7、89S51相对于89C51增加的新功能包括:
1)性能有了较大提升,价格基本不变,甚至比89C51更低!
2)ISP在线编程功能,这个功能的优势在于改写单片机存储器内的程序不需要把芯片从工作环境中剥离。是一个强大易用的功能。
3)最高工作频率为33MHz,大家都知道89C51的极限工作频率是24M,就是说S51具有更高工作频率,从而具有了更快的计算速度。
4)具有双工UART串行通道。
5)内部集成看门狗计时器,不再需要像89C51那样外接看门狗计时器单元电路。
6)双数据指示器。
7)电源关闭标识。
8)全新的加密算法,这使得对于89S51的**变为不可能,程序的保密性大大加强,这样就可以有效的保护知识产权不被侵犯。
9) 兼容性方面:向下完全兼容51全部字系列产品。比如8051、89C51等等早期MCS-51兼容产品。
和S51比起来,C51就要逊色一些,实际应用市场方面技术的进步是永远向前的。
PIC系列单片机
由美国Microchip公司推出的PIC单片机系列产品,首先采用了RISC结构的嵌入式微控制器,其高速度、低电压、低功耗、大电流LCD驱动能力和低价位OTP技术等都体现出单片机产业的新趋势。
现在PIC系列单片机在世界单片机市场的份额排名中已逐年升位,尤其在8位单片机市场,据称已从1990年的第20位上升到目前的第二位。PIC单片机从覆盖市场出发,已有三种(又称三层次)系列多种型号的产品问世,所以在全球都可以看到PIC单片机从电脑的外设、家电控制、电讯通信、智能仪器、汽车电子到金融电子各个领域的广泛应用。现今的PIC单片机已经是世界上最有影响力的嵌入式微控制器之一。
① PIC 8位单片机的分类
PIC 8位单片机产品共有三个系列,即基本级、中级和高级。
a 基本级系列 该级产品的特点是低价位,如PIC16C5X,适用于各种对成本要求严格的家电产品选用。又如PIC12C5XX是世界第一个8脚的低价位单片机,因其体积很小,完全可以应用在以前不能使用单片机的家电产品的空间。
b 中级系列 该级产品是PIC最丰富的品种系列。它是在基本级产品上进行了改进,并保持了很高的兼容性。外部结构也是多种的,从8引脚到68引脚的各种封装,如PIC12C6XX。该级产品其性能很高,如内部带有A/D变换器、E2PROM数据存储器、比较器输出、PWM输出、I2C和SPI等接口。 PIC中级系列产品适用于各种高、中和低档的电子产品的设计中。
c 高级系列 该系列产品如PIC17CXX,其特点是速度快,所以适用于高速数字运算的应用场合中,加之它具备一个指令周期内(160ns)可以完成 8×8(位)二进制乘法运算能力,所以可取代某些DSP产品。再有PIC17CXX具有丰富的I/O控制功能,并可外接扩展EPROM和RAM,使它成为目前8位单片机中性能最高的机种之一。所以很适用于高、中档的电子设备中使用。
上述的三层次(级)的PIC 8位单片机还具有很高的代码兼容性,用户很容易将代码从某型号转换到另一个型号中。PIC 8位单片机具有指令少、执行速度快等优点,其主要原因是PIC系列单片机在结构上与其它单片机不同。该系列单片机引入了原用于小型计算机的双总线和两级指令流水结构。这种结构与一般采用CISC(复杂指令集计算机)的单片机在结构上是有不同的。
双总线结构
具有CISC结构的单片机均在同一存储空间取指令和数据,片内只有一种总线。这种总线既要传送指令又要传送数据(如图1-a所示)。因此,它不可能同时对程序存储器和数据存储器进行访问。因与CPU直接相连的总线只有一种,要求数据和指令同时通过,显然“乱套”,这正如一个“瓶颈”,瓶内的数据和指令要一起倒出来,往往就被瓶颈卡住了。所以具有这种结构的单片机,只能先取出指令,再执行指令(在此过程中往往要取数),然后,待这条指令执行完毕,再取出另一条指令,继续执行下一条。这种结构通常称为冯?诺依曼结构,又称普林斯顿结构。
在这里PIC系列单片机采用了一种双总线结构,即所谓哈佛结构。这种结构有两种总线,即程序总线和数据总线。这两种总线可以采用不同的字长,如PIC 系列单片机是八位机,所以其数据总线当然是八位。但低档、中档和高档的PIC系列机分别有12位、14位和16位的指令总线。这样,取指令时则经指令总线,取数据时则经数据总线,互不冲突。
两级指令流水线结构
由于PIC系列单片机采用了指令空间和数据空间分开的哈佛结构,用了两种位数不同的总线。因此,取指令和取数据有可能同时交叠进行,所以在PIC系列微控制器中取指令和执行指令就采用指令流水线结构。当第一条指令被取出后,随即进入执行阶段,这时可能会从某寄存器取数而送至另一寄存器,或从一端口向寄存器传送数等,但数据不会流经程序总线,而只是在数据总线中流动,因此,在这段时间内,程序总线有空,可以同时取出第二条指令。当第一条指令执行完毕,就可执行第二条指令,同时取出第3条指令,……如此等等。这样,除了第一条指令的取出,其余各条指令的执行和下一条指令的取出是同时进行的,使得在每个时钟周期可以获得最高效率。
