51、PIC、AVR、16、32-BIT系列單片機區別與特點(diǎn)

　　8031/8051/8751是Intel公司早期的產(chǎn)品。

　　1、8031的特點(diǎn)

　　8031片內不帶程序存儲器ROM，使用時(shí)用戶(hù)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(hù)若想對寫(xiě)入到EPROM中的程序進(jìn)行修改，必須先用一種特殊的紫外線(xiàn)燈將其照射擦除，之后再可寫(xiě)入。寫(xiě)入到外接程序存儲器的程序代碼沒(méi)有什么保密性可言。

　　2、8051的特點(diǎn)

　　8051片內有4k ROM，無(wú)須外接外存儲器和373，更能體現“單片”的簡(jiǎn)練。但是你編的程序你無(wú)法燒寫(xiě)到其ROM中，只有將程序交芯片廠(chǎng)代你燒寫(xiě)，并是一次性的，今后你和芯片廠(chǎng)都不能改寫(xiě)其內容。

　　3、8751的特點(diǎn)

　　8751與8051基本一樣，但8751片內有4k的EPROM，用戶(hù)可以將自己編寫(xiě)的程序寫(xiě)入單片機的EPROM中進(jìn)行現場(chǎng)實(shí)驗與應用，EPROM的改寫(xiě)同樣需要用紫外線(xiàn)燈照射一定時(shí)間擦除后再燒寫(xiě)。

　　由于上述類(lèi)型的單片機應用的早，影響很大，已成為事實(shí)上的工業(yè)標準。后來(lái)很多芯片廠(chǎng)商以各種方式與Intel公司合作，也推出了同類(lèi)型的單片機，如同一種單片機的多個(gè)版本一樣，雖都在不斷的改變制造工藝，但內核卻一樣，也就是說(shuō)這類(lèi)單片機指令系統完全兼容，絕大多數管腳也兼容；在使用上基本可以直接互換。人們統稱(chēng)這些與8051內核相同的單片機為“51系列單片機”，學(xué)了其中一種，便會(huì )所有的51系列。

　　4、AT89C51、AT89S51的特點(diǎn)

　　在眾多的51系列單片機中，要算 ATMEL 公司的AT89C51、AT89S51更實(shí)用，因他不但和8051指令、管腳完全兼容，而且其片內的4K程序存儲器是FLASH工藝的，這種工藝的存儲器用戶(hù)可以用電的方式瞬間擦除、改寫(xiě)，一般專(zhuān)為 ATMEL AT89xx 做的編程器均帶有這些功能。顯而易見(jiàn)，這種單片機對開(kāi)發(fā)設備的要求很低，開(kāi)發(fā)時(shí)間也大大縮短。寫(xiě)入單片機內的程序還可以進(jìn)行加密，這又很好地保護了你的勞動(dòng)成果。再著(zhù)，AT89C51、AT89S51目前的售價(jià)比8031還低，市場(chǎng)供應也很充足。

　　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(mén)狗功能。我們也專(zhuān)門(mén)為這種新片設計了一款 編程、學(xué)習、實(shí)驗板。

　　5、AT89C2051、AT89C1051等的特點(diǎn)

　　ATMEL公司的51系列還有AT89C2051、AT89C1051等品種，這些芯片是在A(yíng)T89C51的基礎上將一些功能精簡(jiǎn)掉后形成的精簡(jiǎn)版。 AT89C2051取掉了P0口和P2口，內部的程序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)境下應用；AT89C1051在2051的基礎上，再次精簡(jiǎn)掉了串口功能等，程序存儲器再次減小到1k，當然價(jià)格也更低。

　　對2051和1051來(lái)說(shuō)，雖然減掉了一些資源，但他們片內都集成了一個(gè)精密比較器，別小看這小小的比較器，他為我們測量一些模擬信號提供了極大的方便，在外加幾個(gè)電阻和電容的情況下，就可以測量電壓、溫度等我們日常需要的量。這對很多日用電器的設計是很寶貴的資源。

　　ATMEL的51、2051、1051均有多種封裝，如AT89C（S）51有PDIP、PLCC和PQFP/TQFP等封裝；2051/1051有PDIP和SOIC封裝等。下圖是部分封裝實(shí)物。

　　由于51系列單片機的內核都一樣，所以在51單片機教材方面目前仍然沿用Intel MCS 8051單片機的書(shū)籍。開(kāi)發(fā)軟件和工具也是一樣，我們統稱(chēng)為8051開(kāi)發(fā)系統、環(huán)境、等等，如我們網(wǎng)站介紹的匯編程序ASM51、Keil C51、MedWin 等均是針對8051內核單片機的開(kāi)發(fā)軟件。

