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  • 单片机分类

    千次阅读 2012-03-03 22:55:28
    ATMEL公司生产两种类型的单片机CISC的51系列,和RISC的AVR系列。 (1)51系列 代表作是:AT89C51 AT89C52 AT89S51 AT89S52 AT89S8252 (2)AVR系列 代表作是:AT90系列,后来转型给了Atmega系列和Attiny系列

    按照指令集来分类,分为CISC和RISC, 51系列都是CISC的,AVR,PIC,等都是RISC架构的。


    ATMEL公司生产两种类型的单片机CISC的51系列,和RISC的AVR系列

    (1)51系列 代表作是:AT89C51 AT89C52 AT89S51 AT89S52 AT89S8252

    (2)AVR系列 代表作是:AT90系列,后来转型给了Atmega系列和Attiny系列。


    引用地址:

    http://zhidao.baidu.com/question/4128346

    51系列单片机最早有Intel公司推出,主要有8031系列,8051系列。后来Atmel公司以8051的内核为基础推出了AT89系列单片机。其中AT89C51 AT89C52 AT89S51 AT89S52 AT89S8252等单片机完全兼容8051系列单片机,所有的指令功能也是一样的。就是功能上做了一系列的扩展,比如说AT89S系列都支持ISP功能,AT89S52 AT89S8252增加了内部WDT功能,增加了一个定时器等功能。为了学习简单Atmel也推出了8051指令完全一样的AT89C2051 AT89C4051等单片机,这些单片机可以看成精简型的8051单片机。比较适合初学者的需要。


    AVR单片机也是Atmel公司的产品,最早的就是AT90系列单片机,现在很多AT90单片机都转型给了Atmega系列和Attiny系列,AVR单片机最大的特点是精简指令型单片机,执行速度,据我所知是8位MCU中最快的一种单片机了(相同的振荡频率下)。学习AVR单片机当然可以直接就学,但是建议还是从51系列学起。


    PIC单片机是Microchip公司的产品,它也是一种精简指令型的单片机,指令数量比较少,中档的PIC系列仅仅有35条指令而已,低档的仅有33条指令。但是如果使用汇编语言编写PIC单片机的程序有一个致命的弱点就是PIC中低档单片机里有一个翻页的概念,编写程序比较麻烦。但是我个人认为PIC还是一个不错的8位MCU.


    初学单片机一般是选51系列的单片机,比如说Intel公司的8051系列,Atmel的AT89系列,STC公司的51系列等等都可以算是51系列单片机。这些单片机的指令系统是一样的。外面出的资料也是最多。建议选择Atmel的AT89系列芯片,出的资料最多。如果你自己要做实验,建议选择AT89S52 AT89S51 AT89S8252等芯片学习,因为这些“S”的芯片全部支持ISP(在线烧录)只要一根下载线就可以了(建议选择AVR的下载线,为了以后能同时下载AVR的芯片的程序考虑),编译软件可以到www.atmel.com上下载。烧录软件就选双龙的SLISP就可以了。这样学习的话无需使用昂贵的编程器,只要一根廉价的下载线就可以了。这类也可以同时进行SPI(同步串行扩展接口),和USART(串行方式通用同步/异步收发器)的学习。而且学习8051类型片除了资料多以外还有一个好处就是它属于CISC(复杂指令集)结构型单片机。指令系统比较完全,利用汇编语言写程序比较简单,易懂。而且它也有keilC51的C编译器。可以利用C语言来写程序。


    当然51类单片机还有很多缺点:

    1. 运行速度很慢,(因为是CISC(集中指令)结构,而且芯片为了抗干扰采用了12分频的方法)
    2. 所有的I/0口都是准双向口,I/0口的驱动能力弱。(但是AT89的灌电流比较大,大概有20mA左右)
    3. 芯片里面的P0口没有上拉电阻(P1,P2,P3口有上拉电阻)如果要输出高电平或者要定义成输入口,一般要外接电阻上拉。
    4. 芯片不能定义成内部复位方式,只能用外部微分电路复位。
    5. 芯片内部没有RC振荡,如要芯片正常工作,需要外加振荡源(比如晶振,RC振荡,PLL振荡等)
    6. 功耗比较高,抗干扰能力也不是很强。
    但是还是建议选择8051类单片机学习,因为这是学习其他8位单片机的基础。51如果学好了,学习其他单片机上手非常快。建议从汇编语言开始学起,搞懂所有指令的意义,以及如何运行的。等熟悉了以后再学C来写程序。千万别抄写人家一段程序,结果自己没有弄懂直接把程序写芯片里了,然后芯片怎么运行的都不知道。


    其他常见单片机如下:

    Microchip的PIC系列单片机
    Atmel的AVR系列单片机
    Freescal的MC系列
    Motorola的6800系列
    Zilog的Z80系列(这个是比51还要老的单片机)
    义隆公司的EM系列
    麦肯公司的MDT系列
    合泰的HT系列
    现代的ABOV系列
    意法半导体的ST系列单片机
    还有就是 ARM系列32位的单片机

    还有比如说NEC LG 三星 philip等公司都做单片机的。


    引用:

    http://www.dzsc.com/dzbbs/20061031/200765184810265695.html

    STC系列51单片机, 据上面的帖子看来,大家对这个芯片还是有些意见,调查了半天也不知道是谁生产的,莫名其妙的一个芯片,不用。


    展开全文
  • 本文主要介绍的是单片机的内核的种类,可以供初学者参考。
  • 单片机分类1

    千次阅读 2011-09-19 10:37:01
    1976- :初级8位单片机 Intel MCS-48系列  1980- :高档8位单片机 Intel MCS-51系列:  —51子系列:8031/8051/8751 —52子系列:8032/8052/8752
     1976-   :初级8位单片机 Intel MCS-48系列 
    

      1980-   :高档8位单片机 Intel MCS-51系列:

          —51子系列:8031/8051/8751       —52子系列:8032/8052/8752                低功耗型80C31                   高性能型80C252                   廉价型89C2051/1051 Ø       1983-   :16位单片机 Intel MCS-96 系列:           8098/8096、80C198/80C196                         32位单片机 80960






    89C51和89S51的区别

    很多初学51单片机的网友会有这样的问题:AT89S51是什么?书上和网络教程上可都是8051,89C51等!没听说过有89S51 ?! 

    这里,初学者要澄清单片机实际使用方面的一个产品概念,MCS-51单片机是美国INTE公司于1980年推出的产品,典型产品有 8031(内部没有程序存储器,实际使用方面已经被市场淘汰)、8051(芯片采用HMOS,功耗是630mW,是89C51的5倍,实际使用方面已经被市场淘汰)和8751等通用产品,一直到现在, MCS-51内核系列兼容的单片机仍是应用的主流产品(比如目前流行的89S51、已经停产的89C51等),各高校及专业学校的培训教材仍与MCS-51单片机作为代表进行理论基础学习。

    有些文献甚至也将8051泛指MCS-51系列单片机,8051是早期的最典型的代表作,由于MCS-51单片机影响极深远,许多公司都推出了兼容系列单片机,就是说MCS-51内核实际上已经成为一个8位单片机的标准。

    其他的公司的51单片机产品都是和MCS-51内核兼容的产品而以。同样的一段程序,在各个单片机厂家的硬件上运行的结果都是一样的,如ATMEL的89C51(已经停产)、89S51, PHILIPS(菲利浦),和WINBOND(华邦)等,我们常说的已经停产的89C51指的是ATMEL公司的 AT89C51单片机,同时是在原基础上增强了许多特性,如时钟,更优秀的是由Flash(程序存储器的内容至少可以改写1000次)存储器取带了原来的ROM(一次性写入),AT89C51的性能相对于8051已经算是非常优越的了。

    不过在市场化方面,89C51受到了PIC单片机阵营的挑战,89C51最致命的缺陷在于不支持ISP(在线更新程序)功能,必须加上ISP功能等新功能才能更好延续MCS-51的传奇。89S51就是在这样的背景下取代89C51的,现在,89S51目前已经成为了实际应用市场上新的宠儿,作为市场占有率第一的Atmel目前公司已经停产AT89C51,将用AT89S51代替。89S51在工艺上进行了改进,89S51采用0.35新工艺,成本降低,而且将功能提升,增加了竞争力。89SXX可以像下兼容89CXX等51系列芯片。同时,Atmel不再接受89CXX的定单,大家在市场上见到的89C51实际都是Atmel前期生产的巨量库存而以。如果市场需要,Atmel当然也可以再恢复生产AT89C51。


    89S51相对于89C51增加的新功能包括:

    -- 新增加很多功能,性能有了较大提升,价格基本不变,甚至比89C51更低!

    -- 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。

    -- 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

    -- 具有双工UART串行通道。

    -- 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。

    -- 双数据指示器。

    -- 电源关闭标识。

    -- 全新的加密算法,这使得对于89S51的解密变为不可能,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。

    -- 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。也就是说所有教科书、网络教程上的程序(不论教科书上采用的单片机是8051还是89C51还是MCS-51等等),在89S51上一样可以照常运行,这就是所谓的向下兼容。

    比较结果:就如同INTEL的P3向P4升级一样,虽然都可以跑Windows98,不过速度是不同的。

    从AT89C51升级到AT89S51 ,也是同理。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。

    ********上面这些就是AT89S51的由来******** 


    下面是初学网友对51系列的选型的常见问题 

    1问:网友常见问题:请问现在学习51系列单片机应该选择AT89C51还是89S51? 

