一、按生產(chǎn)廠家分
單片機(jī)生產(chǎn)廠家:美國的英特爾(Intel) 公司、摩托羅拉(Motorola)公司、國家辦導(dǎo)體(NS) 公司、Atmel公司、微芯片(Microchip) 公司、洛克威爾(Rockwell)公司、莫斯特克公司(Mostek)、齊洛格(Zilog)公司、仙童(Fairchid)公司、德州儀器(TI)公司等等。
日本的電氣(NS)公司、東芝(Toshiba)公司、富士通(Fujitsu)公司、松下公司、日立(Hitachi)公司、日電(NEC)公司、夏普公司等等。
韓國三星samsung單片機(jī)。
荷蘭的飛利浦(Philips)公司。
德國的西門子(Siemens)公司等等。
8051單片機(jī)最早由Intel公司推出,其后,多家公司購買了8051的內(nèi)核,使得以8051為內(nèi)核的MCU系列單片機(jī)在世界上產(chǎn)量最大,應(yīng)用也最廣泛,有人推測8051可能最終形成事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)MCU芯片。
MicroChip單片機(jī): MicroChip單片機(jī)的主要產(chǎn)品是PIC 16C系列和17C系列8位單片機(jī),CPU采用RISC結(jié)構(gòu),分別僅有33,35,58條指令,采用Harvard雙總線結(jié)構(gòu),運(yùn)行速度快,低工作電壓,低功耗,較大的輸入輸出直接驅(qū)動能力,價(jià)格低,一次性編程,小體積。 適用于用量大,檔次低,價(jià)格敏感的產(chǎn)品。在辦公自動化設(shè)備,消費(fèi)電子產(chǎn)品,電訊通信,智能儀器儀表,汽車電子,金融電子,工業(yè)控制不同領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用,PIC系列單片機(jī)在世界單片機(jī)市場份額排名中逐年提高。發(fā)展非常迅速。
ATMEL公司的AVR單片機(jī),是增強(qiáng)型RISC內(nèi)載Flash的片機(jī),芯片上的Flash存儲器附在用戶的產(chǎn)品中,可隨時(shí)編程,再編程,使用戶的產(chǎn)品設(shè)計(jì)容易,更新?lián)Q代方便.AVR單片機(jī)采用增強(qiáng)的RISC結(jié)構(gòu),使其具有高速處理能力,在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)可執(zhí)行復(fù)雜的指令,每MHz可實(shí)現(xiàn)1MIPS的處理能力.AVR單片機(jī)工作電壓為2.7~6.0V,可以實(shí)現(xiàn)耗電最優(yōu)化.AVR的單片機(jī)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,宇航設(shè)備等各個(gè)領(lǐng)域。
Motorola單片機(jī):
Motorola是世界上最大的單片機(jī)廠商。從M6800開始,開發(fā)了廣泛的品種,4位,8位,16位32位的單片機(jī)都能生產(chǎn),其中典型的代表有:8位機(jī)M6805,M68HC05系列,8位增強(qiáng)型M68HC11,M68HC12 , 16位機(jī)M68HC16, 32位機(jī)M683XX. Motorola單片機(jī)的特點(diǎn)之一是在同樣的速度下所用的時(shí)鐘頻率較Intel類單片機(jī)低得多,因而使得高頻噪聲低,抗干擾能力強(qiáng),更適合于工控領(lǐng)域及惡劣的環(huán)境 。
東芝單片機(jī):
東芝單片機(jī)門類齊全,4位機(jī)在家電領(lǐng)域有很大市場,8位機(jī)主要有870系列,90系列,該類單片機(jī)允許使用慢模式,采用32K時(shí)鐘時(shí)功耗降至10UA數(shù)量級。東芝的32位單片機(jī)采用MIPS3000A RISC的CPU結(jié)構(gòu),面向VCD,數(shù)字相機(jī),圖像處理等市場。
二、單片機(jī)按字長來分類主要有以下幾類:
1.4位單片機(jī)
4 位單片機(jī)的控制功能較弱,CPU 一次只能處理4 位二進(jìn)制數(shù)。這類單片機(jī)常用于計(jì)算器、各種形態(tài)的智能單元以及作為家用電器中的控制器。典型產(chǎn)品有NEC 公司的UPD 75××系列、NS 公司的COP400 系列、松下公司的MN1400 系列、ROCKWELL 公司的PPS/1系列、富士通公司的MB88 系列、夏普公司的SM××系列、Toshiba 公司的TMP47×××系列等等。
?、?華邦公司的W741系列的4位單片機(jī)帶液晶驅(qū)動,在線燒錄,保密性高,低操作電壓(1.2V~1.8V)。
② 東芝單片機(jī)的4位機(jī)在家電領(lǐng)域有很大市場。
2.8位單片機(jī)
8 位單片機(jī) 8 位單片機(jī)的控制功能較強(qiáng),品種最為齊全。和4 位單片機(jī)相比,它不僅具有較大的存儲容量和尋址范圍,而且中斷源、并行I/O 接口和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器個(gè)數(shù)都有了不同程度的增加,并集成有全雙工串行通信接口。在指令系統(tǒng)方面,普遍增設(shè)了乘除指令和比較指令。特別是8 位機(jī)中的高性能增強(qiáng)型單片機(jī),除片內(nèi)增加了A/D 和D/A 轉(zhuǎn)換器外,還集成有定時(shí)器捕捉/比較寄存器、監(jiān)視定時(shí)器(Watchdog)、總線控制部件和晶體振蕩電路等。這類單片機(jī)由于其片內(nèi)資源豐富和功能強(qiáng)大,主要在工業(yè)控制、智能儀表、家用電器和辦公自動化系統(tǒng)中應(yīng)用。代表產(chǎn)品有Intel 公司的MCS-48 系列和MCS-51 系列 、Microchip 公司的PIC16C××系列和PIC17C××系列以及PIC1400 系列、Motorola 公司的M68HC05 系列和M68HC11 系列、Zilog 公司的Z8 系列、荷蘭Philips 公司的80C51 系列(同MCS-51 兼容)、Atmel公司的AT89 系列(同MCS-51 兼容)、NEC 公司的UPD78××系列等等。
