1.1 51單片機(jī)介紹
51單片機(jī)是對(duì)所有兼容Intel 8031指令系統(tǒng)的單片機(jī)的統(tǒng)稱(chēng)。
該系列單片機(jī)的始祖是Intel的8004單片機(jī),后來(lái)隨著Flash rom技術(shù)的發(fā)展,8004單片機(jī)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展,成為應(yīng)用最廣泛的8位單片機(jī)之一,其代表型號(hào)是ATMEL公司的AT89系列,它廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)之中。很多公司都有51系列的兼容機(jī)型推出, 51單片機(jī)是基礎(chǔ)入門(mén)的一個(gè)單片機(jī),還是應(yīng)用最廣泛的一種。
主要產(chǎn)品代表:
(1)、Intel(英特爾)的:80C31、80C51、87C51,80C32、80C52、87C52等;
(2)、ATMEL(愛(ài)特梅爾)的:89C51、89C52、89C2051,89S51(RC),89S52(RC)等;
(3)、Philips(飛利浦)、華邦、Dallas(達(dá)拉斯)、Siemens(西門(mén)子)等公司;
(4)、STC(國(guó)產(chǎn)宏晶)單片機(jī):89c51、89c52、89c516、90c516等。宏晶科技是新一代增強(qiáng)型8位單片微型計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)的制定者和領(lǐng)導(dǎo)廠商。
1.2市場(chǎng)上的主流單片機(jī)種類(lèi)
單片機(jī)是一種集成電路芯片,是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)時(shí)器等功能(可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路)集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng),在工業(yè)控制領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。
以下是目前市場(chǎng)上的主流單片機(jī):
(1)、8051單片機(jī)
8051單片機(jī)最早由Intel公司推出,隨后Intel公司將80C51內(nèi)核使用權(quán),以專(zhuān)利互換或出讓給世界許多著名IC制造廠商,這樣80C51單片機(jī)就變成了眾多芯片制造廠商支持的大家族,統(tǒng)稱(chēng)為80C51系列單片機(jī)??陀^事實(shí)表明,80C51已成為8位單片機(jī)的主流。
(2)、AVR單片機(jī)
AVR單片機(jī)是1997年由ATMEL(愛(ài)特梅爾)公司研發(fā)出的增強(qiáng)型內(nèi)置Flash的RISC(Reduced Instruction Set CPU)精簡(jiǎn)指令集高速8位單片機(jī)。可以廣泛應(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、家用電器等各個(gè)領(lǐng)域。
AVR單片機(jī)最大的特點(diǎn)是精簡(jiǎn)指令型單片機(jī),執(zhí)行速度,在相同的振蕩頻率下是8位MCU中最快的一種單片機(jī)。
(3)、PIC單片機(jī)
PIC單片機(jī)是Microchip(美國(guó)微芯半導(dǎo)體)公司的產(chǎn)品,它也是一種精簡(jiǎn)指令型的單片機(jī),指令數(shù)量比較少,中檔的PIC系列僅僅有35條指令而已,低檔的僅有33條指令。
適用于用量大,檔次低,價(jià)格敏感的產(chǎn)品,在辦公自動(dòng)化設(shè)備,消費(fèi)電子產(chǎn)品,電訊通信,智能儀器儀表,汽車(chē)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最大的特點(diǎn)是不搞單純的功能堆積,而是從實(shí)際出發(fā),重視產(chǎn)品的性能與價(jià)格比,靠發(fā)展多種型號(hào)來(lái)滿足不同層次的應(yīng)用要求。PIC系列從低到高有幾十個(gè)型號(hào),可以滿足各種需要。其中,PIC12C508單片機(jī)僅有8個(gè)引腳,是世界上最小的單片機(jī)。
(4)、MSP430
MSP430系列單片機(jī)是美國(guó)德州儀器(TI)1996年開(kāi)始推向市場(chǎng)的一種16位超低功耗、具有精簡(jiǎn)指令集(RISC)的混合信號(hào)處理器(Mixed Signal Processor)。
