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單片機選型的18條基本原則

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單片機選型的18條基本原則
單片機選型的18條基本原則

0、前言

單片機選型的18條基本原則

單片機選型是一件重要而費心的事情,如果單片機型号選擇合适,單片機應用系統經濟性,可靠性較高;否則易造成經費高,系統性能到不到要求。是以掌握并正确運用單片機選型原則,選擇出最能适用于應用系統的單片機,保證單片機應用系統有最高的可靠性,最優的性能價格比,最長的使用壽命和最好的更新換代的方案。

單片機選型的18條基本原則

1、需求調研

單片機選型的18條基本原則

選型前,首先對自己的需求有所了解,清楚自己需要哪些功能。具體便是确定電路闆具有的硬體功能,如CAN、RS232、RS485、網口、USB通訊等,具體數量的IO口,具體類型的序列槽屏、LCD屏,闆載FLASH,SD,音頻輸出等。

單片機選型的18條基本原則

2、性能

單片機選型的18條基本原則

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,即設計的對象是什麼,要完成什麼樣的 任務,再根據設計任務的複雜程度來決定選擇什麼樣的單片機。

在單片機的性能上有很多要考慮的因素,比如中斷源的數量和優先級、工作溫度範圍、有沒有低電壓檢測功能、單片機内部有無時鐘振蕩器、有無上電複位功能等等

單片機選型的18條基本原則

3、存儲器

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單片機的存儲器可分為程式存儲器(ROM)和資料存儲器(RAM)。

程式存儲器是專門用來存放程式和常數的,有MASK (掩模)ROM、OTPROM、EPROM、FlashROM 等類型。掩模這種形式的程式存儲器适用成熟的和大批量生産的産品,如使用到彩色電視機等家電産品中的單片機就采用這種方式,隻要使用者把應用程式代碼交給半導體制造廠家,在生産相應的單片機時将程式固化到晶片中,這種晶片一旦生産出來,程式就無法改變了。

采用EPROM 的單片機具有可以靈活修改程式的優點,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階段,推薦使用Flash 單片機,它有電寫入、電擦除的優點,使得修改程式很友善,可以提高開發速度。對于初具規模的産品可選用OTP 單片機,它不但能免去較長的産品掩模時間,加快産品的上市時間,而且友善程式的修改,能夠對産品進行及時的調整和更新。

程式存儲器的容量可根據程式的大小确定。對于8位單片機片内程式存儲器的最大容量能達到64KB,不夠時還可以擴充。選用時程式存儲器的容量隻要夠用就行了,不然會增加成本。

資料存儲器是程式在運作中存放臨時資料的,掉電後資料即丢失,現在有些型号的單片機提供了EEPROM,可用來存儲掉電後需要保護的關鍵資料,如系統的一些設定參數。

單片機選型的18條基本原則

4、運作速度

單片機選型的18條基本原則

單片機的運作速度首先看時鐘頻率,一般情況對于同一種結構的單片機,時鐘頻率越高速度越快。

其次看單片機CPU 的結構;采用CISC 結構(集中指令集)比采用RISC 結構(精簡指令集)的速度要慢。就 是同一種結構、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個機器周期隻要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,前者的速度是後者的3倍。

在選用單片機時要根據需要選擇速度,不要片面追求高速度,單片機的穩定性、抗幹擾性等參數基本上是跟速度成反比的,另外速度快功耗也大。

單片機選型的18條基本原則

5、 I/O (輸入/輸出)口

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I/O 口的數量和功能是選用單片機時首先要考慮的問題之一,要根據實際需要确定I/O 口的數量,I/O口多餘了不僅晶片的體積增大,也增加了成本。選用時還要考慮I/O 口的驅動能力,驅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)時驅動電流大,但上拉(輸出高電平)時驅動電流很小。而PIC 和AVR 系列的單片機每個I/O 口都可以設定方向,當輸出口使用時以推挽驅動的方式輸出高、低電平,驅動能力強,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I/O 口的功能來設計外圍電路,例如用51 單片機驅動數位管,我們選用共陽的數位管就能發揮其輸出口下拉驅動電流大的特點。

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6、  定時/計數器(I/O)

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大部分單片機提供2~3 個定時/計數器還具有輸入捕獲、輸出比較和PWM (脈沖寬度調制)功能,如AVR 單片機。有的單片機還有專門的PCA (可程式設計計數器陣列)子產品和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。利用這些子產品不僅可以簡化軟體設計,而且能少占用CPU 的 資源。