    答:89C51和89S51内核相同,89S51针对89C51的明显的几个升级如下; 
    1.程序存储器写入方式:二者的写入程序的方式不同,89C51只支持并行写入,同时需要VPP烧写高压。89S51则支持ISP在线可编程写入技术!串行写入、速度更快、稳定性更好,烧写电压也仅仅需要4~5V即可。 

    2.电源范围:89S5*电源范围宽达4~5.5V,而89C5*系列在低于4.8V和高于5.3V的时候则无法正常工作。 

    3.工作频率:目前89S1*的性能远高于89C5*,89S5*系列支持最高高达33MHZ的工作频率,而89C51工作频率范围最高只支持到24M。 

    4.市场价格:由于89C51已经全面停产,所以在市场价格方面,库存的89C5*的批发价格要比89S5*贵将近一倍! 

    5.兼容型:89S5*向下兼容89C5*,就是说用89S5*可以替代89C5*使用,同样的程序,运行结果相同。就是说89S5*也同样兼容目前所有的教科书范例程序。 

    6.加密功能:89S5*系列全新的加密算法,这使得对于89S51的解密变为不可能,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。 

    7.抗干扰性: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。 

    8.烧写寿命更长:89S5*标称的1000次,实际最少是1000次~10000次,这样更有利初学者反复烧写,减低学习成本。综合上面的一些区别,个人认为89C51的停止使用只是时间问题而已,就象当年的8031。 


    2问:采用89C2051开发制造产品是不是要比用89S51更好?因为2051看起来体积比较小。 

    2答:这个问题并不能一概而论,主要的区别如下: 

    1.功能差别:因为2051不是标准的51内核,所以205*的程序不能直接移植到51上。由于205*是精简型,所以P口变得很少,这样一来就只能用来做一些小的简单产品,可利用资源比较紧张。实际上,做产品的话用205*是不一定合算的,除非是非常简单的产品。 

    2.市场价格:由于89C2051的产量不是非常大,所以市场价格方面89C2051的批发价格和89S51比较接近!相对性能价格比就比较低。 

    3.产品体积:除非对产品的体积有苛刻的要求,否则二者的PCB面积相差不多,因为40脚的51芯片也有PLCC44小体积封装。


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    也来谈谈单片机的分类

    单片机的分类 Ⅰ 按生产厂家分

    美国的英特尔(Intel) 公司、摩托罗拉(Motorola)公司、国家办导体(NS) 公司、Atmel公司、微芯片(Microchip) 公司、洛克威尔(Rockwell)公司、莫斯特克公司(Mostek)、齐洛格(Zilog)公司、仙童(Fairchid)公司、德州仪器(TI)公司等等。日本的电气(NS)公司、东芝(Toshiba)公司、富士通(Fujitsu)公司、松下公司、日立(Hitachi)公司、日电(NEC)公司、夏普公司等等。荷兰的飞利浦(Philips)公司。德国的西门子(Siemens)公司等等。

    Ⅱ 按字长分(1)4-BIT 单片机

    4 位单片机的控制功能较弱,CPU 一次只能处理4 位二进制数。这类单片机常用于计算器、各种形态的智能单元以及作为家用电器中的控制器。典型产品有NEC 公司的UPD 75××系列、NS 公司的COP400 系列、松下公司的MN1400 系列、ROCKWELL 公司的PPS/1系列、富士通公司的MB88 系列、夏普公司的SM××系列、Toshiba 公司的TMP47×××系列等等。
    ① 华邦公司的W741系列的4位单片机带液晶驱动,在线烧录,保密性高,低操作电压(1.2V~1.8V)。
    ② 东芝单片机的4位机在家电领域有很大市场。

    (2)8-BIT 单片机

    8 位单片机 8 位单片机的控制功能较强,品种最为齐全。和4 位单片机相比,它不仅具有较大的存储容量和寻址范围,而且中断源、并行I/O 接口和定时器/计数器个数都有了不同程度的增加,并集成有全双工串行通信接口。在指令系统方面,普遍增设了乘除指令和比较指令。特别是8 位机中的高性能增强型单片机,除片内增加了A/D 和D/A 转换器外,还集成有定时器捕捉/比较寄存器、监视定时器(Watchdog)、总线控制部件和晶体振荡电路等。这类单片机由于其片内资源丰富和功能强大,主要在工业控制、智能仪表、家用电器和办公自动化系统中应用。代表产品有Intel 公司的MCS-48 系列和MCS-51 系列 、Microchip 公司的PIC16C××系列和PIC17C××系列以及PIC1400 系列、Motorola 公司的M68HC05 系列和M68HC11 系列、Zilog 公司的Z8 系列、荷兰Philips 公司的80C51 系列(同MCS-51 兼容)、Atmel公司的AT89 系列(同MCS-51 兼容)、NEC 公司的UPD78××系列等等。

    1)51系列单片机
    8031/8051/8751是Intel公司早期的产品。应用的早,影响很大,已成为世界上的工业标准。后来很多芯片厂商以各种方式与Intel公司合作,也推出了同类型的单片机,如同一种单片机的多个版本一样,虽都在不断的改变制造工艺,但内核却一样,也就是说这类单片机指令系统完全兼容,绝大多数管脚也兼容;在使用上基本可以直接互换。人们统称这些与8051内核相同的单片机为“51系列单片机”。

    8031片内不带程序存储器ROM,使用时用户需外接程序存储器和一片逻辑电路373,外接的程序存储器多为EPROM的2764系列。用户若想对写入到EPROM中的程序进行修改,必须先用一种特殊的紫外线灯将其照射擦除,之后再可写入。写入到外接程序存储器的程序代码没有什么保密性可言。

    8051片内有4k ROM,无须外接外存储器和373,更能体现“单片”的简练。但是所编的程序无法写入到其ROM中,只有将程序交芯片厂代为写入,并是一次性的,不能改写其内容。

    8751与8051基本一样,但8751片内有4k的EPROM,用户可以将自己编写的程序写入单片机的EPROM中进行现场实验与应用,EPROM的改写同样需要用紫外线灯照射一定时间擦除后再写入。

    在众多的51系列单片机中,要算 ATMEL 公司的AT89C51、AT89S52更实用,因他不但和8051指令、管脚完全兼容,而且其片内的4K程序存储器是FLASH工艺的,这种工艺的存储器用户可以用电的方式瞬间擦除、改写,一般专为 ATMEL AT89xx 做的编程器均带有这些功能。显而易见,这种单片机对开发设备的要求很低,开发时间也大大缩短。写入单片机内的程序还可以进行加密,这又很好地保护了你的劳动成果。而且,AT89C51、AT89S51目前的售价比8031还低,市场供应也很充足。

    AT89S51、52是2003年ATMEL推出的新型品种,除了完全兼容8051外,还多了ISP编程和看门狗功能。 

    ATMEL公司的51系列还有AT89C2051、AT89C1051等品种,这些芯片是在AT89C51的基础上将一些功能精简掉后形成的精简版。AT89C2051取掉了P0口和P2口,内部的程序FLASH存储器也小到2K,封装形式也由51的P40脚改为20脚,相应的价格也低一些,特别适合在一些智能玩具,手持仪器等程序不大的电路环境下应用;AT89C1051在2051的基础上,再次精简掉了串口功能等,程序存储器再次减小到1k,当然价格也更低。

    51 单片机目前已有多种型号,市场上目前供货比较足的芯片还要算ATMEL 的51、52 芯片, HYUNDAI 的GMS97 系列,WINBOND 的78e52,78e58,77e58 等。 

    GMS97 系列是一次性烧写,一般只有大量生产的人才买。at89c51,52 因可以很容易地解密,一般人们只用它来做实验,或者用在一些即使解了密也无关紧要的场合。89c2051 只有20 腿,体积小巧,在一些简单应用和体积有限的场合得到广泛应用。

    2)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。

    ② 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。

    3)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。

    ①AVR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。

    ②AVR 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
    16 位单片机是在1983 年以后发展起来的。这类单片机的特点是:CPU是16 位的,运算速度普遍高于8 位机,有的单片机的寻址能力高达1MB,片内含有A/D 和D/A转换电路,支持高级语言。这类单片机主要用于过程控制、智能仪表、家用电器以及作为计算机外部设备的控制器等。典型产品有Intel 公司的MCS-96/98 系列、Motorola 公司的M68HC16系列、NS 公司的783××系列、TI公司的MSP430系列等等。

    其中,以MSP430系列最为突出。它采用了精简指令集( RISC )结构,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参加多种运算;还有高效的查表处理指令;有较高的处理速度,在 8MHz 晶体驱动下指令周期为 125 ns 。这些特点保证了可编制出高效率的源程序。 
    在运算速度方面, MSP430 系列单片机能在 8MHz 晶体的驱动下,实现 125ns 的指令周期。 16 位的数据宽度、 125ns 的指令周期以及多功能的硬件乘法器(能实现乘加)相配合,能实现数字信号处理的某些算法(如 FFT 等)。 
    MSP430 系列单片机的中断源较多,并且可以任意嵌套,使用时灵活方便。当系统处于省电的备用状态时,用中断请求将它唤醒只用 6us 。 

    超低功耗 MSP430 单片机之所以有超低的功耗,是因为其在降低芯片的电源电压及灵活而可控的运行时钟方面都有其独到之处。 
    首先, MSP430 系列单片机的电源电压采用的是 1.8~3.6V 电压。因而可使其在 1MHz 的时钟条件下运行时, 芯片的电流会在 200~400uA 左右,时钟关断模式的最低功耗只有 0.1uA 。 

    其次,独特的时钟系统设计。在 MSP430 系列中有两个不同的系统时钟系统:基本时钟系统和锁频环( FLL 和 FLL+ )时钟系统或 DCO 数字振荡器时钟系统。有的使用一个晶体振荡器( 32768Hz ) , 有的使用两个晶体振荡器)。由系统时钟系统产生 CPU 和各功能所需的时钟。并且这些时钟可以在指令的控制下,打开和关闭,从而实现对总体功耗的控制。

