比较常用的单片机系列

MCS-51系列及与之兼容的80C51系列单片机

在我国使用最多的是Intel公司的MCS-51系列单片机。MCS-51系列单片机虽然是8位单片机，但它品种齐全、兼容性强、性价比高，且软硬件应用设计资料丰富，已为广大工程技术人员所熟悉，因此在我国得到了广泛的应用。

MCS是Intel公司的注册商标。凡Intel公司生产的以8051为核心单元的其他派生单片机都可以称为MCS-51系列，有时简称为51系列。MCS-51系列单片机包括8031、8051、87513个基本型和对应的低功耗型80C31、80C51、87C51。

MCS-51系列及80C51单片机有多种品种。它们的引脚及指令系统相互兼容，主要在内部结构上有所区别。最常用的51系列单片机是8051和AT89C51(如图1-2所示)等。

AT89C51具有片内E2PROM，是真正的单片机，由于不需要外接EPROM，所以应用非常普遍。8031、8051片内没有EPROM，但它价格很低，软硬件系统开发成熟，所以应用也非常广泛。目前51系列的产品大多是8031、8051和AT89C51等。

除了Intel公司，还有Atmel、Winbond、Philips、TEMIC、ISSI和LG等公司都生产兼容80C51的产品。

宏晶公司生产的STC89C5lRC单片机为低电压、高性能的CMOS 8 位单片机，片内含2Kbyte的可反复擦写的只读程序存储器(PEROM)和128byte的随机存取数据存储器(RAM)，工作电压为2.7V～6V，还含有2个16位的定时器，6 个内部中断源，可编程的串口 UART，兼容标准 MCS-51 指令系统。片内置有通用 8 位中央处理器和Flash存储单元，封装只有40针，体积比较小，工作温度为-40℃～+85℃。

STC89C5lRC单片机可以利用STC-ISP软件方便地实现在线烧写程序。本书使用的实验开发板采用的就是STC89C5lRC单片机。

TI公司的超低功耗Flash型MSP430系列单片机

有业界最佳“绿色微控制器(Green MCUs)”称号的 TI 公司的 MSP430 Flash 系列单片机，是目前业界所有内部集成闪速存储器(Flash ROM)产品中功耗最低的，消耗功率仅为其他闪速微控制器(Flash MCUs)的 1/5。在 3V 工作电压下其耗电电流低于 350μA/MHz，待机模式仅为 1.5μA/MHz，具有 5 种节能模式。该系列产品的工作温度范围为-40℃～85℃，可满足工业应用要求。MSP430 微控制器可广泛地应用于煤气表、水表、电子电度表、医疗仪器、火警智能探头、通信产品、家庭自动化产品、便携式监视器及其他低耗能产品。由于MSP430微控制器的功耗极低，可设计出只需一块电池就可以使用长达10年的仪表应用产品，因此，MSP430 Flash系列是不可多得的高性价比单片机。

OKI低电压低功耗单片机

OKI公司的高性价比4位机MSM64K系列也是低功耗低电压的微控制器，其工作电压可低至1.25V，使用32kHz的工作频率，工作电流可低至3μA～5μA，HALT(关断)模式下小于1μA，而其功能却并不逊色。MSM64K系列单片机片内集成了LCD(液晶显示器)驱动器，可方便地与液晶显示器连接，且具有片内掩模(Mask)的程序存储器，有些型号还带有串口、RC振荡器、看门狗、模数转换器(ADC)、脉宽调制(PWM)等，几乎不需要外扩芯片即可满足应用，其工作温度范围可达-40℃～85℃，提供PGA封装和裸片。该系列微控制器应用广泛，适用于使用LCD显示、电池供电的设备，如掌上游戏机、便携式仪表(体温计、湿度计)、智能探头、定时器(时钟)等低成本、低功耗的产品。

ST公司的ST62系列单片机

美国ST微电子公司是一家独立的全球性公司，专门从事半导体集成电路的设计、生产、制造和销售，以及生产各种微电子应用中的分立器件。应用领域涉及电子通信系统、计算机系统、消费类产品、汽车应用、工业自动化和控制系统等。ST公司可提供满足各种需要的单片机或微控制器，其中ST62系列8位单片机以其简单、灵活、价低格等特点，特别适用于汽车、工业、消费领域的嵌入式微控制系统。ST62系列提供多种不同规格的单片机以满足各种需要，存储器从1KB到8KB，有ROM、OTP、EPROM、E2PROM、Flash E2PROM，I/O接口从9个到22 个，引脚从16 个到42个，还有 ADC、LCD 驱动、看门狗、定时器、串行口、电压监控等部件。ST62 单片机采用独特的制造工艺和技术，大大提高了抗干扰能力，能适应于各种恶劣环境。

