1第第1 1章章 单片机概述单片机概述2第第1章章 目录目录1.1 什么是单片机什么是单片机1.2 单片机的发展历史单片机的发展历史1.3 单片机的特点单片机的特点1.4 单片机的应用单片机的应用1.5 单片机的发展趋势单片机的发展趋势1.6 MCS-51系列与系列与AT89C5x系列单片机系列单片机 1.7 其他的其他的51单片机单片机1.8 AVR系列单片机与系列单片机与PIC系列单片机系列单片机1.9 各类嵌入式处理器简介各类嵌入式处理器简介*:ATMEL STC ,通知招聘网DSP/SOPC/FPGA/PLC32020世纪世纪7070年代问世年代问世，目前已，目前已广泛应用于工业自动化、自动广泛应用于工业自动化、自动检测与控制、智能仪器仪表、机电一体化设备、汽车电子、家检测与控制、智能仪器仪表、机电一体化设备、汽车电子、家用电器等各个方面。用电器等各个方面。1.1 1.1 什么是单片机？什么是单片机？单片机是单片机是的单片微型计算机，的单片微型计算机，在一片在一片硅片上硅片上集成制造了集成制造了：中央处理单元（中央处理单元（CPUCPU）；）；存储器（存储器（RAMRAM、ROMROM、FLASHFLASH）并行并行I/OI/O、串行、串行I/OI/O；定时器定时器/ /计数器计数器中断系统；中断系统；系统时钟电路及系统总线系统时钟电路及系统总线 4单片机常用于单片机常用于测控系统测控系统，通常把单片机称为，通常把单片机称为嵌入式控制嵌入式控制器器（EMCUEMCU，Embedded Embedded MicroControllerMicroController Unit Unit），），或或微控制微控制器器（MCUMCU，MicroControllerMicroController Unit Unit）。我国习惯于使用我国习惯于使用“单单片机片机”这一名称。这一名称。1.2 1.2 单片机的发展历史单片机的发展历史单片机单片机按按其处理的其处理的二进制位数二进制位数主要分为：主要分为：4 4位位单片机、单片机、8 8位位单片机、单片机、1616位位单片机和单片机和3232位位单片机。单片机。发展大致分为四发展大致分为四个阶段个阶段。第一阶段第一阶段（19741974年年19761976年）：单片机年）：单片机初级阶段初级阶段。因工。因工艺限制，单片机功能比较简单。艺限制，单片机功能比较简单。19741974年仙童公司推出的年仙童公司推出的F8F8单单片机，只包括了片机，只包括了8 8位位CPUCPU、64B RAM64B RAM和和2 2个并行口。个并行口。第二阶段第二阶段（19761976年年19781978年）：年）：低性能单片机阶段低性能单片机阶段。1 1976976年年IntelIntel推出了推出了MCS-48MCS-48单片机（单片机（8 8位）极大地促进了位）极大地促进了单片机的变革单片机的变革和发展。和发展。5第三阶段第三阶段（19781978年年19831983年）：高性能单片机阶段。年）：高性能单片机阶段。1 1980980年，年，IntelIntel公司在公司在MCS-48MCS-48系列基础上推出了系列基础上推出了MCS-51MCS-51系系列，列，MortorolaMortorola推出了推出了68016801单片机。使单片机的性能及应用单片机。使单片机的性能及应用跃上新的台阶。此后，各公司的跃上新的台阶。此后，各公司的8 8位机迅速发展。位机迅速发展。推出的单片机普遍带有串行推出的单片机普遍带有串行I/OI/O口、中断系统、定时器口、中断系统、定时器/ /计数器，片内计数器，片内ROMROM、RAMRAM容量加大，寻址范围可达容量加大，寻址范围可达64KB64KB。第四阶段第四阶段（19831983年现在）：年现在）：8 8位单片机巩固发展及位单片机巩固发展及1616位位单片机、单片机、3232位单片机位单片机推出阶段推出阶段。1616位典型产品位典型产品IntelIntel公司公司的的MCS-96MCS-96系列系列单片机。单片机。6MCS-51MCS-51系列的单片机，简称系列的单片机，简称5151单片机，为单片机，为8 8位为位为单片机。单片机。主要的生产厂家有：主要的生产厂家有：http:/www.atmel.com/zh/cn/http:/www.atmel.com/zh/cn/ -51-51架构架构-产品选型；产品选型；http:/www.stcmcu.com/ http:/www.stcmcu.com/ 71.3 1.3 单片机的特点单片机的特点单片机是单片机是集成电路技术集成电路技术与与微型计算机技术微型计算机技术高速发展的产高速发展的产物。物。特点：体积小、价格低、应用方便、稳定可靠。