智能仪器第2章微处理器的选择

第第2 2章章 微处理器的选择微处理器的选择1.基于基于8051内核的单片机内核的单片机2.基于基于ARM内核的单片机内核的单片机3.其他类型的微处理器其他类型的微处理器.DSP数字处理器数字处理器硬件系统设计首要问题掌握设计思路第第2章章 微处理器的选择微处理器的选择1.单片机指令系统有集中指令集单片机指令系统有集中指令集(CISC)和精简指令集和精简指令集(RISC),两种的区别两种的区别?指令结构?特点?单片机型号?应用?系列单片机芯片的四种基本类型及其代表型号系列单片机芯片的四种基本类型及其代表型号?说出几个基本的单片机说出几个基本的单片机型号型号?3.基于基于ARM内核的单片机的特点和应用内核的单片机的特点和应用?单片机的基本特点单片机的基本特点,类型及应用类型及应用?技术的定义、结构特点、选择与应用？说出两种典型芯片名称技术的定义、结构特点、选择与应用？说出两种典型芯片名称7.请说出以下芯片的生产厂家请说出以下芯片的生产厂家,芯片内核及技术特点芯片内核及技术特点?AT89C51 AT89M55800 AT90S8535PLPC768 LPC2200MC68HC08 MC5600 PIC12C54 PIC16C70 PIC1742 第二章要掌握的主要内容第二章要掌握的主要内容第第2章章 微处理器的选择微处理器的选择 微处理器是智能仪器的核心部件，本章介绍智能仪器中常用的几种单片机（基于 8051内核的单片机、基于ARM内核的单片机、DSP型单片机、具有专用接口的单片机）的结构特性及参数。单片机是将CPU、存储器、输入输出模块集成在一个集成电路芯片上的复杂I/O器件。单片机的种类繁多，在选择单片机时，应对单片机的结构特点有所了解。0.单片机知识的简要复习单片机知识的简要复习第第2章章 微处理器的选择微处理器的选择0.1 单片机的总线结构 目前，世界上许多公司生产单片机，有上千品种，这些单片机的区别主要是在单片机的区别主要是在CPU的字长、结构，的字长、结构，存储器的容量和种类，以及存储器的容量和种类，以及I/O功能等方面功能等方面。由于每种单片机性能有限，用户一般选用某种单片机再进行扩展。扩展的方法是以单片机为基础形成系统总线，在总线的基础上进行扩展。按照总线的形式不同单片机可以分为两类，即并行总线结构并行总线结构的单片机及其他总线其他总线结构的单片机。哪三种总线？第第2章章 微处理器的选择微处理器的选择 1.并行三总线结构的单片机 早期的单片机(8031)系统，基本采用传统的三总线结构，这种单片机系统由单片机及简单外围电路构成。该系统具有独立的数据线、地址线、控制线。在此基础上可以扩展成需要的应用系统结构。这种单片机指令功能强、可扩展性强。它可以应用于各种领域，尤其适于用于控制对象比较复杂的某些场合。如智能仪器仪表、通信产品、工业控制系统。第第2章章 微处理器的选择微处理器的选择2.其他总线结构的单片机 由于采用传统并行总线结构的单片机内部结构复杂，系统外部硬件设计优化困难，系统资源利用率较低，加上单片机应用的广泛性及多样性，带有各种总线接口的单片机不断推出。如带I2C总线的单片机，带CAN总线的单片机，带USB总线的单片机，以及带以太网接口的单片机等。I2C总线是一种由PHILIPS公司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。第第2章章 微处理器的选择微处理器的选择指令系统及指令系统及CPU架构架构 计算机结构一直是朝着逐渐复杂的方向发展，如更大的指令集、更多的寻址方式、更多的专用寄存器和更强的指令计算功能等。将具备这种发展趋势的机器称为复杂（集中）指令集计算机（Complex Instruction Set Computer，CISC）。当 CISC发展到一定程度后，一些过于复杂和深奥的指令加入到指令集反而使控制器的设计变得复杂，并占用了CPU芯片面积相当大的部分。从处理器的执行效率和开发成本两方面考虑，为了进一步提高单片机的性价比，产生了精简指令集计算机(Reduce Instruction Set Computer，RISC)。CISC的特点、代表型号、应用RISC的特点、代表型号、应用第第2章章 微处理器的选择微处理器的选择RISC指令集具有如下特点：数据线和指令线分离，即采用哈佛结构。取指令和取数据可以同时进行，且由于线宽于数据线，使其指令较同类CISC单片机指令包含更多的处理信息，执行效率 亦更快。