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51与PIC单片机的区别与发展李莉-20126458摘要：单片机是把计算机的功能集成在一块超大规模集成电路上的计算机,国外叫微控制器。由于它具有体积小、价格便宜、控制功能强等一系列优点,所以特别适合制成各种各样性能价格比高的微机应用产品，新型的单片机可用作局部终端和网络相连,其应用范围将更加广泛。本文主要就51系列单片机与PIC系列单片机进行分析。一、单片机的发展历史单片机的概述：单片机将计算机的基本部件微型化并集成到一块芯片上，通常芯片会含有以下几个模块：CPU、ROM、RAM并行I/O口、串行口、定时/计数器、中断控制系统、系统时钟以及系统总线等。目前单片机的发展史众说纷纭，但本着单片机的本质构成便不难发现，单片机的每一次突破性发展，即在上述计算机微型的模块中取得了突破性的进展。所以可初步将单片机分为以下几个阶段。需要注意的是，有些型号的单片机产生于某一阶段，但由于功能与性价非常经典，直至、单片机的发展已经一日千里的今天，那些芯片仍然大量出场并应用于生产生活当中去。由此可见，单片机的历史的划分在各人心中是不同的1.第一阶段（1974年——1976年）：单片机初级阶段。因工艺限制，单片机采用双片的形式且功能简单。其中最成功的是INTEL的8031，此时的SCM单片机都是8位或4位的。2.第二阶段（1976年——1978年）：SCM低性能单片机阶段。以Intel公司制造的MCS-48单片机作为代表，它来自于之前的8031单片机，集成了8位CPU、并行I/O接口、8位定时器/计数器、RAM、ROM，但无串口，中断处理比较简单，片内RAM和ROM容量比较小。3.第三阶段（1978年——1982年）：MCU高性能单片机阶段。典型代表有Intel公司制造的MCS-51系列单片机、Motorola公司的6801和Zilog公司的Z8等。带有串口、多级中断系统、16位定时器/计数器、片内ROM和RAM容量较之前加大，寻址范围可达64KB。4.第四阶段（1982年——现在）：8位单片机的巩固发展，16位单片机、32位单片机的推出阶段。本阶段的特征是一方面发展16位、32位单片机及专业型单片机；专用单片机的发展自然形成了SoC化趋势。另一方面不断完善高档的8位单片机，以满足不同客户的需求。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。二、单片机的主流生产厂家与系列单片机作为当今世界第一大电子产品，生产厂家十分的繁多且迥异。主要厂家有Motorola、.Microchip、Scenix、.NEC、.东芝、Epson、.Intel8051、8031、.Zilog、STC、三星、凌阳、华帮、SST等大型公司。篇幅关系，本文选择Motorola、Microchip与Zilog厂商进行简单介绍。1.Motorola是世界上最大的单片机厂商。品种全、选择余地大、新产品多是其特点，目前仍是单片机的首选牌品。Motorola单片机特点之一是在同样速度下高频噪声低，抗干扰能力强,更适合用于工控领域及恶劣的环境。2.Microship单片机是市场份额增长最快的单片机。它的主要产品是16C系列8位单片机，运行速度快，且以低价位著称。Microship强调节约成本的最优化设计，适于用量大、档次低、价格敏感的产品。3.Zilog单片机Z8单片机是Zilog公司的产品，有较强的中断处理能力。Z8单片机以低价位的优势面向低端应用三、51系列与PIC系列的特点与区别市场上有很多单片机的系列与型号，就结构、功能以及性价比和应用范围上来说，更是千差万别，本文主要就市场上主流已久很多高校都在学习的并十分经典的51系列单片机，和发展势头正猛的本专业正在学习的PIC系列单片机进行比较说明。1.51系列单片机的特点51系列单片机是对所有兼容Intel8031指令系统的单片机的统称。其始祖是Intel的8031单片机。当Intel开放51系列核心技术后，一些世界著名的厂商如Philips、Dallas、Siemens、Atmel、华邦、LG等纷纷购买51系列的核心专利技术。并不断的深入优化，以51系列的8051为基本结构，进行开发拓展，结合了自己公司的强项与发展方向，不断推出各具特色，功能各异的优秀单片机。这些源于8051的单片机即为51系列。也就是目前世界范围内应用最广的单片机系列。它们以8051为蓝本，不断的扩充与完善，形成一个庞大的51体系。到现在仍然在进行不断的推陈出新，在8位机的世界里，51系列无疑是王者地位，它满足各种功能需要与价位选择，其优良的性能与令人欣慰的性价比是其独占鳌头的关键。那么51系列单片机的基本优点都有哪些呢？1)位处理器51系列的单片机内部硬件与软件拥有完整的位操作系统。它可以直接对位进行操作，相比于字节操作要简单许多。可以对特定的位进行处理，比如可以置位、清零等。最重要的是，它可以进行位的逻辑运算，功能十分的清晰。上手简单。它的RAM区间内有特殊的地址区间，可以对位和字节进行处理，当进行复杂的程序时，标志位的处理只需要一条简简单单的指令即可完成，十分的简单明了，对于编程者来说，这大大的降低了编程的繁琐性，也增加程序的可读性。2)乘法与除法指令51系列单片机具有大部分8位机不具备的功能，那就是乘除法指令。用汇编语言只要一句即可，8x8位存入16位空间，8除8位依然是8位。精度上基本可以满足需要。除此之外，基于此上的二进制——十进制码转换也十分的方便。在其他单片机上，乘除法与转码大多数都有调用子程序，十分的麻烦。51系列的语言指令也是一大亮点。3)简单的I/O接口51系列的I/O接口的设置简单使用方便。输入时仅需置高电平，输出时则高、低电平均可。