    由于系统运行时打开的功能模块不同,即采用不同的工作模式,芯片的功耗有着显著的不同。在系统中共有一种活动模式( AM )和五种低功耗模式( LPM0~LPM4 )。在等待方式下,耗电为 0.7uA ,在节电方式下,最低可达 0.1uA 。

    系统工作稳定 上电复位后,首先由 DCOCLK 启动 CPU ,以保证程序从正确的位置开始执行,保证晶体振荡器有足够的起振及稳定时间。然后软件可设置适当的寄存器的控制位来确定最后的系统时钟频率。如果晶体振荡器在用做 CPU 时钟 MCLK 时发生故障, DCO 会自动启动,以保证系统正常工作;如果程序跑飞,可用看门狗将其复位。 

    丰富的片上外围模块 MSP430 系列单片机的各成员都集成了较丰富的片内外设。它们分别是看门狗( WDT )、模拟比较器 A 、定时器 A ( Timer_A )、定时器 B ( Timer_B )、串口 0 、 1 ( USART0 、 1 )、硬件乘法器、液晶驱动器、 10 位 /12 位 ADC 、 I 2 C 总线直接数据存取( DMA )、端口 O ( P0 )、端口 1~6 ( P1~P6 )、基本定时器( Basic Timer )等的一些外围模块的不同组合。其中,看门狗可以使程序失控时迅速复位;模拟比较器进行模拟电压的比较,配合定时器,可设计出 A/D 转换器; 16 位定时器( Timer_A 和 Timer_B )具有捕获 / 比较功能,大量的捕获 / 比较寄存器,可用于事件计数、时序发生、 PWM 等;有的器件更具有可实现异步、同步及多址访问串行通信接口可方便的实现多机通信等应用;具有较多的 I/O 端口,最多达 6*8 条 I/O 口线; P0 、 P1 、 P2 端口能够接收外部上升沿或下降沿的中断输入; 12/14 位硬件 A/D 转换器有较高的转换速率,最高可达 200kbps ,能够满足大多数数据采集应用;能直接驱动液晶多达 160 段;实现两路的 12 位 D/A 转换;硬件 I 2 C 串行总线接口实现存储器串行扩展;以及为了增加数据传输速度,而采用直接数据传输( DMA )模块。 MSP430 系列单片机的这些片内外设为系统的单片解决方案提供了极大的方便。 

    方便高效的开发环境 目前 MSP430 系列有 OPT 型、 FLASH 型和 ROM 型三种类型的器件,这些器件的开发手段不同。对于 OPT 型和 ROM 型的器件是使用仿真器开发成功之后在烧写或掩膜芯片;对于 FLASH 型则有十分方便的开发调试环境,因为器件片内有 JTAG 调试接口,还有可电擦写的 FLASH 存储器,因此采用先下载程序到 FLASH 内,再在器件内通过软件控制程序的运行,由 JTAG 接口读取片内信息供设计者调试使用的方法进行开发。这种方式只需要一台 PC 机和一个 JTAG 调试器,而不需要仿真器和编程器。开发语言有汇编语言和 C 语言。 

    MSP430 单片机目前主要以 FLASH 型为主。 
    (4)32-BIT 单片机
    32 位单片机的字长为32 位,是单片机的顶级产品,具有极高的运算速度。近年来,随着家用电子系统的新发展,32 位单片机的市场前景看好。

    继16 位单片机出现后不久,几大公司先后推出了代表当前最高性能和技术水平的32 位单片微机系列。32 位单片机具有极高的集成度,内部采用新颖的RISC(精简指令系统计算机)结构,CPU 可与其他微控制器兼容,主频频率可达33MHz 以上,指令系统进一步优化,运算速度可动态改变,设有高级语言编译器,具有性能强大的中断控制系统、定时/事件控制系统、同步/异步通信控制系统。代表产品有Intel 公司的MCS-80960 系列、Motorola 公司的M68300 系列、Hitachi 公司的Super H(简称SH)系列等等。
    这类单片机主要应用于汽车、航空航天、高级机器人、军事装备等方面。它代表着单片机发展中的高、新技术水平。

    ARM在32位MCU中的主流地位是毫无疑问的。ARM公司于1991年成立于英国剑桥,主要出售芯片设计技术的授权。目前,采用ARM技术智能财产(IP)核心的处理器,即我们通常所说的ARM处理器,已遍及工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统等各类产品市场,基于ARM技术的处理器应用约占据了32位RISC微处理器75%以上的市场,ARM技术不止逐步渗入到我们生活的各个方面,我们甚至可以说,ARM于人类的生活环境中,已经是不可或缺的一环。 

      目前市面上常见的ARM处理器架构,可分为ARM7、ARM9以及ARM11,新推出的Cortex系列尚在进行开发验证,市面上还未有相关产品推出。ARM也是嵌入式处理器中首先推出多核心架构的厂商。 

      ARM首个多核心架构为ARM11 MPCore,架构于原先的ARM11处理器核心之上。ARM11核心是发布于2002年10月份,为了进一步提升效能,其管线长度扩展到8阶,处理单元则增加为预取、译码、发送、转换 /MAC1、执行/MAC2、内存存取/MAC3和写入等八个单元,体系上属于ARM V6指令集架构。ARM11采用当时最先进的0.13μm制造制程,运行频率最高可达500到700MHz。如果采用90nm制程,ARM11核心的工作频率能够轻松达到1GHz以上—对于嵌入式处理器来说,这显然是个相当惊人的程度,不过显然1GHz在ARM11体系中不算是个均衡的设定,因此几乎没有厂商推出达到1GHz的ARM11架构处理器。 

      ARM11的逻辑核心也经过大量的改进,其中最重要的当属“静/动态组合转换的预测功能”。ARM11的执行单元包含一个64位、4种状态的地址转换缓冲,它主要用来储存最近使用过的转换地址。当采用动态转换预测机制而无法在寻址缓冲内找到正确的地址时,静态转换预测功能就会立刻接替它的位置。在实际测试中,单纯采用动态预测的准确率为88%,单纯采用静态预测机制的准确率 只有77%,而ARM11的静/动态预测组合机制可实现92%的高准确率。针对高时脉速度带来功耗增加的问题,ARM11采用一项名为“IEM (Intelligent Energy Manager)”的智能电源管理技术,该技术可根据任务负荷情况动态调节处理器的电压,进而有效降低自身的功耗。这一系列改进让ARM11的功耗效能比得以继续提高,平均每MHz只需消耗0.6mW(有快取时为0.8mW)的电力,处理器的最高效能可达到660 Dhrystone MIPS,远超过上一代产品。 
    Ⅲ 按制造工艺分
    ① HMOS 工艺 高密度短沟道MOS 工艺,具有高速度、高密度的特点。
    ② CHMOS(或HCMOS)工艺 互补的金属氧化物的HMOS 工艺,是CMOS 和HMOS 的结合,具有高密度、高速度、低功耗的特点。Intel 公司产品型号中若带有字母“C” ,Motorola 公司产品型号中若带有字母“HC”或“L” ,通常为CHMOS 工艺。

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  • 详解单片机各大分类

    千次阅读 2020-03-02 10:42:20
    单片机是一种集成电路芯片,是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能(可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多...

    单片机是一种集成电路芯片,是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能(可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路)集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统,在工业控制领域的广泛应用。从上世纪80年代,由当时的4位、8位单片机,发展到现在的32位300M的高速单片机。

    单片微型计算机简称单片机,是典型的嵌入式微控制器(Microcontroller Unit)

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    单片机芯片常用英文字母的缩写MCU表示单片机,单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。相当于一个微型的计算机,和计算机相比,单片机只缺少了I/O设备。概括的讲:一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时,学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。它最早是被用在工业控制领域。

    由于单片机在工业控制领域的广泛应用,单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中,使计算机系统更小,更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。

    INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器,当时的单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031,此后在8031上发展出了MCS51系列单片机系统。因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。尽管2000年以后ARM已经发展出了32位的主频超过300M的高端单片机,直到目前基于8031的单片机还在广泛的使用。在很多方面单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统,因此它得到了广泛的应用。事实上单片机是世界上数量最多处理器,随着单片机家族的发展壮大,单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。

    现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有1-2部单片机。 汽车上一般配备40多部单片机,复杂的工业控制系统上甚至可能有数百台单片机在同时工作!单片机的数量不仅远超过PC机和其他计算的总和,甚至比人类的数量还要多。

    应用分类
    单片机作为计算机发展的一个重要分支领域,根据目前发展情况,从不同角度单片机大致可以分为通用型/专用型、总线型/非总线型及工控型/家电型。

    通用型/专用型
    这是按单片机适用范围来区分的。例如,80C51是通用型单片机,它不是为某种专用途设计的;专用型单片机是针对一类产品甚至某一个产品设计生产的,例如为了满足电子体温计的要求,在片内集成ADC接口等功能的温度测量控制电路。

    总线型/非总线型
    这是按单片机是否提供并行总线来区分的。总线型单片机普遍设置有并行地址总线、 数据总线、控制总线,这些引脚用以扩展并行外围器件都可通过串行口与单片机连接,另外,许多单片机已把所需要的外围器件及外设接口集成一片内,因此在许多情况下可以不要并行扩展总线,大大减省封装成本和芯片体积,这类单片机称为非总线型单片机。

    控制型/家电型
    这是按照单片机大致应用的领域进行区分的。一般而言,工控型寻址范围大,运算能力强;用于家电的单片机多为专用型,通常是小封装、低价格,外围器件和外设接口集成度高。 显然,上述分类并不是惟一的和严格的。例如,80C51类单片机既是通用型又是总线型,还可以作工控用。