特点：体积小、价格低、应用方便、稳定可靠。由于由于体积小，很容易地嵌入到系统体积小，很容易地嵌入到系统之中，以实现各种方之中，以实现各种方式的检测、计算或控制，这一点，一般微机根本做不到。式的检测、计算或控制，这一点，一般微机根本做不到。由于单片机本身就是一个微型计算机，只要在单片机的由于单片机本身就是一个微型计算机，只要在单片机的外部适当增加一些必要的外围扩展电路，就可以灵活地构成外部适当增加一些必要的外围扩展电路，就可以灵活地构成各种应用系统，各种应用系统，如工业自动检测监视系统、数据采集系统、如工业自动检测监视系统、数据采集系统、自动控制系统、智能仪器仪表等。自动控制系统、智能仪器仪表等。8单片机出现前，单片机出现前，制作一套测控系统，大量的模拟电路、制作一套测控系统，大量的模拟电路、数字电路、分立元件完成，以实现计算、判断和控制功能。数字电路、分立元件完成，以实现计算、判断和控制功能。系统的体积庞大，线路复杂，连接点多，易出现故障。系统的体积庞大，线路复杂，连接点多，易出现故障。单片机出现后单片机出现后，测控功能的绝大部分由单片机的软件程，测控功能的绝大部分由单片机的软件程序实现，其它电子线路则由序实现，其它电子线路则由片内的片内的外围功能部件外围功能部件来替代。来替代。91.4 1.4 单片机的应用单片机的应用软硬件结合、体积小，容易嵌入到各种应用系统中。得软硬件结合、体积小，容易嵌入到各种应用系统中。得到广泛应用。到广泛应用。1 1工业检测与控制工业检测与控制主要用于工业过程控制、智能控制、设备控制、数据采主要用于工业过程控制、智能控制、设备控制、数据采集和传输、测试、测量、监控等。集和传输、测试、测量、监控等。2 2仪器仪表仪器仪表目前对仪器仪表的目前对仪器仪表的自动化自动化和和智能化智能化要求越来越高。单片要求越来越高。单片机的使用有助于提高仪器仪表的精度和准确度，简化结构，机的使用有助于提高仪器仪表的精度和准确度，简化结构，减小体积而易于携带和使用，减小体积而易于携带和使用，加速仪器仪表向数字化、智能加速仪器仪表向数字化、智能化、多功能化方向化、多功能化方向发展。发展。103 3消费类电子产品消费类电子产品例如，洗衣机、电冰箱、空调机等。例如，洗衣机、电冰箱、空调机等。4 4通讯通讯例如，手机、传真机、交换机等。例如，手机、传真机、交换机等。5 5武器装备武器装备在现代化的武器装备中，如飞机、制导、导航等。在现代化的武器装备中，如飞机、制导、导航等。6 6各种终端及计算机外部设备各种终端及计算机外部设备如打印机、传真机、复印机等。如打印机、传真机、复印机等。7 7汽车电子设备汽车电子设备如汽车安全系统、自动驾驶系统、汽车自动诊断系统等。如汽车安全系统、自动驾驶系统、汽车自动诊断系统等。8 8分布式多机系统分布式多机系统在较复杂多节点的测控系统中，常采用分布式多机系统。在较复杂多节点的测控系统中，常采用分布式多机系统。111.5 1.5 单片机的发展趋势单片机的发展趋势单片机正在向多功能、高性能、高速度（时钟达单片机正在向多功能、高性能、高速度（时钟达40MHz40MHz）、）、低电压（低电压（2.7V2.7V即可工作）、低功耗、低价格（几元钱）、外即可工作）、低功耗、低价格（几元钱）、外围电路内装化以及片内程序存储器和数据存储器容量不断增围电路内装化以及片内程序存储器和数据存储器容量不断增大的方向发展。大的方向发展。1 1CPUCPU的改进的改进（1 1）增加）增加CPUCPU数据总线宽度。数据总线宽度。8 8位位-1616位位-3232位位-64位，数据处理能力越来越强。数据处理能力越来越强。（2 2）采用多核）采用多核CPUCPU结构。结构。双核-4核-8核。122 2存储器的发展存储器的发展（1 1）片内集成制作）片内集成制作FLASH存储器。可不用外扩展程序存存储器。可不用外扩展程序存储器，简化系统结构。储器，简化系统结构。（2 2）存储容量增大。）存储容量增大。3 3片内片内I/OI/O的改进的改进（1 1）增加并行口驱动能力，以减少外部驱动芯片。）增加并行口驱动能力，以减少外部驱动芯片。（2 2）有些单片机设置了一些特殊的串行）有些单片机设置了一些特殊的串行I/OI/O功能，为构功能，为构成分布式、网络化系统提供方便条件。成分布式、网络化系统提供方便条件。4 4低功耗化低功耗化工作电流仅在工作电流仅在 A A或或nAnA级，特别适用于便携式、手持式电级，特别适用于便携式、手持式电子设备。子设备。135 5外围电路内装化外围电路内装化-片上系统（片上系统（SOCSOC）众多外围电路全部装入片内，即系统的单片化是目前发众多外围电路全部装入片内，即系统的单片化是目前发展趋势之一。展趋势之一。