51、AVR、PIC、MSP430、ARM五大單片機(jī)全解析

　　據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國的單片機(jī)年容量已達(dá)1－3億片，且每年以大約16%的速度增長，但相對(duì)于世界市場我國的占有率還不到1%。這說明單片機(jī)應(yīng)用在我國才剛剛起步，有著廣闊的前景。培養(yǎng)單片機(jī)應(yīng)用人才，特別是在工程技術(shù)人員中普及單片機(jī)知識(shí)有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

　　當(dāng)今單片機(jī)廠商琳瑯滿目，產(chǎn)品性能各異。針對(duì)具體情況，我們應(yīng)選何種型號(hào)呢？首先，我們來弄清兩個(gè)概念：集中指令集（CISC）和精簡指令集（RISC）。采用CISC結(jié)構(gòu)的單片機(jī)數(shù)據(jù)線和指令線分時(shí)復(fù)用，即所謂馮。諾伊曼結(jié)構(gòu)。它的指令豐富，功能較強(qiáng)，但取指令和取數(shù)據(jù)不能同時(shí)進(jìn)行，速度受限，價(jià)格亦高。采用RISC結(jié)構(gòu)的單片機(jī)數(shù)據(jù)線和指令線分離，即所謂哈佛結(jié)構(gòu)。這使得取指令和取數(shù)據(jù)可同時(shí)進(jìn)行，且由于一般指令線寬于數(shù)據(jù)線，使其指令較同類CISC單片機(jī)指令包含更多的處理信息，執(zhí)行效率更高，速度亦更快。同時(shí)，這種單片機(jī)指令多為單字節(jié)，程序存儲(chǔ)器的空間利用率大大提高，有利于實(shí)現(xiàn)超小型化。

　　8051

　　單片微型計(jì)算機(jī)簡稱為單片機(jī)，又稱為微型控制器，是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支。單片機(jī)是70年代中期發(fā)展起來的一種大規(guī)模集成電路芯片，是CPU、RAM、ROM、I/O接口和中斷系統(tǒng)于同一硅片的器件。80年代以來，單片機(jī)發(fā)展迅速，各類新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，出現(xiàn)了許多高性能新型機(jī)種，現(xiàn)已逐漸成為工廠自動(dòng)化和各控制領(lǐng)域的支柱產(chǎn)業(yè)之一。

　　AVR和pic都是跟8051結(jié)構(gòu)不同的8位單片機(jī)，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)不同，所以匯編指令也有所不同，而且區(qū)別于使用CISC指令集的8051，他們都是RISC指令集的，只有幾十條指令，大部分指令都是單指令周期的指令，所以在同樣晶振頻率下，較8051速度要快。另PIC的8位單片機(jī)前幾年是世界上出貨量最大的單片機(jī)，飛思卡爾的單片機(jī)緊隨其后。ARM實(shí)際上就是32位的單片機(jī)，它的內(nèi)部資源（寄存器和外設(shè)功能）較8051和PIC、AVR都要多得多，跟計(jì)算機(jī)的CPU芯片很接近了。常用于手機(jī)、路由器等等。DSP其實(shí)也是一種特殊的單片機(jī)，它從8位到32位的都有。它是專門用來計(jì)算數(shù)字信號(hào)的。在某些公式運(yùn)算上，它比現(xiàn)行家用計(jì)算機(jī)的最快的CPU還要快。比如說一般32位的DSP能在一個(gè)指令周期內(nèi)運(yùn)算完一個(gè)32位數(shù)乘32位數(shù)積再加一個(gè)32位數(shù)。應(yīng)用于某些對(duì)實(shí)時(shí)處理要求較高的場合。

　　AVR

　　高可靠性、功能強(qiáng)、高速度、低功耗和低價(jià)位指標(biāo)，也是單片機(jī)占領(lǐng)市場、賴以生存的必要條件。

　　早期單片機(jī)主要由于工藝及設(shè)計(jì)水平不高，一直是衡量單片機(jī)性能的重要、功耗高和抗干擾性能差等原因，所以采取穩(wěn)妥方案：即采用較高的分頻系數(shù)對(duì)時(shí)鐘分頻，使得指令周期長，執(zhí)行速度慢以后的CMOS單片機(jī)雖然采用提高時(shí)鐘頻率和縮小分頻系數(shù)等措施，但這種狀態(tài)并。未被徹底改觀（51以及51兼容）。此間雖有某些精簡指令集單片機(jī)（RISC）問世，但依然沿襲對(duì)時(shí)鐘分頻的作法。

　　AVR單片機(jī)的推出，徹底打破這種舊設(shè)計(jì)格局，廢除了機(jī)器周期，拋棄復(fù)雜指令計(jì)算機(jī)（CISC）追求指令完備的做法；采用精簡指令集，以字作為指令長度單位內(nèi)容豐富的操作數(shù)與操作碼安排在一字之中（指令集中占大多數(shù)的單周期指令都是如此），取指周期短，又可預(yù)取指令，實(shí)現(xiàn)流水作業(yè)，故可高速執(zhí)行指令。當(dāng)然這種速度上的升躍，是以高可靠性為其后盾的。

　　AVR單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)采取8位機(jī)與16位機(jī)的折中策略，即采用局部寄存器存堆（32個(gè)寄存器文件）和單體高速輸入/輸出的方案（即輸入捕獲寄存器、輸出比較匹配寄存器及相應(yīng)控制邏輯）。提高了指令執(zhí)行速度（1Mips/MHz），克服了瓶頸現(xiàn)象，增強(qiáng)了功能；同時(shí)又減少了對(duì)外設(shè)管理的開銷，相對(duì)簡化了硬件結(jié)構(gòu)，降低了成本。故AVR單片機(jī)在軟/硬件開銷、速度、性能和成本諸多方面取得了優(yōu)化平衡，是高性價(jià)比的單片機(jī)。

　　總結(jié)起來，AVR有以下幾個(gè)特點(diǎn)

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

　　●超功能精簡指令集（RISC），具有32個(gè)通用工作寄存器，克服了如8051MCU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，AnalogComparator，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AVR系列單片機(jī)的選型AVR單片機(jī)系列齊全，可適用于各種不同場合的要求。AVR單片機(jī)有3個(gè)檔次：

　　低檔Tiny系列AVR單片機(jī)：主要有Tiny11/12/13/15/26/28等；中檔AT90S系列AVR單片機(jī)：主要有AT90S1200/2313/8515/8535等；（正在淘汰或轉(zhuǎn)型到Mega中）高檔ATmega系列AVR單片機(jī)：主要有ATmega8/16/32/64/128（存儲(chǔ)容量為8/16/32/64/128KB）以及ATmega8515/8535等。

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