MSP430單片機(jī)稱(chēng)之為混合信號(hào)處理器,是由于其針對(duì)實(shí)際應(yīng)用需求,將多個(gè)不同功能的模擬電路、數(shù)字電路模塊和微處理器集成在一個(gè)芯片上,以提供“單片機(jī)”解決方案。該系列單片機(jī)多應(yīng)用于需要電池供電的便攜式儀器儀表中。
MSP430系列單片機(jī)是一個(gè)16位的單片機(jī),運(yùn)算速度快,超低功耗,MSP430系列單片機(jī)的電源電壓采用的是1.8-3.6V電壓。
(5)、ARM處理器
ARM即以英國(guó)ARM(Advanced RISC Machines)公司的內(nèi)核芯片作為CPU,同時(shí)附加其他外圍功能的嵌入式開(kāi)發(fā)板,用以評(píng)估內(nèi)核芯片的功能和研發(fā)各科技類(lèi)企業(yè)的產(chǎn)品。
ARM是一個(gè)32位元精簡(jiǎn)指令集(RISC)處理器架構(gòu),ARM處理器廣泛地使用在許多嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)。ARM處理器的特點(diǎn)有指令長(zhǎng)度固定,執(zhí)行效率高,低成本等。
ARM微處理器,已遍及工業(yè)控制、消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品、通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、無(wú)線系統(tǒng)等各類(lèi)產(chǎn)品市場(chǎng),基于ARM技術(shù)的微處理器應(yīng)用約占據(jù)了32位RISC微處理器75%以上的市場(chǎng)份額,ARM技術(shù)正在逐步滲入到我們生活的各方面。
ARM微處理器目前包括下面幾個(gè)系列,以及其它廠商基于 ARM體系結(jié)構(gòu)的處理器,除了具有ARM體系結(jié)構(gòu)的共同特點(diǎn)以外,每一個(gè)系列的 ARM微處理器都有各自的特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域。
- ARM7系列
- ARM9系列
- ARM9E系列
- ARM10E系列
- ARM11系列
- Cortex系列 : Cortex系列處理器是基于ARMv7架構(gòu)的,分為Cortex-M、Cortex-R和Cortex-A三類(lèi)。由于應(yīng)用領(lǐng)域的不同,基于v7架構(gòu)的Cortex處理器系列所采用的技術(shù)也不相同。基于v7A的稱(chēng)為“Cortex-A系列。
- SecurCore系列
- OptimoDE Data Engines
- Intel的Xscale
- Intel的StrongARM ARM11系列
1.3 FPGA與單片機(jī)區(qū)別
(1)、FPGA和單片機(jī)在概念上的區(qū)別
單片機(jī):
單片機(jī)可以簡(jiǎn)單理解為集成在單一芯片上的微型計(jì)算機(jī),也有運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、總線及輸入輸出設(shè)備,采用也是存儲(chǔ)程序執(zhí)行的方式,對(duì)單片機(jī)的編程就是對(duì)其中的ROM寫(xiě)入程序,在加電后ROM中的程序會(huì)像計(jì)算機(jī)內(nèi)存中的程序一樣得到逐條的執(zhí)行。
單片機(jī)有很強(qiáng)的接口性能,非常適合于工業(yè)控制,因此又叫微控制器(MCU)。
FPGA:
FPGA則是操控層次更低,所以自由度更大的芯片,對(duì)FPGA的編程在編譯后是轉(zhuǎn)化為FPGA內(nèi)的連線表,相當(dāng)于FPGA內(nèi)提供了大量的與非門(mén)、或非門(mén)、觸發(fā)器(可以用與非門(mén)形成吧)等基本數(shù)字器件,編程決定了有多少器件被使用以及它們之間的連接。只要FPGA規(guī)模夠大,這些數(shù)字器件理論上能形成一切數(shù)字系統(tǒng),包括單片機(jī)甚至CPU。
FPGA是作為專(zhuān)用集成電路(ASIC)領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的,既解決了定制電路的不足,又克服了原有可編程器件門(mén)電路數(shù)有限的缺點(diǎn)。
(2)、FPGA和單片機(jī)在結(jié)構(gòu)上的區(qū)別
單片機(jī)是一種微處理器,類(lèi)似于電腦CPU的,它一般采用的是哈佛總線結(jié)構(gòu),或者馮諾依曼結(jié)構(gòu),對(duì)單片機(jī)的編程很大程度上要考慮到它的結(jié)構(gòu)和各個(gè)寄存器的作用,單片機(jī)用途比較廣,一般用在控制流水線上,還有日常你看得到的東西上!