例如，美国例如，美国CygnalCygnal公司的公司的C8051F020 8C8051F020 8位单片机，内部采位单片机，内部采用流水线结构，大部分指令的完成时间为用流水线结构，大部分指令的完成时间为1 1或或2 2个时钟周期，个时钟周期，峰值处理能力为峰值处理能力为25MIPS25MIPS。片上集成有。片上集成有8 8通道通道A/DA/D、两路、两路D/AD/A、两路电压比较器，内置温度传感器、定时器、可编程数字交两路电压比较器，内置温度传感器、定时器、可编程数字交叉开关和叉开关和6464个通用个通用I/OI/O口、电源监测、看门狗、多种类型的口、电源监测、看门狗、多种类型的串行接口（两个串行接口（两个UARTUART、SPISPI）等。一片芯片就是一个）等。一片芯片就是一个“测控测控”系统。系统。141.6 MCS-511.6 MCS-51系列与系列与AT89C5xAT89C5x系列单片机系列单片机1.6.1 MCS-511.6.1 MCS-51系列单片机系列单片机MCSMCS是是IntelIntel公司单片机的系列符号，如公司单片机的系列符号，如MCS-48MCS-48、MCS-51MCS-51、MCS-96MCS-96系列单片机。系列单片机。MCS-51MCS-51系列单片机主要包括：系列单片机主要包括：基本型：基本型：8031/8051/87518031/8051/8751（低功耗型（低功耗型80C31/80C51/87C5180C31/80C51/87C51）增强型：增强型：8032/8052/87528032/8052/8752。15（1 1）基本型）基本型典型产品：典型产品：8031/8051/87518031/8051/8751。80318031内部包括内部包括1 1个个8 8位位CPUCPU、128B RAM128B RAM，2121个特殊功能寄存个特殊功能寄存器（器（SFRSFR）、）、4 4个个8 8位并行位并行I/OI/O口、口、1 1个全双工串行口，个全双工串行口，2 2个个1616位位定时器定时器/ /计数器，计数器，5 5个中断源，但片内个中断源，但片内无程序存储器，需外扩无程序存储器，需外扩程序存储器芯片。程序存储器芯片。80518051是在是在80318031的基础上，片内又集成有的基础上，片内又集成有4KB ROM4KB ROM作为程序作为程序存储器。存储器。87518751与与80518051相比，片内集成的相比，片内集成的4KB EPROM4KB EPROM取代了取代了80518051的的4KB ROM4KB ROM来作为程序存储器。来作为程序存储器。16（2 2）增强型）增强型增强型增强型5151单片机（单片机（5252系列）系列）典型产品：典型产品：8032/8052/87528032/8052/8752。内部内部RAMRAM增加到增加到256B256B，片内程序存储器扩展到，片内程序存储器扩展到8KB8KB，1616位位定时器定时器/ /计数器增至计数器增至3 3个，个，6 6个中断源，串行口通信速率提高个中断源，串行口通信速率提高5 5倍。倍。 注：注：5252单片机，即单片机，即增强型增强型5151单片机单片机，与，与5151单片机单片机内核相内核相同，仅片内资源不同，所以不加区分，统称同，仅片内资源不同，所以不加区分，统称5151单片机。单片机。171.6.2 AT89C5x1.6.2 AT89C5x（AT89S5xAT89S5x）系列单片机）系列单片机 2020世世纪纪8080年代中期以后，年代中期以后，IntelIntel精力集中在高档精力集中在高档CPUCPU芯片芯片的开的开发发、研制上，淡出、研制上，淡出单单片机芯片的开片机芯片的开发发和生和生产产。IntelIntel公司公司以专利以专利形式把形式把80518051内核技术内核技术转让转让给给ATMELATMEL、PhilipsPhilips、CygnalCygnal、ANALOGANALOG、LGLG、ADIADI、MaximMaxim、DALLASDALLAS等公等公司。司。1819 近年来，世界上单片机芯片生产厂商推出的与近年来，世界上单片机芯片生产厂商推出的与80518051（80C5180C51）兼容的主要产品如兼容的主要产品如表表1-21-2所示。所示。ATMELATMEL公司公司19941994年以年以E2PROME2PROM技技术术与与IntelIntel公司的公司的80C5180C51内核的内核的使用使用权进权进行交行交换换。ATMELATMEL公司的技公司的技术优势术优势是是闪烁闪烁（FlashFlash）存）存储储器技器技术术，将，将FlashFlash技技术术与与80C5180C51内核相内核相结结合，形成了片内合，形成了片内带带有有FlashFlash存存储储器器的的AT89C5x/AT89S5xAT89C5x/AT89S5x系列系列单单片机。