同时，这种单片机指令多为单字节，程序存储器的空间利用率大大提高，有超小型化设计。比如：Microchip的PIC系列、2ilog的286系列、Atmel的AT90S系列、韩 KS57C系列4位单片机和台湾义隆的EM-78系列等 CISC指令集具有如下特点：数据线和指令线分时复用，即采用冯诺伊曼结构。它的指令丰富，功能强大，但取指令和取数据不能同时进行，速度受限，价格亦高。比如：Intel的8051系列、Motorola的M68HC系列、AT89系列、华邦Winbond的W78系列和荷兰Philips的P80C51系列等 第第2章章 微处理器的选择微处理器的选择 对冯.诺伊曼结构处理器，由于取指令和存取数据要从同一个存储空间存取，经由同一总线传输，因而它们无法重叠执行，只有一个完成后再进行下一个。如果采用哈佛结构处理以上同样的3条存取数指令，由于取指令和存取数据分别经由不同的存储空间和不同的总线，使得各条指令可以重叠执行，这样，也就克服了数据流传输的瓶颈，提高了运算速度。第第2章章 微处理器的选择微处理器的选择一一.基于基于 80C51内核的单片机内核的单片机 MCS-51系列单片机是20世纪80年代由美国Intel公司推出的一种8位单片机。在我国应用广泛。其片内集成并行I/O口、串行I/O口、16位定时器/计数器、RAM、ROM等。最高时钟频率为12MHz，指令系统采用CISC体系。总线结构为三总线。后来，许多厂家生产与8051指令系统兼容的单片机,系统结构均采用 CMOS工艺，因而常用 80C51系列来称呼所有具有 8051指令系统的单片机及8051内核的单片机。主要生产厂家？代表性芯片？第第2章章 微处理器的选择微处理器的选择第第2章章 微处理器的选择微处理器的选择1.基本型单片机(Atmel公司的AT89系列)Atmel公司通过技术交换取得了MCS5l单片机的内核使用权。率先把MCS51单片机的内核与其擅长的Flash ROM技术相结合，推出了AT89系列单片机。它是源于8051而又优于805l的单片机系列。Flash存储器的使用加速了单片机技术的发展，基于Flash存储器的ISPIAP(在系统可编程在现场可编程)技术，极大地改变了单片机应用系统的结构模式及开发和运行条件，是8051单片机技术发展的一次重大飞跃。AT89系列的主要特点第第2章章 微处理器的选择微处理器的选择AT89系列单片机有如下特点:(1)内部含Flash存储器 由于内含4KB以上可编程Flash存储器，具有3级程序存储器锁定,可进行1000次擦/写操作,因此在应用系统的开发过程中可以十分容易地进行程序的修改，这就大大缩短了应用系统的开发周期。(2)与80C5l引脚兼容 AT89系列单片机的引脚与80C51是一样的，所以，当用AT89系列单片机取代80C51时，可以直接进行替换。这时，不管采用40引脚还是44引脚的产品，只要用相同引脚的AT89系列单片机取代80C51的单片机即可。第第2章章 微处理器的选择微处理器的选择(3)其他技术特点特性 AT89C51/52 AT89S51/52 AT89L V51/52 AT89LS51/52 程序存储器 4 KB/8 KB 4 KB/8 KB 4 KB/8 KB 4 KB/8 KB 片内RAM 128字节/256字节 128宇节/256字节 128字节/256字节 128字节/256字节 16位定时/计数器 2/3 2/3 2/3 2/3 全双工串行口 有 有 有 有 I/O口线 32 32 32 32 中断矢量 6/8 6/8 6/8 6/8 电源电压/V 4.O6.0 4.O5.5 2.76.0 2.74.0 待机和掉电方式 有 有 有 有 WDT 无 有 无 有 SPI接口 无 有 无 无 加密位 3 3 3 3 在系统可编程 可以 可以 可以 可以 都具有三总线构架;都是40脚封装;在内部包含了4 KB以上可编程Flash程序存 储器;具有3级程序存储器锁定;可进行1 000次擦/写操作;内含128字节或256字节的数据存储器、4个8位I/O端口、2-3个定时/计数器、6-8级中断源和1个通用串行接口;工作电压为 2.7-6 V;具有待机和掉电工作方式。第第2章章 微处理器的选择微处理器的选择2.