　　單對AT89C51、AT89S51來(lái)說(shuō)，在實(shí)際電路中可以直接互換8051\8751，替換8031只是第31腳有區別，8031因內部沒(méi)有 ROM，31腳需接地（GND），單片機在啟動(dòng)后就到外面程序存儲器讀取指令；而8051/8751/89c51因內部有程序存儲器，31腳接高電平（VCC），單片機啟動(dòng)后直接在內部讀取指令。也就是51芯片的31腳控制著(zhù)單片機程序從內部讀取還是從外部讀取，31腳接電源，程序從內部讀取，31腳接地，程序從外部讀取。其他無(wú)須改動(dòng)。另外，AT89C51、AT89s51替換8031后因不用外存儲器，不必安裝原電路的外存儲器和373芯片。

　　6、89S51與89C51的區別

　　MCS-51單片機是美國INTE公司于1980年推出的產(chǎn)品，典型產(chǎn)品有 8031（內部沒(méi)有程序存儲器，實(shí)際使用方面已經(jīng)被市場(chǎng)淘汰）、8051（芯片采用HMOS，功耗是630mW，是89C51的5倍，實(shí)際使用方面已經(jīng)被市場(chǎng)淘汰）和8751等通用產(chǎn)品，一直到現在， MCS-51內核系列兼容的單片機仍是應用的主流產(chǎn)品（比如目前流行的89S51、89C51等），各高校及專(zhuān)業(yè)學(xué)校的培訓教材仍與MCS-51單片機作為代表進(jìn)行理論基礎學(xué)習。有些文獻甚至也將8051泛指MCS-51系列單片機，8051是早期的最典型的代表作，MCS-51內核實(shí)際上已經(jīng)成為一個(gè)8 位單片機的標準。

　　其他的公司的51單片機產(chǎn)品都是和MCS-51內核兼容的產(chǎn)品而以。同樣的一段程序，在各個(gè)單片機廠(chǎng)家的硬件上運行的結果都是一樣的，如ATMEL的 89C51（已經(jīng)停產(chǎn)）、89S51， PHILIPS（菲利浦），和WINBOND（華邦）等，我們常說(shuō)的已經(jīng)停產(chǎn)的89C51指的是ATMEL公司的 AT89C51單片機，同時(shí)是在原基礎上增強了許多特性，如時(shí)鐘，更優(yōu)秀的是由Flash（程序存儲器的內容至少可以改寫(xiě)1000次）存儲器取帶了原來(lái)的 ROM（一次性寫(xiě)入），AT89C51的性能相對于8051已經(jīng)算是非常優(yōu)越的了。

　　不過(guò)在市場(chǎng)化方面，89C51受到了PIC單片機陣營(yíng)的挑戰，89C51最致命的缺陷在于不支持ISP（在線(xiàn)更新程序）功能，必須加上ISP功能等新功能才能更好延續MCS-51的傳奇。89S51就是在這樣的背景下取代89C51的，現在，89S51目前已經(jīng)成為了實(shí)際應用市場(chǎng)上新的寵兒，作為市場(chǎng)占有率第一的Atmel目前公司已經(jīng)停產(chǎn)AT89C51，將用AT89S51代替。89S51在工藝上進(jìn)行了改進(jìn)，89S51采用0.35新工藝，成本降低，而且將功能提升，增加了競爭力。89SXX可以像下兼容89CXX等51系列芯片。同時(shí)，Atmel不再接受89CXX的定單，大家在市場(chǎng)上見(jiàn)到的 89C51實(shí)際都是Atmel前期生產(chǎn)的巨量庫存而以。如果市場(chǎng)需要，Atmel當然也可以再恢復生產(chǎn)AT89C51。

　　7、89S51相對于89C51增加的新功能包括：

　　1）性能有了較大提升，價(jià)格基本不變，甚至比89C51更低！

　　2）ISP在線(xiàn)編程功能，這個(gè)功能的優(yōu)勢在于改寫(xiě)單片機存儲器內的程序不需要把芯片從工作環(huán)境中剝離。是一個(gè)強大易用的功能。

　　3）最高工作頻率為33MHz，大家都知道89C51的極限工作頻率是24M，就是說(shuō)S51具有更高工作頻率，從而具有了更快的計算速度。

　　4）具有雙工UART串行通道。

　　5）內部集成看門(mén)狗計時(shí)器，不再需要像89C51那樣外接看門(mén)狗計時(shí)器單元電路。

　　6）雙數據指示器。

　　7）電源關(guān)閉標識。

　　8）全新的加密算法，這使得對于89S51的**變?yōu)椴豢赡?，程序的保密性大大加強，這樣就可以有效的保護知識產(chǎn)權不被侵犯。

　　9） 兼容性方面：向下完全兼容51全部字系列產(chǎn)品。比如8051、89C51等等早期MCS-51兼容產(chǎn)品。

　　和S51比起來(lái)，C51就要遜色一些，實(shí)際應用市場(chǎng)方面技術(shù)的進(jìn)步是永遠向前的。

　　PIC系列單片機

　　由美國Microchip公司推出的PIC單片機系列產(chǎn)品，首先采用了RISC結構的嵌入式微控制器，其高速度、低電壓、低功耗、大電流LCD驅動(dòng)能力和低價(jià)位OTP技術(shù)等都體現出單片機產(chǎn)業(yè)的新趨勢。