在大多数微控制器中,取指令和指令执行都是顺序进行的,但在PIC单片机指令流水线结构中,取指令和执行指令在时间上是相互重叠的,所以PIC系列单片机才可能实现单周期指令。
只有涉及到改变程序计数器PC值的程序分支指令(例如GOTO、CALL)等才需要两个周期。
此外,PIC的结构特点还体现在寄存器组上,如寄存器I/O口、定时器和程序寄存器等都是采用了RAM结构形式,而且都只需要一个周期就可以完成访问和操作。而其它单片机常需要两个或两个以上的周期才能改变寄存器的内容。上述各项,就是PIC系列单片机能做到指令总数少,且大都为单周期指令的重要原因。
AVR系列单片机
AVR单片机是1997年由ATMEL公司研发出的增强型内置Flash的RISC(Reduced Instruction Set CPU) 精简指令集高速8位单片机。AVR的单片机可以广泛应用于计算机外部设备、工业实时控制、仪器仪表、通讯设备、家用电器等各个领域。
① AVR单片机的优势及特点
a AVR单片机易于入手、便于升级、费用低廉。 单片机初学者只需一条ISP下载线,把编辑、调试通过的软件程序直接在线写入AVR单片机,即可以开发AVR单片机系列中的各种封装的器件。AVR单片机因此在业界号称“一线打天下”。 AVR程序写入是直接在电路板上进行程序修改、烧录等操作,这样便于产品升级。AVR单片机可使用ISP在线下载编程方式(即把PC机上编译好的程序写到单片机的程序存储器中),不需购买仿真器、编程器、擦抹器和芯片适配器等,即可进行所有AVR单片机的开发应用,这可节省很多开发费用。程序存储器擦写可达10000次以上,不会产生报废品。
b高速、低耗、保密。首先,AVR单片机是高速嵌入式单片机: AVR单片机具有预取指令功能,即在执行一条指令时,预先把下一条指令取进来,使得指令可以在一个时钟周期内执行。多累加器型,数据处理速度快。AVR单片机具有32个通用工作寄存器,相当于有32条立交桥,可以快速通行。中断响应速度快。AVR单片机有多个固定中断向量入口地址,可快速响应中断。AVR 单片机耗能低。对于典型功耗情况,WDT关闭时为100nA,更适用于电池供电的应用设备。有的器件最低1.8 V即可工作。AVR单片机保密性能好。它具有不可破解的位加密锁Lock Bit技术,保密位单元深藏于芯片内部,无法用电子显微镜看到。
c I/O口功能强,具有A/D转换等电路。AVR单片机的I/O口是真正的I/O口,能正确反映I/O口输入/输出的真实情况。工业级产品,具有大电流(灌电流)10mA~40mA,可直接驱动可控硅SSR或继电器,节省了外围驱动器件。AVR单片机内带模拟比较器,I/O口可用作A/D转换,可组成廉价的 A/D转换器。ATmega48/8/16等器件具有8路10位A/D。部分AVR单片机可组成零外设元件单片机系统,使该类单片机无外加元器件即可工作,简单方便,成本又低。AVR单片机可重设启动复位,以提高单片机工作的可靠性。有看门狗定时器实行安全保护,可防止程序走乱(飞),提高了产品的抗干扰能力。
d 有功能强大的定时器/计数器及通讯接口。定时/计数器T/C有8位和16位,可用作比较器。计数器外部中断和PWM(也可用作D/A)用于控制输出,某些型号的AVR单片机有3~4个PWM,是作电机无级调速的理想器件。AVR单片机有串行异步通讯UART接口,不占用定时器和SPI同步传输功能,因其具有高速特性,故可以工作在一般标准整数频率下,而波特率可达576K。
② AVR 8-Bit MCU的最大特点
与其它8-Bit MCU相比,AVR 8-Bit MCU最大的特点是:
? 哈佛结构,具备1MIPS / MHz的高速运行处理能力;
? 超功能精简指令集(RISC),具有32个通用工作寄存器,克服了如8051 MCU采用单一ACC进行处理造成的瓶颈现象;
? 快速的存取寄存器组、单周期指令系统,大大优化了目标代码的大小、执行效率,部分型号FLASH非常大,特别适用于使用高级语言进行开发;
? 作输出时与PIC的HI/LOW相同,可输出40mA(单一输出),作输入时可设置为三态高阻抗输入或带上拉电阻输入,具备10mA-20mA灌电流的能力;
? 片内集成多种频率的RC振荡器、上电自动复位、看门狗、启动延时等功能,外围电路更加简单,系统更加稳定可靠;
? 大部分AVR片上资源丰富:带E2PROM,PWM,RTC,SPI,UART,TWI,ISP,AD,Analog Comparator,WDT等;
? 大部分AVR除了有ISP功能外,还有IAP功能,方便升级或销毁应用程序。
(3)16-BIT 单片机
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