單片機(jī)（Single-Chip Microcomputer）是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，在工業(yè)控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。從上世紀(jì)80年代，由當(dāng)時(shí)的4位、8位單片機(jī)，發(fā)展到現(xiàn)在的300M的高速單片機(jī)。

全面對(duì)比分析51單片機(jī)、STM32單片機(jī)及PIC單片機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)

51單片機(jī)

使用最廣泛的8位單片機(jī)當(dāng)然是初學(xué)者最容易學(xué)的。最早是英特爾推出的。由于其典型的結(jié)構(gòu)和完善的總線專(zhuān)用寄存器集中管理，眾多的邏輯位運(yùn)算功能和豐富的面向控制的指令系統(tǒng)，堪稱(chēng)一代“經(jīng)典”，為以后其他單片機(jī)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

51單片機(jī)之所以變得經(jīng)典好用，原因如下:

特征:

1.從內(nèi)部硬件到軟件有一個(gè)完整的逐位操作系統(tǒng)，叫做位處理器。處理對(duì)象不是字或字節(jié)，而是位。它不僅可以處理芯片上的一些特殊功能寄存器，如傳送、置位、清除、測(cè)試，還可以進(jìn)行位的邏輯運(yùn)算。它的功能非常齊全，使用方便。

2.同時(shí)在片內(nèi)RAM段專(zhuān)門(mén)開(kāi)了一個(gè)雙功能地址段，使用起來(lái)極其靈活。這個(gè)功能無(wú)疑為用戶(hù)提供了極大的便利。

3.乘除指令，給編程帶來(lái)方便。很多8位微控制器沒(méi)有乘法功能，所以做乘法的時(shí)候編譯一個(gè)子程序調(diào)用非常不方便。

缺點(diǎn):

1.AD、EEPROM等功能需要擴(kuò)展，增加了硬件和軟件的負(fù)擔(dān)。

2.I/O引腳雖然好用，但在高電平時(shí)沒(méi)有輸出能力，這是51系列單片機(jī)最大的弱點(diǎn)。

3.運(yùn)行速度太慢，尤其是雙數(shù)據(jù)指針。如果能改進(jìn)，會(huì)給編程帶來(lái)很大的方便。

4.51保護(hù)能力很差，容易燒壞芯片。

適用范圍:目前8051和80C51廣泛應(yīng)用于教學(xué)場(chǎng)合和性能要求不高的場(chǎng)合。

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MSP430單片機(jī)

MSP430系列單片機(jī)是德州儀器1996年推出市場(chǎng)的16位超低功耗混合信號(hào)處理器。人們留下的最大亮點(diǎn)是低功耗和高速度。匯編語(yǔ)言使用靈活，尋址方法多，指令少，使用方便。主要是因?yàn)樗鼘⒃S多模擬電路、數(shù)字電路和微處理器集成在一個(gè)芯片上，提供了一個(gè)“單片”解決方案。它的迅速發(fā)展和應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大主要取決于以下幾個(gè)特點(diǎn)。

1.處理能力強(qiáng)，采用RISC結(jié)構(gòu)，尋址方式豐富(7個(gè)源操作數(shù)尋址，4個(gè)目的操作數(shù)尋址)，簡(jiǎn)潔的27條內(nèi)核指令，大量模擬指令；大量寄存器和片上數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可以參與各種運(yùn)算；還有高效的查表處理指令；處理速度快，指令周期為125ns，由8MHz晶體驅(qū)動(dòng)。這些特點(diǎn)保證了源程序可以高效編譯。

2.在運(yùn)算速度上，可以實(shí)現(xiàn)8MHz晶體驅(qū)動(dòng)的125ns指令周期。16位數(shù)據(jù)寬度、125ns指令周期和多功能硬件乘法器(可以實(shí)現(xiàn)乘法和加法)的結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理的一些算法(如FFT等)。)

3.在超低功耗方面，MSP430單片機(jī)具有超低功耗是因?yàn)樗诮档托酒娫措妷汉挽`活可控的運(yùn)行時(shí)鐘方面具有獨(dú)特的功能。電源電壓為1.8~3.6V，因此在1MHz的時(shí)鐘條件下運(yùn)行，芯片的電流會(huì)在200~400uA左右，時(shí)鐘關(guān)閉模式下的最低功耗僅為0.1uA。

缺點(diǎn):

1.個(gè)人覺(jué)得不好上手，不適合初學(xué)者，資料也少，只能去官網(wǎng)找。

2.它占用大量的指令空間，因?yàn)槭?6位單片機(jī)，程序以字為單位，有些指令實(shí)際占用6字節(jié)。雖然表面上程序簡(jiǎn)單，但是相對(duì)于pic單片機(jī)來(lái)說(shuō)占用空間很大。

適用范圍:MSP430F系列、MSP430G2系列、MSP430L09系列，廣泛應(yīng)用于低功率、超低功率工業(yè)場(chǎng)合。

TMS單片機(jī)