片机。AT89C51/AT89S51AT89C51/AT89S51单单片机片内的片机片内的4KB Flash4KB Flash存存储储器取代了器取代了87C5187C51片内的片内的4KB EPROM4KB EPROM。AT89S51AT89S51片内的片内的FlashFlash存存储储器可在器可在线编线编程或使用程或使用编编程程器重复重复编编程，且价格程，且价格较较低。低。20使用使用AT89C51AT89C51的系统，在保留原来软硬件的条件下，完全的系统，在保留原来软硬件的条件下，完全可以用可以用AT89S51AT89S51直接代换。直接代换。与与AT89C5xAT89C5x系列相比，系列相比，AT89S5xAT89S5x系列的系列的时钟频率以及运算时钟频率以及运算速度有了较大的提高速度有了较大的提高，例如，例如，AT89C51AT89C51工作频率的上限为工作频率的上限为24MHz24MHz，而，而AT89S51AT89S51则为则为33MHz33MHz。目前，。目前，AT89S5xAT89S5x系列已逐渐取系列已逐渐取代代AT89C5xAT89C5x系列。系列。表表1-31-3为为ATMELATMEL公司公司AT89C5x/AT89S5xAT89C5x/AT89S5x系列单片机主要产品系列单片机主要产品片内硬件资源片内硬件资源。由于种类多，要依据实际需求来选择合适的。由于种类多，要依据实际需求来选择合适的型号。型号。2122AT89C1051AT89C1051与与AT89C2051AT89C2051为为低档机型，低档机型，均为均为2020只只引脚。当低档机引脚。当低档机满足设计需求时，就不要采用较高档次的机型。满足设计需求时，就不要采用较高档次的机型。“LVLV”代表代表低电压低电压，它与，它与AT89S51AT89S51的主要差别是的主要差别是工作电压为工作电压为2.72.76V6V。AT89LV51AT89LV51的低电压电源工作条件可使其在便携式设备中。的低电压电源工作条件可使其在便携式设备中。尽管尽管51单片机单片机有多种机型有多种机型，但掌握好，但掌握好基本型基本型AT89S51AT89S51单片机单片机十十分重要，因为它们是具有分重要，因为它们是具有80518051内核的各种型号单片机的基础，最内核的各种型号单片机的基础，最具典型性和代表性，同时也是各种增强型、扩展型等衍生品种的具典型性和代表性，同时也是各种增强型、扩展型等衍生品种的基础。基础。更多信息可访问更多信息可访问ATMELATMEL官网：官网：http:/www.atmel.com/zh/cn/http:/www.atmel.com/zh/cn/注：注：STC-51STC-51单片机，国产，编程方便：单片机，国产，编程方便：http:/www.stcmcu.com/ -http:/www.stcmcu.com/ -器件、资源分析器件、资源分析 231.7 1.7 其他的其他的5151单片机单片机1.7.1 AD1.7.1 ADC812C812单片机单片机美国美国ADI(AnalogADI(Analog Device lncDevice lnc) )公司生产的高性能单片机公司生产的高性能单片机内部包含内部包含8 8通道通道1212位位模数转换器模数转换器，2 2通道通道1212位数模转换器位数模转换器。片内有片内有8KB Flash8KB Flash程序存储器程序存储器、640B Flash640B Flash数据存储器数据存储器、256B256B数据数据SRAMSRAM( (支持可编程支持可编程) )。片内集成片内集成看门狗定时器、电源监视器以及看门狗定时器、电源监视器以及ADCADCDMADMA功能功能。为多处理器接口和为多处理器接口和I/OI/O扩展提供了扩展提供了3232条可编程的条可编程的I/OI/O线、包含线、包含有与有与I I2 2C C兼容的串行接口兼容的串行接口、SPISPI串行接口串行接口和和标准标准UARTUART串行接口串行接口I/OI/O。 241.7.2 C8051Fxxx1.7.2 C8051Fxxx单片机单片机美国美国CygnalCygnal公司公司产品产品，集成度高，集成度高，80518051内核内核。典型产品典型产品为为C8051F020C8051F020。内部采用。内部采用流水线结构流水线结构，大部分指，大部分指令的完成时间为令的完成时间为1 1或或2 2个时钟周期，个时钟周期，峰值处理能力峰值处理能力为为25MIPS25MIPS。