單片機(jī)選型對(duì)比

MCU、DSP、FPGA這些都屬于嵌入式系統(tǒng)的范疇，是為了實(shí)現(xiàn)某一目的而使用的工具。

MCU俗稱”單片機(jī)“經(jīng)過(guò)這么多年的發(fā)展，早已不單單只有普林斯頓結(jié)構(gòu)的51了，性能也已得到了很大的提升。因?yàn)镸CU必須順序執(zhí)行程序，所以適于做控制，較多地應(yīng)用于工業(yè)。而ARM本是一家專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)MCU的公司，由于技術(shù)先進(jìn)加上策略得當(dāng)，這兩年單片機(jī)市場(chǎng)份額占有率巨大。

ARM的單片機(jī)有很多種類(lèi)，從低端M0(小家電)到高端A8、A9(手機(jī)、平板電腦)都很吃香，所以也不是ARM的單片機(jī)一定要上系統(tǒng)，關(guān)鍵看應(yīng)用場(chǎng)合。

DSP叫做數(shù)字信號(hào)處理器，它的結(jié)構(gòu)與MCU不同，加快了運(yùn)算速度，突出了運(yùn)算能力?？梢园阉闯梢粋€(gè)超級(jí)快的MCU。低端的DSP，如C2000系列，主要是用在電機(jī)控制上，不過(guò)TI公司好像稱其為DSC(數(shù)字信號(hào)控制器)一個(gè)介于MCU和DSP之間的東西。高端的DSP，如C5000/C6000系列，一般都是做視頻圖像處理和通信設(shè)備這些需要大量運(yùn)算的地方。

FPGA叫做現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯陣列，本身沒(méi)有什么功能，就像一張白紙，想要它有什么功能完全靠編程人員設(shè)計(jì)(它的所有過(guò)程都是硬件，包括VHDL和Verilog HDL程序設(shè)計(jì)也是硬件范疇，一般稱之為編寫(xiě)“邏輯”。)。

如果你夠NB，你可以把它變成MCU，也可以變成DSP。由于MCU和DSP的內(nèi)部結(jié)構(gòu)都是設(shè)計(jì)好的，所以只能通過(guò)軟件編程來(lái)進(jìn)行順序處理，而FPGA則可以并行處理和順序處理，所以比較而言速度最快。

那么為什么MCU、DSP和FPGA會(huì)同時(shí)存在呢?那是因?yàn)镸CU、DSP的內(nèi)部結(jié)構(gòu)都是由IC設(shè)計(jì)人員精心設(shè)計(jì)的，在完成相同功能時(shí)功耗和價(jià)錢(qián)都比FPGA要低的多。而且FPGA的開(kāi)發(fā)本身就比較復(fù)雜，完成相同功能耗費(fèi)的人力財(cái)力也要多。

所以三者之間各有各的長(zhǎng)處，各有各的用武之地。但是目前三者之間已經(jīng)有融合的態(tài)勢(shì)，ARM的M4系列里多加了一個(gè)精簡(jiǎn)的DSP核，TI的達(dá)芬奇系列本身就是ARM+DSP結(jié)構(gòu)，ALTERA和XINLIX新推出的FPGA都包含了ARM的核在里面。所以三者之間的關(guān)系是越來(lái)越像三基色的三個(gè)圓了。

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：

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)保證了可編制出高效率的源程序

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)。

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?a target="_blank">電源電壓及靈活而可控的運(yùn)行時(shí)鐘方面都有其獨(dú)到之處。電源電壓采用的是 1.8~3.6V 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

缺點(diǎn)：

個(gè)人感覺(jué)不容易上手，不適合初學(xué)者入門(mén)，資料也比較少，只能跑官網(wǎng)去找

占的指令空間較大,因?yàn)槭?6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)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CMOS EPROM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(chē)電子，工業(yè)電機(jī)控制，電腦，通信和消費(fèi)類(lèi)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(zhuān)為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的ARM Cortex-M內(nèi)核。

同時(shí)具有一流的外設(shè)：1μs的雙12位ADC，4兆位/秒的UART，18兆位/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…

特性：

內(nèi)核：?jiǎn)沃芷诔朔ê陀布?/p>

存儲(chǔ)器：片上集成32-512KB的Flash存儲(chǔ)器。6-64KB的SRAM存儲(chǔ)器

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

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(mǎi)/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)：

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)。

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)。

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。

不足之處：

其專(zhuān)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)間內(nèi)。只有5個(gè)專(zhuān)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(zhuān)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4～8MHz,故最短指令執(zhí)行時(shí)間為250～125ns。

特點(diǎn)：

AVR系列沒(méi)有類(lèi)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R28、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

AVR的專(zhuān)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0～00DF(AT90S2313) 和0060～025F(AT90S8515、AT90S8535),它們占用的是數(shù)據(jù)空間的地址,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)。

AVR的I/O腳類(lèi)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)：

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。

C語(yǔ)言與51的C語(yǔ)言在寫(xiě)法上存在很大的差異，這讓從開(kāi)始學(xué)習(xí)51單片機(jī)的朋友很不習(xí)慣。

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的替代單片機(jī)，但是AVR單片機(jī)在位控制和C語(yǔ)言寫(xiě)法上存在很大的差異。而STC單片機(jī)恰恰結(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8~12倍，內(nèi)部集成MAX810專(zhuān)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：

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(mén)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)

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8~12倍，價(jià)格也較便宜

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(mén)狗、高速SPI通信端口、全雙工異步串口,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(lèi)單片機(jī)，當(dāng)然Freescale單片機(jī)遠(yuǎn)非于此。Freescale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!Freescale單片機(jī)的特有的特點(diǎn)如下：

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)

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，F(xiàn)EE，F(xiàn)BI，F(xiàn)BILP，F(xiàn)BE，F(xiàn)BELP，STOP這七種工作模式

多種通訊模塊接口：Freescale單片機(jī)幾乎在內(nèi)部集成各種通信接口模塊：包括串行通信接口模塊SCI，多主I2C總線模塊,串行外圍接口模塊 SPI，MSCAN08控制器模塊，通用串行總線模塊(USB/PS2)

具有更多的可選模塊：具有LCD驅(qū)動(dòng)模塊，帶有溫度傳感器，具有超高頻發(fā)送模塊，含有同步處理器模塊，含有同步處理器的MCU還具有屏幕顯示模塊OSD，還有少數(shù)的MCU具有響鈴檢測(cè)模塊RING和雙音多頻/音調(diào)發(fā)生器DMG模塊

可靠性高，抗干擾性強(qiáng)，多種引腳數(shù)和封裝選擇

低功耗、也許Freescale系列的單片機(jī)的功耗沒(méi)有MSP430的低，但是他具有全靜態(tài)的“等待”和“停止”兩種模式，從總體上降低您的功耗!新近推出的幾款超低功耗已經(jīng)與MSP430的不相上下!

使用最多的器件：MC9S12G系列

審核編輯：湯梓紅