這里也提一下TMS系列單片機(jī)，雖然不是主流。TI推出的8位CMOSMCU有多種存儲(chǔ)模式和多種外設(shè)接口模式，適合復(fù)雜的實(shí)時(shí)控制場(chǎng)合。雖然不如STM32或者不如MSP430張揚(yáng)，但TMS370C系列單片機(jī)通過(guò)集成先進(jìn)的外圍功能模塊和各種芯片的內(nèi)存配置，提供高性?xún)r(jià)比的實(shí)時(shí)系統(tǒng)控制。同時(shí)采用高性能硅柵CMOSEPROM和EEPROM技術(shù)實(shí)現(xiàn)。低工作功耗、寬工作溫度范圍、噪聲抑制、高性能、豐富的片上外設(shè)功能的CMOS技術(shù)，使TMS370C系列單片機(jī)在汽車(chē)電子、工業(yè)電機(jī)控制、計(jì)算機(jī)、通信、消費(fèi)類(lèi)等領(lǐng)域有一定的應(yīng)用。

STM32單片機(jī)

ST廠商推出的STM32系列單片機(jī)，業(yè)內(nèi)所有朋友都知道，是一系列性?xún)r(jià)比超高的單片機(jī)，功能極其強(qiáng)大。它基于專(zhuān)為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用而設(shè)計(jì)的ARMCortex-M內(nèi)核，擁有一流的外設(shè):1μs雙通道12位ADC、4bit/sUART、18Mbit/sSPI等。在功耗和集成度方面也有不錯(cuò)的表現(xiàn)，當(dāng)然略遜于MSP430的功耗，但這并不影響工程師對(duì)它的熱情。

特征:

1.核心:ARM32位Cortex-M3CPU，最高工作頻率72MHz，1.25DMIPS/MHz，單周期乘法，硬件除法。

2.內(nèi)存:片上集成32-512KB閃存。6-64KB的SRAM內(nèi)存。

3.時(shí)鐘、復(fù)位、電源管理:2.0-3.6V電源，I/O接口驅(qū)動(dòng)電壓。POR、PDR和可編程電壓檢測(cè)器(PVD)。4-16MHz晶體振蕩器。出廠前已校準(zhǔn)嵌入式8MHzRC振蕩電路。內(nèi)部頻率為40kHz的RC振蕩電路。CPU時(shí)鐘用鎖相環(huán)。32千赫晶體振蕩器，帶RTC校準(zhǔn)。

4.調(diào)試模式:串行調(diào)試(SWD)和JTAG接口。最多112個(gè)快速I(mǎi)/O端口，最多11個(gè)定時(shí)器，最多13個(gè)通信接口是最常用的設(shè)備:STM32F103系列，STM32L1系列，STM32W系列。

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PIC單片機(jī)

PIC單片機(jī)系列是Microship的產(chǎn)品，分為基礎(chǔ)級(jí)、中級(jí)和高級(jí)三個(gè)級(jí)別。是目前市場(chǎng)份額增長(zhǎng)最快的單片機(jī)之一。CPU采用RISC結(jié)構(gòu)，分別有33、35、58條指令，是一個(gè)簡(jiǎn)化的指令集。同時(shí)采用Harvard雙總線結(jié)構(gòu)，運(yùn)行速度快。它可以并行訪問(wèn)程序內(nèi)存和數(shù)據(jù)內(nèi)存。這種指令流水線結(jié)構(gòu)在一個(gè)周期內(nèi)完成兩部分工作，一部分是執(zhí)行指令，一部分是從程序內(nèi)存中取出下一條指令，所以看起來(lái)每條指令只需要一個(gè)周期，這也是高效運(yùn)行的原因之一。另外，PIC單片機(jī)一度成為非常熱門(mén)的單片機(jī)，具有以下特點(diǎn):

特征:

1.它具有工作電壓低、功耗低、驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)的特點(diǎn)。PIC系列單片機(jī)的I/O口為雙向，輸出電路為CMOS互補(bǔ)推挽輸出電路。I/O引腳增加了方向寄存器，用于設(shè)置輸入或輸出狀態(tài)，解決了51系列I/O引腳在高電平時(shí)既是輸入狀態(tài)又是輸出狀態(tài)的問(wèn)題。

2.置1時(shí)，處于輸入狀態(tài)，無(wú)論引腳是高電平還是低電平，都處于高阻抗?fàn)顟B(tài)；當(dāng)設(shè)置為0時(shí)，它處于輸出狀態(tài)。無(wú)論引腳處于什么水平，都處于低阻狀態(tài)，具有相當(dāng)大的驅(qū)動(dòng)能力。低電平吸電流可達(dá)25mA，高電平輸出電流可達(dá)20mA。與51系列相比，這是一個(gè)很大的優(yōu)勢(shì)。

3.它可以直接驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示，外部電路簡(jiǎn)單。其A/D為10位，能滿(mǎn)足精度要求。具備在線調(diào)試和編程(ISP)功能。

缺點(diǎn):它的特殊寄存器(SFR)不像51系列那樣集中在一個(gè)固定的地址范圍(80~ffh)，而是分散在四個(gè)地址范圍。只有五個(gè)特殊寄存器PCL、status、FSR、PCLATH和INTCON同時(shí)出現(xiàn)在四個(gè)存儲(chǔ)體中，但在編程過(guò)程中，需要對(duì)特殊寄存器進(jìn)行處理，反復(fù)選擇對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)體，即STATUS寄存器STATUS的第六位(RP1)和第五位(RP0)置位或清零。數(shù)據(jù)的傳送和邏輯運(yùn)算基本上都得通過(guò)工作寄存器W(相當(dāng)于51系列的累加器A)來(lái)進(jìn)行，而51系列的還可以通過(guò)寄存器相互之間直接傳送，因而PIC單片機(jī)的瓶頸現(xiàn)象比51系列還要嚴(yán)重，這在編程中的朋友該深有體會(huì)。