精简型单片机(Philips公司的P87LPC700系列)v是80C51改进型单片机,性能更强,兼容8051v取消三总线构架,引脚缩减到20脚甚至更少v增加了用户想要的WDT、I2C总线;其两个模拟量比较器可组成8位A/D及D/A转换器;v具有上电复位检测、欠压复位检测;保证I/O口驱动电流达到20 mA;v运行速度为标准80C51的2倍温度范围为-40-+85 C;有片内RC振荡器;本身的可靠性极好，具有低功耗特性及彻底的不可破译性。第第2章章 微处理器的选择微处理器的选择存存储器储器 I/O口口 通信口通信口 比比较较器器 A/D转换器转换器 型号型号 最小最小值值/最大值最大值 P87LPC759 1 KB/64字节 9/12 P87LPC760 1 KB/128字节 9/12 UART、FC 2路 P87LPC761 2 KB/128字节 11/14 UART、FC 3路 P87LPC762 2 KB/128字节 15/18 UART、FC 4路 P87LPC764 4 KB/128字节 15/18 UART、FC 4路 P87LPC767 4 KB/128字节 15/18 UART、FC 4路 4路，8位ADC P87LPC768 4 KB/128字节 15/18 UART、FC 4路 4路，8位ADC P87LPC769 4 KB/128字节 15/18 UART、FC 4路 4路，8位ADC 表2-3 51LPC系列单片机基本性能一览表 第第2章章 微处理器的选择微处理器的选择3.精简增强型单片机(Philips公司的P87LPC900系列)特点是无三总线构架,内部增加了许多功能部件，如LCD段驱动器、模拟比较器、12C通信端口和看门狗定时器等，其内部 Flash同时可作E2PROM使用，且内含RTC日历时钟功能等。P89LPC900系列基于6倍速的80C51兼容内核，内嵌Flash程序存储器，可实现在应用编程(ClAP)/在系统编程(ISP)和快速的2 ms页编程/擦除周期;包括512字节片内E2PROM和768字节SRAM数据存储器;包括了16位捕获/比较/PWM、3 Mb/s的SPI和400 Kb/s的FC总线、增强型DART、看门狗定时器和用户可选择的电源管理功能;带有精度为2.5%的内部振荡器。P89LPC900系列单片机基本性能如表系列单片机基本性能如表2-4所列。所列。第第2章章 微处理器的选择微处理器的选择RTC（32k）:作用是在休眠或者关机模（总之是26M不工作的模式）下提供时钟，没有32k时钟不能开机，平时手机靠电池来给32k时钟供电，如果取下电池则由Backup battery给32k供电，所以只要保证Backup battery有电，RTC就不会复位第第2章章 微处理器的选择微处理器的选择3.高档型单片机(Silicon Lab公司的C8051F000系列)Silicon Lab公司的C8051F系列单片机具有与MCS 51单片机内核指令集完全兼容的微控制器。C8051F系列单片机采用具有专利的CIP-51内核，而Silicon Lab专利与MCS-5l单片机指令系统完全兼容，运行速度高达25MIPS，除具有标准8051的数字外设部件之外，片内还集成数据采集和控制系统中常用的模拟部件和其他数字外设及功能部件。MIPS(计算机)-即Million Instructions Per Second（每秒百万条指令）C8051F系列的突出性能第第2章章 微处理器的选择微处理器的选择(1)采用CIP-51内核大力提升CISC（集中指令集）结构运行速度 Cygnal公司在保持CISC结构及指令系统不变的情况下，对指令运行实行流水作业，推出了CIP51的CPU模式。在这种模式中，废除了机器周期的概念，指令以时钟周期为运行单位。平均每个时钟可以执行完1条单周期指令，从而大大提高了指令运行速度，使8051兼容机系列进入了8位高速单片机行列。C8051F单片机在以下三个方面有突出性能。第第2章章 微处理器的选择微处理器的选择(2)I/O口从固定方式到交叉开关配置 C8051F单片机中引入了数字交叉开关，改变了以往内部功能与外部引脚的固定对应关系。交叉开关是一个大的数字开关网络，允许将内部数字系统资源分配给I/O端口引脚。可通过设置交叉开关控制寄存器将片内的定时器/计数器、串行总线、硬件中断、ADC启动输入、比较器输出以及单片机内部的其他数字信号配置到I/O端口引脚。这就允许用户根据自己的特定应用选择通用端口I/O和所需要数字资源的组合。