一些简装的51系列单片机引脚均为20脚，不光体积上面占尽优势，更是价格十分的低廉。4)双数指针更快捷在51系列中，数据指针软硬件之间的使者。片内的累加器与片外的数据存储器数据交换何其频繁，尤其是大块数据的转运与比较，指针的工作十分繁重，它需要不断的堆栈弹栈以进行现场保护和还原。这使得编程变得十分复杂，运行速度也被数据拖慢。但是双指针则非常有效的改善了这一弊端。两个指针各司其职，互不干扰。运行速度大大的增加。尽管51系列霸占市场多年，但随着工业需求的日益增长，51系列的某些特点已然跟不上时代的步伐，仍是需要改进与拓展的。1)I/O驱动能力弱上面谈到I/O接口设置和使用很简单，低电平情况下的电流略大，具有驱动的能力；但是作为高电平时，电流基本上是由脚的上拉电流形成的，没有什么驱动的能力。2)芯片内部没有RC振荡如果要芯片正常的工作，外部必须加振荡源，如晶振、pll振荡等。一些典型的51系列单片机：ATMEL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.PHLIPIS51LPC系列单片机：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.TI公司单片机：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。2.PIC系列单片机的特点PIC系列是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.PIC不搞单纯的功能堆积，而是从实际出发，重视产品的性能与价格比，靠发展多种型号来满足不同层次的应用要求。就实际而言，不同的应用对单片机功能和资源的需求也是不同的。PIC系列从低到高有几十个型号，可以满足各种需要。其中，PIC12C508单片机仅有8个引脚，是世界上最小的单片机。1)精简指令使其执行效率大为提高。PIC系列8位CMOS单片机具有独特的RISC结构，数据总线和指令总线分离的哈佛总线（结构，使指令具有单字长的特性，且允许指令码的位数可多于8位的数据位数，这与传统的采用CISC结构的8位单片机相比，可以达到2:1的代码压缩，速度提高4倍2)产品上市零等待。采用PIC的低价一次性烧写芯片，可使单片机在其应用程序开发完成后立刻完成结合，使该产品上市时间没有拖延。3)PIC有优越开发环境。OTP单片机开发系统的实时性是一个重要的指标，PIC在推出一款新型号的同时推出相应的仿真芯片，所有的开发系统由专用的仿真芯片支持，实时性非常好。没有出现过仿真结果与实际运行结果不同的情况。4)彻底的保密性。PIC以保密熔丝来保护代码，用户在烧入代码后熔断熔丝，别人再也无法读出，除非恢复熔丝。目前，PIC采用熔丝深埋工艺，恢复熔丝的可能性极小。3.51系列与PIC系列的对比1)总线结构MCS-51单片机的总线结构是冯-诺依曼型,计算机在同一个存储空间取指令和数据,两者不能同时进行;而PIC单片机的总线结构是哈佛结构,指令和数据空间是完全分开的,一个用于指令,一个用于数据,由于可以对程序和数据同时进行访问,所以提高了数据吞吐率。正因为在PIC单片机中采用了哈佛双总线结构，所以与常见的微控制器不同的一点是：程序和数据总线可以采用不同的宽度。数据总线都是8位的，但指令总线位数分别位12、14、16位。2)流水线结构MCS-51单片机的取指和执行采用单指令流水线结构,即取一条指令,执行完后再取下一条指令;而PIC的取指和执行采用双指令流水线结构,当一条指令被执行时,允许下一条指令同时被取出,这样就实现了单周期指令。3)寄存器组PIC单片机的所有寄存器,包括I/O口,定时器和程序计数器等都采用RAM结构形式,而且都只需要一个指令周期就可以完成访问和操作;而MCS-51单片机需要两个或两个以上的周期才能改变寄存器的内容。4)运行速度以上三个原因以及二者的晶振周期不同，使得PIC系列单片机的速度远大于原51系列。但新的51单片机，如STC公司的一些51系列，类似于AVR单片机，运行速度是很快的。5)指令集51系列是复杂指令集，而PIC是精简指令集，也在运行速度上做出贡献，但在指令集丰富程度便不如51便捷。4.汇编语言和C语言的区别汇编语言的本质就是机器码，是和机器直接对话的唯一途径，优点是逻辑直观，通过汇编语言对单片机的内部存储，I/O接口，CPU的工作都可以了解其奥秘。缺点是难以驾驭，开发时间长，对复杂程序无力。C语言是高级语言，若想对话机器要先转换成汇编语言，优点是可读性强，编程简单，通用型比较好。缺点是，往往学会了C语言但是对单片机的了解却没什么帮助。通过汇编语言与C语言的同时学习，我认为应该先学汇编语言，将单片机的硬件资源掌握透彻，再学C语言编程。C语言只是一门语言而已，在掌握了硬件之后，是非常容易上手的。四、单片机的应用。单片机应用几乎可以说是无处不在，它的智能性强于单纯的PCB板，替代了冗杂的硬件电路。利用编程使得单片机的使用多元化而且智能化。更在资源、体积、成本、维护等方面节约了大笔的资金。目前的单片机应用于关乎国计民生的各个方面，涵盖了仪器仪表、工业自动控制、家用电器、医用设备、办公自动化设备、安全监控等领域。1.单片机与传统硬件的区别传统电路设计的缺点：设计大型的控制电路时，其硬件电路非常复杂，开发周期长，消耗较大的人力、物力和财力，有些智能控制电路用传统电路设计根本无法实现，特别是直观的人机交互界面。单片机编程的优点：外围电路简单、功能十分强大、由于硬件少其质量比较可靠，智能远超传统电路，这就是单片机被广泛是使用的根本原因。现代社会，关于电路的设备仪器更新换代频繁、外观精巧、操作智能、功能强大这都是单片机嵌入应用的结果。2.单片机应用于医疗器械作为诊