　　現在PIC系列單片機在世界單片機市場(chǎng)的份額排名中已逐年升位，尤其在8位單片機市場(chǎng)，據稱(chēng)已從1990年的第20位上升到目前的第二位。PIC單片機從覆蓋市場(chǎng)出發(fā)，已有三種（又稱(chēng)三層次）系列多種型號的產(chǎn)品問(wèn)世，所以在全球都可以看到PIC單片機從電腦的外設、家電控制、電訊通信、智能儀器、汽車(chē)電子到金融電子各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應用?，F今的PIC單片機已經(jīng)是世界上最有影響力的嵌入式微控制器之一。

　?、?PIC 8位單片機的分類(lèi)

　　PIC 8位單片機產(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，因其體積很小，完全可以應用在以前不能使用單片機的家電產(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。外部結構也是多種的，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，如內部帶有A/D變換器、E2PROM數據存儲器、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)品的設計中。

　　c 高級系列　該系列產(chǎn)品如PIC17CXX，其特點(diǎn)是速度快，所以適用于高速數字運算的應用場(chǎng)合中，加之它具備一個(gè)指令周期內（160ns）可以完成 8×8（位）二進(jìn)制乘法運算能力，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，并可外接擴展EPROM和RAM，使它成為目前8位單片機中性能最高的機種之一。所以很適用于高、中檔的電子設備中使用。

　　上述的三層次（級）的PIC 8位單片機還具有很高的代碼兼容性，用戶(hù)很容易將代碼從某型號轉換到另一個(gè)型號中。PIC 8位單片機具有指令少、執行速度快等優(yōu)點(diǎn)，其主要原因是PIC系列單片機在結構上與其它單片機不同。該系列單片機引入了原用于小型計算機的雙總線(xiàn)和兩級指令流水結構。這種結構與一般采用CISC（復雜指令集計算機）的單片機在結構上是有不同的。

　　雙總線(xiàn)結構

　　具有CISC結構的單片機均在同一存儲空間取指令和數據，片內只有一種總線(xiàn)。這種總線(xiàn)既要傳送指令又要傳送數據（如圖1－a所示）。因此，它不可能同時(shí)對程序存儲器和數據存儲器進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。因與CPU直接相連的總線(xiàn)只有一種，要求數據和指令同時(shí)通過(guò)，顯然“亂套”，這正如一個(gè)“瓶頸”，瓶?jì)鹊臄祿椭噶钜黄鸬钩鰜?lái)，往往就被瓶頸卡住了。所以具有這種結構的單片機，只能先取出指令，再執行指令（在此過(guò)程中往往要取數），然后，待這條指令執行完畢，再取出另一條指令，繼續執行下一條。這種結構通常稱(chēng)為馮？諾依曼結構，又稱(chēng)普林斯頓結構。

　　在這里PIC系列單片機采用了一種雙總線(xiàn)結構，即所謂哈佛結構。這種結構有兩種總線(xiàn)，即程序總線(xiàn)和數據總線(xiàn)。這兩種總線(xiàn)可以采用不同的字長(cháng)，如PIC 系列單片機是八位機，所以其數據總線(xiàn)當然是八位。但低檔、中檔和高檔的PIC系列機分別有12位、14位和16位的指令總線(xiàn)。這樣，取指令時(shí)則經(jīng)指令總線(xiàn)，取數據時(shí)則經(jīng)數據總線(xiàn)，互不沖突。

　　兩級指令流水線(xiàn)結構

　　由于PIC系列單片機采用了指令空間和數據空間分開(kāi)的哈佛結構，用了兩種位數不同的總線(xiàn)。因此，取指令和取數據有可能同時(shí)交疊進(jìn)行，所以在PIC系列微控制器中取指令和執行指令就采用指令流水線(xiàn)結構。當第一條指令被取出后，隨即進(jìn)入執行階段，這時(shí)可能會(huì )從某寄存器取數而送至另一寄存器，或從一端口向寄存器傳送數等，但數據不會(huì )流經(jīng)程序總線(xiàn)，而只是在數據總線(xiàn)中流動(dòng)，因此，在這段時(shí)間內，程序總線(xiàn)有空，可以同時(shí)取出第二條指令。當第一條指令執行完畢，就可執行第二條指令，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。