简单地来讲，就是把单内机内部的各功能模块，譬如串口，I2C，SPI等连接到IO口的一个桥梁，至于你要把某个功能模块如UART连接到哪个IO口，你可以通过不同的桥连接到不同的IO口。第第2章章 微处理器的选择微处理器的选择(3)从系统时钟到时钟系统 C8051F提供了一个完整而先进的时钟系统。在这个系统中，片内设置有一个可编程的时钟振荡器(无须外部器件)，可提供2、4、8和16MHz时钟的编程设定。外部振荡器可选择4种方式。当程序运行时，可实现内外时钟的动态切换。编程选择的时钟输出除供片内使用外，还可从随意选择的I/O端口输出。第第2章章 微处理器的选择微处理器的选择 C8051F系列的C8051F000系列单片机是高档型单片机的代表。每种芯片都有4个8位IO端口、4个16位定时器、1个可编程增益放大器、2个12位D/A转换器、2路DAC输出；包含电压基准和温度传感器，有I2CSMBus、UART、SPI多种串行接口和32KB的Flash存储器；包含1或2个电压比较器，1个真正的1012位多通道A/D转换器，ADC最高速率达100Kb/s；片内RAM有2562304B，指令执行速度达2025MIPS，还具有JTAG调试功能；具有片内VDD监视器、WDT和时钟振荡器。工作电压为，温度范围为-45+85芯片内其他功能部件下表所示。第第2章章 微处理器的选择微处理器的选择 C8051F12X/13X系列单片机在C8051F000系列单片机的基础上扩展了芯片性能。这个系列的单片机都包含外部存储器接口、电压基准、温度传感器、I2CSMBus、SPI、2个UART、5个16位定时器和可编程计数器阵列以及2个模拟比较器。各种芯片还包含其他不相同的功能部件，如表2-4（2-6）所示。第第2章章 微处理器的选择微处理器的选择二二 基于基于ARM内核的单片机内核的单片机 ARM（Advanced RISC Machines）公司是英国的著名半导体设计公司，ARM公司设计的ARM结构是基于精简指令集计算机(RISC)原理而设计的。指令集和相关的译码机制比复杂指令集计算机要简单得多。ARM公司设计的32位处理器，以内核耗电少、成本低、功能强、特有16/32位双指令集，使ARM芯片具有高性能、廉价、低耗能的特征，广泛应用于嵌入式控制、消费、教育类多媒体、DSP和移动式系统。第第2章章 微处理器的选择微处理器的选择ARM处理器核当前有6个系列产品：ARM7、ARM9、ARM9E、ARM10E、SecurCore 以及最新的ARM11系列。市场上ARM7和ARM9E比较常见，下面对ARM7进行简单介绍。1.AT91系列ARM芯片 Atmel公司的AT91系列微控制器是基于ARM7TDMI嵌入式微处理器的1632位微控制器，它是目前国内市场应用最广泛的ARM芯片之一。AT91系列微控制器定位在低功耗和实时控制应用领域，已成功地应用在工业自动化控制、MP3WMA播放器、数据采集产品、医疗设备、GPS和网络系统产品中。（GPRS模块）模块）AT89系列的ARM主要特点第第2章章 微处理器的选择微处理器的选择AT91系列微控制器具有下列特点：v ARM7TDMI及以上32位RSIC微处理器核；v 内置SRAM、ROM和Flash存储器；v 丰富的片内外围设备；v 10位ADCDAC；v 功耗低于其他公司同类产品；v 先进的电源管理提供空闲模式及外围禁止；v 快速、先进的向量中断控制器；v 段寄存器提供分离的栈和中断模式调用返回。第第2章章 微处理器的选择微处理器的选择第第2章章 微处理器的选择微处理器的选择2.LPC2100系列ARM芯片 Philips公司的LPC2100系列芯片基于一个支持实时仿真和跟踪的16/32位ARM7TDMI-S CPU，并带有128/256KB的高速Flash存储器。128位宽度的存储器接口和独特的加速结构使32位代码能够在最大时钟速率下运行。对代码规模有严格控制的应用，可使用16位Thumb模式将代码规模降低超过30%，而性能的损失却很小。第第2章章 微处理器的选择微处理器的选择 由于LPC2100系列采用非常小的64脚封装、极低的功耗、多个32位定时器、4路10位ADC、PWM输出以及多达9个外部中断，使得它们特别适用于工业控制、医疗系统、访问控制和电子收款机(POS)等应用领域。由于内置了宽范围的串行通信接口，它们也非常适合于通信网关、协议转换器、嵌入式软件调制解调器以及其他各种类型的应用。