片内片内资源：资源：1 1个个8 8位位ADCADC、1 1个个1212位位ADCADC、1 1个双个双1212位位DACDAC；64kB64kB片内片内FlashFlash程序存储器，程序存储器，256B RAM256B RAM，128B SFR128B SFR；8 8个个I IO O端口共端口共6464根根I IO O口线；口线；5 5个个1616位通用定时器；位通用定时器；5 5个捕捉比较个捕捉比较模块的可编程计数定时器阵列（模块的可编程计数定时器阵列（PCAPCA），），1 1个个UARTUART串行口、串行口、1 1个个SMBusSMBus/ I/ I2 2C C串口、串口、1 1个个SPISPI串行口；串行口；2 2路电压比较器，路电压比较器，VDDVDD监监视器视器( (电源监测电源监测) )，内置温度传感器。，内置温度传感器。 251.7.3 1.7.3 台湾华邦公司台湾华邦公司W78W78系列和系列和W77W77系列单片机系列单片机台湾华邦公司台湾华邦公司( (WinbondWinbond) ) W78W78系列系列单片机与单片机与AT89C5xAT89C5x系列完系列完全兼容，全兼容，W77W77系列系列为增强型。为增强型。W77W77系列系列对对80518051的时序作了改进：每个指令周期只需要的时序作了改进：每个指令周期只需要4 4个个时钟周期，速度提高了三倍，工作频率最高可达时钟周期，速度提高了三倍，工作频率最高可达40MHz40MHz。W77W77系列增加看门狗系列增加看门狗WatchDogWatchDog、两组、两组UARTUART、两组、两组DPTRDPTR数据数据指针（编写程序非常便利）、指针（编写程序非常便利）、ISPISP（在系统可编程）等功能。（在系统可编程）等功能。片内集成了片内集成了USBUSB接口，语音处理等功能，具有接口，语音处理等功能，具有6 6组外部中断源。组外部中断源。华邦公司的华邦公司的W741W741系列的系列的4 4位单片机带液晶驱动，在线烧录，位单片机带液晶驱动，在线烧录，保密性高，低工作电压保密性高，低工作电压(1.2V-1.8V)(1.2V-1.8V)。 261.8 AVR1.8 AVR系列单片机与系列单片机与PICPIC系列单片机系列单片机除了除了5151单片机外，目前某些单片机外，目前某些非非5151单片机单片机也得到了较为广也得到了较为广泛的应用，目前应用较广泛是泛的应用，目前应用较广泛是AVRAVR系列系列与与PICPIC系列系列单片机。单片机。 1.8.1 AVR1.8.1 AVR系列单片机系列单片机AVRAVR系列是系列是19971997年年ATMELATMEL公司挪威设计中心的公司挪威设计中心的A A先生先生与与V V先先生生共同研发出的共同研发出的精简指令集精简指令集(RISC(RISCReduced Instruction Reduced Instruction Set Computer)Set Computer)的的高速高速8 8位单片机，简称位单片机，简称AVRAVR。特点如下：特点如下：（1 1）高速、高可靠性、功能强、低功耗和低价位。）高速、高可靠性、功能强、低功耗和低价位。（2 2）采用）采用片内片内FlashFlash存储器存储器给用户的开发带来方便。给用户的开发带来方便。27（3 3）丰富的）丰富的片内片内外设外设。定时器。定时器/ /计数器、看门狗、低电压检计数器、看门狗、低电压检测电路测电路BODBOD、多个复位源多个复位源( (自动上下电复位、外部复位、看自动上下电复位、外部复位、看门狗复位、门狗复位、BODBOD复位复位) )，通用的异步串行口（，通用的异步串行口（UARTUART）、）、SPISPI、ADCADC、PWMPWM等。等。（4 4）I/OI/O口功能强、驱动能力大口功能强、驱动能力大。AVRAVR的的工业级产品工业级产品，具有，具有大大电流电流( (最大可达最大可达40mA)40mA)，驱动能力强，可省去功率驱动器件驱动能力强，可省去功率驱动器件，直接驱动可控硅直接驱动可控硅SSRSSR或继电器。或继电器。（5 5）低功耗。）低功耗。具有省电功能具有省电功能(Power Down)(Power Down)及休眠功能及休眠功能(Idle)(Idle)的低功耗的工作方式。一般耗电在的低功耗的工作方式。一般耗电在1 12.5 2.5 mAmA。28（6 6）支持程序的）支持程序的在系统编程在系统编程（ISPISPIn System ProgramIn System Program）即在线编程，开发门槛较低。即在线编程，开发门槛较低。（7 7） 程序保密性好，不可破解的位加密锁程序保密性好，不可破解的位加密锁Lock BitLock Bit技术，技术，且具有多重密码保护锁死且具有多重密码保护锁死(Lock)(Lock)功能，使得用户编写的应功能，使得用户编写的应用程序不被读出。