    发展历史
    单片机诞生于1971年,经历了SCM、MCU、SoC三大阶段,早期的SCM单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031,此后在8031上发展出了MCS51系列MCU系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高,开始出现了16位单片机,但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。90年代后随着消费电子产品大发展,单片机技术得到了巨大提高。随着INTEL i960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用,32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位,并且进入主流市场。

    而传统的8位单片机的性能也得到了飞速提高,处理能力比起80年代提高了数百倍。目前,高端的32位Soc单片机主频已经超过300MHz,性能直追90年代中期的专用处理器,而普通的型号出厂价格跌落至1美元,最高端的型号也只有10美元。

    当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用,大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的Windows和Linux操作系统。

    基本结构
    单片机由运算器、控制器、存储器、输入输出设备构成。

    主要阶段
    早期阶段

    SCM即单片微型计算机(Single Chip Microcomputer)阶段,主要是寻求最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构。“创新模式”获得成功,奠定了SCM与通用计算机完全不同的发展道路。在开创嵌入式系统独立发展道路上,Intel公司功不可没。

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    Micro Controller Unit

    中期发展

    MCU即微控制器(Micro Controller Unit)阶段,主要的技术发展方向是:不断扩展满足嵌入式应用时,对象系统要求的各种外围电路与接口电路,突显其对象的智能化控制能力。它所涉及的领域都与对象系统相关,因此,发展MCU的重任不可避免地落在电气、电子技术厂家。从这一角度来看,Intel逐渐淡出MCU的发展也有其客观因素。在发展MCU方面,最著名的厂家当数Philips公司。

    Philips公司以其在嵌入式应用方面的巨大优势,将MCS-51从单片微型计算机迅速发展到微控制器。因此,当我们回顾嵌入式系统发展道路时,不要忘记Intel和Philips的历史功绩。

    当前趋势

    SoC嵌入式系统System on Chip)式的独立发展之路。向MCU阶段发展的重要因素,就是寻求应用系统在芯片上的最大化解决;因此,专用单片机的发展自然形成了SoC化趋势。随着微电子技术、IC设计、EDA工具的发展,基于SoC的单片机应用系统设计会有较大的发展。因此,对单片机的理解可以从单片微型计算机、单片微控制器延伸到单片应用系统。

    早期发展史

    1971年intel公司研制出世界上第一个4位的微处理器;Intel公司的霍夫研制成功世界上第一块4位微处理器芯片Intel 4004,标志着第一代微处理器问世,微处理器和微机时代从此开始。因发明微处理器,霍夫被英国《经济学家》杂志列为“二战以来最有影响力的7位科学家”之一。

    1971年11月,Intel推出MCS-4微型计算机系统(包括4001 ROM芯片、4002 RAM芯片、4003移位寄存器芯片和4004微处理器 )其中4004(下图)包含2300个晶体管,尺寸规格为3mm×4mm,计算性能远远超过当年的ENIAC,最初售价为200美元。

    1972年4月,霍夫等人开发出第一个8位微处理器Intel 8008。由于8008采用的是P沟道MOS微处理器,因此仍属第一代微处理器。

    1973年intel公司研制出8位的微处理器8080;1973年8月,霍夫等人研制出8位微处理器Intel 8080,以N沟道MOS电路取代了P沟道,第二代微处理器就此诞生。

    主频2MHz的8080芯片运算速度比8008快10倍,可存取64KB存储器,使用了基于6微米技术的6000个晶体管,处理速度为0.64MIPS(Million Instructions Per Second )。

    1975年4月,MITS发布第一个通用型Altair 8800,售价375美元,带有1KB存储器。这是世界上第一台微型计算机。

    1976年intel公司研制出MCS-48系列8位的单片机,这也是单片机的问世。

    Zilog公司于1976年开发的Z80微处理器,广泛用于微型计算机和工业自动控制设备。当时,Zilog、Motorola和Intel在微处理器领域三足鼎立。

    20世纪80年代初,Intel公司在MCS-48系列单片机的基础上,推出了MCS-51系列8位高档单片机。MCS-51系列单片机无论是片内RAM容量,I/O口功能,系统扩展方面都有了很大的提高。

    硬件特性

    1、主流单片机包括CPU、4KB容量的ROM、128 B容量的RAM、 2个16位定时/计数器、4个8位并行口、全双工串口行口、ADC/DAC、SPI、I2C、ISP、IAP。

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    芯片

    2、系统结构简单,使用方便,实现模块化;

    3、单片机可靠性高,可工作到10^6 ~10^7小时无故障;

    4、处理功能强,速度快。

    5、低电压,低功耗,便于生产便携式产品

    6、控制功能强

    7、环境适应能力强。

    应用范围

    目前单片机渗透到我们生活的各个领域,几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置,飞机上各种仪表的控制,计算机的网络通讯与数据传输,工业自动化过程的实时控制和数据处理,广泛使用的各种智能IC卡,民用豪华轿车的安全保障系统,录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制,以及程控玩具、电子宠物等等,这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械以及各种智能机械了。因此,单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。

    单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域,大致可分如下几个范畴:

    智能仪器

    单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点,广泛应用于仪器仪表中,结合不同类型的传感器,可实现诸如电压、电流、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化,且功能比起采用电子或数字电路更加强大。

    例如精密的测量设备(电压表、功率计,示波器,各种分析仪)。

    工业控制

    单片机具有体积小、控制功能强、功耗低、环境适应能力强、扩展灵活和使用方便等优点,用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统、通信系统、信号检测系统、无线感知系统、测控系统、机器人等应用控制系统。例如工厂流水线的智能化管理,电梯智能化控制、各种报警系统,与计算机联网构成二级控制系统等。

    家用电器

    现在的家用电器广泛采用了单片机控制,从电饭煲、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备和白色家电等。

    网络和通信

    现代的单片机普遍具备通信接口,可以很方便地与计算机进行数据通信,为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件,现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制,从手机,电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话,集群移动通信,无线电对讲机等。

    医用设备领域

    单片机在医用设备中的用途亦相当广泛,例如医用呼吸机,各种分析仪,监护仪,超声诊断设备及病床呼叫系统等等。

    模块化系统

    某些专用单片机设计用于实现特定功能,从而在各种电路中进行模块化应用,而不要求使用人员了解其内部结构。如音乐集成单片机,看似简单的功能,微缩在纯电子芯片中(有别于磁带机的原理),就需要复杂的类似于计算机的原理。如:音乐信号以数字的形式存于存储器中(类似于ROM),由微控制器读出,转化为模拟音乐电信号(类似于声卡)。

    在大型电路中,这种模块化应用极大地缩小了体积,简化了电路,降低了损坏、错误率,也方便于更换。

    汽车电子

    单片机在汽车电子中的应用非常广泛,例如汽车中的发动机控制器,基于CAN总线的汽车发动机智能电子控制器、GPS导航系统、abs防抱死系统、制动系统、胎压检测等。

    此外,单片机在工商、金融、科研、教育、电力、通信、物流和国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途。

    学习方法

    基础理论

    基础理论知识包括模拟电路、数字电路和C语言知识。模拟电路和数字电路属于抽象学科,要把它学好还得费点精神。在你学习单片机之前,觉得模拟电路和数字电路基础不好的话,不要急着学习单片机,应该先回顾所学过的模拟电路和数字电路知识,为学习单片机加强基础。否则,你的单片机学习之路不仅会很艰难和漫长,还可能半途而废。笔者始终认为,扎实的电子技术基础是学好单片机的关键,直接影响单片机学习入门的快慢。有些同学觉得单片机很难,越学越复杂,最后学不下去了。有的同学看书时似乎明白了,可是动起手来却一塌糊涂,究其原因就是电子技术基础没有打好,首先被表面知识给困惑了。

    单片机属于数字电路,其概念、术语、硬件结构和原理都源自数字电路,如果数字电路基础扎实,对复杂的单片机硬件结构和原理就能容易理解,就能轻松地迈开学习的第一步,自信心也会树立起来。相反,基础不好,这个看不懂那个也弄不明白,越学问题越多,越学越没有信心。如果你觉得单片机很难,那就应该先放下单片机教材,去重温数字电路,搞清楚触发器、寄存器、门电路、COMS电路、时序逻辑和时序图、进制转换等理论知识。理解了这些知识之后再去看看单片机的结构和原理,我想你会大彻大悟,信心倍增。

    模拟电路是电子技术最基础的学科,她让你知道什么是电阻、电容、电感、二极管、三极管、场效应管、放大器等等以及它们的工作原理和在电路中的作用,这是学习电子技术必须掌握的基础知识。一般是先学习模拟电路再去学习数字电路。扎实的模拟电路基础不仅让你容易看懂别人设计的电路,而且让你的设计的电路更可靠,提高产品质量。

    C语言知识并不难,没有任何编程基础的人都可以学,在我看来,初中生、高中生、中专生、大学生都能学会。当然,数学基础好、逻辑思维好的人学起来相对轻松一些。C语言需要掌握的知识就那么3个条件判断语句、3个循环语句、3个跳转语句和1个开关语句。别小看这10个语句,用他们组合形成的逻辑要多复杂有多复杂。学习时要一条语句一条语句的学,学一条活用一条,全部学过用过这些关键语句后,相信你的C基础建立了。

    当基础打好以后,你会感觉到单片机不再难学了,而且越学越起劲。当单片机乖乖的依照你的逻辑思维和算法去执行指令,实现预期控制效果的时候,成就感会让你信心十足、夜以续日、废寝忘食的投入到单片机的世界里。可以这么说,扎实的电子技术基础和C语言基础能增强学习单片机信心,较快掌握单片机技术。

    实验实践

    这是真正学习单片机的过程,既让人兴奋又让人疲惫,既让人无奈又让人不服,既让人孤独又让人充实,既让人气愤又让人欣慰,既有失落感又有成就感。其中的酸甜苦辣只有学过的人深有体会。思想上要有刻苦学习的决心,硬件上要有一套完整的学习开发工具,软件上要注重理论和实践相结合。