后续的器件还将提供以太网、以及USB功能。LPC2100系列的主要特点第第2章章 微处理器的选择微处理器的选择主要特性：v16/32位ARM7TDMIS核，超小LQFP和HVQFN封装；v16/32/64KB片内SRAM；v128/256KB片内Flash程序存储器；v128位宽度接口/加速器可实现高达60MHz工作频率；v通过片内boot装载程序实现在系统编程(ISP)和在应用编程(IAP)；第第2章章 微处理器的选择微处理器的选择vEmbedded ICE可实现断点和观察点；v嵌入式跟踪宏单元(ETM)支持对执行代码进行无干扰的高速实时跟踪；v10位A/D转换器，转换时间低至；vCAN接口，带有先进的验收滤波器；v多个串行接口，包括2个16C550工业标准UART、高速I2C接口(400kHz)和2个SPI接口。第第2章章 微处理器的选择微处理器的选择第第2章章 微处理器的选择微处理器的选择3.EP系列的ARM芯片 Cirrus Logic公司带ARM核的EP系列芯片主要应用于手持计算、个人数字音频播放器 和Internet电器设备等领域。其主要产品有EP7211/7212、EP7312、EP7309、EP9312和 CL-PS7500FE等。EP7211为高性能、超低功耗应用设计，有208条引脚的LQFP封装，具体 应用有PDA、2通道寻呼机、智能蜂窝电话和工业手持信息电器。器件围绕ARM720T处理器核设置，有8 KB的4路组相联的统一Cache和写缓冲，含增强型存储器控制单元(MMU)，支持微软公司的Windows CEo EP7211产品特性如下:主要产品、应用范围、特点？第第2章章 微处理器的选择微处理器的选择 2.5 V下动态可编程时钟速率为18 MHz、36 MHz、49 MHz和74 MHz;AR孔1720T处理器核，性能可与基于100 MHz的Intel奔腾CPU相媲美;插座和寄存器与CL-PS7111兼容;超低功耗，LCD控制器和DRAM控制器;ROM/SRAM/Flash存储器控制;37.5 KB片上SRAM，用于快速程序执行或作为帧缓冲;片上ROM，用于支持制造引导;2个UART06550型)、4个同步串行接口、27个通 用I/O和2个定时/计数器;SIR(速率高达115 Kb/s)红外编码;PWM接口，支持2个超低功耗CL-PS6700 PC卡控制器，支持全TAG边界扫描和 嵌入式ICE。第第2章章 微处理器的选择微处理器的选择4.ARM芯片的选择 ARM核心：ARM720T以上及ARM9，带有内存管理单元，支持嵌入式操作系统，如Windows CE、大多数的Linux等。ARM7TDMI不带内存管理单元，只有少数uClinux不需要内存管理单元支持。系统时钟：系统时钟决定芯片的处理速度，ARM7的速度一般为20133MHz，ARM9时钟频率一般为100233MHz。如何选择？选择思路？第第2章章 微处理器的选择微处理器的选择 内部存储器容量：当系统存储器容量不大时可以采用内置存储器ARM芯片。I/O接口功能包括是否带有USB接口，LCD微控制器以及数模、模数转换等接口。总线扩展及总线接口：不同的ARM芯片扩展能力不同，外部数据总线宽度也不相同，部分ARM芯片没有外部总线扩展能力。DSP处理能力：为了增加科学计算功能及多媒体功能，ARM芯片又增加了DSP内核，以满足不同要求。第第2章章 微处理器的选择微处理器的选择三三 其它类型的微处理器其它类型的微处理器 主要有：Motorola的单片机、Microchip的PIC单片机、Atmel的AVR系列单片机、TIC德州半导体)的MSP430系列单片 机和台湾凌阳的16位单片机等。1 Atmel公司的公司的AVR系列单片机系列单片机 AVR系列单片机是Atmel公司1997年推出的产品。它全新配置了精简指令集(RISC)，速度快，大多数指令仅用1个时钟周期，比51系列单片机单周期指令快12倍;片内程序存储器采用Flash存储器，程序保密性高，能有效地防止非法窃取;能支持C语言编程;采用 CMOS生产工艺，功耗低，3 V电源、工作下一般只需几mA电流;还拥有多种低功耗方式，在掉 电方式下，工作电流小于1A。AVR单片机已形成系列产品，其中ATti町、AT90及ATmega分别为低、中、高档产品。根据用户的不同需要，现已推出了30多种型号，引脚为8-64脚，价格从几元到上百元人民 币，内部配置也大不相同，但其基本结构和编程方法一样。