單片機選型指南（共13頁pdf下載）

ID:341387 · 發(fā)表于 2018-5-30 15:03

《單片機選型指南》
一、概述
大家在進行單片機實驗和開發(fā)產(chǎn)品過程中，往往對使用什么品種和型號的單片機感到很迷茫，不知從何著手。這主要是由于應(yīng)用系統(tǒng)的性質(zhì)、規(guī)模、投資大小等因素千差萬別，單片機的種類繁多，因此選用單片機很難有一個固定的規(guī)范。本文試圖通過各方面說明單片機選用的一般原則。

二、實例說明
下面我們看一個單片機數(shù)字電容表的實例。
要測量一個電容的容量，常用的有兩種方法：第一種方法是把電容作為一個振蕩電路（如RC 振蕩電路）回路中的一個元件，通過測量振蕩頻率即可知道電容量；第二種方法是通過測量RC 充放電回路的時間常數(shù)來測量電容量。
這里采用第二種方法設(shè)計一個單片機數(shù)字電容表，測試原理圖1。電源電壓E+經(jīng)電阻R 給被測電容CX充電，CX 兩端原電壓隨充電時間的增加而上升。當充電時間t等于RC 時間常數(shù)τ 時，CX 兩端電壓約為電源電壓的63.2%，測量電容器充電達到該電壓的時間，便能知道電容器的容量。
下面我們分析一下這個單片機系統(tǒng)對所有單片機的要求。
為了判斷電容C 上的充電電壓是否達到電源電壓的63.2%，可以用電壓比較器來檢測，這樣我們就必須選用一個有比較器的單片機。
測量結(jié)果采用4位數(shù)碼管直接和單片機相連的方式，字段要占用7個I/O 口，數(shù)碼管位選用占4個I/O口，加上電壓比較器的2個I/O 口，因此所選用的單片機不能少于13個I/O 口。
設(shè)計程序的過程可能要進行反復(fù)修改，因此要選用帶Flash 程序存儲器的單片機，由于程序不是太復(fù)雜，程序存儲器的容量有1KB就足夠了。
綜合上述因素，再考慮價格、單片機是否易購等因素，最后確認Atmel 公司的單片機AT89C2051 可以滿足要求。
測試電路如圖2 所示。

A 為AT89C2051 內(nèi)部構(gòu)造的電壓比較器，AT89C2051 的P1.0 和P1.1 口除了作I/O 口外，第二功能是作為電壓比較器的輸入端，P1.0 為同相輸入端，P1.1 為反相輸入端，電壓比較器的比較結(jié)果存入P3.6 口對應(yīng)的寄存器，P3.6 口在AT89C2051 外部無引腳。電壓比較器的基準電壓設(shè)定為 0.632E+，在CX 兩端電壓從0升到0.632E+的過程中，P3.6 口輸出為0，當電池電壓CX 兩端電壓一旦超過 0.632E+時，P3.6 口輸出變?yōu)?。以P3.6 口的輸出電平為依據(jù)，用AT89C2051 內(nèi)部的定時器T0 對充電時間進行計數(shù)，再將計數(shù)結(jié)果顯示出來即得出測量結(jié)果。
整機電路見圖3。電路由單片機電路、電容充電測量電路和數(shù)碼顯示電路等部分組成。P1.0 除了作比較器同相輸入端外還兼作測試電容CX 的放電回路。數(shù)碼管采用的是共陰數(shù)碼管。