　　在大多數微控制器中，取指令和指令執行都是順序進(jìn)行的，但在PIC單片機指令流水線(xiàn)結構中，取指令和執行指令在時(shí)間上是相互重疊的，所以PIC系列單片機才可能實(shí)現單周期指令。

　　只有涉及到改變程序計數器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的結構特點(diǎn)還體現在寄存器組上，如寄存器I/O口、定時(shí)器和程序寄存器等都是采用了RAM結構形式，而且都只需要一個(gè)周期就可以完成訪(fǎng)問(wèn)和操作。而其它單片機常需要兩個(gè)或兩個(gè)以上的周期才能改變寄存器的內容。上述各項，就是PIC系列單片機能做到指令總數少，且大都為單周期指令的重要原因。

　　AVR系列單片機

　　AVR單片機是1997年由ATMEL公司研發(fā)出的增強型內置Flash的RISC（Reduced Instruction Set CPU） 精簡(jiǎn)指令集高速8位單片機。AVR的單片機可以廣泛應用于計算機外部設備、工業(yè)實(shí)時(shí)控制、儀器儀表、通訊設備、家用電器等各個(gè)領(lǐng)域。

　?、?AVR單片機的優(yōu)勢及特點(diǎn)

　　a AVR單片機易于入手、便于升級、費用低廉。 單片機初學(xué)者只需一條ISP下載線(xiàn)，把編輯、調試通過(guò)的軟件程序直接在線(xiàn)寫(xiě)入AVR單片機，即可以開(kāi)發(fā)AVR單片機系列中的各種封裝的器件。AVR單片機因此在業(yè)界號稱(chēng)“一線(xiàn)打天下”。 AVR程序寫(xiě)入是直接在電路板上進(jìn)行程序修改、燒錄等操作，這樣便于產(chǎn)品升級。AVR單片機可使用ISP在線(xiàn)下載編程方式（即把PC機上編譯好的程序寫(xiě)到單片機的程序存儲器中），不需購買(mǎi)仿真器、編程器、擦抹器和芯片適配器等，即可進(jìn)行所有AVR單片機的開(kāi)發(fā)應用，這可節省很多開(kāi)發(fā)費用。程序存儲器擦寫(xiě)可達10000次以上，不會(huì )產(chǎn)生報廢品。

　　b高速、低耗、保密。首先，AVR單片機是高速嵌入式單片機： AVR單片機具有預取指令功能，即在執行一條指令時(shí)，預先把下一條指令取進(jìn)來(lái)，使得指令可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內執行。多累加器型，數據處理速度快。AVR單片機具有32個(gè)通用工作寄存器，相當于有32條立交橋，可以快速通行。中斷響應速度快。AVR單片機有多個(gè)固定中斷向量入口地址，可快速響應中斷。AVR 單片機耗能低。對于典型功耗情況，WDT關(guān)閉時(shí)為100nA，更適用于電池供電的應用設備。有的器件最低1.8 V即可工作。AVR單片機保密性能好。它具有不可破解的位加密鎖Lock Bit技術(shù)，保密位單元深藏于芯片內部，無(wú)法用電子顯微鏡看到。

　　c I/O口功能強，具有A/D轉換等電路。AVR單片機的I/O口是真正的I/O口，能正確反映I/O口輸入/輸出的真實(shí)情況。工業(yè)級產(chǎn)品，具有大電流（灌電流）10mA～40mA，可直接驅動(dòng)可控硅SSR或繼電器，節省了外圍驅動(dòng)器件。AVR單片機內帶模擬比較器，I/O口可用作A/D轉換，可組成廉價(jià)的 A/D轉換器。ATmega48/8/16等器件具有8路10位A/D。部分AVR單片機可組成零外設元件單片機系統，使該類(lèi)單片機無(wú)外加元器件即可工作，簡(jiǎn)單方便，成本又低。AVR單片機可重設啟動(dòng)復位，以提高單片機工作的可靠性。有看門(mén)狗定時(shí)器實(shí)行安全保護，可防止程序走亂（飛），提高了產(chǎn)品的抗干擾能力。

　　d 有功能強大的定時(shí)器/計數器及通訊接口。定時(shí)/計數器T/C有8位和16位，可用作比較器。計數器外部中斷和PWM（也可用作D/A）用于控制輸出，某些型號的AVR單片機有3～4個(gè)PWM，是作電機無(wú)級調速的理想器件。AVR單片機有串行異步通訊UART接口，不占用定時(shí)器和SPI同步傳輸功能，因其具有高速特性，故可以工作在一般標準整數頻率下，而波特率可達576K。

　?、?AVR 8-Bit MCU的最大特點(diǎn)