AD公司的带A/D与D/A转换器的单片机

ADμC812是AD公司推出的全集成12位数据采集系统，片内集成了8路12位高性能的自校准ADC、2路12位DAC和与80C51指令兼容的8位MCU。AD公司最近又推出了16位和24位ADC的ADμC816和ADμC824，其他性能特性与ADμC812基本相同。

ADμC812 MCU 包括8KB的Flash程序存储器、640B 的Flash数据存储器、256B 的RAM和与80C51 兼容的内核。并且具有看门狗定时器、电源监视器及ADC DMA 功能，32 个可编程I/O接口、I2C/SPI兼容和标准UART串行通信接口。芯片具有正常、空闲和掉电三种工作模式，非常适合低功耗应用的电源管理方案，如智能传感器、电池供电系统(可移动PC、手持仪器、终端)、瞬时捕捉系统、DAS和通信系统等。

FPGA基础知识，入门必看

FPGA全称是Field-Programmable Gate Array，即现场可编程门阵列。

1、跟单片机相比

结构不同：

1.1、单片机的引脚、资源以及内部乘法器的数量是确定的，也就是说它的硬件是确定的。只要通过软件编程就可以实现其功能。

1.2 、FPGA内部电路是不确定的，它可以通过编程来改变芯片的内部结构。内部乘法器、除法器和寄存器的数量都可以通过编程来改变。

小结：

A、单片机不改变硬件结构，而是通过改变它的指令执行的先后顺序来实现我们所需要的功能。（指令包括读、写或跳转指令）。

B、FPGA的编程和设计就是为了改变芯片内部的硬件电路结构来实现我们需要的功能。

考虑点不同：

1.3、在做单片机或电脑编程的时候，是不需要考虑时序的，只要有个函数，然后有个编程代码实现就好了。写一个函数，反复调用就可以实现很多的功能。

比如一个功能，单片机只需一个小时，但FPGA可能花一天甚至几个月的时间。因为FPGA不仅要想到功能，还要想到电路和时序。它是需要一个一个时钟慢慢去抠的细节化的一种设计方法。

所以，FPGA开发难度远远比单片机高。

难度系数比较从高到低：ASIC集成电路＞FPGA＞单片机

FPGA是专做底层的开发和设计，专做底层优化的工作，FPGA非常难，这是它的一个特点。

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2、FPGA应用场景

2.1、FPGA功能强大，试验难度大，一般用在通信接口的设计以及数字信号处理等比较高端（数据量大、数据传输快、精度要求高）的场合。

日常应用中，要求不是特别高的场合广泛使用单片机来实现。

2.2、FPGA还有一个特殊的应用场合，即ASIC的原型验证。

怎么理解？集成电路开发流程长，风险高，当做一个集成电路开发的时候，从代码编写到仿真验证，到PCB的布局布线，再到最后的生产都需要经过很长的时间周期。

为了保证成功率，希望一次通过，在生产之前可以在FPGA上跑一跑，验证一下功能是否正常。

2.3、FPGA的非标场合（用量少的场合，常用于军工领域)。

例如，USB等接口标准是固定的。但有一些特殊场合，它的市场需求本身不大，它本身也是某种特殊定义的接口，这种接口在市场上很难找到对应的芯片去实现这种接口，这时FPGA就可以派上用场，可以自己设计内部结构电路跟这种接口进行对接。

2.4、新科技的新型运用。

当一个新科技不明朗是否有市场前景的时候，肯定不会大批量的生产某一款芯片，可以先用FPGA来试验，待市场需大量的需求时再大量的生产。

小结：

相较于专用的ASIC，FPGA工具在开发难度上降低了许多，并大大缩短了开发周期，而且由于FPGA是可重复编程的，其研发成本与风险要比ASIC减少许多，更适用于复杂多变的数据应用。

3、FPGA的缺点

FPGA的缺点是成本高 ，为什么这么说呢？专用的电路一定是把所有的电路都用上了，来实现我们所需要的功能。FPGA要同时满足A、B、C的功能。但满足A的某些功能在B或C上肯定是用不上的，所以它的利用率比较低，也可以理解为它的成本高。