三、單片機選擇的原則
   由于單片機種類繁多，各種型號都有其一定的應(yīng)用環(huán)境，因此在選用時要多加比較，合理選擇，以期獲得最佳的性價比。從上面這個例子我們可以看出選用單片機的一些基本原則了，下面就具體說一下。
3.1    性能
   如何選擇單片機，首先也是最重要的一點就是考慮功能要求，即設(shè)計的對象是什么，要完成什么樣的任務(wù)，再根據(jù)設(shè)計任務(wù)的復(fù)雜程度來決定選擇什么樣的單片機。在選型時可從下面不同角度進行考慮。
3.2  存儲器
   單片機的存儲器可分為程序存儲器（ROM）和數(shù)據(jù)存儲器（RAM）。
   程序存儲器是專門用來存放程序和常數(shù)的，有MASK （掩模）ROM、OTPROM、EPROM、FlashROM 等類型。掩模這種形式的程序存儲器適用成熟的和大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，如使用到彩色電視機等家電產(chǎn)品中的單片機就采用這種方式，只要用戶把應(yīng)用程序代碼交給半導(dǎo)體制造廠家，在生產(chǎn)相應(yīng)的單片機時將程序固化到芯片中，這種芯片一旦生產(chǎn)出來，程序就無法改變了。
采用EPROM 的單片機具有可以靈活修改程序的優(yōu)點，但存在需要紫外線擦除、較費時間的缺點。在自己做試驗或樣機的研發(fā)階段，推薦使用Flash 單片機，它有電寫入、電擦除的優(yōu)點，使得修改程序很方便，可以提高開發(fā)速度。對于初具規(guī)模的產(chǎn)品可選用OTP 單片機，它不但能免去較長的產(chǎn)品掩模時間，加快產(chǎn)品的上市時間，而且方便程序的修改，能夠?qū)Ξa(chǎn)品進行及時的調(diào)整和升級。
程序存儲器的容量可根據(jù)程序的大小確定。對于8位單片機片內(nèi)程序存儲器的最大容量能達到64KB，不夠時還可以擴展。選用時程序存儲器的容量只要夠用就行了，不然會增加成本。
數(shù)據(jù)存儲器是程序在運行中存放臨時數(shù)據(jù)的，掉電后數(shù)據(jù)即丟失，現(xiàn)在有些型號的單片機提供了EEPROM，可用來存儲掉電后需要保護的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，如系統(tǒng)的一些設(shè)置參數(shù)。

3.3  運行速度

單片機的運行速度首先看時鐘頻率，一般情況對于同一種結(jié)構(gòu)的單片機，時鐘頻率越高速度越快。其次看單片機CPU 的結(jié)構(gòu)，采用CISC 結(jié)構(gòu)（集中指令集）比采用RISC 結(jié)構(gòu)（精簡指令集）的速度要慢。就是同一種結(jié)構(gòu)、同一種時鐘頻率的單片機，有時候速度也不一樣，比如Winbond （華邦）公司的W77 系列的51 單片機1個機器周期只要4 個時鐘周期，而一般的51 單片機1個周期是12個時鐘周期，前者的速度是后者的3倍。

在選用單片機時要根據(jù)需要選擇速度，不要片面追求高速度，單片機的穩(wěn)定性、抗干擾性等參數(shù)基本上是跟速度成反比的，另外速度快功耗也大。

3.4  I/O （輸入/輸出）口

I/O 口的數(shù)量和功能是選用單片機時首先要考慮的問題之一，要根據(jù)實際需要確定I/O 口的數(shù)量，I/O口多余了不僅芯片的體積增大，也增加了成本。
選用時還要考慮I/O 口的驅(qū)動能力，驅(qū)動電流大的單片機可以簡化外圍電路。51等系列的單片機下拉
（輸出低電平）時驅(qū)動電流大，但上拉（輸出高電平）時驅(qū)動電流很小。而PIC 和AVR 系列的單片機每個I/O 口都可以設(shè)置方向，當輸出口使用時以推挽驅(qū)動的方式輸出高、低電平，驅(qū)動能力強，也使得I/O 口資源靈活、功能強大、可充分利用。當然我們也可以根據(jù)I/O 口的功能來設(shè)計外圍電路，例如用51 單片機驅(qū)動數(shù)碼管，我們選用共陽的數(shù)碼管就能發(fā)揮其輸出口下拉驅(qū)動電流大的特點。

3.5 定時/計數(shù)器（I/O）

大部分單片機提供2～3 個定時/計數(shù)器還具有輸入捕獲、輸出比較和PWM （脈沖寬度調(diào)制）功能，如AVR 單片機。有的單片機還有專門的PCA （可編程計數(shù)器陣列）模塊和CCP （輸入捕獲/輸出比較/PWM）模塊，如PIC 和Philips 的部分中高檔單片機。利用這些模塊不僅可以簡化軟件設(shè)計，而且能少占用CPU 的資源。
現(xiàn)在還有不少單片機提供了看門狗定時器（WDT），當單片機“死機”后可以復(fù)位。
選用時可根據(jù)自己的需要和編程要求進行選擇，不要片面追求功能多，用不上的功能就等于金錢的浪費。

