1.1 51單片機介紹

51單片機是對所有兼容Intel 8031指令系統的單片機的統稱。

該系列單片機的始祖是Intel的8004單片機，后來隨著Flash rom技術的發展，8004單片機取得了長足的進展，成為應用最廣泛的8位單片機之一，其代表型號是ATMEL公司的AT89系列，它廣泛應用于工業測控系統之中。很多公司都有51系列的兼容機型推出, 51單片機是基礎入門的一個單片機，還是應用最廣泛的一種。

主要產品代表:

(1)、Intel(英特爾)的：80C31、80C51、87C51，80C32、80C52、87C52等；

(2)、ATMEL(愛特梅爾)的：89C51、89C52、89C2051，89S51（RC），89S52（RC）等；

(3)、Philips(飛利浦)、華邦、Dallas(達拉斯)、Siemens(西門子)等公司；

(4)、STC(國產宏晶)單片機：89c51、89c52、89c516、90c516等。宏晶科技是新一代增強型8位單片微型計算機標準的制定者和領導廠商。

1.2市場上的主流單片機種類

單片機是一種集成電路芯片，是采用超大規模集成電路技術把具有數據處理能力的中央處理器CPU隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統、定時器/計時器等功能（可能還包括顯示驅動電路、脈寬調制電路、模擬多路轉換器、A/D轉換器等電路）集成到一塊硅片上構成的一個小而完善的微型計算機系統，在工業控制領域的廣泛應用。

以下是目前市場上的主流單片機：

(1)、8051單片機

8051單片機最早由Intel公司推出,隨后Intel公司將80C51內核使用權，以專利互換或出讓給世界許多著名IC制造廠商，這樣80C51單片機就變成了眾多芯片制造廠商支持的大家族，統稱為80C51系列單片機。客觀事實表明，80C51已成為8位單片機的主流。

(2)、AVR單片機

AVR單片機是1997年由ATMEL（愛特梅爾）公司研發出的增強型內置Flash的RISC(Reduced Instruction Set CPU)精簡指令集高速8位單片機?？梢詮V泛應用于計算機外部設備、工業實時控制、儀器儀表、通訊設備、家用電器等各個領域。

AVR單片機最大的特點是精簡指令型單片機，執行速度，在相同的振蕩頻率下是8位MCU中最快的一種單片機。

(3)、PIC單片機

PIC單片機是Microchip(美國微芯半導體)公司的產品，它也是一種精簡指令型的單片機，指令數量比較少，中檔的PIC系列僅僅有35條指令而已，低檔的僅有33條指令。

適用于用量大，檔次低，價格敏感的產品，在辦公自動化設備，消費電子產品，電訊通信，智能儀器儀表，汽車電子，金融電子，工業控制不同領域都有廣泛的應用。

PIC最大的特點是不搞單純的功能堆積，而是從實際出發，重視產品的性能與價格比，靠發展多種型號來滿足不同層次的應用要求。PIC系列從低到高有幾十個型號，可以滿足各種需要。其中，PIC12C508單片機僅有8個引腳，是世界上最小的單片機。

(4)、MSP430

MSP430系列單片機是美國德州儀器（TI）1996年開始推向市場的一種16位超低功耗、具有精簡指令集（RISC）的混合信號處理器（Mixed Signal Processor）。

MSP430單片機稱之為混合信號處理器，是由于其針對實際應用需求，將多個不同功能的模擬電路、數字電路模塊和微處理器集成在一個芯片上，以提供“單片機”解決方案。該系列單片機多應用于需要電池供電的便攜式儀器儀表中。

MSP430系列單片機是一個16位的單片機，運算速度快，超低功耗，MSP430系列單片機的電源電壓采用的是1.8-3.6V電壓。

(5)、ARM處理器

ARM即以英國ARM（Advanced RISC Machines）公司的內核芯片作為CPU，同時附加其他外圍功能的嵌入式開發板，用以評估內核芯片的功能和研發各科技類企業的產品。

ARM是一個32位元精簡指令集(RISC)處理器架構，ARM處理器廣泛地使用在許多嵌入式系統設計。ARM處理器的特點有指令長度固定，執行效率高，低成本等。

ARM微處理器，已遍及工業控制、消費類電子產品、通信系統、網絡系統、無線系統等各類產品市場，基于ARM技術的微處理器應用約占據了32位RISC微處理器75%以上的市場份額，ARM技術正在逐步滲入到我們生活的各方面。

ARM微處理器目前包括下面幾個系列，以及其它廠商基于 ARM體系結構的處理器，除了具有ARM體系結構的共同特點以外，每一個系列的 ARM微處理器都有各自的特點和應用領域。

