1.2.3 常见单片机的介绍

“单片机”一词最初源于“Single Chip Microcomputer”，简称SCM，国际上逐渐采用“MCU”（MicroController Unit）来代替之，并形成了工业界公认的、统一的名词。国内因为“单片机”一词已约定俗成，故而继续沿用至今。单片机的发展和个人计算机（PC）中的CPU一样也经历了几代过程，大体分为4位机、8位机、16位机和32位机的发展过程。自1976年第1片单片机诞生以来，单片机被广泛应用在各种领域。随着技术的不断进步和来自工业生产的需求提高，市场上涌现出诸多不同结构特点和性能各异的单片机。这些单片机自成体系，各有特色，应用领域不尽相同，经过多年发展已形成多制造厂家、多系列、多型号的格局，应用领域和范围不断扩大。

自1980年Intel公司推出其高性能的8位单片机8051，并且公布其内核技术后，引来世界许多著名的IC生产厂商纷纷加入单片机的研究队列，并推出自己的单片机产品，并不断在技术上推陈出新，各种新技术被应用在单片机上，且逐渐形成了自己的结构体系，拥有自己的特色和功能，除CPU外，存储器的容量从小到大，所使用的存储器也从早期的ROM发展到现在广为应用的Flash Memory，单片机的速度在不断提高，集成功能部件不断增多，性能越来越强大，使用越来越方便。不同型号的单片机拥有不同的结构构架和技术特点，功能各有特色，典型的如MCS-51单片机、PIC单片机、AVR单片机等。

1.MCS-51单片机

MCS-51单片机是最古老、最为国人所熟悉的单片机，它最早进入中国市场，并以低廉的价格、优良的性能在中国市场得到广泛应用。MCS-51单片机采用多周期、CRSI指令集以及哈佛结构，编程简单，使用方便，但指令执行速度慢。生产MCS-51单片机的厂家有Atmel、Philips、Winbond等。不同公司制造的MCS-51单片机性能各异，芯片功能各有不同。早期多采用EEPROM固化程序代码，后期多改用Flash Memory固化程序代码。RAM存储器容量不大，使用上会有所限制。如今的MCS-51单片机多采用ISP（In System Program）技术下载程序，也有少部分采用RS-232串行口下载程序到目标芯片。

2.PIC单片机

PIC单片机是Micro Chip公司生产的一种高性能单片机。PIC单片机的一个显著特点是考虑应用对象的不同，有多种引脚、功能不同的单片机型号，以满足不同产品和应用层次的需求。实际中，不同的应用对单片机功能和资源的需求也不尽相同。例如，一个摩托车的点火器，使用I/O较少、RAM及程序存储空间亦不大，若采用40脚且功能强大的单片机是极大的浪费。PIC系列从低到高有几十个型号，可以满足各种需要。其中，PIC12C508单片机仅有8个引脚，是世界上最小的单片机，如图1-4所示。

图1-4 PIC12C508单片机

低档PIC12C508单片机有512字节ROM、25字节RAM、一个8位定时器、一根输入线、5根I/O线。这样一款单片机应用在诸如摩托车点火器这样小产品上无疑非常合适。高档的如PIC16C877有40个引脚，其内部资源为8K字节Flash Memory、368字节RAM、8路A/D、3个定时器、2个CCP模块、三个串行口、1个并行口、11个中断源、33个I/O脚。

PIC的8位CMOS单片机采用数据总线和指令总线分离的哈佛（Harvard）总线结构和高性能RISC精简指令集CPU，使指令具有单字长的特性，且允许指令码的位数可多于数据位数（8位），与传统的采用CISC结构的8位单片机相比，它可以达到2∶1的代码压缩，速度提高4倍，引脚具有防瞬态能力，通过限流电阻可以直接接至220V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。

PIC单片机具有极高的保密性，它以保密熔丝来保护代码，用户在烧入代码后熔断熔丝，其他人再也无法读出，除非恢复熔丝。目前，PIC采用熔丝深埋工艺，恢复熔丝的可能性极小。

3.AVR单片机

AVR系列单片机是Atmel公司于1997年推出的一款全新配置的、采用RISC精简指令结构的新型8位单片机。由于AVR单片机采用单指令操作，所以，在相同时钟的情况下，AVR的指令周期只有8051型单片机的1/12，而且AVR采用两级指令流水线，可以在执行当前指令的同时获取下一条指令，所以具备1MIPS/MHz的指令执行速度。不同于MCS-51单片机的是AVR采用32个通用工作寄存器，克服了单一累加器数据处理带来的瓶颈，从而使得指令代码更加灵活，编码更容易。此外，AVR单片机中还集成了A/D、PWM、EEPROM、FLASH、SPI、WTD、IIC、T/C等功能，使外围电路变得很简单。

4.MSP430单片机

MSP430是TI（Texa Instrument，德州仪器）公司生产的低功耗的16位RISC结构高性能单片机，其具有丰富的寻址方式（7种源操作数寻址，4种目的操作数寻址）、简洁的27条内核指令以及大量的模拟指令，大量的寄存器以及片内数据存储器都可以参加多种运算；还有高效的查表处理方法；有较高的处理速度，工作在8MHz时钟可获得125ns的指令周期。在1.8～3.6V电压、1MHz的时钟条件下运行，耗电电流（在0.1～400μA之间）视不同的工作模式而不同；具有16个中断源，并且可以任意嵌套，使用灵活方便；用中断请求将CPU唤醒只要6μs，可编制出高实时性的源代码：可将CPU置于省电模式，以用中断方式唤醒程序。MSP430系列单片机的各成员都集成了较丰富的片内外设，它们分别是以下一些外围模块的不同组合：看门狗（WDT）、定时器A（Timer_A）、定时器B（Timer_B）、比较器、串口0（MSART0）、串口1（MSART1）、硬件乘法器、液晶驱动器、高达10～14bit的ADC，数十个可实现方向设置及中断功能的并行输入输出端口等。MSP430系列单片机型号种类繁多，可以满足不同系统的需求。

以上介绍了常见的4种单片机类型及各自特点，在实际中，还有其他许多单片机被广泛应用在不同的行业。例如一些台湾的单片机在小型家用电器上被广泛应用，如何泰（Hotlek）、义隆等，限于篇幅，不再赘述。