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[導讀]據統計,我國的單片機年容量已達1-3億片,且每年以大約16%的速度增長,但相對于世界市場我國的占有率還不到1%。這說明單片機應用在我國才剛剛起步,有著廣闊的前景。培養單片機應用人才,特別是在工程技術人員中普及單片機知識有著重要的現實意義。現在單片機的應用越來越廣泛,但是你真的了解單片機嗎?本文就讓我們一起來了解一下單片機吧。

據統計,我國的單片機年容量已達1-3億片,且每年以大約16%的速度增長,但相對于世界市場我國的占有率還不到1%。這說明單片機應用在我國才剛剛起步,有著廣闊的前景。培養單片機應用人才,特別是在工程技術人員中普及單片機知識有著重要的現實意義。現在單片機的應用越來越廣泛,但是你真的了解單片機嗎?本文就讓我們一起來了解一下單片機吧。

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什么是單片機?

單片機,全稱單片微型計算機,是把中央處理器、存儲器、定時/計數器、各種輸入輸出接口等都集成在一塊集成電路芯片上的微型計算機。其主要應用于功能較為單一的物件中。

絕大多數的單片機都是基于馮·諾伊曼結構的,這種結構清楚地定義了嵌入式系統所必需的四個基本部分:一個中央處理器核心,程序存儲器(只讀存儲器或者閃存)、數據存儲器(隨機存儲器)、一個或者更多的定時/計數器,還有用來與外圍設備以及擴展資源進行通信的輸入/輸出端口——所有這些都被集成在單個集成電路芯片上。說單片機與通用型中央處理單元芯片不同,是因為前者一般很容易配合最小型的外部支持芯片制成工作計算機。這樣就可以很容易的把單片機系統植入裝置內部來控制裝置了。近年來為了在指令和數據上使用不同的字寬,并提高處理器流水線速度,哈佛結構在微控制器和數字信號處理器也逐漸得到了廣泛的應用。

PIC單片機有什么優勢?

1) PIC 最大的特點是不搞單純的功能堆積,而是從實際出發,重視產品的性能與價格比,靠發展多種型號來滿足不同層次的應用要求。就實際而言,不同的應用對單片機功能和資源的需求也是不同的。

2) 精簡指令使其執行效率大為提高。PIC 系列 8 位 CMOS 單片機具有獨特 的 RISC 結構,數據總線和指令總線分離的哈佛總線(Harvard)結構,使指令具有單字長的特性,且允許指令碼的位數可多于 8 位的數據位數,這與傳統的采用 CISC 結構的 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,可使單片機在其應用程序開發完成后立刻使該產品上市。

4) PIC 有優越開發環境。OTP 單片機開發系統的實時性是一個重要的指標,普通 51 單片機的開發系統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的仿真芯片,所有的開發系統由專用的仿真芯片支持,實時性非常好。就我個人的經驗看,還沒有出現過仿真結果與實際運行結果不同的情況。

5) 其引腳具有防瞬態能力,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,除非恢復熔絲。目前,PIC 采用熔絲深埋工藝,恢復熔絲的可能性極小。

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。

PIC單片機與51系列單片機的區別

PIC單片機的型號繁多,對初學者來說實在不好應付,容易混淆,以下作一簡單分類,希望有助于初學者學習: 初檔8位單片機:PIC12C5XXX/16C5X系列 

PIC16C5X系列是最早在市場上得到發展的系列,因其價格較低,且有較完善的開發手段,因此在國內應用最為廣泛;而PIC12C5XX是世界第一個八腳低價位單片機可用于簡單的智能控制等一些對單片機體積要求較高的地方,前景十分廣闊。 

中檔8位單片機:PIC12C6XX/PIC16CXXX系列 

PIC中檔產品是Microchip近年來重點發展的系列產品,品種最為豐富,其性能比低檔產品有所提高,增加了中斷功能,指令周期可達到200ns,帶A/D,內部E2PROM數據存儲器,雙時鐘工作,比較輸出,捕捉輸入,PWM輸出,I2C和SPI接口,異步串行通訊(USART),模擬電壓比較器及LCD驅動等等,其封裝從8腳到68腳,可用于高、中、低檔的電子產品設計中,價格適中,廣泛應用在各類電子產品中。 

高檔8位單片機:PIC17CXX系列 

PIC17CXX是適合高級復雜系統開發的系列產品,其性能在中檔位單片機的基礎上增加了硬件乘法器,指令周期可達成160ns,它是目前世界上8位單片機中性價比最高的機種,可用于高、中檔產品的開發,如馬達控制、音調合成。 

應該說有三個主要區別: 

(1)總線結構:MCS-51的總線結構是馮-諾依曼型,計算機在同一個存儲空間取指令和數據,兩者不能同時進行;而PIC的總線結構是哈佛結構,指令和數據空間是完全分開的,一個用于指令,一個用于數據,由于可以對程序和數據同時進行訪問,所以提高了數據吞吐率。正因為在PIC系列單片機中采用了哈佛雙總線結構,所以與常見的微控制器不同的一點是:程序和數據總線可以采用不同的寬度。數據總線都是8位的,但指令總線位數分別位12、14、16位。 

(2)流水線結構:MCS-51的取指和執行采用單指令流水線結構,即取一條指令,執行完后再取下一條指令;而PIC的取指和執行采用雙指令流水線結構,當一條指令被執行時,允許下一條指令同時被取出,這樣就實現了單周期指令。 

(3)寄存器組:PIC的所有寄存器,包括I/O口,定時器和程序計數器等都采用RAM結構形式,而且都只需要一個指令周期就可以完成訪問和操作;而MCS-51需要兩個或兩個以上的周期才能改變寄存器的內容。

如何選擇單片機產品?

當今單片機廠商琳瑯滿目,產品性能各異。針對具體情況,我們應選何種型號呢?首先,我們來弄清兩個概念:集中指令集(CISC)和精簡指令集(RISC)。采用CISC結構的單片機數據線和指令線分時復用,即所謂馮.諾伊曼結構。它的指令豐富,功能較強,但取指令和取數據不能同時進行,速度受限,價格亦高。采用RISC結構的單片機數據線和指令線分離,即所謂哈佛結構。這使得取指令和取數據可同時進行,且由于一般指令線寬于數據線,使其指令較同類CISC單片機指令包含更多的處理信息,執行效率更高,速度亦更快。同時,這種單片機指令多為單字節,程序存儲器的空間利用率大大提高,有利于實現超小型化。

屬于CISC結構的單片機有Intel8051系列、Motorola和M68HC系列、Atmel的AT89系列、臺灣Winbond(華邦)W78系列、荷蘭Pilips的PCF80C51系列等;屬于RISC結構的有Microchip公司的PIC系列、Zilog的Z86系列、Atmel的AT90S系列、韓國三星公司的KS57C系列4位單片機、臺灣義隆的EM-78系列等。一般來說,控制關系較簡單的小家電,可以采用RISC型單片機;控制關系較復雜的場合,如通訊產品、工業控制系統應采用CISC單片機。不過,RISC單片機的迅速完善,使其佼佼者在控制關系復雜的場合也毫不遜色。

今天的有關單片機的知識的分享就到這里啦,希望能對工程師們有幫助。

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