單片機(jī)選型的18條基本原則

時(shí)間：2021-09-10 16:38:59

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0、前言

單片機(jī)選型是一件重要而費(fèi)心的事情，如果單片機(jī)型號(hào)選擇合適，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性，可靠性較高；否則易造成經(jīng)費(fèi)高，系統(tǒng)性能到不到要求。因此掌握并正確運(yùn)用單片機(jī)選型原則，選擇出最能適用于應(yīng)用系統(tǒng)的單片機(jī)，保證單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)有最高的可靠性,最優(yōu)的性能價(jià)格比,最長(zhǎng)的使用壽命和最好的升級(jí)換代的方案。

1、需求調(diào)研

選型前，首先對(duì)自己的需求有所了解，清楚自己需要哪些功能。具體便是確定電路板具有的硬件功能，如CAN、RS232、RS485、網(wǎng)口、USB通訊等，具體數(shù)量的IO口，具體類型的串口屏、LCD屏，板載FLASH，SD，音頻輸出等。

2、性能

如何選擇單片機(jī)，首先也是最重要的一點(diǎn)就是考慮功能要求，即設(shè)計(jì)的對(duì)象是什么，要完成什么樣的任務(wù)，再根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的復(fù)雜程度來(lái)決定選擇什么樣的單片機(jī)。

在單片機(jī)的性能上有很多要考慮的因素，比如中斷源的數(shù)量和優(yōu)先級(jí)、工作溫度范圍、有沒(méi)有低電壓檢測(cè)功能、單片機(jī)內(nèi)部有無(wú)時(shí)鐘振蕩器、有無(wú)上電復(fù)位功能等等

3、存儲(chǔ)器

單片機(jī)的存儲(chǔ)器可分為程序存儲(chǔ)器（ROM）和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）。

程序存儲(chǔ)器是專門用來(lái)存放程序和常數(shù)的，有MASK （掩模）ROM、OTPROM、EPROM、FlashROM 等類型。掩模這種形式的程序存儲(chǔ)器適用成熟的和大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，如使用到彩色電視機(jī)等家電產(chǎn)品中的單片機(jī)就采用這種方式，只要用戶把應(yīng)用程序代碼交給半導(dǎo)體制造廠家，在生產(chǎn)相應(yīng)的單片機(jī)時(shí)將程序固化到芯片中，這種芯片一旦生產(chǎn)出來(lái)，程序就無(wú)法改變了。

采用EPROM 的單片機(jī)具有可以靈活修改程序的優(yōu)點(diǎn)，但存在需要紫外線擦除、較費(fèi)時(shí)間的缺點(diǎn)。在自己做試驗(yàn)或樣機(jī)的研發(fā)階段，推薦使用Flash 單片機(jī)，它有電寫入、電擦除的優(yōu)點(diǎn)，使得修改程序很方便，可以提高開發(fā)速度。對(duì)于初具規(guī)模的產(chǎn)品可選用OTP 單片機(jī)，它不但能免去較長(zhǎng)的產(chǎn)品掩模時(shí)間，加快產(chǎn)品的上市時(shí)間，而且方便程序的修改，能夠?qū)Ξa(chǎn)品進(jìn)行及時(shí)的調(diào)整和升級(jí)。

程序存儲(chǔ)器的容量可根據(jù)程序的大小確定。對(duì)于8位單片機(jī)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器的最大容量能達(dá)到64KB，不夠時(shí)還可以擴(kuò)展。選用時(shí)程序存儲(chǔ)器的容量只要夠用就行了，不然會(huì)增加成本。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是程序在運(yùn)行中存放臨時(shí)數(shù)據(jù)的，掉電后數(shù)據(jù)即丟失，現(xiàn)在有些型號(hào)的單片機(jī)提供了EEPROM，可用來(lái)存儲(chǔ)掉電后需要保護(hù)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，如系統(tǒng)的一些設(shè)置參數(shù)。

4、運(yùn)行速度

單片機(jī)的運(yùn)行速度首先看時(shí)鐘頻率，一般情況對(duì)于同一種結(jié)構(gòu)的單片機(jī)，時(shí)鐘頻率越高速度越快。

其次看單片機(jī)CPU 的結(jié)構(gòu)；采用CISC 結(jié)構(gòu)（集中指令集）比采用RISC 結(jié)構(gòu)（精簡(jiǎn)指令集）的速度要慢。就是同一種結(jié)構(gòu)、同一種時(shí)鐘頻率的單片機(jī)，有時(shí)候速度也不一樣，比如Winbond （華邦）公司的W77 系列的51 單片機(jī)1個(gè)機(jī)器周期只要4 個(gè)時(shí)鐘周期，而一般的51 單片機(jī)1個(gè)周期是12個(gè)時(shí)鐘周期，前者的速度是后者的3倍。