结构特点和应用？第第2章章 微处理器的选择微处理器的选择 AVR主流产品是AT90S8535单片机。AT90S8535单片机是AVR单片机中内部接口丰 富、功能比较全、性价比高的品种。其主要功能特点如下:片内有4 KB的Flash程序存储器、512字节的SRAM和512字节的E2pROM;32个I/O口，方向可定义，输出口的驱动能力强，输入口可以三态输入，也可带内部上 拉电阻;有2个8位和1个16位的定时/计数器;有看门狗定时器，便于程序抗干扰，能自动复位并重新启动;有模拟比较器，便于发现输入模拟电压的变化;有8路10位ADC，可直接输入模拟电压信号;有2路10位和1路8位的PWM脉宽调制输出，可作为D/A转换器;有DART异步串行接口，便于实现RS-232C和RS-485通信接口;有SPI同步串行接口;有独立振荡器的实时时钟，在节电模式的低功耗方式下，时钟正常工作;有16种中断源，且都有一个独立的中断向量作相应的中断入口地址;工作电压范围宽(2.7-6.0 V)，抗电源波动能力强。第第2章章 微处理器的选择微处理器的选择2 TI公司的公司的MSP430系列单片机系列单片机 MSP430系列单片机是TI公司最近推出的超低功耗、功能集成度高的16位 单片机，特别适用于功率消耗要求较低的场合，广泛应用于自动信号采集系统、液晶显示的智 能化仪器智能检测与控制系统、医疗与运动设备、家用电器和保安系统等领域。MSP430系列 单片机由CPU、程序存储器、数据存储器、外围模块、振荡器/系统时钟模块和控制电路组成，采用存储器一存储器结构，对存储器进行统一编址，利用公共存储器空间对系统全部功能模 块进行寻址。结构特点和应用？第第2章章 微处理器的选择微处理器的选择v具有16位超低功耗体系结构，芯片电流极小，外围功能强大;v有丰富的寻址方式，采用精简指令集，只有27条核心指令，使其具有灵活强大的处理 能力;v外围模块丰富，拥有硬件乘法器、多个具有中断能力的I/O接口、WDT、多种定时器和 PWM功能、通用串行同步/异步通信模块USART、斜边A/D转换和片内可编程振荡 器等模块;v具有功能强大、易于使用的高效灵活的开发方式;v丰富的存储器形式，提供掩膜型、EPROM型等多种存储器和64 KB存储器空间;适应工业级运行环境，能在一40-85 C的温度范围内正常工作 v具体几种型号及性能见书上表具体几种型号及性能见书上表2-8MSP430系列单片机的主要特点系列单片机的主要特点 第第2章章 微处理器的选择微处理器的选择 Motorola的单片机通常由中央处理单元(CPU)、ROM/RAM/EPROM/E2 PROM/OTPROM/Flash ROM存储器、并行I/O口、定时/计数器和振荡器构成。MC68HC05和MC68HC08是应用最广泛的两个典型系列。公司的公司的MC68系列单片机系列单片机 MC68HC05系列单片机采用HCMOS工 艺制造，功耗低，速度快，存储器采用统一编址，是一种高性能、低功耗的8位单片机。该系列 单片机主要由8位CPU、64-920字节RAM、O.9字节-32 KB ROM和各种I/O功能端口组 成。应用:家用电器、仪器仪表、工业控制、玩具、汽车、交通及计算机外围设备 第第2章章 微处理器的选择微处理器的选择 MC68HC08系列单片机采用工艺制造，速度更快，CPU内部总线频率可达8 MHz，并具有低价格、高性能、低功耗等优点，还有多种专用型号的单片机。因此在变频控制、模糊控制、电话通信、家用电器和汽车控制等方面 有很广泛的应用。主要特性如下主要特性如下:与MC68日C05系列单片机的目标码完全兼容;64 KB程序/数据存储空间;8 MHz CPU内部总线频率;16种寻址方式;可扩展的内部总线定义，用于寻址超过64 KB的地址空间;用于指令操作的16位变址寄存器、16位堆核指针和相应的钱操作指令;不使用累加器的存储器之间的数据移动，BCD码指令进一步增强;快速8位乘法和16位除法指令;内部总线灵活多变可适应的CPU增强外设(如DMA控制器);完全的静态低电压/低功耗设计。第第2章章 微处理器的选择微处理器的选择v采用精简指令集计算机RISC和哈佛双总线、两级指令流水线结构的高性价比的8位微处理器，其高速(指令最快160 ns)、低电压(最低 可达3 V)、低功耗(在3 V，32 kHz时为15A)、I/O口驱动能力强(灌电流可达25 mA)、一次 性编程OTP、芯片的价格低、体积小(8引脚)、指令简单和易学易用等特点，体现了单片机工 业发展的新趋势。