單片機匯總_常用單片機優(yōu)缺點詳細剖析 - 全文

單片機（Microcontrollers）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、隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計數(shù)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、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)成的一個小而完善的微型計算機系統(tǒng)，在工業(yè)控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。從上世紀(jì)80年代，由當(dāng)時的4位、8位單片機，發(fā)展到現(xiàn)在的300M的高速單片機。

51單片機

應(yīng)用最廣泛的8位單片機當(dāng)然也是初學(xué)者們最容易上手學(xué)習(xí)的單片機，最早由Intel推出，由于其典型的結(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的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

51單片機之所以成為經(jīng)典，成為易上手的單片機主要有以下特點：

51單片機優(yōu)點：

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，處理對象不是字或字節(jié)而是位。不但能對片內(nèi)某些特殊功能寄存器的某位進行處理，如傳送、置位、清零、測試等，還能進行位的邏輯運算，其功能十分完備，使用起來得心應(yīng)手。

2. 同時在片內(nèi)RAM區(qū)間還特別開辟了一個雙重功能的地址區(qū)間，使用極為靈活，這一功能無疑給使用者提供了極大的方便，

3. 乘法和除法指令，這給編程也帶來了便利。很多的八位單片機都不具備乘法功能，作乘法時還得編上一段子程序調(diào)用，十分不便。

51單片機缺點：（雖然是經(jīng)典但是缺點還是很明顯的）

1. AD、EEPROM等功能需要靠擴展，增加了硬件和軟件負擔(dān)

2. 雖然I/O腳使用簡單，但高電平時無輸出能力，這也是51系列單片機的最大軟肋

3. 運行速度過慢，特別是雙數(shù)據(jù)指針，如能改進能給編程帶來很大的便利

4. 51保護能力很差，很容易燒壞芯片

STC單片機

STC系列單片機是深圳宏晶公司生產(chǎn)的單片機產(chǎn)品。

STC單片機優(yōu)點

1、抗干擾能力強；

2、保密性能強悍，很難被破解；

3、單片機時鐘有防外部電磁輻射功能；

STC單片機缺點

1、功耗較高，5V供電；

2、8位，運行速度慢；

3、無硬件乘法器，乘除法運算都為4周期指令；

4、單片機內(nèi)集成資源少。

freescale單片機

（1）全系列： 從低端到高端，從8位到32位全系列應(yīng)有盡有，最近還新推出8位/32位管腳兼容的QE128，可以從8位直接移植到32位，彌補單片機業(yè)界8/32 位兼容架構(gòu)中缺失的一環(huán)！ （2）多種系統(tǒng)時鐘模塊：三種模塊，七種工作模式

多種時鐘源輸入選項，不同的mcu具有不同的時鐘產(chǎn)生機制，可以是RC振蕩器，外部時鐘或晶振，也可以是內(nèi)部時鐘，多數(shù)CPU同時具有上述三種模塊！可以 運行在FEI，F(xiàn)EE，F(xiàn)BI，F(xiàn)BILP，F(xiàn)BE，F(xiàn)BELP，STOP這七種工作模式！ （3）多種通訊模塊接口：

與其它系列的單片機不同，freescale單片機幾乎在內(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）！

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

（5）可靠性高，抗干擾性強

（6）低功耗

也許freescale系列的單片機的功耗沒有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！

（7）多種引腳數(shù)和封裝選擇

可以說freescale系列單片機具有的MCU種類是最多的了，有些MCU本身就有幾種不同的引腳數(shù)和封裝形式，這樣用戶各異根據(jù)需要來選擇，總有一款 適合你的開發(fā)的單片機！ 有關(guān)于部分人的freescale單片機模塊寄存器多，配置困難不容易上手，可以說freescale單片機模塊寄存器的確相對多，就拿GPIO來說就有 端口數(shù)據(jù)寄存器、端口數(shù)據(jù)方向寄存器、端口內(nèi)部上拉使能寄存器、端口轉(zhuǎn)換率使能寄存器和端口驅(qū)動強度選擇寄存器5個寄存器，它的寄存器多是為了解決客戶對 IO端口的高要求和高可靠性要求，如果不考慮這些，您就只需要配置端口數(shù)據(jù)寄存器、端口數(shù)據(jù)方向寄存器這兩個寄存器，這就和其他的單片機如430和pic 的難易度一樣了！

