msp430與51單片機(jī)的特點對比研究

徐棟

(威海威高齊全醫(yī)療設(shè)備有限公司,山東威海 264211)

msp430與51單片機(jī)的特點對比研究

徐棟

(威海威高齊全醫(yī)療設(shè)備有限公司,山東威海 264211)

單片機(jī)的使用使得智能化控制系統(tǒng)的控制效率得到了有效提高,但是不同位數(shù)的單片機(jī)具有其各自的優(yōu)勢及劣勢,再加上不同系列的產(chǎn)品其具體內(nèi)部結(jié)構(gòu)及配置也有所不同,因此在對單片機(jī)進(jìn)行選擇時,必然要對其性質(zhì)及特點進(jìn)行全面地了解。文章首先簡單系統(tǒng)地對單片機(jī)的共性特點進(jìn)行了介紹,接著分別詳細(xì)闡述了MSP430單片機(jī)及51單片機(jī)兩種單片機(jī)各自的特點,最后針對MSP430單片機(jī)與51單片機(jī)的不同之處進(jìn)行了比較。

MSP430 51單片機(jī) 特點

有很多應(yīng)用領(lǐng)域,比如智能儀器或儀表、自動化控制設(shè)備、家用電器等,其對于運算及控制功能的要求不高,用簡單的控制軟件便可達(dá)到令人滿意的控制效果[1],但是針對一些對于體積、成本及能耗有著嚴(yán)格要求的應(yīng)用領(lǐng)域,一般的控制軟件很難達(dá)到相應(yīng)的控制要求。為滿足這些應(yīng)用領(lǐng)域的要求,經(jīng)研究便產(chǎn)生了單片機(jī)。單片機(jī)是一種集成式電路芯片,其主要是利用具有超大規(guī)模的集成電路技術(shù)以將具有對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理能力的中央處理器CPU、RAM、ROM、I/O、中斷系統(tǒng)及定時器等各種功能集中于一塊微小的硅片上,從而得以形成一個具有完整性的微型計算機(jī)系統(tǒng)[2]。

1 單片機(jī)的特點

單片機(jī)最初是4位的,隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高,單片機(jī)逐漸發(fā)展為8位的、16位的,甚至是32位的[3]。8位的單片機(jī)因其具有強(qiáng)大的功能而在工業(yè)控制、智能接口及儀器儀表等領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。雖然現(xiàn)在單片機(jī)已發(fā)展至16位、32位,但在在中、小規(guī)模應(yīng)用領(lǐng)域當(dāng)中,8位單片機(jī)仍占據(jù)了主導(dǎo)地位,8位單片機(jī)是單片機(jī)發(fā)展的主流方向,在單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域當(dāng)中有著不可替代的重要作用。單片機(jī)具有高集成度、大存儲量、強(qiáng)大外部擴(kuò)展能力以及強(qiáng)大控制功能等特點[4]。

2 MSP430單片機(jī)的主要部件及特點

MSP430的主要部件包括中央處理器、存儲器及相關(guān)外圍模塊。其中CPU的結(jié)構(gòu)主要是遵循“精簡指令集”及“高透明”的原則而設(shè)計的,所應(yīng)用的指令主要包括用于執(zhí)行硬件的內(nèi)核指令以及在現(xiàn)在硬件結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上而設(shè)計的仿真指令。兩種指令相互配合使MSP430單片機(jī)對于指令的執(zhí)行速度得到了有效提高,能夠迅速反應(yīng)指令并進(jìn)行執(zhí)行,提高了指令處理的速度,從而加強(qiáng)了MSP430單片機(jī)的實時處理功能。存儲器包括用于儲存程序的存儲器及用于儲存數(shù)據(jù)的存儲器兩種。對程序存儲器進(jìn)行訪問時主要是采取字的形式而獲取代碼,而對數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行訪問時不僅可采取字的形式,而且還可采取字節(jié)的形式以獲取代碼。MSP430單片機(jī)的主要有ROM型、OTP型、FLASH型等程序存儲器。外圍模塊主要是利用MAB、MDB、中斷服務(wù)器以及請求線從而實現(xiàn)與CPU的連接。MSP430有很多系列的產(chǎn)品,不同系列的外圍模塊其組合也不盡相同,最主要的有以下幾種：時鐘模塊、定時器A和B、比較器、串口0和1、看門狗、硬件乘法器、液晶驅(qū)動器、模數(shù)(數(shù)模)轉(zhuǎn)換、端口、基本定時器以及DMA控制器等等。