    1.有刻苦学习的决心

    首先,明确学习目的。先认真回答两个问题:我学单片机来做什么?需要多长时间把它学会?这是你学单片机的动力。没有动力,我想你坚持不了多久。其次,端正学习心态。单片机学习过程是枯燥乏味、孤独寂寞的过程。要知道,学习知识没有捷径,只有循序渐进,脚踏实地,一步一个脚印,才能学到真功夫。再次,要多动脑勤动手。单片机的学习具有很强的实践性,是一门很注重实际动手操作的技术学科。不动手实践你是学不会单片机的。最后,虚心交流。在单片机学习过程中每个人都会遇到无数不能解决的问题,需要你向有经验的过来人虚心求教,否则,一味的自己埋头摸索会走许多弯路,浪费很多时间。

    2.有一套完整的学习开发工具

    学习单片机是需要成本的。必须有一台电脑、一块单片机开发板(如果开发板不能直接下载程序代码的话还得需要一个编程器)、一套视频教程、一本单片机教材和一本C语言教材。电脑是用来编写和编译程序,并将程序代码下载到单片机上;开发板用来运行单片机程序,验证实际效果;视频教程就是手把手教你单片机开发环境的使用、单片机编程和调试。对于单片机初学者来说,视频教程必须看,要不然,哪怕把教材看了几遍,还是不知道如何下手,尤其是院校里的单片机教材,学了之后,面对真正的单片机时可能还是束手无策;单片机教材和C语言教材是理论学习资料,备忘备查。不要为了节约成本不用开发板而光用Protur软件仿真调试,这和纸上谈兵没什么区别。

    1. 要注重理论和实践相结合

    单片机C语言编程理论知识并不深奥,光看书不动手也能明白。但在实际编程的时候就没那么简单了。一个程序的形成不仅需要有C语言知识,更多需要融入你个人的编程思路和算法。编程思路和算法决定一个程序的优劣,是单片机编程的大问题,只有在实际动手编写的时候才会有深切的感悟。一个程序能否按照你的意愿正常运行就要看你的思路和算法是否正确、合理。如果程序不正常则要反复调试(检查、修改思路和算法),直到成功。这个过程耗时、费脑、疲精神,意志不坚强者往往被绊倒在这里半途而废。

    学习编写程序应该按照以下过程学习,效果会更好。看到例程题目先试着构思自己的编程思路,然后再看教材或视频教程里的代码,研究人家的编程思路,注意与自己思路的差异;接下来就照搬人家的思路亲自动手编写这个程序,领会其中每一条语句的作用;对有疑问的地方试着按照自己的思路修改程序,比较程序运行效果,领会其中的奥妙。每一个例程都坚持按照这个过程学习,你很快会找到编程的感觉,取其精华去其糟粕,久而久之会形成你独特的编程思想。当然,刚开始,看别人的程序源代码就像看天书一样,只要硬着头皮看,看到不懂的关键字和语句就翻书查阅、对照。只要能坚持下来,学习收获会事半功倍。在实践过程中不仅要学会别人的例程,还要在别人的程序上改进和拓展,让程序产生更强大的功能。同时,还要懂得通过查阅芯片数据手册(DATASHEET)里有关芯片命令和数据的读写时序来核对别人例程的可靠性,如果你觉得例程不可靠就把它修改过来,成为是你自己的程序。不仅如此,自己应该经常找些项目来做,以巩固所学的知识和积累更多的经验。

    硬件设计

    当编写自己的程序信手拈来、阅读别人的程序能够发现问题的时候,说明你的单片机编程水平相当不错了。接下来就应该研究的硬件了。硬件设计包括电路原理设计和PCB板设计。学习做硬件要比学习做软件麻烦,成本更高,周期更长。但是,学习单片机的最终目的是做产品开发----软件和硬件相结合形成完整的控制系统。所以,做硬件也是学习单片机技术的一个必学内容。

    电路原理设计涉及到各种芯片的应用,而这些芯片外围电路的设计、典型应用电路和与单片机的连接等在芯片数据手册(DATASHEET)都能找到答案,前提是要看得懂全英文的数据手册。否则,照搬别人的设计永远落在别人的后面,你做的产品就没有创意。电子技术领域的第一手资料(DATASHEET)都是英文,从第一手资料里你所获得的知识可能是在教科书、网络文档和课外读物等所没有的知识。虽然有些资料也都是在DATASHEET的基础上撰写的,但内容不全面,甚至存在翻译上的遗漏和错误。当然,阅读DATASHEET需要具备一定的英文阅读能力,这也是阻碍单片机学习者晋级的绊脚石。良好的英文阅读能力能让你在单片机技术知识的海洋里自由遨游。

    做PCB板就比较简单了。只要懂得使用Protel软件或 AltimDesigner软件就没问题了。但要想做的板子布局美观、布线合理还得费一番功夫了。

    娴熟的单片机C语言编程、会使用Protel软件或 AltimDesigner软件设计PCB板和具备一定的英文阅读能力,你就是一个遇强则强的单片机高手了。[1]

    抗干扰设计

    在提高硬件系统抗干扰能力的同时,软件抗干扰以其设计灵活、节省硬件资源、可靠性好越来越受到重视。下面以MCS-51单片机系统为例,对微机系统软件抗干扰方法进行研究。

    软件抗干扰设计

    在工程实践中,软件抗干扰研究的内容主要是:一、消除模拟输入信号的噪声(如数字滤波技术);二、程序运行混乱时使程序重入正轨的方法。本文针对后者提出了几种有效的软件抗干扰方法。

    指令冗余

    CPU取指令过程是先取操作码,再取操作数。当PC受干扰出现错误,程序便脱离正常轨道“乱飞”,当乱飞到某双字节指令,若取指令时刻落在操作数上,误将操作数当作操作码,程序将出错。若“飞” 到了三字节指令,出错机率更大。

    在关键地方人为插入一些单字节指令,或将有效单字节指令重写称为指令冗余。通常是在双字节指令和三字节指令后插入两个字节以上的NOP。这样即使乱飞程序飞到操作数上,由于空操作指令NOP的存在,避免了后面的指令被当作操作数执行,程序自动纳入正轨。

    此外,对系统流向起重要作用的指令如RET、 RETI、LCALL、LJMP、JC等指令之前插入两条NOP,也可将乱飞程序纳入正轨,确保这些重要指令的执行。

    拦截技术

    所谓拦截,是指将乱飞的程序引向指定位置,再进行出错处理。通常用软件陷阱来拦截乱飞的程序。因此先要合理设计陷阱,其次要将陷阱安排在适当的位置。

    (1 )软件陷阱的设计

    当乱飞程序进入非程序区,冗余指令便无法起作用。通过软件陷阱,拦截乱飞程序,将其引向指定位置,再进行出错处理。软件陷阱是指用来将捕获的乱飞程序引向复位入口地址0000H的指令。通常在EPROM中非程序区填入以下指令作为软件陷阱:

    NOPNOPLJMP 0000H其机器码为0000020000。

    (2 ) 陷阱的安排

    通常在程序中未使用的EPROM空间填0000020000。最后一条应填入020000,当乱飞程序落到此区,即可自动入轨。在用户程序区各模块之间的空余单元也可填入陷阱指令。当使用的中断因干扰而开放时,在对应的中断服务程序中设置软件陷阱,能及时捕获错误的中断。如某应用系统虽未用到外部中断1,外部中断1的中断服务程序可为如下形式:

    NOPNOPRETI返回指令可用“RETI”,也可用“LJMP 0000H”。如果故障诊断程序与系统自恢复程序的设计可靠、 完善,用“LJMP 0000H”作返回指令可直接进入故障诊断程序,尽早地处理故障并恢复程序的运行。

    考虑到程序存贮器的容量,软件陷阱一般1K空间有2-3个就可以进行有效拦截。

    软件“看门狗”技术

    若失控的程序进入“死循环”,通常采用“看门狗”技术使程序脱离“死循环”。通过不断检测程序循环运行时间,若发现程序循环时间超过最大循环运行时间,则认为系统陷入“死循环”,需进行出错处理。

    “看门狗”技术可由硬件实现,也可由软件实现。在工业应用中,严重的干扰有时会破坏中断方式控制字,关闭中断。则系统无法定时“喂狗”,硬件看门狗电路失效。而软件看门狗可有效地解决这类问题。

    笔者在实际应用中,采用环形中断监视系统。用定时器T0监视定时器T1,用定时器T1监视主程序,主程序监视定时器T0。采用这种环形结构的软件“看门狗”具有良好的抗干扰性能,大大提高了系统可靠性。对于需经常使用T1定时器进行串口通讯的测控系统,则定时器T1不能进行中断,可改由串口中断进行监控(如果用的是MCS-52系列单片机,也可用T2代替T1进行监视)。这种软件“看门狗”监视原理是:在主程序、T0中断服务程序、T1中断服务程序中各设一运行观测变量,假设为MWatch、T0Watch 、T1Watch,主程序每循环一次,MWatch加1,同样T0、T1中断服务程序执行一次,T0Watch、 T1Watch加1。在T0中断服务程序中通过检测T1Watch的变化情况判定T1运行是否正常,在T1中断服务程序中检测MWatch的变化情况判定主程序是否正常运行,在主程序中通过检测T0Watch的变化情况判别T0是否正常工作。若检测到某观测变量变化不正常,比如应当加1而未加1,则转到出错处理程序作排除故障处理。当然,对主程序最大循环周期、定时器T0和T1定时周期应予以全盘合理考虑。限于篇幅不赘述。