用程序不被读出。AVRAVR单片机系列全，单片机系列全，3 3个档次个档次，适于各种不同要求：，适于各种不同要求：（1 1）低档）低档TinyTiny系列系列: : Tiny11/12/13/15/26/28 Tiny11/12/13/15/26/28等；等； （2 2）中档）中档AT90SAT90S系列系列: : AT90S1200/2313/8515/8535 AT90S1200/2313/8515/8535等；等； （3 3）高档）高档ATmegaATmega系列系列: : 有有ATmega8/16/32/64/128ATmega8/16/32/64/128（ 存储容存储容量为量为8/16/32/64/128 KB8/16/32/64/128 KB）以及）以及ATmega8515/8535ATmega8515/8535等。等。291.8.2 PIC1.8.2 PIC系列单片机系列单片机美国美国MicrochipMicrochip公司的产品。特性如下：公司的产品。特性如下：（1 1）最大的特点是从实际出发，重视性能价格比，已经）最大的特点是从实际出发，重视性能价格比，已经开发出多种型号来满足应用需求。开发出多种型号来满足应用需求。PICPIC系列系列从低到高有从低到高有几十个型号几十个型号。其中，。其中，PIC12C508PIC12C508单片单片机机仅有仅有8 8个引脚个引脚，是，是世界最小的单片机世界最小的单片机。有。有512512字节字节ROMROM、2525字节字节RAMRAM、一个、一个8 8位定时器、一根输入线、位定时器、一根输入线、5 5根根I/OI/O线线，价格非，价格非常便宜。常便宜。PICPIC的高档型，的高档型，如如PIC16C74PIC16C74有有4040个引脚，其内部资源为个引脚，其内部资源为ROMROM共共4K4K、192192字节字节RAMRAM、8 8路路A/DA/D、3 3个个8 8位定时器、位定时器、2 2个个CCPCCP模模块、块、3 3个串行口、个串行口、1 1个并行口、个并行口、1111个中断源、个中断源、3333个个I/OI/O脚脚。30（2 2）精简指令精简指令集集使执行效率大为提高。使执行效率大为提高。PICPIC系列系列8 8位单片位单片机采用精简指令集（机采用精简指令集（RISCRISC），数据总线和指令总线分离的哈），数据总线和指令总线分离的哈佛总线（佛总线（HarvardHarvard）结构，指令单字长，且允许指令代码的）结构，指令单字长，且允许指令代码的位数可多于位数可多于8 8位的数据位数，这与传统的采用复杂指令结构位的数据位数，这与传统的采用复杂指令结构（CISCCISC）结构的）结构的8 8位单片机（位单片机（80518051）相比，可以达到）相比，可以达到2:12:1的代的代码压缩，速度提高码压缩，速度提高4 4倍。倍。（3 3） 优越优越的的开发环境开发环境。PICPIC推出一款新型号单片机的同推出一款新型号单片机的同时推出相应的仿真芯片，所有的开发系统由专用的仿真芯片时推出相应的仿真芯片，所有的开发系统由专用的仿真芯片支持，实时性非常好。支持，实时性非常好。31（4 4）其引脚具有防瞬态能力）其引脚具有防瞬态能力，通过限流电阻可以接至，通过限流电阻可以接至220V220V交流电源，可直接与继电器控制电路相连，无须光电耦合交流电源，可直接与继电器控制电路相连，无须光电耦合器隔离，给应用带来极大方便。器隔离，给应用带来极大方便。（5 5）保密性好）保密性好。PICPIC以保密熔丝来保护代码，用户在烧入代以保密熔丝来保护代码，用户在烧入代码后熔断熔丝，别人再也无法读出，除非恢复熔丝。目前，码后熔断熔丝，别人再也无法读出，除非恢复熔丝。目前，PICPIC采用熔丝深埋工艺，恢复熔丝的可能性极小。采用熔丝深埋工艺，恢复熔丝的可能性极小。（6 6）片内集成了看门狗定时器）片内集成了看门狗定时器，可以用来提高程序运行的，可以用来提高程序运行的可靠性。可靠性。32（7 7）设有休眠和省电工作方式）设有休眠和省电工作方式。可大大降低系统功耗。可大大降低系统功耗并并可可采用电池供电。采用电池供电。PICPIC单片机单片机分分低档型、中档型低档型、中档型和和高档型高档型：（1 1）低档）低档8 8位单片机：位单片机：PIC12C5XXXPIC12C5XXX16C5X16C5X系列系列。（2 2）中档）中档8 8位单片机：位单片机：PIC12C6XX/PIC16CXXXPIC12C6XX/PIC16CXXX系列。系列。（3 3）高档）高档8 8位单片机：位单片机：PIC17CXXPIC17CXX系列系列。