在選用單片機(jī)時(shí)要根據(jù)需要選擇速度，不要片面追求高速度，單片機(jī)的穩(wěn)定性、抗干擾性等參數(shù)基本上是跟速度成反比的，另外速度快功耗也大。

5、?I/O （輸入/輸出）口

I/O 口的數(shù)量和功能是選用單片機(jī)時(shí)首先要考慮的問(wèn)題之一，要根據(jù)實(shí)際需要確定I/O 口的數(shù)量，I/O口多余了不僅芯片的體積增大，也增加了成本。選用時(shí)還要考慮I/O 口的驅(qū)動(dòng)能力，驅(qū)動(dòng)電流大的單片機(jī)可以簡(jiǎn)化外圍電路。

51等系列的單片機(jī)下拉（輸出低電平）時(shí)驅(qū)動(dòng)電流大，但上拉（輸出高電平）時(shí)驅(qū)動(dòng)電流很小。而PIC 和AVR 系列的單片機(jī)每個(gè)I/O 口都可以設(shè)置方向，當(dāng)輸出口使用時(shí)以推挽驅(qū)動(dòng)的方式輸出高、低電平，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，也使得I/O 口資源靈活、功能強(qiáng)大、可充分利用。當(dāng)然我們也可以根據(jù)I/O 口的功能來(lái)設(shè)計(jì)外圍電路，例如用51 單片機(jī)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，我們選用共陽(yáng)的數(shù)碼管就能發(fā)揮其輸出口下拉驅(qū)動(dòng)電流大的特點(diǎn)。

6、??定時(shí)/計(jì)數(shù)器（I/O）

大部分單片機(jī)提供2～3 個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器還具有輸入捕獲、輸出比較和PWM （脈沖寬度調(diào)制）功能，如AVR 單片機(jī)。有的單片機(jī)還有專門的PCA （可編程計(jì)數(shù)器陣列）模塊和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(jī)。利用這些模塊不僅可以簡(jiǎn)化軟件設(shè)計(jì)，而且能少占用CPU 的資源。

現(xiàn)在還有不少單片機(jī)提供了看門狗定時(shí)器（WDT），當(dāng)單片機(jī)“死機(jī)”后可以復(fù)位。

選用時(shí)可根據(jù)自己的需要和編程要求進(jìn)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(fèi)。

7、??串行接口

單片機(jī)常見的串行接口有：標(biāo)準(zhǔn)UART 接口、增強(qiáng)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(jī)有串行接口。在沒(méi)有特別說(shuō)明的情況下我們常說(shuō)的串行接口，簡(jiǎn)稱串口，指的就是UART。

如果系統(tǒng)只用一個(gè)單片機(jī)芯片時(shí)，UART 接口或USB 接口通常用來(lái)和計(jì)算機(jī)或其他芯片通信，不需要和其他設(shè)備/芯片通信時(shí)可以不用。

SPI接口可用來(lái)進(jìn)行ISP編程，當(dāng)你沒(méi)有編程器時(shí)，盡量選用帶這種接口的單片機(jī)，當(dāng)然SPI接口也能用來(lái)和其它外設(shè)進(jìn)行高速串行通信。

I2C 總線是一種兩線、雙向、可多主機(jī)操作的同步總線，IC 總線是一種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，被廣泛應(yīng)用在各種電子產(chǎn)品中，如現(xiàn)在的彩色電視機(jī)就采用IC 總線進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置。具有 IC 總線接口的單片機(jī)在使用AT24C01 等串行EEPROM 時(shí)可以簡(jiǎn)化程序設(shè)計(jì)。

通常情況下使用最多的是UART 接口，其它接口可根據(jù)你的需要選擇。

8、??模擬電路功能

現(xiàn)在不少單片機(jī)內(nèi)部提供了A/D 轉(zhuǎn)換器、PWM 輸出和電壓比較器，也有少量的單片機(jī)提供了D/A 轉(zhuǎn)換器。單片機(jī)在集成片內(nèi)A/D 轉(zhuǎn)換器的同時(shí)，還集成了采樣/保持電路，使用戶容易建立精密的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

PWM 輸出模塊可用來(lái)產(chǎn)生不同頻率和占空比的脈沖信號(hào)。利用PWM 輸出模塊配合RC 濾波電路即可方便實(shí)現(xiàn)D/A 輸出功能。PWM 輸出模塊也可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的調(diào)速等功能。

單片機(jī)內(nèi)部集成的電壓比較器可以實(shí)現(xiàn)多種功能，例如作閥值檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)低成本的A/D 轉(zhuǎn)換器等。

9、?工作電壓、功耗

單片機(jī)的工作電壓最低可以達(dá)到1.8V，最高6V，常用的單片機(jī)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(shí)根據(jù)供電方式確定。

單片機(jī)的功耗參數(shù)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(tǒng)要選用電流小的產(chǎn)品，同時(shí)要考慮是否要用到單片機(jī)的掉電模式，如果要用的話必須選擇有相應(yīng)功能的單片機(jī)。