    硬件抗干扰技术

    单片机系统因干扰复位或掉电后复位均属非正常复位,应进行故障诊断并能自动恢复非正常复位前的状态。

    非正常复位的识别

    程序的执行总是从0000H开始,导致程序从 0000H开始执行有四种可能:一、系统开机上电复位;二、软件故障复位;三、看门狗超时未喂狗硬件复位; 四、任务正在执行中掉电后来电复位。四种情况中除第一种情况外均属非正常复位,需加以识别。

    (1 )硬件复位与软件复位的识别

    此处硬件复位指开机复位与看门狗复位,硬件复位对寄存器有影响,如复位后PC=0000H, SP=07H,PSW=00H等。而软件复位则对SP、SPW无影响。故对于微机测控系统,当程序正常运行时,将SP设置地址大于07H,或者将PSW的第5位用户标志位在系统正常运行时设为1。那么系统复位时只需检测PSW.5标志位或SP值便可判此是否硬件复位。

    由于硬件复位时片内RAM状态是随机的,而软件复位片内RAM则可保持复位前状态,因此可选取片内某一个或两个单元作为上电标志。设40H用来做上电标志,上电标志字为78H,若系统复位后40H单元内容不等于78H,则认为是硬件复位,否则认为是软件复位,转向出错处理。若用两个单元作上电标志,则这种判别方法的可靠性更高。

    (2 )开机复位与看门狗故障复位的识别

    开机复位与看门狗故障复位因同属硬件复位, 所以要想予以正确识别,一般要借助非易失性RAM或者EEROM。当系统正常运行时,设置一可掉电保护的观测单元。当系统正常运行时,在定时喂狗的中断服务程序中使该观测单元保持正常值(设为 AAH),而在主程中将该单元清零,因观测单元掉电可保护,则开机时通过检测该单元是否为正常值可判断是否看门狗复位。

    (3 )正常开机复位与非正常开机复位的识别

    识别测控系统中因意外情况如系统掉电等情况引起的开机复位与正常开机复位,对于过程控制系统尤为重要。如某以时间为控制标准的测控系统,完成一次测控任务需1小时。在已执行测控50分钟的情况下,系统电压异常引起复位,此时若系统复位后又从头开始进行测控则会造成不必要的时间消耗。因此可通过一监测单元对当前系统的运行状态、系统时间予以监控,将控制过程分解为若干步或若干时间段,每执行完一步或每运行一个时间段则对监测单元置为关机允许值,不同的任务或任务的不同阶段有不同的值,若系统正在进行测控任务或正在执某时间段,则将监测单元置为非正常关机值。那么系统复位后可据此单元判系统原来的运行状态,并跳到出错处理程序中恢复系统原运行状态。

    非正常复位后系统自恢复运行的程序设计

    对顺序要求严格的一些过程控制系统,系统非正常复位否,一般都要求从失控的那一个模块或任务恢复运行。所以测控系统要作好重要数据单元、参数的备份,如系统运行状态、系统的进程值、当前输入、输出的值,当前时钟值、观测单元值等,这些数据既要定时备份,同时若有修改也应立即予以备份。

    当在已判别出系统非正常复位的情况下,先要恢复一些必要的系统数据,如显示模块的初始化、片外扩展芯片的初始化等。其次再对测控系统的系统状态、运行参数等予以恢复,包括显示界面等的恢复。之后再把复位前的任务、参数、运行时间等恢复, 再进入系统运行状态。

    应当说明的是,真实地恢复系统的运行状态需 要极为细致地对系统的重要数据予以备份,并加以数据可靠性检查,以保证恢复的数据的可靠性。

    其次,对多任务、多进程测控系统,数据的恢复需考虑恢复的次序问题。

    系统基本初始化是指对芯片、显示、输入输出方式等进行初始化,要注意输入输出的初始化不应造成误动作。而复位前任务的初始化是指任务的执行状态、运行时间等。

    对于软件抗干扰的一些其它常用方法如数字滤波、RAM数据保护与纠错等,限于篇幅,本文未作讨论。在工程实践中通常都是几种抗干扰方法并用,互相补充 完善,才能取得较好的抗干扰效果。从根本上来说,硬件抗干扰是主动的,而软件是抗干扰是被动的。细致周到地分析干扰源,硬件与软件抗干扰相结合,完善系统监控程序,设计一稳定可靠的单片机系统是完全可行的。

    基础知识

    本段仅针对硬件设计人员和软件设计人员,为了便于对硬件的理解要有一定的汇编语言基础。

    总线

    我们知道,一个电路总是由元器件通过电线连接而成的,在模拟电路中,连线并不成为一个问题,因为各器件间一般是串行关系,各器件之间的连线并不很多,但计算机电路却不一样,它是以微处理器为核心,各器件都要与微处理器相连,各器件之间的工作必须相互协调,所以需要的连线就很多了,如果仍如同模拟电路一样,在各微处理器和各器件间单独连线,则线的数量将多得惊人,所以在微处理机中引入了总线的概念,各个器件共同享用连线,所有器件的8根数据线全部接到8根公用的线上,即相当于各个器件并联起来,但仅这样还不行,如果有两个器件同时送出数据,一个为0,一个为1,那么,接收方接收到的究竟是什么呢?这种情况是不允许的,所以要通过控制线进行控制,使器件分时工作,任何时候只能有一个器件发送数据(可以有多个器件同时接收)。器件的数据线也就被称为数据总线,器件所有的控制线被称为控制总线。在单片机内部或者外部存储器及其它器件中有存储单元,这些存储单元要被分配地址,才能使用,分配地址当然也是以电信号的形式给出的,由于存储单元比较多,所以,用于地址分配的线也较多,这些线被称为地址总线。

    数据地址指令

    这三者的本质都是一样的——数字,或者说都是一串‘0’和‘1’组成的序列。换言之,地址、指令也都是数据。指令:由单片机芯片的设计者规定的一种数字,它与我们常用的指令助记符有着严格的一一对应关系,不可以由单片机的开发者更改。地址:是寻找单片机内部、外部的存储单元、输入输出口的依据,内部单元的地址值已由芯片设计者规定好,不可更改,外部的单元可以由单片机开发者自行决定,但有一些地址单元是一定要有的(详见程序的执行过程)。数据:这是由微处理机处理的对象,在各种不同的应用电路中各不相同,一般而言,被处理的数据可能有这么几种情况:

    1.地址(如MOV DPTR,1000H),即地址1000H送入DPTR。

    2.方式字或控制字(如MOV TMOD,#3),3即是控制字。

    3.常数(如MOV TH0,#10H)10H即定时常数。

    4.实际输出值(如P1口接彩灯,要灯全亮,则执行指令:MOV P1,#0FFH,要灯全暗,则执行指令:MOV P1,#00H)这里0FFH和00H都是实际输出值。又如用于LED的字形码,也是实际输出的值。

    理解了地址、指令的本质,就不难理解程序运行过程中为什么会跑飞,会把数据当成指令来执行了。

    P0/P2/P3功能

    初学时往往对P0口、P2口和P3口的第二功能用法迷惑不解,认为第二功能和原功能之间要有一个切换的过程,或者说要有一条指令,事实上,各端口的第二功能完全是自动的,不需要用指令来转换。如P3.6、P3.7分别是WR、RD信号,当微处理机外接RAM或有外部I/O口时,它们被用作第二功能,不能作为通用I/O口使用,只要一微处理机一执行到MOVX指令,就会有相应的信号从P3.6或P3.7送出,不需要事先用指令说明。事实上‘不能作为通用I/O口使用’也并不是‘不能’而是(使用者)‘不会’将其作为通用I/O口使用。你完全可以在指令中按排一条SETB P3.7的指令,并且当单片机执行到这条指令时,也会使P3.7变为高电平,但使用者不会这么去做,因为这通常会导致系统的崩溃。

    程序执行过程

    单片机在通电复位后8051内的程序计数器(PC)中的值为‘0000’,所以程序总是从‘0000’单元开始执行,也就是说:在系统的ROM中一定要存在‘0000’这个单元,并且在‘0000’单元中存放的一定是一条指令。

    堆栈

    堆栈是一个区域,是用来存放数据的,这个区域本身没有任何特殊之处,就是内部RAM的一部份,特殊的是它存放和取用数据的方式,即所谓的‘先进后出,后进先出’,并且堆栈有特殊的数据传输指令,即‘PUSH’和‘POP’,有一个特殊的专为其服务的单元,即堆栈指针SP,每当执一次PUSH指令时,SP就(在原来值的基础上)自动减2,每当执行一次POP指令,SP就(在原来值的基础上)自动加2。由于SP中的值可以用指令加以改变,所以只要在程序开始阶段更改了SP的值,就可以把堆栈设置在规定的内存单元中,如在程序开始时,用一条MOV SP,#5FH指令,就是把堆栈设置在从内存单元60H开始的单元中。一般程序的开头总有这么一条设置堆栈指针的指令,因为开机时,SP的初始值为07H,这样就使堆栈从08H单元开始往后,而08H到1FH这个区域正是8031的第二、三、四工作寄存器区,经常要被使用,这会造成数据的混乱。不同作者编写程序时,初始化堆栈指令也不完全相同,这是作者的习惯问题。当设置好堆栈区后,并不意味着该区域成为一种专用内存,它还是可以象普通内存区域一样使用,只是一般情况下编程者不会把它当成普通内存用了。