MSA430所具有的主要特點有：強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力、飛快的運行速度、功能耗量非常低、具有很多片內(nèi)資源、高效便利的開發(fā)環(huán)境。

3 51單片機(jī)的主要部件及特點

51單片機(jī)的主要部件有8位中央處理器、片內(nèi)振蕩器、80514B的掩膜ROM、87514KB的EPROM、8031的無ROM、具有特殊功能的寄存器SFR、128B的RAM、定時器(計數(shù)器)、并行接口I/O、串行接口以及中斷系統(tǒng)。其中定時器(計數(shù)器)用T0及T1表示,并行接口I/O主要有P0、P1、P2、P3,串行接口主要有TXD及RXD;中斷系統(tǒng)主要有INT0及INT1。

51單片機(jī)的特點主要體現(xiàn)在以下幾方面：第一,具有完整的按位操作系統(tǒng);第二,具有乘法及除法指令,方便編程;第三,具有二進(jìn)制-十進(jìn)制的調(diào)整指令DA,方便十進(jìn)制的計量;第四,I/O腳的設(shè)置及使用方法簡單。

4 MSP430單片機(jī)與51單片機(jī)的區(qū)別

MSP430單片機(jī)與51單片機(jī)的開發(fā)環(huán)境都是C開發(fā)環(huán)境,只是根據(jù)其外部配置及內(nèi)部軟件的使用而設(shè)置了相應(yīng)的C開發(fā)環(huán)境。MSP430單片機(jī)與51單片機(jī)的區(qū)別主要體現(xiàn)在以下幾方面：