FPGA 它的結(jié)構(gòu)是查找表結(jié)構(gòu),其程序不用去太考慮芯片的結(jié)構(gòu),要注意的是時(shí)序上問(wèn)題,它的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,功能也很強(qiáng)大,一般應(yīng)用在通信領(lǐng)域等比較高端的場(chǎng)合,目前在FPGA還算是一個(gè)新興的行業(yè),當(dāng)然它的價(jià)格也要比單片機(jī)貴得多!
單片機(jī)是一個(gè)微控制器,通過(guò)加載模塊軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)某種功能,單片機(jī)是成型的芯片;FPGA是用來(lái)設(shè)計(jì)芯片的芯片。
(3)、FPGA和單片機(jī)速度上的區(qū)別
FPGA由于是硬件電路,運(yùn)行速度直接取決于晶振速度,系統(tǒng)穩(wěn)定,特別適合高速接口電路。單片機(jī)由于是單線程,哪怕是常用的M3系列流水線也是單線程執(zhí)行,程序語(yǔ)句需要等待單片機(jī)周期才能執(zhí)行。
(4)、單片機(jī)和FPGA的本質(zhì)區(qū)別
FPGA和單片機(jī)的區(qū)別,本質(zhì)上是軟件和硬件的區(qū)別,F(xiàn)PGA更偏向于硬件電路,而單片機(jī)更偏于軟件。
單片機(jī)設(shè)計(jì)屬軟件范疇;它的硬件(單片機(jī)芯片)是固定的,通過(guò)軟件編程語(yǔ)言描述軟件指令在硬件芯片上的執(zhí)行;
FPGA設(shè)計(jì)屬硬件范疇,它的硬件(FPGA)是可編程的,是一個(gè)通過(guò)硬件描述語(yǔ)言在FPGA芯片上自定義集成電路的過(guò)程;
1.4 DSP和單片機(jī)區(qū)別
從實(shí)現(xiàn)運(yùn)算的角度,單片機(jī)、ARM、DSP都可以稱(chēng)之為CPU。
DSP是通用數(shù)字信號(hào)處理器,是一種獨(dú)特的微處理器,是以數(shù)字信號(hào)來(lái)處理大量信息的器件。它不僅具有可編程性,而且其實(shí)時(shí)運(yùn)行速度可達(dá)每秒數(shù)以千萬(wàn)條復(fù)雜指令程序,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)通用微處理器。
DSP適用于數(shù)字信號(hào)處理,例如FFT、數(shù)字濾波算法、加密算法和復(fù)雜控制算法等。
DSP實(shí)時(shí)運(yùn)行速度可達(dá)每秒數(shù)以千萬(wàn)條復(fù)雜指令程序。DSP器件比16位單片機(jī)單指令執(zhí)行時(shí)間快8~10倍,完成一次乘加運(yùn)算快16~30倍,其采用的設(shè)計(jì)是數(shù)據(jù)總線和地址總線分開(kāi),使程序和數(shù)據(jù)分別存儲(chǔ)在兩個(gè)分開(kāi)的空間,允許取指令和執(zhí)行指令完全重疊,其工作原理是接收模擬信號(hào),轉(zhuǎn)換為0或1的數(shù)字信號(hào),再對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行修改、刪除、強(qiáng)化,并在其他系統(tǒng)芯片中把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)解譯回模擬數(shù)據(jù)或?qū)嶋H環(huán)境格式,它的強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力和高運(yùn)行速度,是最值得稱(chēng)道的兩大特色。
DSP芯片,由于它運(yùn)算能力很強(qiáng),速度很快,體積很小,而且采用軟件編程具有高度的靈活性,因此為從事各種復(fù)雜的應(yīng)用提供了一條有效途徑。其主要應(yīng)用是實(shí)時(shí)快速地實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理算法。
審核編輯:湯梓紅
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