1)51系列單片機(jī)
8031/8051/8751是Intel公司早期的產(chǎn)品。應(yīng)用的早,影響很大,已成為世界上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。后來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)”。
8031片內(nèi)不帶程序存儲器ROM,使用時(shí)用戶需外接程序存儲器和一片邏輯電路373,外接的程序存儲器多為EPROM的2764系列。用戶若想對寫入到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器的程序代碼沒有什么保密性可言。
8051片內(nèi)有4k ROM,無須外接外存儲器和373,更能體現(xiàn)“單片”的簡練。但是所編的程序無法寫入到其ROM中,只有將程序交芯片廠代為寫入,并是一次性的,不能改寫其內(nèi)容。
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)間擦除后再寫入。
在眾多的51系列單片機(jī)中,要算 ATMEL 公司的AT89C51、AT89S52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程序存儲器是FLASH工藝的,這種工藝的存儲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,這種單片機(jī)對開發(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)了你的勞動成果。而且,AT89C51、AT89S51目前的售價(jià)比8031還低,市場供應(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。
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)上將一些功能精簡掉后形成的精簡版。AT89C2051取掉了P0口和P2口,內(nèi)部的程序FLASH存儲器也小到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,再次精簡掉了串口功能等,程序存儲器再次減小到1k,當(dāng)然價(jià)格也更低。
51 單片機(jī)目前已有多種型號,市場上目前供貨比較足的芯片還要算ATMEL 的51、52 芯片, HYUNDAI 的GMS97 系列,WINBOND 的78e52,78e58,77e58 等。
GMS97 系列是一次性燒寫,一般只有大量生產(chǎn)的人才買。at89c51,52 因可以很容易地解密,一般人們只用它來做實(shí)驗(yàn),或者用在一些即使解了密也無關(guān)緊要的場合。89c2051 只有20 腿,體積小巧,在一些簡單應(yīng)用和體積有限的場合得到廣泛應(yīng)用。
2)PIC系列單片機(jī)
由美國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。
現(xiàn)在PIC系列單片機(jī)在世界單片機(jī)市場的份額排名中已逐年升位,尤其在8位單片機(jī)市場,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)從覆蓋市場出發(fā),已有三種(又稱三層次)系列多種型號的產(chǎn)品問世,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?,F(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、中級和高級。
a基本級系列 該級產(chǎn)品的特點(diǎn)是低價(jià)位,如PIC16C5X,適用于各種對成本要求嚴(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中級系列 該級產(chǎn)品是PIC最豐富的品種系列。它是在基本級產(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)存儲器、比較器輸出、PWM輸出、I2C和SPI等接口。PIC中級系列產(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)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轉(zhuǎn)換到另一個(gè)型號中。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。
上述的三層次(級)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轉(zhuǎn)換到另一個(gè)型號中。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)對程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行訪問。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,顯然“亂套”,這正如一個(gè)“瓶頸”,瓶內(nèi)的數(shù)據(jù)和指令要一起倒出來,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,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)不會流經(jīng)程序總線,而只是在數(shù)據(jù)總線中流動,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。
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