    开发过程

    这里所说的开发过程并不是一般书中所说的从任务分析开始,我们假设已设计并制作好硬件,下面就是编写软件的工作。在编写软件之前,首先要确定一些常数、地址,事实上这些常数、地址在设计阶段已被直接或间接地确定下来了。如当某器件的连线设计好后,其地址也就被确定了,当器件的功能被确定下来后,其控制字也就被确定了。然后用文本编辑器(如EDIT、CCED等)编写软件,编写好后,用编译器对源程序文件编译,查错,直到没有语法错误,除了极简单的程序外,一般应用仿真机对软件进行调试,直到程序运行正确为止。运行正确后,就可以写片(将程序固化在EPROM中)。在源程序被编译后,生成了扩展名为HEX的目标文件,一般编程器能够识别这种格式的文件,只要将此文件调入即可写片。在此,为使大家对整个过程有个认识,举一例说明:

    详解单片机各大分类
    单片机试验板 ORG 0000H

    LJMP START

    ORG 040H

    START:

    MOV SP,#5FH ;设堆栈

    LOOP:

    NOP

    LJMP LOOP ;循环

    END ;结束

    单片机指令表

    一、传送操作

    助记符 代码 说明

    MOV A,Rn E8~EF 寄存器A

    MOV A,direct E5 direct 直接字节送A

    MOV A,@Ri ER~E7 间接RAM送A

    MOV A,#data 74 data 立即数送A

    MOV Rn,A F8~FF A送寄存器

    MOV Rn,direct A8~AF direct 直接字节送寄存器

    MOV Rn,#data 78~7F data 立即数送寄存器

    MOV direct,A F5 direct A送直接字节

    MOV direct,Rn 88~8F direct 寄存器送直接字节

    MOV direct1,direct2 85 direct1 direct2 直接字节送直接字节

    MOV direct,@Ro 86~87 间接RAM送直接字节

    MOV direct,#data 75 direct data 立即数送直接字节

    MOV @Ri,A F6~F7 A送间接RAM

    MOV @Ri,direct 76~77 direct 直接字节送间接RAM

    MOV @Ri,#data 76~77 data 立即数送间接RAM

    MOV DPTR,#data16 90 data 15~8 16位常数送数据指针

    data7~0

    MOVC A,@A+DPTR 93 由((A)+(DPTR))寻址的程序存贮

    器字节选A

    MOVC A,@A+PC 83 由((A)+(PC));寻址的程序存贮器字节送A

    MOVX A,@Ri E2~E3 送外部数据(8位地址)送A

    MOVX A,@DPTR E0 送外部数据(16位地址)送A

    MOVX @Ri,A F2~F3 A送外部数据(8位地址)

    MOVX @DPTR,A F0 A送外部数据(16位地址)

    PUSH direct C0 direct 直接字节进栈,SP加1

    POP direct D0 direct 直接字节退栈,SP减1

    XCH A,Rn C8~CF 交换A和寄存器

    XCH A,direct C5 direct 交换A和直接字节

    XCH A,@Ri C6~C7 交换A和间接RAM

    XCH A,@Ri D6~D7 交换A和间接RAM的低位

    SWAP A C4

    二、算术操作

    (A的二个半字节交换)

    ADD A,Rn 28~2F 寄存器加到A

    ADD A,direct 25 direct 直接字节加到A

    ADD A,@Ri 26~27 间接RAM加到A

    ADD A,#data 24data 立即数加到A

    ADD A,Rn 38~3F 寄存器和进位位加到A

    ADD A,direct 35direct 直接字节和进位位加到A

    ADD A,@Ri 36~37 间接字节和进位位加到A

    ADD A,data 34 data 立即数和进位位加到A

    ADD A,Rn 98~9F A减去寄存器和进位位

    ADD A,direct 95 direct A减去直接字节和进位位

    ADD A,@Ri 36~37 间接RAM和进位位加到A

    ADD A,data 34 data 立即数和进位位加到A

    SUBB A,Rn 98~9F A减去寄存器和进位位

    SUBB A,direct 95 direct A减去直接字节和进位位

    SUBB A,@Ri 96~97 A减去间接RAM和进位位

    SUBB A,#data 94 data A减去立即数和进位位

    INC A 04 A加1

    INC Rn 08~0F 寄存器加1

    INC direct 05 direct 直接字节加1

    INC @Ri 06~07 间接RAM加1

    DEC A 14 A减1

    DEC Rn 18~1F 寄存器减1

    DEC direct 15 direct 直接字节减1

    DEC @Ri 16~17 间接RAM减1

    INC DPTR A3 数据指针加1

    MUL AB A4 A乘以B

    DIV AB 84 A除以B

    DA A D4 A的十进制加法调整

    三、逻辑操作

    ANL A,Rn 58~5F 寄存器“与”到A

    ANL A,direct 55 direct 直接字节“与”到A

    ANL A,@Ri 56~57 间接RAm“与”到A

    ANL A,#data 54 data 立即数“与”到A

    ANL direct A 52 direct A“与”到直接字节

    ANL direct,#data 53 direct data 立即数“与”到直接字节

    ORL A,Rn 48~4F 寄存器“或”到A

    ORL A,direct 45 direct 直接字节“或”到A

    ORL A,@Ri 46~47 间接RAM“或”到A

    ORL A,#data 44 data 立即数“或”到A

    ORL direct,A 42 direct A“或”到直接字节

    ORL direct,#data 43 direct data 立即数“或”到直接字节

    XRL A,Rn 68~6F 寄存器“异或”到A

    XRL A,direct 65 direct 直接字节“异或”到A

    XRL A,@Ri 66~67 间接RAM“异或”到A

    XRL A,#data 64 data 立即数“异或”到A

    XRL direct A 62 direct A“异或”到直接字节

    XRL direct,#data 63 direct data 立即数“异或”到直接字节

    CLR A E4 清零

    CPL A F4 A取反

    RL A 23 A左环移

    RLC A 33 A通过进位左环移

    RR A 03 A右环移

    RRC A 13 A通过进位右环移

    四、控制程序转移

    ACALL addr 11 *1 addr(a7~a0) 绝对子程序调用

    LCALL addr 16 12 addr(15~8) 长子程序调用

    addr(7~0)

    RET 22 子程序调用返回

    RETI addr 11 32 中断调用返回

    AJMP addr 11 △1 addr(a7~a6) 绝对转移

    LJMP addr 16 02addr(15~8) 长转移

    addr(7~0)

    SJMP rel 80 rel 短转移,相对转移

    JMP @A+DPTR 73 相对于DPTR间接转移

    JZ rel 60 rel A为零转移

    JNZ rel 70 rel A为零转移

    CJNE A,direct,rel B5 direct rel 直接字节与A比较,不等则转移

    CJNE A,#data,rel B4 data rel 立即数与A比较,不等则转移

    CJNE A,Rn,#data,rel B8~BF data rel 立即数与寄存器比较,不等则转移

    CJNE @Ri,#data,rel B6~B7 data rel 立即数与间接RAM比较,不等则转移

    DJNZ Rn,rel D8~DF rel 寄存器减1,不为零则转移

    DJNZ direct,rel B5 direct rel 直接字节减1,不为零则转移

    NOP 00 空操作

    五、布尔变量操作

    CLR C C3 清零进位

    CLR bit C2 清零直接位

    SETB C D3 置位进位

    SETB bit D2 置位直接位

    CPL C B3 进位取反

    CPL bit B2 直接位取反

    ANL C,bit 82 dit 直接数“与”到进位

    ANL C,/bit B0 直接位的反“与”到进位

    ORL C,bit 72 bit 直接位“或”到进位

    ORL C,/bit A0 bit 直接位的反“或”到进位

    MOV C,bit A2 bit 直接位送进位

    MOV bit,C 92 bit 进位送直接位

    JC rel 40 rel 进位位为1转移

    JNC rel 50 rel 进位位为0转移

    JB bit,rel 20 bit rel 直接位为1相对转移

    JNB bit,rel 30 bit rel 直接位为0相对转移

    JBC bit,rel 10 bit rel 直接位为1相对转移,然后清零该位

    常用单片机芯片简介

    STC单片机

    STC公司的单片机主要是基于8051内核,是新一代增强型单片机,指令代码完全兼容传统8051,速度快8~12倍,带ADC,4路PWM,双串口,有全球唯一ID号,加密性好,抗干扰强.

    PIC单片机:

    是MICROCHIP公司的产品,其突出的特点是体积小,功耗低,精简指令集,抗干扰性好,可靠性高,有较强的模拟接口,代码保密性好,大部分芯片有其兼容的FLASH程序存储器的芯片.

    EMC单片机:

    是台湾义隆公司的产品,有很大一部分与PIC 8位单片机兼容,且相兼容产品的资源相对比PIC的多,价格便宜,有很多系列可选,但抗干扰较差.

    ATMEL单片机(51单片机):

    ATMEl公司的8位单片机有AT89、AT90两个系列,AT89系列是8位Flash单片机,与8051系列单片机相兼容,静态时钟模式;AT90系列单片机是增强RISC结构、全静态工作方式、内载在线可编程Flash的单片机,也叫AVR单片机.

    PHLIPIS 51LPC系列单片机(51单片机):

    PHILIPS公司的单片机是基于80C51内核的单片机,嵌入了掉电检测、模拟以及片内RC振荡器等功能,这使51LPC在高集成度、低成本、低功耗的应用设计中可以满足多方面的性能要求.

    HOLTEK单片机:

    台湾盛扬半导体的单片机,价格便宜,种类较多,但抗干扰较差,适用于消费类产品.