－ ARM7系列

－ ARM9系列

－ ARM9E系列

－ ARM10E系列

－ ARM11系列

－ Cortex系列 : Cortex系列處理器是基于ARMv7架構的，分為Cortex-M、Cortex-R和Cortex-A三類。由于應用領域的不同，基于v7架構的Cortex處理器系列所采用的技術也不相同。基于v7A的稱為“Cortex-A系列。

－ SecurCore系列

－ OptimoDE Data Engines

－ Intel的Xscale

－ Intel的StrongARM ARM11系列

1.3 FPGA與單片機區別

(1)、FPGA和單片機在概念上的區別

單片機:

單片機可以簡單理解為集成在單一芯片上的微型計算機，也有運算器、控制器、存儲器、總線及輸入輸出設備，采用也是存儲程序執行的方式，對單片機的編程就是對其中的ROM寫入程序，在加電后ROM中的程序會像計算機內存中的程序一樣得到逐條的執行。

單片機有很強的接口性能，非常適合于工業控制，因此又叫微控制器(MCU)。

FPGA:

FPGA則是操控層次更低,所以自由度更大的芯片，對FPGA的編程在編譯后是轉化為FPGA內的連線表，相當于FPGA內提供了大量的與非門、或非門、觸發器(可以用與非門形成吧)等基本數字器件，編程決定了有多少器件被使用以及它們之間的連接。只要FPGA規模夠大，這些數字器件理論上能形成一切數字系統，包括單片機甚至CPU。

FPGA是作為專用集成電路(ASIC)領域中的一種半定制電路而出現的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數有限的缺點。

(2)、FPGA和單片機在結構上的區別

單片機是一種微處理器，類似于電腦CPU的，它一般采用的是哈佛總線結構，或者馮諾依曼結構，對單片機的編程很大程度上要考慮到它的結構和各個寄存器的作用，單片機用途比較廣，一般用在控制流水線上，還有日常你看得到的東西上!

FPGA 它的結構是查找表結構，其程序不用去太考慮芯片的結構，要注意的是時序上問題，它的結構比較復雜，功能也很強大，一般應用在通信領域等比較高端的場合，目前在FPGA還算是一個新興的行業，當然它的價格也要比單片機貴得多!

單片機是一個微控制器，通過加載模塊軟件來實現某種功能，單片機是成型的芯片;FPGA是用來設計芯片的芯片。

(3)、FPGA和單片機速度上的區別

FPGA由于是硬件電路，運行速度直接取決于晶振速度，系統穩定，特別適合高速接口電路。單片機由于是單線程，哪怕是常用的M3系列流水線也是單線程執行，程序語句需要等待單片機周期才能執行。

(4)、單片機和FPGA的本質區別

FPGA和單片機的區別，本質上是軟件和硬件的區別，FPGA更偏向于硬件電路，而單片機更偏于軟件。

單片機設計屬軟件范疇;它的硬件(單片機芯片)是固定的，通過軟件編程語言描述軟件指令在硬件芯片上的執行;

FPGA設計屬硬件范疇，它的硬件(FPGA)是可編程的，是一個通過硬件描述語言在FPGA芯片上自定義集成電路的過程;

1.4 DSP和單片機區別

從實現運算的角度，單片機、ARM、DSP都可以稱之為CPU。

DSP是通用數字信號處理器，是一種獨特的微處理器，是以數字信號來處理大量信息的器件。它不僅具有可編程性，而且其實時運行速度可達每秒數以千萬條復雜指令程序，遠遠超過通用微處理器。

DSP適用于數字信號處理，例如FFT、數字濾波算法、加密算法和復雜控制算法等。

DSP實時運行速度可達每秒數以千萬條復雜指令程序。DSP器件比16位單片機單指令執行時間快8～10倍，完成一次乘加運算快16～30倍，其采用的設計是數據總線和地址總線分開，使程序和數據分別存儲在兩個分開的空間，允許取指令和執行指令完全重疊，其工作原理是接收模擬信號，轉換為0或1的數字信號，再對數字信號進行修改、刪除、強化，并在其他系統芯片中把數字數據解譯回模擬數據或實際環境格式，它的強大數據處理能力和高運行速度，是最值得稱道的兩大特色。

DSP芯片，由于它運算能力很強，速度很快，體積很小，而且采用軟件編程具有高度的靈活性，因此為從事各種復雜的應用提供了一條有效途徑。其主要應用是實時快速地實現各種數字信號處理算法。

審核編輯：湯梓紅