簡(jiǎn)指令集，同時(shí)采用Harvard 雙總線結(jié)構(gòu) ,運(yùn)行速度快 ,它能使程序存儲(chǔ)器的訪問(wèn)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的訪問(wèn)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(lái)每條指令只需一個(gè)周期,這 也是高效率運(yùn)行的原因之一，此外 PIC 單片機(jī)之所以成為一時(shí)非常熱的單片機(jī)不外乎以下特點(diǎn)：特點(diǎn) 1. 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

11、寄存器 ,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)。 2.當(dāng)置位 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)3. 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 為位,能滿足精度要求。具有在線調(diào)試及編程(ISP) 功能。不足之處其專用寄存器(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)(80 FFH), 而是分散在四個(gè)地址區(qū)10間內(nèi)。只

12、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)， 但是在編程過(guò)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 (RP0) 置位或清零。數(shù)據(jù)的傳送和邏輯運(yùn)算基本上都得通過(guò)工作寄存器 W( 相當(dāng)于 51 系列的累加器 A)來(lái)進(jìn)行 ,而 51 系列的還可以通過(guò)寄存器相互之間直接傳送,因而 PIC 單片機(jī)的瓶頸現(xiàn)象比 51 系列還要嚴(yán)重 ,這在編程中的朋友應(yīng)該深有體會(huì)使用最多的器件PIC16F873 、 PIC16F877 AVR單片機(jī)AVR

13、 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。通常時(shí)鐘頻率用48MHz, 故 最短指令執(zhí)行時(shí)間為250 125ns 。AVR 單片機(jī)能成為最近仍是比較火熱的單片機(jī)，主要的特點(diǎn)：特點(diǎn) 1.AVR 系列沒(méi)有類似累加器A 的結(jié)構(gòu) ,它主要是通過(guò)R16 R31寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn) A 的功能。在 AVR 中,沒(méi)有像 51系列的數(shù)據(jù)指針 DPTR, 而是由 X( 由 R26 、R27組成 )、Y( 由R2

14、8 、R29組成 )、Z(由 R30 、R31 組成 )三個(gè) 16位的寄存器來(lái)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，而在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(lái)回折騰 ,這些都比51 系列出色些2.AVR 的專用寄存器集中在00 3F地址區(qū)間 ,無(wú)需像 PIC 那樣得先進(jìn)行選存儲(chǔ)體的過(guò)程,使用起來(lái)比 PIC 方便。 AVR 的片內(nèi) RAM 的地址區(qū)間 為 000DF(AT90S2313)和 0060 025F(AT90S8515、 AT90S8535), 它們占用的是數(shù)據(jù)空間

15、的地址 ,這些片內(nèi)RAM 僅僅是用來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的,通常不具備通用寄存器的功能。當(dāng)程序復(fù)雜時(shí) ,通用寄存器R0 R31 就顯得不夠用 ;而 51 系列的通用寄存器多達(dá)128 個(gè)(為 AVR 的 4倍),編程時(shí)就不會(huì)有這種感覺(jué)。3.AVR 的 I/O 腳類似 PIC, 它也有用來(lái)控制輸入或輸出的方向寄存器 ,在輸出狀態(tài)下 ,高電平輸出的電流在 10mA 左右 ,低電平吸入電流 20mA 。這點(diǎn)雖不如 PIC, 但比 51 系列還是要優(yōu)秀的 缺點(diǎn) 1. 是沒(méi)有位操作， 都是以字節(jié)形式來(lái)控制和判斷相關(guān)寄存器位的2.C 語(yǔ)言與 51 的 C 語(yǔ)言在寫法上存在很大的差異，這讓從開(kāi)始學(xué)習(xí) 51 單片機(jī)的朋友很

16、不習(xí)慣3. 通用寄存器一共 32 個(gè) (R0 R31), 前 16 個(gè)寄存器 (R0 R15) 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 00 7FH) 均可以直接與立即數(shù)打交道 ,顯然要優(yōu)于前者。使用最多的器件 ATUC64L3U 、ATxmega64A1U 、AT90S8515 STC單片機(jī)說(shuō)到 STC 單片機(jī)有人會(huì)說(shuō)到，STC 也能算主流，估計(jì)要被噴了 我們基于它是國(guó)內(nèi)還算是比較不錯(cuò)的單片機(jī)來(lái)說(shuō)。 STC 單片機(jī)是宏晶生產(chǎn)的單時(shí)鐘 / 機(jī)器周期的單片機(jī)，說(shuō)白了 STC 單片機(jī)是 51 與 AVR 的結(jié)合體，有人說(shuō) AVR 是 51的替