獨有的BDM仿真開發(fā)方式和單一引腳用于模態(tài)選擇和背景通信，HCS08 的開發(fā)支持系統(tǒng)包括了背景調(diào)試控制器（BDC）和片內(nèi)調(diào)試模塊（DBG），BDC提供了一個至目標(biāo) MCU 的單線調(diào)試接口，也就是提供了一個便于在片內(nèi) FLASH 或其它固定存儲器編程的接口。

AVR單片機

AVR單片機是1997年由ATMEL公司研發(fā)出的增強型內(nèi)置Flash的RISC（Reduced Instruction Set CPU） 精簡指令集高速8位單片機。可以廣泛應(yīng)用于計算機外部設(shè)備、工業(yè)實時控制、儀器儀表、通訊設(shè)備、家用電器等各個領(lǐng)域。AVR單片機是 Atmel 公司 1997 年推出的 RISC 單片機。RISC（精簡指令系統(tǒng)計算機）是相對于CISC（復(fù)雜指令系統(tǒng)計算機）而言的。RISC 并非只是簡單地去減少指令，而是通過使計算機的結(jié)構(gòu)更加簡單合理而提高運算速度的。

AVR單片機優(yōu)點

AVR單片機有自動上電復(fù)位電路、獨立的看門狗電路、低電壓檢測電路BOD，多個復(fù)位源（自動上下電復(fù)位、外部復(fù)位、看門狗復(fù)位、BOD復(fù)位），可設(shè)置的啟動后延時運行程序，增強了嵌入式系統(tǒng)的可靠性。

AVR單片機具有多種省電休眠模式，且可寬電壓運行（5-2.7V），抗干擾能力強，可降低一般8位機中的軟件抗干擾設(shè)計工作量和硬件的使用量。

AVR單片機技術(shù)體現(xiàn)了單片機集多種器件（包括FLASH程序存儲器、看門狗、EEPROM、同/異步串行口、TWI、SPI、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器、定時器/計數(shù)器等）和多種功能（增強可靠性的復(fù)位 系統(tǒng)、降低功耗抗干擾的休眠模式、品種多門類全的中斷系統(tǒng)、具輸入捕獲和比較匹配輸出等多樣化功能的定時器/計數(shù)器、具替換功能的I/O端口…… ）于一身，充分體現(xiàn)了單片機技術(shù)的從“片自為戰(zhàn)”向“片上系統(tǒng)SoC”過渡的發(fā)展方向。

AVR單片機缺點

1. 是沒有位操作，都是以字節(jié)形式來控制和判斷相關(guān)寄存器位的

2. C語言與51的C語言在寫法上存在很大的差異，這讓從開始學(xué)習(xí)51單片機的朋友很不習(xí)慣

3. 通用寄存器一共32個（R0～R31），前16個寄存器（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。

PIC單片機

PIC單片機有計算功能和記憶內(nèi)存像CPU并由軟件控制允行。然而，處理能力—存儲器容量卻很有限，這取決于PIC的類型。但是它們的最高操作頻率大約都在20MHz左右，存儲器容量用做寫程序的大約1K—4K字節(jié)。

時鐘頻率與掃描程序的時間和執(zhí)行程序指令的時間有關(guān)系。但不能僅以時鐘頻率來判斷程序處理能力，它還隨處理裝置的體系結(jié)構(gòu)改變。如果是同樣的體系結(jié)構(gòu)，時鐘頻率較高的處理能力會較強。
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PIC單片機優(yōu)點

1） PIC最大的特點是不搞單純的功能堆積，而是從實際出發(fā)，重視產(chǎn)品的性能與價格比，靠發(fā)展多種型號來滿足不同層次的應(yīng)用要求。就實際而言，不同的應(yīng)用對單片機功能和資源的需求也是不同的。比如，一個摩托車的點火器需要一個I/O較少、RAM及程序存儲空間不大、可靠性較高的小型單片機，若采用40腳且功能強大的單片機，投資大不說，使用起來也不方便。PIC系列從低到高有幾十個型號，可以滿足各種需要。其中，PIC12C508單片機僅有8個引腳，是世界上最小的單片機。