vPIC系列单片机在办公自动化设备、消费电子产品、通信、智能仪器仪表、汽 车电子、金融电子和工业控制等不同领域都有广泛应用。公司的公司的PIC系列单片机系列单片机 第第2章章 微处理器的选择微处理器的选择基础级基础级8位位PIC系列系列 主要特点:高性能、低价格、低功耗、小体积，有可满足多方面要求的现场可编程EPROM。系列型号 引脚 I/O(EPROM/OTP)/i主 ROM/位 RAM/位 PIC16C52 18 12 384X 12 25X8 PIC16C54 18 12 512X12 25X8 PIC16C55 28 20 512 X 12 24X8 PIC16C56 18 12 lKX12 25X8 PIC16C57 28 20 2KX12 72X8 PIC16C58 18 12 2KX 12 73X8 PIC16CR54 512 X 12 25X8 PIC16CR57 2KX 12 72X8 PIC16CR58 2KX12 73X8 PIC12C508 512 X 12 25X8 PIC12C509 lKX12 41 X8 第第2章章 微处理器的选择微处理器的选择中档中档8位位PIC系列系列 提 供8-68引脚的各种封装，采用16位字长的指令系统，时钟频率可以从直流到20 MHz，指令 周期为200 ns，具有内部和外部中断处理功能和8级硬件堆钱。该级产品其性能很高，内部带 有AID变换器、E2pROM、比较器输出、PWM输出及FC和SPI等接口，适用于各种高、中、低 档的电子产品。系列型号 引脚 I/O(EPROM/OTP)/立 ROM/立 RAM/位:PIC16C61 18 13 lKX 14 36X8 PIC16C62/63 28 22 2K/4KX14 128/192 X 8 PIC16C64/65 40 33 2K/4KX 14 128/192 X 8 PIC16CR62/64 18/28 12/20 2KX 14 128 X 8 PIC部分型号及性能第第2章章 微处理器的选择微处理器的选择高档高档8位位PIC系列系列 该系列的单片机有PIC17CXX，采用16位字长的指令系统，速度快，时钟频率可以从直流 到25 MHz，一个指令周期(160 TIs)可以完成8X8二进制位乘法运算，具有增强指令集和功能 强大的矢量中断处理能力以及丰富的I/O控制功能，包括复杂的定时器、嵌入式模/数转换 器、扩展指令/数据存储器、处理器间的通信(FC、SPI、USART)和ROM、RAM、EPROM、E2 PROM以及可外接扩展EPROM和RAM，适用于高速数字运算的应用场合，可取代某些DSP 产品。高档8位PIC单片机系列是目前8位单片机中性能最高的机种之一，很适用于高、中档 的电子设备。系列型号 引脚 I/O CEPROM/OTP)/立 RAM/主 PIC17C42 40 33 2KX16 232 X 8 PIC17C43 30 33 4KX16 454 X 8 PIC17C44 40 33 8Kx 16 454 X 8 第第2章章 微处理器的选择微处理器的选择 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。第第2章章 微处理器的选择微处理器的选择四.DSP数字处理器 数字信号处理器DSP(Digital Signal Processing)是一种特别适合于进行数字信号运算、处理的微处理器，数字信号处理是以数字形式对信号进行采集、变换、滤波、估值、增强、压缩和识别等处理，以得到符合人们需要的信号形式。其主要应用是能够实时快速地实现各种数字信号处理算法。DSP芯片的内部采用程序和数据分开的哈佛结构，具有专门的硬件乘法器，广泛采用流水线操作，提供特殊的DSP指令，可以用来快速地实现各种数字信号处理算法。DSP处理器是专门设计用来进行高速数字信号处理的微处理器。处理器是专门设计用来进行高速数字信号处理的微处理器。结构特点和应用，如何选择？第第2章章 微处理器的选择微处理器的选择DSP处理器的主要结构特点：(1)哈佛结构:以奔腾CPU为代表的通用微处理器，其程序代码和数据共用一个公共存储器空间和单一地址与数据总线，这样的结构称为冯诺依曼结构;而DSP处理器采用 哈佛结构，它将程序代码和数据的存储空间分开，分别有自己的地址总线和数据总线。