17、代單片機(jī)，但是 AVR 單片機(jī)在位控制和 C 語(yǔ)言寫法上存在很大的差 異。而 STC 單片機(jī)洽洽結(jié)合了 51 和 AVR 的優(yōu)點(diǎn)，雖然功能不及 AVR 那么強(qiáng)大，但是在 AVR 能找到的功能，在 STC 上基本都有，同時(shí) STC 單片機(jī)是 51 內(nèi)核，這給以 51 單片機(jī)為基礎(chǔ)的工程師們提供了極大的方便，省去了學(xué)習(xí) AVR 的時(shí)間，同時(shí)也不失AVR 的各種功能 STC單片機(jī)是高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)51 單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快812倍，內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路。4 路PWM 8路高速 10 位 A、D 轉(zhuǎn)換，針對(duì)電機(jī)電機(jī)的供應(yīng)商控制，強(qiáng)干擾

18、場(chǎng)合，成為繼51 單片機(jī)后一個(gè)全新系列單片機(jī) 特性 1. 下載燒錄程序用串口方便好用，容易上手，擁有大量的學(xué)習(xí)資料及視頻，最著名的要屬于杜老師的那個(gè)視頻了，好多對(duì)單片機(jī)有興趣的朋友都是通過(guò)這個(gè)視頻入門的，同時(shí)具有寬電壓： 5.5 3.8V ，2.4 3.8V,低功耗設(shè)計(jì)：空閑模式，掉電模式 (可由外部中斷喚醒)2.STC 單片機(jī)具有在應(yīng)用編程，調(diào)試起來(lái)比較方便;帶有 10位 AD 、內(nèi)部 EEPROM 、可在 1T/ 機(jī)器周期下工作，速度是傳統(tǒng) 51 單片機(jī)的 812 倍，價(jià)格也較便宜3.4 通道捕獲 /比較單元， STC12C2052AD 系列為 2 通道，也可用來(lái)再實(shí)現(xiàn) 4 個(gè)定時(shí)器或 4

19、 個(gè)外部中斷， 2 個(gè)硬件 16 位定時(shí)器，兼容普通 8051 的定時(shí) 器。 4 路 PCA 還可再實(shí)現(xiàn) 4 個(gè)定時(shí)器，具有硬件看門狗、高速SPI 通信端口、全雙工異步串行口 ,兼容普通8051 的串口，同時(shí)還具有先進(jìn)的指令集結(jié)構(gòu)，兼容普通 8051 指令集PS ：STC 單片機(jī)功能雖不及AVR 、STM32 強(qiáng)大，價(jià)格也不及 51 和 ST32 便宜，但是這些并并不重要，重要的是這屬于國(guó)產(chǎn)單片機(jī)比較出色的單片機(jī)，但愿國(guó)產(chǎn)單片機(jī)能一路長(zhǎng)虹 使用最多的器件STC12C2052AD Freescale單片機(jī)主要針對(duì) S08,S12 這類單片機(jī)， 當(dāng)然 Freescale單片機(jī)遠(yuǎn)非于此。 Frees

20、cale 系列單片機(jī)采用哈佛結(jié)構(gòu)和流水線指令結(jié)構(gòu)，在許多領(lǐng)域內(nèi)都表現(xiàn)出低成本，高性能的的特點(diǎn)，它的體系結(jié)構(gòu)為產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)節(jié)省了大量時(shí)間。此外Freescale提供了多種集成模塊和總線接口，可以在不同的系統(tǒng)中更靈活的發(fā)揮作用 !特點(diǎn) 1. 全系列：從低端到高端，從8位到32位全系列應(yīng)有盡有，其推出的8 位 /32 位管腳兼容的QE128 ，可以從 8 位直接移植到 32位 ,彌補(bǔ)單片機(jī)業(yè)界8/32 位兼容架構(gòu)中缺失的一環(huán) 2.多種系統(tǒng)時(shí)鐘模塊：三種模塊，七種工作模式。多種時(shí)鐘源輸入選項(xiàng)，不同的mcu 具有不同的時(shí)鐘產(chǎn)生機(jī)制，可以是 RC 振蕩器，外部時(shí)鐘或晶振，也可以是內(nèi)部時(shí)鐘，多數(shù) CPU 同時(shí)具有上述三種模塊!可以運(yùn)行在 FEI ， FEE ，F(xiàn)BI ， FBILP ，F(xiàn)BE ，F(xiàn)BELP ， STOP 這七種工作模式3. 多種通訊模塊接口： F