3.6 串行接口
單片機常見的串行接口有：標準UART 接口、增強型UART 接口、I2C 總線接口、CAN 總線接口、SPI接口、USB 接口等。大部分單片機沒有串行接口。在沒有特別說明的情況下我們常說的串行接口，簡稱串口，指的就是UART。

如果系統(tǒng)只用一個單片機芯片時，UART 接口或USB 接口通常用來和計算機通信，不需要和計算機通信時可以不用。SPI接口可用來進行ISP編程，當你沒有編程器時，盡量選用帶這種接口的單片機，當然SPI接口也能用來和其它外設(shè)進行高速串行通信。 I2C 總線是一種兩線、雙向、可多主機操作的同步總線，IC 總線是一種工業(yè)標準，被廣泛應(yīng)用在各種電子產(chǎn)品中，如現(xiàn)在的彩色電視機就采用IC 總線進行參數(shù)的設(shè)置。具有 IC 總線接口的單片機在使用AT24C01 等串行EEPROM 時可以簡化程序設(shè)計。
通常情況下使用最多的是UART 接口，其它接口可根據(jù)你的需要選擇。

3.7  模擬電路功能

現(xiàn)在不少單片機內(nèi)部提供了A/D 轉(zhuǎn)換器、PWM 輸出和電壓比較器，也有少量的單片機提供了D/A 轉(zhuǎn)換器。單片機在集成片內(nèi)A/D 轉(zhuǎn)換器的同時，還集成了采樣/保持電路，使用戶容易建立精密的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
PWM 輸出模塊可用來產(chǎn)生不同頻率和占空比的脈沖信號。利用PWM 輸出模塊配合RC 濾波電路即可方便實現(xiàn)D/A 輸出功能。PWM 輸出模塊也可以用來實現(xiàn)直流電機的調(diào)速等功能。
單片機內(nèi)部集成的電壓比較器可以實現(xiàn)多種功能，例如作閥值檢測，實現(xiàn)低成本的A/D 轉(zhuǎn)換器等。

3.8 工作電壓、功耗

單片機的工作電壓最低可以達到1.8V，最高6V，常用的單片機工作電壓為4.5V～5.5V，低電壓系列為2.7V～5.0V或2.4V～3.6V。選用時根據(jù)供電方式確定。
單片機的功耗參數(shù)主要是指正常模式、空閑模式、掉電模式下的工作電流，用電池供電的系統(tǒng)要選用電流小的產(chǎn)品，同時要考慮是否要用到單片機的掉電模式，如果要用的話必須選擇有相應(yīng)功能的單片機。

3.9 封裝形式

單片機常見的封裝形式有：DIP （雙列直插式封裝）、PLCC （PLCC 要對應(yīng)插座）、QFP （四側(cè)引腳扁平封裝）、SOP （雙列小外形貼片封裝）等。做實驗時一般選用DIP 封裝的，如果選用其它封裝，用編程器編程時還配專用的適配器。如果對系統(tǒng)的體積有要求，如遙控器中用的單片機，往往選用QFP和SOP封裝的。

3.10 抗干擾性能、保密性

選用單片機要選擇抗干擾性能好的，特別是用在干擾比較大的工業(yè)環(huán)境中的尤應(yīng)如此。單片機加密后的保密性能也要好，這樣可保證你的知識產(chǎn)權(quán)不容易被侵犯。

3.11 其它方面

在單片機的性能上還有很多要考慮的因素，比如中斷源的數(shù)量和優(yōu)先級、工作溫度范圍、有沒有低電壓檢測功能、單片機內(nèi)部有無時鐘振蕩器、有無上電復(fù)位功能等等。
3.11.1 單片機的可開發(fā)性

這也是一個十分重要的因素。所選擇的單片機是否有足夠的開發(fā)手段，直接影響到單片機能否順利開發(fā)，以及開發(fā)的速度。對于被選擇的單片機，應(yīng)考慮下列問題。

3.11.2 開發(fā)工具、編程器

有沒有集成的開發(fā)環(huán)境，在支持匯編語言的同時是否支持C 語言，使用C 語言可加快你的開發(fā)進度，另外C語言的移值性也好。
你所選用的單片機有沒有編程器支持，或能否采用ISP編程。

