第2章-處理器選型指南

第2章處理器選型指南

隨著微處理器（單片機(jī)）的迅猛發(fā)展，生產(chǎn)日新月異、品種繁多。為了使用戶在了解單片機(jī)的功能、特點(diǎn)和性能的同時(shí)，較快更好的選擇出適合自己產(chǎn)品中的處理器。本章重點(diǎn)介紹選擇單片機(jī)的基本方法，并以51、AVR和MSP430系列單片機(jī)為主介紹其應(yīng)用選型指南。12.1單片機(jī)的選擇方法器件有高速度型、低功耗型、大容量存儲(chǔ)型、混合(模擬與數(shù)字)處理型、可編程門陣列靈活型、多時(shí)鐘和多I/O口型等，令人目不暇接。選擇怎樣的單片機(jī)對(duì)產(chǎn)品的整體結(jié)果影響很大，選擇時(shí)一般要考慮下列問題。

一、了解被開發(fā)產(chǎn)品的需求和任務(wù)

使用環(huán)境、供電方式、功耗要求、功能要求、成本要求、開發(fā)周期等;2二、根據(jù)任務(wù)選機(jī)型

①使用環(huán)境（溫度、電磁干擾等）；②耗電問題（干電池、交流電等）；③速度問題（與功耗有關(guān)系）；④功能問題（單一、多模塊等）；⑤成本問題（規(guī)模與成本有關(guān)）。3三、綜合性能的考慮

①功能、速度、耗電；②存儲(chǔ)容量；③互換性、兼容性；④接口方式、I/O口數(shù)量等；⑤軟件下載方式等；⑥生產(chǎn)方便性（體積、引腳）。4四、開發(fā)環(huán)境的考慮①軟件開發(fā)平臺(tái)（系統(tǒng)、C程序）；②調(diào)試（顯示器、鍵盤等）；③開發(fā)周期的影響；④如何固化程序（自帶、設(shè)備）。

五、其它因素的考慮

封裝、焊接、可靠性等。

5

由于51系列單片機(jī)在8位單片機(jī)中的突出性能，其已成為事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。目前仍是我國單片機(jī)應(yīng)用的主流器件。事實(shí)上，新的51系列單片機(jī)雖然功能、性能、速度等比傳統(tǒng)的好的多，但仍一51為內(nèi)核。2.251系列單片機(jī)介紹即：指令系統(tǒng)及存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)等與傳統(tǒng)的完全兼容。6一、按存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)分

①片內(nèi)ROM型有：

8031、8051、8052、80C51、80C52等型號(hào)。

②片內(nèi)EPROM型有

：

875x、87C5x等型號(hào)。③片內(nèi)E2PROM型有：

89C5x系列、89S5x系列、P89C5x系列、DS89Cｘ系列、W78E5x、W78LE5x系列、STC89C5x系列、μPSD3xx系列和C8051Fx系列等。

注意：內(nèi)存大小的區(qū)別7二、按功能、性能分

①基本型有：8031、805x、875x、DS89ｘ系列等；

②低功耗型有：

89C5x、89S5x、P89C5x、W78LE5x、STC89Cx、STC89Lx、STC12C和STC12Lx等；

③增強(qiáng)型有：

STC12xx/11xx/10xx、C8051Fx、83C51FA/B、80C51FA等型號(hào)；

④多模塊型有：

83C51GA、W78LE516、STC89CxxAD、STC12CxxAD、STC12LxxAD等；8

⑤高速型有：

C8051Fx、STC12xx/11xx/10xx、83C152JA、80C152JA、83C452等型號(hào)；

⑥高級(jí)型有：

μPSD3xx、C8051F12x系列器件。

注意：使用溫度、封裝等9

51內(nèi)核的經(jīng)典體系結(jié)構(gòu)和良好的兼容性，新的51單片機(jī)概括起來，有以下特點(diǎn)或功能：

1)高速度（或低速與高速兼容）；

2)混合(模擬與數(shù)字)信號(hào)處理；

3)低功耗和多種省電模式；4)大容量存儲(chǔ)器；5)多數(shù)量的I/O口和靈活的驅(qū)動(dòng)配置；

6)多時(shí)鐘源和實(shí)時(shí)時(shí)鐘系統(tǒng)；2.351系列單片機(jī)應(yīng)用選型指南107）基于串口或JTAG結(jié)構(gòu)的在線調(diào)試系統(tǒng)；8）多種復(fù)位源（包括看門狗電路）；9）片內(nèi)可編程門陣列和多模塊配置；10）多種串口（包括USB接口）；11）DMA功能；12）視頻（電視）信號(hào)處理與控制；13）網(wǎng)絡(luò)接口等。如何選型呢？11教材中列舉了（最常用的6家產(chǎn)品）：【1】Atmel系列

（見表2-1和表2-2所示）；【2】WinBond系列（表2-3和表2-4所示）；

【3】STC系列（見表2-5～表2-12所示）；

【4】Philip系列

（見表2-13～表2-15所示）；

【5】C8051(SiliconLabs)系列（見表2-16～表2-23所示）；【6】μPSD3xx(ST)系列（見表2-24所示）。為了更好的選型很常用!12

AVR單片機(jī)是Atmel公司利用其Flash新技術(shù),研發(fā)的RISC精簡(jiǎn)指令集的高速8位單片機(jī)。它吸收了DSP雙總線的特點(diǎn)，單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是分開的，并且可對(duì)具有相同地址的程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行獨(dú)立尋址。在AVR單片機(jī)中，寄存器由32個(gè)通用工作寄存器組成，并且任何一個(gè)寄存器都可以充當(dāng)累加器，從而有效地避免了累加器(像51機(jī)）的瓶頸效應(yīng)，提高了系統(tǒng)的性能。2.4