331.9 1.9 各类嵌入式处理器简介各类嵌入式处理器简介具有各种不同体系结构的处理器，构成了具有各种不同体系结构的处理器，构成了嵌入式处理器嵌入式处理器家族家族，是嵌入式系统的核心。全世界嵌入式处理器的品种总，是嵌入式系统的核心。全世界嵌入式处理器的品种总量已经超过量已经超过10001000多种，按多种，按体系结构主要分为如下几类体系结构主要分为如下几类：嵌入嵌入式微控制器（式微控制器（单片机单片机）、嵌入式数字信号处理器（简称）、嵌入式数字信号处理器（简称DSPDSP）、嵌入式微处理器嵌入式微处理器(ARM)(ARM)以及片上系统（以及片上系统（SOCSOC）等。）等。http:/www.lagou.com/http:/www.lagou.com/ 搜索搜索: :单片机、单片机、DSPDSP、ARMARM341.9.1 1.9.1 嵌入式微控制器（单片机）嵌入式微控制器（单片机）将用于测控目的的计算机小系统集成到一块芯片中。将用于测控目的的计算机小系统集成到一块芯片中。一一般以某一种微处理器内核为核心般以某一种微处理器内核为核心，片内集成，片内集成 ROM/EPROMROM/EPROM、RAMRAM、总线及总线控制逻辑、定时、总线及总线控制逻辑、定时/ /计数器、计数器、WatchDogWatchDog、I/OI/O、串行口、脉宽调制输出、串行口、脉宽调制输出、A/DA/D、D/AD/A、FlashFlash存储器等各种必存储器等各种必要的功能部件和外设。要的功能部件和外设。一个系列的单片机具有一个系列的单片机具有多种衍生产品多种衍生产品，每种衍生产品的，每种衍生产品的处理器内核都是一样处理器内核都是一样的，不同的是存储器和外设的配置及封的，不同的是存储器和外设的配置及封装。使单片机装。使单片机与与需求相匹配，减少功耗和成本。需求相匹配，减少功耗和成本。单片机最大特点是单片机最大特点是单片化，单片化，价廉价廉，功耗和成本下降、可功耗和成本下降、可靠性提高靠性提高。是目前嵌入式系统工业的主流。是目前嵌入式系统工业的主流。351.9.2 1.9.2 嵌入式嵌入式DSPDSP处理器处理器(DSP)(DSP)DSPDSP（Digital Signal Processor)Digital Signal Processor)，非常擅长于高速实非常擅长于高速实现各种数字信号处理运算（如数字滤波、现各种数字信号处理运算（如数字滤波、FFTFFT、频谱分析、频谱分析等）等）。由于硬件结构和指令。由于硬件结构和指令的的特殊设计，使其能够高速完成各种特殊设计，使其能够高速完成各种数字信号处理算法。与单片机相比，数字信号处理算法。与单片机相比，DSPDSP的的高速运算高速运算能力能力和和多总线多总线，处理的算法的复杂度处理的算法的复杂度和和大的数据处理流量大的数据处理流量是是单片机单片机不可企及的。不可企及的。36DSPDSP的主要厂商的主要厂商有美国有美国TITI、ADIADI、MotorolaMotorola、ZilogZilog等公等公司。司。TITI公司公司位居榜首位居榜首，占全球，占全球DSPDSP市场市场约约6060左右左右。DSPDSP代表代表性的产品性的产品是是TITI公司的公司的TMS320TMS320系列系列。TMS320TMS320系列处理器包括用系列处理器包括用于控领域的于控领域的C2000C2000系列，移动通信的系列，移动通信的C5000C5000系列，以及应系列，以及应用用在在通信和数字图像处理的通信和数字图像处理的C6000C6000系列等。系列等。今天，随着全球信息化和今天，随着全球信息化和InternetInternet网的普及，多媒体技网的普及，多媒体技术的广泛应用，尖端技术向民用领域迅速的转移，数字技术术的广泛应用，尖端技术向民用领域迅速的转移，数字技术大范围进入消费类电子产品，使大范围进入消费类电子产品，使DSPDSP不断更新换代，性能指不断更新换代，性能指标不断提高，价格不断下降，已成为标不断提高，价格不断下降，已成为新兴科技：通信、多媒新兴科技：通信、多媒体系统、消费电子、医用电子等飞速发展体系统、消费电子、医用电子等飞速发展的推动的推动力量力量. .371.9.3 1.9.3 嵌入式微处理器嵌入式微处理器嵌入式微处理器嵌入式微处理器(Embedded (Embedded MicroProcessorMicroProcessor Unit Unit， EMPU)EMPU)的的基础是通用计算机中的基础是通用计算机中的CPUCPU。代表性产品为。代表性产品为ARMARM系列系列，ARMARM是是Advanced RISC Machines Advanced RISC Machines 的缩写，其中的缩写，其中RISCRISC是精简指是精简指令集计算机的缩写。