3.11.3 開發(fā)成本

你選擇的單片機對應(yīng)的編程器、仿真器價格是否高，是否要用專用設(shè)備，比如有時單片機需要選用專用的編程器，這樣你的開發(fā)成本就高了。

3.11.4 開發(fā)人員的適用性

這也是一個很實際的問題，如果有兩種單片機都能解決問題，當然選一種你熟悉的品種。在大多數(shù)情況下大家往往優(yōu)先考慮選擇51系列的單片機。

3.11.5  技術(shù)支持和服務(wù)

可以從下面幾個方面進行考慮。
a、技術(shù)是否成熟
   經(jīng)大量使用被證明是成熟的產(chǎn)品你可以放心使用。
b、有無技術(shù)服務(wù)
   國內(nèi)有沒有代理商和相應(yīng)的技術(shù)支持，網(wǎng)站提供的資料是否豐富，包括芯片手冊，應(yīng)用指南，設(shè)計方案，范例程序等。
c、單片機的可購買性
   單片機是否可直接購買到，這是指單片機能否直接從廠家或其代理商處買到，購買的途徑是否順暢。單片機是否有足夠的供應(yīng)量，以保證所選擇的單片機能滿足產(chǎn)品的生產(chǎn)需要。
   選擇單片機，還應(yīng)注意選擇那些仍然在生產(chǎn)中的型號，已經(jīng)停產(chǎn)的單片機是不能使用的，因為它已無后續(xù)供貨能力，直接影響到產(chǎn)品的繼續(xù)生產(chǎn)和生命力。同時，也會給人以一種過時的感覺，從而影響產(chǎn)品的新穎性。
   最好還要看一下所選用的單片機是否在改進之中，顯然，對于準備推出新版本或有新版本的單片機，選擇用于應(yīng)用系統(tǒng)或產(chǎn)品具有較強的后勁。
d、產(chǎn)品價格
   這也是一個重要的因素，在其它條件相當?shù)那闆r下，當然選擇價格低的產(chǎn)品，這樣可以提高性價比。
   根據(jù)上面幾個原則對單片機進行選擇，就可以選擇最能適用于你的應(yīng)用系統(tǒng)的單片機，從而保證應(yīng)用系統(tǒng)有最高的可靠性、最優(yōu)的性價比、最長的使用壽命和最好的升級換代性。
四、單片機的分類與選型

單片機的分類方式很多，下面從程序存儲器的類型、應(yīng)用范圍、系統(tǒng)架構(gòu)三個方面進行分類。

4.1 按程序存儲器的類型分類

4.1.1 無片內(nèi)程序存儲器

這類單片機無片內(nèi)程序存儲器，必需在外部接存儲器，如Intel公司的8031。

4.1.2  MASK （掩摸）ROM

由器件生產(chǎn)廠家在設(shè)計集成電路時將程序一次性固化，價格便宜，適合程序固定不變和大批量生產(chǎn)的應(yīng)用場合。

4.1.3  OTP （一次性可編程）ROM

可一次性將程序?qū)懭雴纹瑱C，無法更改，其成本較低。適合要求有一定靈活性且低成本的應(yīng)用場合，尤其適合功能不斷翻新、需要迅速量產(chǎn)的電子產(chǎn)品。

4.1.4 紫外線可擦除EPROM

單片機表面有一透明窗口，在一定量的紫外線照射后，能將存儲器內(nèi)所有信息清除，用戶可以方便地將程序?qū)懭耄鲥e后可以用紫外線擦除后修改，適用于小批量生產(chǎn)。

4.1.5  Flash ROM

Flash ROM 也即閃速存儲器，簡稱閃存，此Flash 非那個動畫的Flash，它是一種可快速寫入和擦除的電可擦寫型存儲器，那么它和普通的電可擦寫型存儲器EEPROM 有什么區(qū)別呢？EEPROM 的電擦除是通過加一定的電壓來實現(xiàn)內(nèi)容擦除的，它的缺點是單位存儲單元的尺寸大。20世紀80年代發(fā)明了Flash ROM，用Flash 這一名稱是源于該存儲器只需單步操作即能擦除其中的所有內(nèi)容，這種存儲器只能進行整片或一個區(qū)域的刪除而不能進行單字節(jié)刪除，由此也減小了單元尺寸，方便大面積集成，因此在單片機上得到了很好的應(yīng)用。
使用閃存的單片機的程序可以反復(fù)擦寫，靈活性很強，但價格較高，適合對價格不敏感的應(yīng)用場合或做開發(fā)用途。
4.2 按應(yīng)用范圍分類