    TI公司单片机(51单片机):

    德州仪器提供了TMS370和MSP430两大系列通用单片机.TMS370系列单片机是8位CMOS单片机,具有多种存储模式、多种外围接口模式,适用于复杂的实时控制场合;MSP430系列单片机是一种超低功耗、功能集成度较高的16位低功耗单片机,特别适用于要求功耗低的场合

    松翰单片机(SONIX):

    是台湾松翰公司的单片,大多为8位机,有一部分与PIC 8位单片机兼容,价格便宜,系统时钟分频可选项较多,有PMW ADC 内振 内部杂讯滤波。缺点RAM空间过小,抗干扰较好。

    攻击技术

    目前,攻击单片机主要有四种技术,分别是:

    (1)软件攻击

    该技术通常使用处理器通信接口并利用协议、加密算法或这些算法中的安全漏洞来进行攻击。软件攻击取得成功的一个典型事例是对早期ATMEL AT89C 系列单片机的攻击。攻击者利用了该系列单片机擦除操作时序设计上的漏洞,使用自编程序在擦除加密锁定位后,停止下一步擦除片内程序存储器数据的操作,从而使加过密的单片机变成没加密的单片机,然后利用编程器读出片内程序。

    (2) 电子探测攻击

    该技术通常以高时间分辨率来监控处理器在正常操作时所有电源和接口连接的模拟特性,并通过监控它的电磁辐射特性来实施攻击。因为单片机是一个活动的电子器件,当它执行不同的指令时,对应的电源功率消耗也相应变化。这样通过使用特殊的电子测量仪器和数学统计方法分析和检测这些变化,即可获取单片机中的特定关键信息。

    (3)过错产生技术

    该技术使用异常工作条件来使处理器出错,然后提供额外的访问来进行攻击。使用最广泛的过错产生攻击手段包括电压冲击和时钟冲击。低电压和高电压攻击可用来禁止保护电路工作或强制处理器执行错误操作。时钟瞬态跳变也许会复位保护电路而不会破坏受保护信息。电源和时钟瞬态跳变可以在某些处理器中影响单条指令的解码和执行。

    (4)探针技术

    该技术是直接暴露芯片内部连线,然后观察、操控、干扰单片机以达到攻击目的。为了方便起见,人们将以上四种攻击技术分成两类,一类是侵入型攻击(物理攻击),这类攻击需要破坏封装,然后借助半导体测试设备、显微镜和微定位器,在专门的实验室花上几小时甚至几周时间才能完成。所有的微探针技术都属于侵入型攻击。另外三种方法属于非侵入型攻击,被攻击的单片机不会被物理损坏。在某些场合非侵入型攻击是特别危险的,但是因为非侵入型攻击所需设备通常可以自制和升级,因此非常廉价。

    大部分非侵入型攻击需要攻击者具备良好的处理器知识和软件知识。与之相反,侵入型的探针攻击则不需要太多的初始知识,而且通常可用一整套相似的技术对付宽范围的产品。

    加密方法

    科研成果保护是每一个科研人员最关心的事情,加密方法有软件加密,硬件加密,软硬件综合加密,时间加密,错误引导加密,专利保护等措施有矛就有盾,有盾就有矛,有矛有盾,才促进矛盾质量水平的提高加密只讲盾,也希望网友提供更新的加密思路,现先讲一个软件加密:利用MCS-51 中A5 指令加密,其实世界上所有资料,包括英文资料都没有讲这条指令,其实这是很好的加密指令A5 功能是二字节空操作指令加密方法在A5 后加一个二字节或三字节操作码,因为所有反汇编软件都不会反汇编A5 指令,造成正常程序反汇编乱套,执行程序无问题仿制者就不能改变你的源程序。

    硬件加密:8031/8052 单片机就是8031/8052掩模产品中的不合格产品,内部有ROM,可以把8031/8052 当8751/8752 来用,再扩展外部程序器,然后调用8031 内部子程序当然你所选的同批8031 芯片的首地址及所需用的中断入口均应转到外部程序区。

    硬件加密

    用高电压或激光烧断某条引脚,使其读不到内部程序,用高电压会造成一些器件损坏重要RAM 数据采用电池(大电容,街机采用的办法)保护,拔出芯片数据失去机器不能起动,或能初始化,但不能运行。

    用真假方法加密

    擦除芯片标识

    把8X52 单片机,标成8X51 单片机,并用到后128B的RAM 等方法,把AT90S8252 当AT89C52,初始化后程序段中并用到EEPROM 内容,你再去联想吧!

    用激光(或丝印)打上其它标识如有的单片机引脚兼容,有的又不是同一种单片机,可张冠李戴,只能意会了,这要求你知识面广一点 。

    用最新出厂编号的单片机,如2000 年后的AT89C 就难解密,或新的单片机品种,如AVR 单片机。

    DIP 封装改成PLCC,TQFP,SOIC,BGA等封装,如果量大可以做定制ASIC,或软封装,用不需外晶振的单片机工作(如AVR 单片机中的AT90S1200),使用更复杂的单片机,FPGA+AVR+SRAM=AT40K系列。

    硬件加密与软件加密只是为叙说方便而分开来讲,其实它们是分不开的,互相支撑,互相依存的软件加密:其目的是不让人读懂你的程序,不能修改程序,你可以……………

    利用单片机未公开,未被利用的标志位或单元,作为软件标志位,如8031/8051 有一个用户标志位,PSW.1 位,是可以利用的程序入口地址不要用整地址,如:XX00H,XXX0H,可用整地址-1,或-2,而在整地址处加二字节或三字节操作码,在无程序的空单元也加上程序机器码,最好要加巧妙一点用大容量芯片,用市场上仿真器不能仿真的芯片,如内部程序为64KB 或大于64KB 的器件,如:AVR 单片机中ATmega103 的Flash 程序存储器为128KBAT89S8252/AT89S53 中有EEPROM,关键数据存放在EEPROM 中,或程序初始化时把密码写到EEPROM 中,程序执行时再查密码正确与否,尽量不让人家读懂程序。

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  • 单片机内核分类

    万次阅读 2011-06-22 17:47:00
    内核却一样,也就是说这类单片机指令系统完全兼容 ,绝大多数管脚也兼容;在使用上基本可以直接互换。人们统称这些与8051内核相同的单片机为“51系列单片机”,学了其中一种,便会所有的51系列。   6. 内核包含中央...

    1.

    内核诸如51/ARM/90/PIC/AVR.....有好多种的,何况内核从来不分类,因为每一家常都可以改内核,你应该问的是架构!!只有懂架构才能用什么片子都驾轻就熟. 我详细的说一下吧. HARVARD(哈佛)架构:ROM(程序空间)与RAM(数据空间)分开,便于程序与数据的同时访问,减少程序运行时访问的瓶颈,提高数据吞吐. PRINCETON(普林斯顿)架构:采用通用计算机广泛使用的ROMRAM合二为一的方式,就是众所周知的冯诺依曼结构,程序指令存储地址和数据指令存储地址指向同一存储器不同位置,因此程序指令和数据的宽度相同. 举例说明:以英特尔为例:MCS-51用的是哈佛架构,而后及产品16位的MCS-96就是普林斯顿架构.ARM公司卖的内核几乎多是哈佛架构的.

     

    2.

    请问PIC单片机和AVR单片机是51内核的吗?

    不是,都有自己的C编译环境

    3.

    STC51单片机和AT89S51的汇编语言一样吗?

    内核和指令集都是一样的

    所以放心

    另外建议你编辑的时候如果对执行时间要求不是很苛刻的话

    尽量使用C语言

    毕竟通用性好且比较简单

    提问人的追问   2010-02-14 05:32
    这个明白,多谢提醒!但汇编程序也要会啊!这个可以直接与芯片交流呀!
    4.

    AVR单片机是什么内核?

    答:AVR单片机内核就是AVR内核,和51内核是不一样的,如果内核一样的话,那它的汇编指令应该是一样的,实际上他们的汇编指令是

    完全不一样的。AVR是美国ATMEL公司研发的,ATMEL公司有三大系列MCU,一种是老式的以8051内核的单片机,第二种是目前大量使用

    的以AVR内核的AVR单片机。第三种是目前高端的以ARM内核的微处理器。ARM已经不是单片机那么简单的概念了,差不多跟电脑CPU类似

    了。现在手机上的CPU就是AVR的。

     

    5.

     51系列单片机的区别与特点介绍 

    8031/8051/8751是Intel公司早期的产品。

    1、8031的特点
         8031
    片内不带程序存储器ROM,使用时用户需外接程序存储器和一片逻辑电路373,外接的程序存储器多为EPROM的2764系列。用户若想对写入到EPROM中的程序进行修改,必须先用一种特殊的紫外线灯将其照射擦除,之后再可写入。写入到外接程序存储器的程序代码没有什么保密性可言。
    2、8051的特点
         8051
    片内有4k ROM,无须外接外存储器和373,更能体现“单片”的简练。但是你编的程序你无法烧写到其ROM中,只有将程序交芯片厂代你烧写,并是一次性的,今后你和芯片厂都不能改写其内容。
    3、8751的特点
         8751
    与8051基本一样,但8751片内有4k的EPROM,用户可以将自己编写的程序写入单片机的EPROM中进行现场实验与应用,EPROM的改写同样需要用紫外线灯照射一定时间擦除后再烧写。

     


        由于上述类型的单片机应用的早,影响很大,已成为事实上的工业标准。后来很多芯片厂商以各种方式与Intel公司合作,也推出了同类型的单片机,如同一种单片机的多个版本一样,虽都在不断的改变制造工艺,但内核却一样,也就是说这类单片机指令系统完全兼容,绝大多数管脚也兼容;在使用上基本可以直接互换。人们统称这些与8051内核相同的单片机为“51系列单片机”,学了其中一种,便会所有的51系列。

     

    6.

    内核包含中央运算单元+内部总线+指令解析+..........,内核有很多中,8051,Arm,Mips,power PC,这些都是代表人物,还有很多,很多

    内核是软件或者硬件的基本核心部分,可以包含软件和硬件。如LINUX的内核就是软件的,是LINUX最基本的部分,其他软件是在内核的基础上发展。51内核是51系列兼容机的基本部分。包含指令系统、和基本的硬件,如内存结构等。其他增强型51单片机,就是在内核的基础上扩展功能。

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