　　與其它8-Bit MCU相比，AVR 8-Bit MCU最大的特點(diǎn)是：

　??？ 哈佛結構，具備1MIPS / MHz的高速運行處理能力；

　??？ 超功能精簡(jiǎn)指令集（RISC），具有32個(gè)通用工作寄存器，克服了如8051 MCU采用單一ACC進(jìn)行處理造成的瓶頸現象；

　??？ 快速的存取寄存器組、單周期指令系統，大大優(yōu)化了目標代碼的大小、執行效率，部分型號FLASH非常大，特別適用于使用高級語(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)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；

　??？ 片內集成多種頻率的RC振蕩器、上電自動(dòng)復位、看門(mén)狗、啟動(dòng)延時(shí)等功能，外圍電路更加簡(jiǎn)單，系統更加穩定可靠；

　??？ 大部分AVR片上資源豐富：帶E2PROM，PWM，RTC，SPI，UART，TWI，ISP，AD，Analog Comparator，WDT等；

　??？ 大部分AVR除了有ISP功能外，還有IAP功能，方便升級或銷(xiāo)毀應用程序。

　?。?）16-BIT 單片機

　　16 位單片機是在1983 年以后發(fā)展起來(lái)的。這類(lèi)單片機的特點(diǎn)是：CPU是16 位的，運算速度普遍高于8 位機，有的單片機的尋址能力高達1MB，片內含有A/D 和D/A轉換電路，支持高級語(yǔ)言。這類(lèi)單片機主要用于過(guò)程控制、智能儀表、家用電器以及作為計算機外部設備的控制器等。典型產(chǎn)品有Intel 公司的MCS-96/98 系列、Motorola 公司的M68HC16系列、NS 公司的783××系列、TI公司的MSP430系列等等。

　　其中，以MSP430系列最為突出。它采用了精簡(jiǎn)指令集（ RISC ）結構，具有豐富的尋址方式（ 7 種源操作數尋址、4 種目的操作數尋址）、簡(jiǎn)潔的 27 條內核指令以及大量的模擬指令；大量的寄存器以及片內數據存儲器都可參加多種運算；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。

　　在運算速度方面， MSP430 系列單片機能在 8MHz 晶體的驅動(dòng)下，實(shí)現 125ns 的指令周期。 16 位的數據寬度、125ns 的指令周期以及多功能的硬件乘法器（能實(shí)現乘加）相配合，能實(shí)現數字信號處理的某些算法（如 FFT 等）。

　　MSP430 系列單片機的中斷源較多，并且可以任意嵌套，使用時(shí)靈活方便。當系統處于省電的備用狀態(tài)時(shí)，用中斷請求將它喚醒只用 6us 。

　　超低功耗 MSP430 單片機之所以有超低的功耗，是因為其在降低芯片的電源電壓及靈活而可控的運行時(shí)鐘方面都有其獨到之處。

　　首先， MSP430 系列單片機的電源電壓采用的是 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 。

　　其次，獨特的時(shí)鐘系統設計。在 MSP430 系列中有兩個(gè)不同的系統時(shí)鐘系統：基本時(shí)鐘系統和鎖頻環(huán)（ FLL 和FLL+ ）時(shí)鐘系統或 DCO 數字振蕩器時(shí)鐘系統。有的使用一個(gè)晶體振蕩器（ 32768Hz ） ， 有的使用兩個(gè)晶體振蕩器）。由系統時(shí)鐘系統產(chǎn)生 CPU 和各功能所需的時(shí)鐘。并且這些時(shí)鐘可以在指令的控制下，打開(kāi)和關(guān)閉，從而實(shí)現對總體功耗的控制。

　　由于系統運行時(shí)打開(kāi)的功能模塊不同，即采用不同的工作模式，芯片的功耗有著(zhù)顯著(zhù)的不同。在系統中共有一種活動(dòng)模式（ AM ）和五種低功耗模式（ LPM0~LPM4 ）。在等待方式下，耗電為 0.7uA ，在節電方式下，最低可達 0.1uA。

　　系統工作穩定 上電復位后，首先由 DCOCLK 啟動(dòng) CPU ，以保證程序從正確的位置開(kāi)始執行，保證晶體振蕩器有足夠的起振及穩定時(shí)間。然后軟件可設置適當的寄存器的控制位來(lái)確定最后的系統時(shí)鐘頻率。如果晶體振蕩器在用做 CPU時(shí)鐘 MCLK 時(shí)發(fā)生故障， DCO 會(huì )自動(dòng)啟動(dòng)，以保證系統正常工作；如果程序跑飛，可用看門(mén)狗將其復位。