同时令集计算机的缩写。同时ARMARM也是设计也是设计ARMARM处理器的美国公司处理器的美国公司的简称。的简称。ARMARM家族家族主要有主要有5 5个产品系列：个产品系列：ARM7ARM7、ARM9ARM9、ARM9EARM9E、ARM10ARM10和和SecurCoreSecurCore。38下面以下面以ARM7ARM7为说明为说明嵌入式微处理器基本性能嵌入式微处理器基本性能。嵌入式处理器的嵌入式处理器的地址线为地址线为3232条条，能扩展，能扩展较大的较大的存储器空存储器空间，所以间，所以可配置实时可配置实时多任务操作系统多任务操作系统(RTOS)(RTOS)。RTOSRTOS是嵌入式是嵌入式应用软件的基础和开发平台。应用软件的基础和开发平台。常用的常用的RTOSRTOS为为LinuxLinux（数百（数百KBKB）和）和VxWorksVxWorks（数（数MBMB）以及）以及C-OSC-OS。由于嵌入式实时多任务操作系统具有高度灵活性，。由于嵌入式实时多任务操作系统具有高度灵活性，可很容易地对它进行定制或作适当开发，即对它进行可很容易地对它进行定制或作适当开发，即对它进行“裁减裁减”、“移植移植”和和“编写编写”，从而设计出用户所需的应用程序，从而设计出用户所需的应用程序，来满足需要。来满足需要。39由于能由于能运行实时多任务操作系统运行实时多任务操作系统，所以能处理复杂的系，所以能处理复杂的系统管理任务和处理工作。因此，统管理任务和处理工作。因此，在移动计算平台、媒体手机、在移动计算平台、媒体手机、工业控制和商业领域（例如，智能工控设备、工业控制和商业领域（例如，智能工控设备、ATMATM机等）、机等）、电子商务平台、信息家电（机顶盒、数字电视）电子商务平台、信息家电（机顶盒、数字电视）、军事军事等，等，已成为继单片机、已成为继单片机、DSPDSP之后的电子信息技术应用的之后的电子信息技术应用的又一大热又一大热点。点。广义上讲，广义上讲，凡是系统中凡是系统中嵌入了嵌入了“嵌入式处理器嵌入式处理器”，如单，如单片机、片机、DSPDSP、嵌入式微处理器，、嵌入式微处理器，都称为都称为“嵌入式系统嵌入式系统”。也也有仅把有仅把 “嵌入嵌入”嵌入式微处理器嵌入式微处理器的系统，称为的系统，称为“嵌入式系嵌入式系统统”。还没有。还没有严格的定义严格的定义。目前的。目前的“嵌入式系统嵌入式系统”，多指后，多指后者。者。401.9.4 1.9.4 嵌入式片上系统嵌入式片上系统SOC(SystemSOC(System On Chip) On Chip)随着超大规模集成电路设计技术发展，一个硅片上实现随着超大规模集成电路设计技术发展，一个硅片上实现一个复杂的系统，一个复杂的系统，即即System On System On Chip(SOCChip(SOC) )，即，即片上系统片上系统。核心思想核心思想是把整个电子系统全部集成在一个芯片中是把整个电子系统全部集成在一个芯片中。避。避免大量免大量PCBPCB板设计及板板设计及板级级的调试工作。的调试工作。设计者设计者面对的不再是面对的不再是电路及芯片电路及芯片，而是，而是根据系统的固件特性和功能要求根据系统的固件特性和功能要求，把各种，把各种通用处理器内核及各种外围功能部件模块作为通用处理器内核及各种外围功能部件模块作为SOCSOC设计公司设计公司的标准库的标准库，成为成为VLSIVLSI设计中设计中的的标准器件，标准器件，用用VHDLVHDL等语言描述等语言描述，存储在器件库中。用户只需定义整个应用系统，仿真通过后存储在器件库中。用户只需定义整个应用系统，仿真通过后就可以就可以将设计图将设计图交给交给半导体器件厂商制作样品。半导体器件厂商制作样品。41除无法集成的器件外，整个系统大部分均可集成到一块除无法集成的器件外，整个系统大部分均可集成到一块或几块芯片中去，系统电路板简洁，或几块芯片中去，系统电路板简洁，对减小体积和功耗、提对减小体积和功耗、提高可靠性非常有利高可靠性非常有利。SOCSOC使系统设计技术发生革命性变化使系统设计技术发生革命性变化，标志着一个全新时代到来。标志着一个全新时代到来。至此，已介绍至此，已介绍了了嵌入式处理器家族的各成员。由于嵌入式处理器家族的各成员。由于单片单片机机体积小、价格低、很容易嵌入到系统中，应用十分广泛，体积小、价格低、很容易嵌入到系统中，应用十分广泛，且易掌握和普及，市场占有率最高。且易掌握和普及，市场占有率最高。据统计，据统计，80518051体系结构的单片机的用量占全部嵌入式处体系结构的单片机的用量占全部嵌入式处理器总用量的理器总用量的50%50%以上。因此，以上。因此，80518051体系结构体系结构的的单片机技术单片机技术是首先要掌握的是首先要掌握的。42