該型號有512字節(jié)ROM、25字節(jié)RAM、一個8位定時器、一根輸入線、5根I/O線，市面售價在3-6元人人民幣。這樣一款單片機在象摩托車點火器這樣的應(yīng)用無疑是非常適合。PIC的高檔型號，如PIC16C74（尚不是最高檔型號）有40個引腳，其內(nèi)部資源為ROM共4K、192字節(jié)RAM、8路A/D、3個8位定時器、2個CCP模塊、三個串行口、1個并行口、11個中斷源、33個I/O腳。這樣一個型號可以和其它品牌的高檔型號媲美。

2） 精簡指令使其執(zhí)行效率大為提高。PIC系列8位CMOS單片機具有獨特的RISC結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)總線和指令總線分離的哈佛總線（Harvard）結(jié)構(gòu)，使指令具有單字長的特性，且允許指令碼的位數(shù)可多于8位的數(shù)據(jù)位數(shù)，這與傳統(tǒng)的采用CISC結(jié)構(gòu)的8位單片機相比，可以達到2:1的代碼壓縮，速度提高4倍。

3） 產(chǎn)品上市零等待（Zero time to market）。采用PIC的低價OTP型芯片，可使單片機在其應(yīng)用程序開發(fā)完成后立刻使該產(chǎn)品上市。

4） PIC有優(yōu)越開發(fā)環(huán)境。OTP單片機開發(fā)系統(tǒng)的實時性是一個重要的指標(biāo)，象普通51單片機的開發(fā)系統(tǒng)大都采用高檔型號仿真低檔型號，其實時性不盡理想。PIC在推出一款新型號的同時推出相應(yīng)的仿真芯片，所有的開發(fā)系統(tǒng)由專用的仿真芯片支持，實時性非常好。就我個人的經(jīng)驗看，還沒有出現(xiàn)過仿真結(jié)果與實際運行結(jié)果不同的情況。

5） 其引腳具有防瞬態(tài)能力，通過限流電阻可以接至220V交流電源，可直接與繼電器控制電路相連，無須光電耦合器隔離，給應(yīng)用帶來極大方便。

6） 徹底的保密性。PIC以保密熔絲來保護代碼，用戶在燒入代碼后熔斷熔絲，別人再也無法讀出，除非恢復(fù)熔絲。目前，PIC采用熔絲深埋工藝，恢復(fù)熔絲的可能性極小。

7） 自帶看門狗定時器，可以用來提高程序運行的可靠性。

8） 睡眠和低功耗模式。雖然PIC在這方面已不能與新型的TI-MSP430相比，但在大多數(shù)應(yīng)用場合還是能滿足需要的。

PIC單片機缺點

其專用寄存器（SFR）并不像51系列那樣都集中在一個固定的地址區(qū)間內(nèi)（80～FFH），而是分散在四個地址區(qū)間內(nèi)。只有5個專用寄存器PCL、STATUS、FSR、PCLATH、INTCON在4個存儲體內(nèi)同時出現(xiàn)，但是在編程過程中，少不了要與專用寄存器打交道，得反復(fù)地選擇對應(yīng)的存儲體，也即對狀態(tài)寄存器STATUS的第6位（RP1）和第5位（RP0）置位或清零。數(shù)據(jù)的傳送和邏輯運算基本上都得通過工作寄存器W（相當(dāng)于51系列的累加器A）來進行，而51系列的還可以通過寄存器相互之間直接傳送，因而PIC單片機的瓶頸現(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。

STM32單片機

由ST廠商推出的STM32系列單片機，行業(yè)的朋友都知道，這是一款性價比超高的系列單片機，應(yīng)該沒有之一，功能及其強大。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)計的ARM Cortex-M內(nèi)核，同時具有一流的外設(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的功耗比起來是稍微遜色的一些，但這并不影響工程師們對它的熱捧程度，由于其簡單的結(jié)構(gòu)和易用的工具再配合其強大的功能在行業(yè)中赫赫有名其強大的功能主要表現(xiàn)在：

STM32單片機特性

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.存儲器：片上集成32-512KB的Flash存儲器。6-64KB的SRAM存儲器

3.時鐘、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)動電壓。POR、PDR和可編程的電壓探測器（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112個的快速I/O端口、最多多達11個定時器、最多多達13個通信接口