　　豐富的片上外圍模塊 MSP430 系列單片機的各成員都集成了較豐富的片內外設。它們分別是看門(mén)狗（ WDT ）、模擬比較器 A 、定時(shí)器 A （ Timer_A ）、定時(shí)器 B （ Timer_B ）、串口 0 、 1 （ USART0 、 1 ）、硬件乘法器、液晶驅動(dòng)器、 10 位 /12 位 ADC 、 I 2 C 總線(xiàn)直接數據存?。?DMA ）、端口 O （ P0 ）、端口 1~6 （ P1~P6 ）、基本定時(shí)器（ Basic Timer ）等的一些外圍模塊的不同組合。其中，看門(mén)狗可以使程序失控時(shí)迅速復位；模擬比較器進(jìn)行模擬電壓的比較，配合定時(shí)器，可設計出 A/D 轉換器； 16 位定時(shí)器（ Timer_A 和 Timer_B ）具有捕獲 / 比較功能，大量的捕獲 / 比較寄存器，可用于事件計數、時(shí)序發(fā)生、 PWM 等；有的器件更具有可實(shí)現異步、同步及多址訪(fǎng)問(wèn)串行通信接口可方便的實(shí)現多機通信等應用；具有較多的 I/O 端口，最多達 6*8 條 I/O 口線(xiàn)； P0 、 P1 、 P2 端口能夠接收外部上升沿或下降沿的中斷輸入； 12/14 位硬件 A/D 轉換器有較高的轉換速率，最高可達 200kbps ，能夠滿(mǎn)足大多數數據采集應用；能直接驅動(dòng)液晶多達 160 段；實(shí)現兩路的 12 位 D/A 轉換；硬件 I 2 C 串行總線(xiàn)接口實(shí)現存儲器串行擴展；以及為了增加數據傳輸速度，而采用直接數據傳輸（ DMA ）模塊。 MSP430 系列單片機的這些片內外設為系統的單片解決方案提供了極大的方便。

　　方便高效的開(kāi)發(fā)環(huán)境 目前 MSP430 系列有 OPT 型、 FLASH 型和 ROM 型三種類(lèi)型的器件，這些器件的開(kāi)發(fā)手段不同。對于 OPT 型和 ROM 型的器件是使用仿真器開(kāi)發(fā)成功之后在燒寫(xiě)或掩膜芯片；對于 FLASH 型則有十分方便的開(kāi)發(fā)調試環(huán)境，因為器件片內有 JTAG 調試接口，還有可電擦寫(xiě)的 FLASH 存儲器，因此采用先下載程序到 FLASH 內，再在器件內通過(guò)軟件控制程序的運行，由 JTAG 接口讀取片內信息供設計者調試使用的方法進(jìn)行開(kāi)發(fā)。這種方式只需要一臺 PC機和一個(gè) JTAG 調試器，而不需要仿真器和編程器。開(kāi)發(fā)語(yǔ)言有匯編語(yǔ)言和 C 語(yǔ)言。

　　MSP430 單片機目前主要以 FLASH 型為主。

　　16-BIT 單片機

　　16 位單片機是在1983 年以后發(fā)展起來(lái)的。這類(lèi)單片機的特點(diǎn)是：CPU是16 位的，運算速度普遍高于8 位機，有的單片機的尋址能力高達1MB，片內含有A/D 和D/A轉換電路，支持高級語(yǔ)言。這類(lèi)單片機主要用于過(guò)程控制、智能儀表、家用電器以及作為計算機外部設備的控制器等。典型產(chǎn)品有Intel 公司的MCS-96/98 系列、Motorola 公司的M68HC16系列、NS 公司的783××系列、TI公司的MSP430系列等等。

　　其中，以MSP430系列最為突出。它采用了精簡(jiǎn)指令集（ RISC ）結構，具有豐富的尋址方式（ 7 種源操作數尋址、4 種目的操作數尋址）、簡(jiǎn)潔的 27 條內核指令以及大量的模擬指令；大量的寄存器以及片內數據存儲器都可參加多種運算；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。

　　在運算速度方面， MSP430 系列單片機能在 8MHz 晶體的驅動(dòng)下，實(shí)現 125ns 的指令周期。 16 位的數據寬度、125ns 的指令周期以及多功能的硬件乘法器（能實(shí)現乘加）相配合，能實(shí)現數字信號處理的某些算法（如 FFT 等）。

　　MSP430 系列單片機的中斷源較多，并且可以任意嵌套，使用時(shí)靈活方便。當系統處于省電的備用狀態(tài)時(shí)，用中斷請求將它喚醒只用 6us 。

　　超低功耗 MSP430 單片機之所以有超低的功耗，是因為其在降低芯片的電源電壓及靈活而可控的運行時(shí)鐘方面都有其獨到之處。

　　首先， MSP430 系列單片機的電源電壓采用的是 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 。