現在還有不少單片機提供了看門狗定時器(WDT),當單片機“當機”後可以複位。

選用時可根據自己的需要和程式設計要求進行選擇,不要片面追求功能多,用不上的功能就等于金錢的浪費。

單片機選型的18條基本原則

7、  串行接口

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單片機常見的串行接口有:标準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。大部分單片機有串行接口。在沒有特别說明的情況下我們常說的串行接口,簡稱序列槽, 指的就是UART。

如果系統隻用一個單片機晶片時,UART 接口或USB 接口通常用來和計算機或其他晶片通信,不需要和其他裝置/晶片通信時可以不用。

SPI接口可用來進行ISP程式設計,當你沒有程式設計器時,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 總線是一種工業标準,被廣泛應用在各種電子産品中,如現在的彩色電視機就采用IC 總線進行參數的設定。具有 IC 總線接口的單片機在使用AT24C01 等串行EEPROM 時可以簡化程式設計。

通常情況下使用最多的是UART 接口,其它接口可根據你的需要選擇。

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8、  模拟電路功能

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現在不少單片機内部提供了A/D 轉換器、PWM 輸出和電壓比較器,也有少量的單片機提供了D/A 轉換器。單片機在內建片内A/D 轉換器的同時,還內建了采樣/保持電路,使使用者容易建立精密的資料采集系統。

PWM 輸出子產品可用來産生不同頻率和占空比的脈沖信号。利用PWM 輸出子產品配合RC 濾波電路即可友善實作D/A 輸出功能。PWM 輸出子產品也可以用來實作直流電機的調速等功能。

單片機内部內建的電壓比較器可以實作多種功能,例如作閥值檢測,實作低成本的A/D 轉換器等。

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9、 工作電壓、功耗

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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。選用時根據供電方式确定。

單片機的功耗參數主要是指正常模式、空閑模式、掉電模式下的工作電流,用電池供電的系統要選用電流小的産品,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功能的單片機。

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10、封裝形式

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單片機常見的封裝形式有:DIP (雙列直插式封裝)、PLCC (PLCC 要對應插座)、QFP (四側引腳扁平封裝)、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,用程式設計器程式設計時還配專用的擴充卡。如果對系統的體積有要求,如遙控器中用的單片機,往往選用QFP和SOP封裝的。

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11、抗幹擾性能、保密性

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 選用單片機要選擇抗幹擾性能好的,特别是用在幹擾比較大的工業環境中的尤應如此。單片機加密後的保密性能也要好,這樣可保證你的知識産權不容易被侵犯。

單片機選型的18條基本原則

12、單片機的可開發性

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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手段,直接影響到單片機能否順利開發,以及開發的速度。對于被選擇的單片機,應考慮下列問題。

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13、開發工具、程式設計器

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有沒有內建的開發環境,在支援彙編語言的同時是否支援C 語言,使用C 語言可加快你的開發進度, 另外C語言的移值性也好。

你所選用的單片機有沒有程式設計器支援,或能否采用ISP程式設計。

單片機選型的18條基本原則

14、開發成本

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你選擇的單片機對應的程式設計器、仿真器價格是否高,是否要用專用裝置,比如有時單片機需要選用專用的程式設計器,這樣你的開發成本就高了。

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15、 開發人員的适用性

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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。在大多數情況下大家往往優先考慮選擇51或STM32系列的單片機。

一般不選用類似小編在用的較冷門的瑞薩單片機,除了開發資料不夠豐富外,廠家的技術支援服務也不給力。

單片機選型的18條基本原則

15、  技術支援和服務

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技術支援和服務可以從下面幾個方面進行考慮。

1、技術是否成熟

       經大量使用被證明是成熟的産品你可以放心使用。

2、有無技術服務

       國内有沒有代理商和相應的技術支援,網站提供的資料是否豐富,包括晶片手冊,應用指南,設計方案,範例程式等。

單片機選型的18條基本原則

16、  單片機的可購買性

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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量,以保證所選擇的單片機能滿足産品的生産需要。

選擇單片機,還應注意選擇那些仍然在生産中的型号,已經停産的單片機是不能使用的,因為它已無後續供貨能力,直接影響到産品的繼續生産和生命力。同時,也會給人以一種過時的感覺,進而影響産品的新穎性。

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,選擇用于應用系統或産品具有較強的後勁。

單片機選型的18條基本原則

17、  産品價格

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這也是一個重要的因素,在其它條件相當的情況下,當然選擇價格低的産品,這樣可以提高成本效益。

單片機選型的18條基本原則

18、  總結

單片機選型的18條基本原則

根據上面幾個原則對單片機進行選擇,就可以選擇最能适用于你的應用系統的單片機,進而保證應用系統有最高的可靠性、最優的成本效益、最長的使用壽命和最好的更新換代性。

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