AVR系列單片機(jī)介紹

13AVR單片機(jī)有以下特點(diǎn)：

1）速度快采用RISC精簡(jiǎn)指令集，比常規(guī)CISCCPU快十倍。2）集成度高

內(nèi)部資源豐富。有：

1KB～128KB字節(jié)可下載的Flash存儲(chǔ)器；

64B～4KB字節(jié)E2PROM；128B～8KB字節(jié)RAM；

5～32條通用的I/O線；32個(gè)通用工作寄存器；摸擬比較器、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、實(shí)時(shí)日歷定時(shí)器；

可編程異步串行口、內(nèi)部及外部中斷、A/D變換等。

143）串口通信功能強(qiáng)

增強(qiáng)性的高速同/異步串口，具有硬件產(chǎn)生校驗(yàn)碼、硬件檢測(cè)、校驗(yàn)偵錯(cuò)、兩級(jí)接收緩沖、波特率自動(dòng)調(diào)整定位（接收時(shí)）和屏蔽數(shù)據(jù)幀等功能。4）I/O口驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)具有大電流(灌電流)10～40mA,可直接驅(qū)動(dòng)可控硅SSR、繼電器和LED等器件。5）在系統(tǒng)編程（ISP）支持ISP和IAP，便于產(chǎn)品的調(diào)試、開發(fā)、生產(chǎn)和更新。6）編程開發(fā)容易支持Basic、C等高級(jí)語言編程。

157）保密性能好具有不可破解的位加密鎖LockBit技術(shù)，保密位單元深藏于芯片內(nèi)部，保密性極好。8）工作電壓范圍寬電源電壓在2.7～5.5V能可靠工作。有的可低到1.8V即可工作。9）功耗低在看門狗定時(shí)器（WDT）關(guān)閉時(shí)耗去電流僅為100nA左右，適用于干電池供電。10）價(jià)格低廉AVR單片機(jī)價(jià)格低廉，在同類產(chǎn)品中，價(jià)格是較低的。16AVR單片機(jī)具有多個(gè)系列，包括ATtiny、AT90和ATmega。每個(gè)系列又包括多個(gè)產(chǎn)品，它們?cè)诠δ堋⒁_、封裝和存儲(chǔ)容量等方面有很大的差別，但基本結(jié)構(gòu)和原理都類似，而且編程方法也相同。2.5AVR系列單片機(jī)應(yīng)用選型指南如何選型？主要型號(hào)及性能簡(jiǎn)介見表2-25～表2-27所示。172.6MSP430系列單片機(jī)介紹

MSP430系列單片機(jī)是德州儀器TI）公司推出的一種超低功耗16位工業(yè)級(jí)混合信號(hào)處理。

MSP430系列為設(shè)計(jì)人員能夠容易的連接傳感器、模擬信號(hào)與數(shù)字組件，并同時(shí)保持無與倫比的低功耗優(yōu)勢(shì)。MSP430系列單片機(jī)針對(duì)各種不同應(yīng)用需求，有一系列不同型號(hào)的器件。181）超低功耗

MSP43單片機(jī)之所以有超低的功耗，是因?yàn)槠湓诮档托酒碾娫措妷杭办`活而可控的運(yùn)行時(shí)鐘方面都有其獨(dú)到之處。

①5種低功耗模式（LPM0～LPM4）；

②電源電壓采用1.8～3.6V；

③電流在200～400μA左右；④時(shí)鐘關(guān)斷模式的最低功耗只有0.1μA。MSP43系列主要特點(diǎn)：

192）豐富的片內(nèi)外設(shè)及其多樣化的組合

集成了較豐富的片內(nèi)外設(shè)。①看門狗定時(shí)器（WDT）；②模擬比較器A；③定時(shí)器A（Timer_A）；④定時(shí)器B（Timer_B）；⑤串口0/1（UART0/UART1）；⑥硬件乘法器；⑦液晶驅(qū)動(dòng)器；

⑧10/12/16位ADC；⑨12位DAC；⑩I2C總線、直接數(shù)據(jù)存?。―MA）等。203）強(qiáng)大的處理能力

①是一個(gè)16位的單片機(jī)；②采用了精簡(jiǎn)指令集（RISC）結(jié)構(gòu)；③具有豐富的尋址方式（7種）；④簡(jiǎn)潔的27條內(nèi)核指令以及大量的模擬指令；⑤大量的寄存器和片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都可參加多種運(yùn)算；⑥高效的查表處理指令；⑦能實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理的復(fù)雜運(yùn)算（如FFT等）；

⑧當(dāng)系統(tǒng)處于省電的備用狀態(tài)時(shí)，用中斷請(qǐng)求將它喚醒只用6μs。214）高性能的模擬技術(shù)硬件A/D變換器、模擬電壓的比較等。5）系統(tǒng)工作穩(wěn)定均為工業(yè)級(jí)器件（環(huán)境溫度-40℃～+85℃），可靠性高。6)無總線接口

MSP430系列單片機(jī)只有強(qiáng)大的內(nèi)部資源。7)方便高效的開發(fā)環(huán)境

對(duì)于FLASH型器件則有十分方便的開發(fā)調(diào)試環(huán)境，即通過自帶的JTAG調(diào)試接口，方便的下載程序到Flash內(nèi)運(yùn)行，且可由JTAG接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)交換和調(diào)試