　　其次，獨特的時(shí)鐘系統設計。在 MSP430 系列中有兩個(gè)不同的系統時(shí)鐘系統：基本時(shí)鐘系統和鎖頻環(huán)（ FLL 和FLL+ ）時(shí)鐘系統或 DCO 數字振蕩器時(shí)鐘系統。有的使用一個(gè)晶體振蕩器（ 32768Hz ） ， 有的使用兩個(gè)晶體振蕩器）。由系統時(shí)鐘系統產(chǎn)生 CPU 和各功能所需的時(shí)鐘。并且這些時(shí)鐘可以在指令的控制下，打開(kāi)和關(guān)閉，從而實(shí)現對總體功耗的控制。

　　由于系統運行時(shí)打開(kāi)的功能模塊不同，即采用不同的工作模式，芯片的功耗有著(zhù)顯著(zhù)的不同。在系統中共有一種活動(dòng)模式（ AM ）和五種低功耗模式（ LPM0~LPM4 ）。在等待方式下，耗電為 0.7uA ，在節電方式下，最低可達 0.1uA。

　　系統工作穩定 上電復位后，首先由 DCOCLK 啟動(dòng) CPU ，以保證程序從正確的位置開(kāi)始執行，保證晶體振蕩器有足夠的起振及穩定時(shí)間。然后軟件可設置適當的寄存器的控制位來(lái)確定最后的系統時(shí)鐘頻率。如果晶體振蕩器在用做 CPU時(shí)鐘 MCLK 時(shí)發(fā)生故障， DCO 會(huì )自動(dòng)啟動(dòng)，以保證系統正常工作；如果程序跑飛，可用看門(mén)狗將其復位。

　　豐富的片上外圍模塊 MSP430 系列單片機的各成員都集成了較豐富的片內外設。它們分別是看門(mén)狗（ WDT ）、模擬比較器 A 、定時(shí)器 A （ Timer_A ）、定時(shí)器 B （ Timer_B ）、串口 0 、 1 （ USART0 、 1 ）、硬件乘法器、液晶驅動(dòng)器、 10 位 /12 位 ADC 、 I 2 C 總線(xiàn)直接數據存?。?DMA ）、端口 O （ P0 ）、端口 1~6 （ P1~P6 ）、基本定時(shí)器（ Basic Timer ）等的一些外圍模塊的不同組合。其中，看門(mén)狗可以使程序失控時(shí)迅速復位；模擬比較器進(jìn)行模擬電壓的比較，配合定時(shí)器，可設計出 A/D 轉換器； 16 位定時(shí)器（ Timer_A 和 Timer_B ）具有捕獲 / 比較功能，大量的捕獲 / 比較寄存器，可用于事件計數、時(shí)序發(fā)生、 PWM 等；有的器件更具有可實(shí)現異步、同步及多址訪(fǎng)問(wèn)串行通信接口可方便的實(shí)現多機通信等應用；具有較多的 I/O 端口，最多達 6*8 條 I/O 口線(xiàn)； P0 、 P1 、 P2 端口能夠接收外部上升沿或下降沿的中斷輸入； 12/14 位硬件 A/D 轉換器有較高的轉換速率，最高可達 200kbps ，能夠滿(mǎn)足大多數數據采集應用；能直接驅動(dòng)液晶多達 160 段；實(shí)現兩路的 12 位 D/A 轉換；硬件 I 2 C 串行總線(xiàn)接口實(shí)現存儲器串行擴展；以及為了增加數據傳輸速度，而采用直接數據傳輸（ DMA ）模塊。 MSP430 系列單片機的這些片內外設為系統的單片解決方案提供了極大的方便。

　　方便高效的開(kāi)發(fā)環(huán)境 目前 MSP430 系列有 OPT 型、 FLASH 型和 ROM 型三種類(lèi)型的器件，這些器件的開(kāi)發(fā)手段不同。對于 OPT 型和 ROM 型的器件是使用仿真器開(kāi)發(fā)成功之后在燒寫(xiě)或掩膜芯片；對于 FLASH 型則有十分方便的開(kāi)發(fā)調試環(huán)境，因為器件片內有 JTAG 調試接口，還有可電擦寫(xiě)的 FLASH 存儲器，因此采用先下載程序到 FLASH 內，再在器件內通過(guò)軟件控制程序的運行，由 JTAG 接口讀取片內信息供設計者調試使用的方法進(jìn)行開(kāi)發(fā)。這種方式只需要一臺 PC機和一個(gè) JTAG 調試器，而不需要仿真器和編程器。開(kāi)發(fā)語(yǔ)言有匯編語(yǔ)言和 C 語(yǔ)言。

　　MSP430 單片機目前主要以 FLASH 型為主。

　　32-BIT 單片機

　　32 位單片機的字長(cháng)為32 位，是單片機的頂級產(chǎn)品，具有極高的運算速度。近年來(lái)，隨著(zhù)家用電子系統的新發(fā)展，32 位單片機的市場(chǎng)前景看好。