所以，FPGA只能做一些高端的少批量的运用。当发现市场前景非常好，想要降成本的时候，可以把FPGA的代码变成集成电路去生产。

4、FPGA的基本结构

FPGA不像专用的ASIC那样通过固定的逻辑门电路来完成，而只能采用一种可重复配置的结构来实现，查找表（LUT） 可以很好的满足这一要求。

查找表（Look-Up-Table）是什么？其本质上是一个RAM存储器。

举例说明，以数字逻辑Y=A&B&C为例。在专用ASIC中，为实现该逻辑，逻辑门都已经事先确定好，如下图所示：

Y=A&B&C的实现结构

在FPGA中就不一样。A、B、C通过编程可以是任意关系。设计过程如下：

先用代码写出Y=A&B&C，然后用EDA工具（QUARTUS或其他开发工具）分析这一行代码，得出A、B、C在不同输入组合下（共8种），Y的值分别是多少，其真值表如下图所示：

然后，软件工具将所有结果写到查找表（LUT）上，从而实现该代码的功能。

Y=A&B&C的FPGA实现基本结构

这就是FPGA实现的原理。

5、知识补充

5.1、在FPGA内部有着软内核和硬内核之分。

软内核：可以通过门电路随意搭起来实现某种功能的电路。比如在芯片内部实现了一个计数器逻辑，那么在构造计数器逻辑过程中使用到的功能可以被称为“软功能”。

硬内核：实现固定功能的芯片。电路是固定好的，通过硬件去实现的。比如：PLL时钟单元，它的电路是固定的，因为时钟通过外部晶振起振后，通过内部PLL时钟倍频，它不是数字电路可实现的，需要模拟电路倍频实现。AD芯片和DA芯片也是模拟芯片，也是需要固定的资源在里面。

5.2、一种新的SOC FPGA（带嵌入式处理器的FPGA）

在FPGA内部有存储单元片内RAM块，数据存放在RAM中，并由其设置工作状态，若想要FPGA进行工作，就要对RAM进行编程，而如果外部有大量数据进行交互时，就要通过增加外设对数据进行暂时性的存储，如SDRAM存储器或DDR3存储器，暂存在外设中的数据最终也是要通过FPGA内部的RAM进行存储和处理。

目前，主流的FPGA都是基于SRAM工艺，在大部分开发板上都是串行配置模式。由于SRAM掉电就会丢失内部数据，因此往往都会外接一个能够掉电保存数据的片外存储器来保存程序。这样一来，上电时FPGA便将外部存储器种的数据读入片内RAM以完成配置，对FPGA编程完成后便进入工作状态。

目前FPGA内部已经有一些芯片电路，不仅仅有接口，门电路，还有ARM及其它CPU等等已经带入嵌入式处理器的功能。

我们会发现电路板上功能有ARM+FPGA或DSP+FPGA 协同合作，一个芯片上实现处理器+FPGA功能，这就是我们更强大的嵌入式处理器的功能。

优点：

1、更有利于PCB布局，面积更小，功能更强大。

2、ARM嵌入在芯片内部，ARM和FPGA之间有更多的总线和通信方式，速度可以更快。

5.3、数据的存储及配置方式

当在EDA工具上将程序设计完成之后，便需要将软件上的程序烧录进FPGA内部。通过不同的配置模式，FPGA便有不同的编程方式，以下为几种常见的配置模式：

1、并行模式：通过并行PROM、Flash配置FPGA。也就是说，把FPGA的程序先写到PROM或Flash里面，上电的时候就会自动读取里面的值，配置FPGA。

2、主从模式：使用一片PROM配置多片FPGA。

3、串行模式：串行PROM配置FPGA。

4、外设模式：将FPGA作为微处理器CPU的外设，由微处理器对其编程。

一个是FPGA，一个是CPU，CPU通过接口写FPGA，然后再通过FPGA实现需要的功能。那么CPU配置FPGA参数的数据从哪里来？

可以增加一个RAM或FLASH，CPU读取里面的内容，然后写到FPGA内部，FPGA工作就能实现需要的功能。这是比较常见的一种方式。

这种方式跟CPU直接控制FPGA有什么不同吗？也就是上电后FPGA直接读取PROM的数据不就好了，为什么要多一个CPU呢？

其中一个原因是：FPGA的有些程序是加密的，CPU读取数据并解密后再发给FPGA，FPGA再来实现功能。

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转载自：嵌入式微处理器

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