4.2.1 通用型/專用型

這是按單片機適用范圍來區(qū)分的。例如，80C51 是通用型單片機，它不是為某種專用用途設(shè)計的；專用型單片機是針對一類產(chǎn)品甚至某一個產(chǎn)品設(shè)計生產(chǎn)的，例如為了滿足電子體溫計的要求，在片內(nèi)集成ADC接口等功能的溫度測量控制電路，數(shù)碼相機中的單片機電路等。

4.2.2  控制型/家電型

這是按照單片機大致應(yīng)用的領(lǐng)域進行區(qū)分的。一般而言，工控型尋址范圍大，運算能力強；用于家電的單片機多為專用型，通常是小封裝、低價格，外圍器件和外設(shè)接口集成度高。
當然，上述分類并不是唯一的和嚴格的。例如，80C51類單片機既是通用型也可以作工控型。

4.3 按系統(tǒng)架構(gòu)分類

這種分類方法按單片機的架構(gòu)來分類，現(xiàn)對本公司擁有的產(chǎn)品進行簡單的介紹，也是近年來市場的主流芯片。

4.3.1  Atmel 51 系列

4.3.1.1  Atmel 51 單片機的主要特點
a、內(nèi)部含有Flash 存儲器，在系統(tǒng)開發(fā)過程中很容易修改程序，可以大大縮短了系統(tǒng)的開發(fā)時間；
b、與MCS-51系列單片機引腳兼容，可以直接進行代換；
c、AT89 系列并不對80C31 的簡單繼承，功能進一步增強；
d、擁有看門狗功能，即當單片機受外界電磁場的干擾，造成程序跑飛，而陷入死循環(huán)，單片機無法正常工作時，看門狗產(chǎn)生復(fù)位信號給單片機，使程序重新回到起點。避免整個系統(tǒng)陷入停滯狀態(tài)，發(fā)生不可預(yù)料的后果。
4.3.1.2  Atmel 51 單片機的主要參數(shù)
a、主振頻率：12～33MHz
b、工作電壓：2.7～6.0V
c、I/O 口線：最多32個
d、串行口：1個
4.3.1.3  Atmel 51單片機選型表 (詳見附件)

完整的pdf格式文檔51黑下載地址（共13頁）：

單片機選型指南.pdf (667.1 KB, 下載次數(shù): 142)

ID:347467 · 發(fā)表于 2018-8-13 15:08

值得好好拜讀

ID:233325 · 發(fā)表于 2018-8-14 11:55

謝謝分享，下來看看

ID:388795 · 發(fā)表于 2018-8-22 10:15

黑幣不夠啊，請問如何充錢進去，我想看這本書哦

ID:150693 · 發(fā)表于 2018-8-23 04:17

謝謝樓主的分享

ID:161597 · 發(fā)表于 2019-3-2 10:11

正好需要，下載試試看

ID:508410 · 發(fā)表于 2019-4-10 16:13

想學(xué)習(xí)

ID:155541 · 發(fā)表于 2020-2-14 15:39

沒用，選型用不到這個，只需要一張選型表

ID:155541 · 發(fā)表于 2020-2-14 15:40

哪位大神知道C8051系列的選型表在哪查？

ID:686739 · 發(fā)表于 2020-2-14 21:52

謝謝分享

ID:298008 · 發(fā)表于 2020-3-1 21:11

謝謝樓主分享！！！

ID:681211 · 發(fā)表于 2020-3-17 14:41

好東西，收藏一下，需要時來找！

ID:606233 · 發(fā)表于 2020-6-15 21:17

謝謝分享，下來看看.

ID:780747 · 發(fā)表于 2020-6-16 10:34

感謝樓主分項

ID:780934 · 發(fā)表于 2020-6-16 13:15

好東西

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