　　繼16 位單片機出現后不久，幾大公司先后推出了代表當前最高性能和技術(shù)水平的32 位單片微機系列。32 位單片機具有極高的集成度，內部采用新穎的RISC（精簡(jiǎn)指令系統計算機）結構，CPU 可與其他微控制器兼容，主頻頻率可達33MHz 以上，指令系統進(jìn)一步優(yōu)化，運算速度可動(dòng)態(tài)改變，設有高級語(yǔ)言編譯器，具有性能強大的中斷控制系統、定時(shí)/事件控制系統、同步/異步通信控制系統。代表產(chǎn)品有Intel 公司的MCS-80960 系列、Motorola 公司的M68300 系列、Hitachi 公司的Super H（簡(jiǎn)稱(chēng)SH）系列等等。

　　這類(lèi)單片機主要應用于汽車(chē)、航空航天、高級機器人、軍事裝備等方面。它代表著(zhù)51、PIC、AVR、16、32-BIT系列單片機區別與特點(diǎn)

　　單片機發(fā)展中的高、新技術(shù)水平。

　　ARM在32位MCU中的主流地位是毫無(wú)疑問(wèn)的。ARM公司于1991年成立于英國劍橋，主要出售芯片設計技術(shù)的授權。目前，采用ARM技術(shù)智能財產(chǎn)（IP）核心的處理器，即我們通常所說(shuō)的ARM處理器，已遍及工業(yè)控制、消費類(lèi)電子產(chǎn)品、通信系統、網(wǎng)絡(luò )系統、無(wú)線(xiàn)系統等各類(lèi)產(chǎn)品市場(chǎng)，基于A(yíng)RM技術(shù)的處理器應用約占據了32位RISC微處理器75％以上的市場(chǎng)，ARM技術(shù)不止逐步滲入到我們生活的各個(gè)方面，我們甚至可以說(shuō)，ARM于人類(lèi)的生活環(huán)境中，已經(jīng)是不可或缺的一環(huán)。

　　目前市面上常見(jiàn)的ARM處理器架構，可分為ARM7、ARM9以及ARM11，新推出的Cortex系列尚在進(jìn)行開(kāi)發(fā)驗證，市面上還未有相關(guān)產(chǎn)品推出。ARM也是嵌入式處理器中首先推出多核心架構的廠(chǎng)商。

　　ARM首個(gè)多核心架構為ARM11 MPCore，架構于原先的ARM11處理器核心之上。ARM11核心是發(fā)布于2002年10月份，為了進(jìn)一步提升效能，其管線(xiàn)長(cháng)度擴展到8階，處理單元則增加為預取、譯碼、發(fā)送、轉換?。疢AC1、執行／MAC2、內存存?。疢AC3和寫(xiě)入等八個(gè)單元，體系上屬于A(yíng)RM V6指令集架構。ARM11采用當時(shí)最先進(jìn)的0.13μm制造制程，運行頻率最高可達500到700MHz。如果采用90nm制程，ARM11核心的工作頻率能夠輕松達到1GHz以上—對于嵌入式處理器來(lái)說(shuō)，這顯然是個(gè)相當驚人的程度，不過(guò)顯然1GHz在A(yíng)RM11體系中不算是個(gè)均衡的設定，因此幾乎沒(méi)有廠(chǎng)商推出達到1GHz的ARM11架構處理器。

　　ARM11的邏輯核心也經(jīng)過(guò)大量的改進(jìn)，其中最重要的當屬“靜／動(dòng)態(tài)組合轉換的預測功能”。ARM11的執行單元包含一個(gè)64位、4種狀態(tài)的地址轉換緩沖，它主要用來(lái)儲存最近使用過(guò)的轉換地址。當采用動(dòng)態(tài)轉換預測機制而無(wú)法在尋址緩沖內找到正確的地址時(shí)，靜態(tài)轉換預測功能就會(huì )立刻接替它的位置。在實(shí)際測試中，單純采用動(dòng)態(tài)預測的準確率為88％，單純采用靜態(tài)預測機制的準確率　只有77％，而ARM11的靜／動(dòng)態(tài)預測組合機制可實(shí)現92％的高準確率。針對高時(shí)脈速度帶來(lái)功耗增加的問(wèn)題，ARM11采用一項名為“IEM?。↖ntelligent Energy Manager）”的智能電源管理技術(shù)，該技術(shù)可根據任務(wù)負荷情況動(dòng)態(tài)調節處理器的電壓，進(jìn)而有效降低自身的功耗。這一系列改進(jìn)讓ARM11的功耗效能比得以繼續提高，平均每MHz只需消耗0.6mW（有快取時(shí)為0.8mW）的電力，處理器的最高效能可達到660 Dhrystone MIPS，遠超過(guò)上一代產(chǎn)品。