10、封裝形式

單片機(jī)常見的封裝形式有：DIP （雙列直插式封裝）、PLCC （PLCC 要對(duì)應(yīng)插座）、QFP （四側(cè)引腳扁平封裝）、SOP （雙列小外形貼片封裝）等。

做實(shí)驗(yàn)時(shí)一般選用DIP 封裝的，如果選用其它封裝，用編程器編程時(shí)還配專用的適配器。如果對(duì)系統(tǒng)的體積有要求，如遙控器中用的單片機(jī)，往往選用QFP和SOP封裝的。

11、抗干擾性能、保密性

?選用單片機(jī)要選擇抗干擾性能好的，特別是用在干擾比較大的工業(yè)環(huán)境中的尤應(yīng)如此。單片機(jī)加密后的保密性能也要好，這樣可保證你的知識(shí)產(chǎn)權(quán)不容易被侵犯。

12、單片機(jī)的可開發(fā)性

這也是一個(gè)十分重要的因素。所選擇的單片機(jī)是否有足夠的開發(fā)手段，直接影響到單片機(jī)能否順利開發(fā)，以及開發(fā)的速度。對(duì)于被選擇的單片機(jī)，應(yīng)考慮下列問(wèn)題。

13、開發(fā)工具、編程器

有沒(méi)有集成的開發(fā)環(huán)境，在支持匯編語(yǔ)言的同時(shí)是否支持C 語(yǔ)言，使用C 語(yǔ)言可加快你的開發(fā)進(jìn)度，另外C語(yǔ)言的移值性也好。

你所選用的單片機(jī)有沒(méi)有編程器支持，或能否采用ISP編程。

14、開發(fā)成本

你選擇的單片機(jī)對(duì)應(yīng)的編程器、仿真器價(jià)格是否高，是否要用專用設(shè)備，比如有時(shí)單片機(jī)需要選用專用的編程器，這樣你的開發(fā)成本就高了。

15、?開發(fā)人員的適用性

這也是一個(gè)很實(shí)際的問(wèn)題，如果有兩種單片機(jī)都能解決問(wèn)題，當(dāng)然選一種你熟悉的品種。在大多數(shù)情況下大家往往優(yōu)先考慮選擇51或STM32系列的單片機(jī)。

一般不選用類似小編在用的較冷門的瑞薩單片機(jī)，除了開發(fā)資料不夠豐富外，廠家的技術(shù)支持服務(wù)也不給力。

15、??技術(shù)支持和服務(wù)

技術(shù)支持和服務(wù)可以從下面幾個(gè)方面進(jìn)行考慮。

1、技術(shù)是否成熟
? ?? ? 經(jīng)大量使用被證明是成熟的產(chǎn)品你可以放心使用。

2、有無(wú)技術(shù)服務(wù)
? ?? ? 國(guó)內(nèi)有沒(méi)有代理商和相應(yīng)的技術(shù)支持，網(wǎng)站提供的資料是否豐富，包括芯片手冊(cè)，應(yīng)用指南，設(shè)計(jì)方案，范例程序等。

16、??單片機(jī)的可購(gòu)買性

單片機(jī)是否可直接購(gòu)買到，這是指單片機(jī)能否直接從廠家或其代理商處買到，購(gòu)買的途徑是否順暢。單片機(jī)是否有足夠的供應(yīng)量，以保證所選擇的單片機(jī)能滿足產(chǎn)品的生產(chǎn)需要。

選擇單片機(jī)，還應(yīng)注意選擇那些仍然在生產(chǎn)中的型號(hào)，已經(jīng)停產(chǎn)的單片機(jī)是不能使用的，因?yàn)樗褵o(wú)后續(xù)供貨能力，直接影響到產(chǎn)品的繼續(xù)生產(chǎn)和生命力。同時(shí)，也會(huì)給人以一種過(guò)時(shí)的感覺(jué)，從而影響產(chǎn)品的新穎性。

最好還要看一下所選用的單片機(jī)是否在改進(jìn)之中，顯然，對(duì)于準(zhǔn)備推出新版本或有新版本的單片機(jī)，選擇用于應(yīng)用系統(tǒng)或產(chǎn)品具有較強(qiáng)的后勁。

17、??產(chǎn)品價(jià)格

這也是一個(gè)重要的因素，在其它條件相當(dāng)?shù)那闆r下，當(dāng)然選擇價(jià)格低的產(chǎn)品，這樣可以提高性價(jià)比。

18、??總結(jié)

根據(jù)上面幾個(gè)原則對(duì)單片機(jī)進(jìn)行選擇，就可以選擇最能適用于你的應(yīng)用系統(tǒng)的單片機(jī)，從而保證應(yīng)用系統(tǒng)有最高的可靠性、最優(yōu)的性價(jià)比、最長(zhǎng)的使用壽命和最好的升級(jí)換代性。

End

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