采用哈 佛结构的DSP可以并行地进行指令和数据的处理，从而可以大大提高运算速度。(2)流水技术流水技术:计算机在执行一条指令时，总要经过取指、译码、取数和执行运算等步骤，需要若干个指令周期才能完成。流水技术是将各指令的各个步骤重叠起来执行，而不是一条 指令执行完成之后才执行下一条指令;也就是第一条指令取指令后，在进行译码时开始对第二 条指令取指;在第一条指令取数时，同时又对第二条指令译码和第三条指令取指，.，依次类 推。使用流水技术后，大大提高了指令执行的效率。DSP处理器所采取的哈佛结构为采用流 水技术提供了很大的方便。第第2章章 微处理器的选择微处理器的选择(3)独立的直接存储器访问独立的直接存储器访问(DMA)总线及控制器总线及控制器:数据要高速处理，必须有高速的数据 访问与传输。DSP处理器为DMA单独设置了完全独立的总线和控制器，其目的是在进行数 据传输时不受CPU及相关总线的影响。即便如此，在面对越来越高的实时处理的应用要求 时于单个DSP处理器也还达不到实际要求，需要将多个DSP处理器串行或并行或串/并兼用 来组成DSP处理阵列，以提高系统的处理能力。因此，DMA就成了多DSP之间进行数据传 输的主要通道。目前，有的DSP的DMA通道多达64个。(4)数据地址发生器数据地址发生器(DAG):在DSP处理器中，设置了专门的数据地址发生器来产生所 需要的数据地址。数据地址的产生与CPU的工作是并行的，从而节省了CPU的时间，提高 了信号处理速度。(5)定点定点DSP处理器与浮点处理器与浮点DSP处理器处理器:定点DSP处理器是数据格式用整数和小数表 示。目前除少数DSP处理器采用20位、24位或32位格式外，大多数定点DSP处理器采用 16位数据格式。定点DSP处理器功耗低，价格低，应用普遍。数据的浮点格式用指数和尾数的形式表示，其动态范围比用小数形式的定点格式要大得 多。为了保证底数的精度，浮点DSP处理器的数据格式一般采用32位。与定点DSP处理器 相比，浮点DSP处理器的速度更快，尤其是作浮点运算。在实时性要求高的场合，一般会考虑 采用浮点DSP处理器。(6)丰富的外设资源丰富的外设资源:DSP处理器的外设主要包括时钟发生器、定时器、软件可编程等待 状态发生器、通用I/O、同步串口(SSP)与异步串口(ASP)、主机接口(HIP)和TAG边界扫描 逻辑电路等。第第2章章 微处理器的选择微处理器的选择DSP处理器的选择时的注意因素处理器的选择时的注意因素:(1)运算速度运算速度(2)价格价格:(3)硬件资源硬件资源:(4)运算精度运算精度:一般的定点一般的定点DSP芯片的字长为芯片的字长为16位，如位，如TMS320系列。但有的公司的定点系列。但有的公司的定点 芯片为芯片为24位，如位，如Motorola公司的公司的MC56001等。浮点芯片的字长一般为等。浮点芯片的字长一般为32位，累加器为位，累加器为40位。位。(5)开发工具开发工具:(6)功耗功耗:便携式的便携式的DSP设备、手持式设备、手持式DSP设备和野外应设备和野外应用的用的DSP设备等都对功耗有特设备等都对功耗有特 殊的要求。目前，殊的要求。目前，3.3 V供电的低功耗、高速供电的低功耗、高速DSP芯片己大量使用。芯片己大量使用。(7)其他其他:除了上述因素外，选择除了上述因素外，选择DSP芯片还应考虑到封芯片还应考虑到封装的形式、质量标准、供货情况装的形式、质量标准、供货情况 和生命周期等。和生命周期等。第第2章章 微处理器的选择微处理器的选择DSP技术的应用技术的应用(1)语音处理:如语音编码、语音合成、语音识别、语音增强、说话人辨认与确认、语音邮件 和语音存储等。(2)图形/图像处理:如二维和三维图形处理、图像压缩与传输、图像增强、动画和机器人 视觉等。(3)自动控制:如引擎控制、声控、元人自动驾驶、机器人控制和磁盘控制等。(4)通信技术:如调制/解调器、自适应均衡、数据加密、数据压缩、回波抵消、多路复用、传 真、扩频通信、纠错编码和可视电话等。(5)信号处理:如数字滤波、自适应滤波、快速傅里叶变换、相关运算、频谱分析、卷积、模 式匹配、加窗和波形产生等。(6)医疗:如助听器、超声设备、诊断工具和病人监护等。(7)家用电器:如高保真音响、音乐合成、音调控制、玩具与游戏和数字电话/电视等。