第一,兩種單片機(jī)的位數(shù)不同。MSP430單片機(jī)的位數(shù)為16位,而51單片機(jī)的位數(shù)為8位。

第二,兩種單片機(jī)的優(yōu)勢存在很大區(qū)別。針對51單片機(jī),其最主要的優(yōu)勢就是在整個系統(tǒng)的內(nèi)部,包括硬件及軟件其都具有一套完整的按位操作系統(tǒng),被稱為“位處理器”或是“布爾處理器”。51單片機(jī)的位處理器所處理的不是普通的字或是字節(jié)而是位,其不但可處理片內(nèi)的一些具有特殊功能的寄存器的位,比如傳送、清零、測試等,而且還可對位進(jìn)行邏輯運算,具有相當(dāng)完備的功能,方便了用戶的使用。然而針對MSP430單片機(jī),其優(yōu)勢不僅僅是超低功耗,而且還有運行速度快、處理能力強(qiáng)、片內(nèi)資源豐富等其他優(yōu)勢。以89C51系列單片機(jī)為例,其屬8位單片機(jī),所采取的指令主要是“CISC”,這是一種非常復(fù)雜的指令集,其總共有111條指令。然而MSP430單片機(jī)是一種16位單片機(jī),其所遵循的是“精簡、透明”的原則,所采取的指令是精簡指令集結(jié)構(gòu),其總共的指令只有27條,非常簡潔,而其余大部分指令都是模擬指令,也稱仿真指令。在進(jìn)行計算時,大部分寄存器和位于片內(nèi)的數(shù)據(jù)存儲器都可參與,并可進(jìn)行多樣化的計算。這些內(nèi)核指令是一種具有單周期性的指令,這些內(nèi)核指令的應(yīng)用不僅使得MSP430具有強(qiáng)大的功能,而且還可提高運行速度。此外,89C51系列單片機(jī)的電源電壓為5V,而實現(xiàn)低功耗的方式主要有待機(jī)及掉電。通常情況下,89C51系列單片機(jī)的電流消耗量是24mA;而若處掉電狀態(tài),其耗電電流則變?yōu)?mA;在掉電狀態(tài)下,89C51系列單片機(jī)的電源電壓還可壓低至2V,但其還需要提供50uA左右的電流以使內(nèi)部RAM中的數(shù)據(jù)得以保存。然而MSP430單片機(jī)在低功耗這方面則具有更大的優(yōu)勢。MSP430芯片可實現(xiàn)以下六種工作方式：(1)活動方式(AM),即中央處理器CPU及外圍模式已被激活而呈現(xiàn)活動狀態(tài);(2)低功耗0(LPM0),即中央處理器CPU處停止活動狀態(tài),外圍模式處工作狀態(tài),ACLK及SMCLC呈現(xiàn)有效狀態(tài),MCLK可對環(huán)路進(jìn)行控制;(3)低功耗方式1(LPM1),即中央處理器CPU處停止工作狀態(tài),外圍模式處工作狀態(tài),ACLK及SMCLK呈現(xiàn)有效狀態(tài),而MCLK不能對環(huán)路進(jìn)行控制;(4)低功耗方式2(LPM2),即中央處理器CPU處停止工作狀態(tài),外圍模式處工作狀態(tài),ACLK呈現(xiàn)有效狀態(tài),而SMCLK及MCLK均不能對環(huán)路進(jìn)行控制;(5)低功耗方式3(LPM3),即中央處理器CPU處停止工作狀態(tài),外圍模式處工作狀態(tài),ACLK呈現(xiàn)有效狀態(tài),而SMCLK及MCLK均不能對環(huán)路進(jìn)行控制,同時數(shù)字控制振蕩器DCO的DC發(fā)生器處關(guān)閉狀態(tài);(6)低功耗方式4(LPM4),即中央處理器CPU處停止工作狀態(tài),若系統(tǒng)提供了外部時期則外圍模式處工作狀態(tài),ACLK處信號禁止?fàn)顟B(tài)且晶體振蕩器處停止活動狀態(tài), SMCLK及MCLK均不能對環(huán)路進(jìn)行控制,同時數(shù)字控制振蕩器DCO的DC發(fā)生器處關(guān)閉狀態(tài)。

第三,兩種單片機(jī)的模擬功能相差較大。以89C51系列單片機(jī)為例,其內(nèi)部總線為8位,故其大部分內(nèi)部功能模塊也都是8位的,即使經(jīng)研究現(xiàn)已加了很多功能模塊,但是由于其內(nèi)部總線已固定為8位,受其結(jié)構(gòu)的限制,因此很難增加更多的模擬功能部件。然而MSP430系列單片機(jī)具16位基本結(jié)構(gòu),同時經(jīng)轉(zhuǎn)換,其內(nèi)部的數(shù)據(jù)總線仍然保有8位總線;再者M(jìn)SP430系列單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)屬混合型,是一種開放式的架構(gòu),因此對于MSP430系列單片機(jī)來說,不管是8位功能模塊,還是16位功能模塊,其都能實現(xiàn)。除此之外,MSP430系列單片機(jī)還可實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換及數(shù)模轉(zhuǎn)換,這也是MSP430系列單片機(jī)之所以能夠迅速、方便增加其功能部件的主要原因之一。

5 結(jié)語

通過分析可知,無論是MSP430單片機(jī)還是51單片機(jī),其都有著其自身的獨特特點,也都有著其各自的優(yōu)勢。通常來說,在實際的應(yīng)用當(dāng)中,單片機(jī)的選擇通常取決于設(shè)計任務(wù)的復(fù)雜度,為保證單片機(jī)選擇的正確性,就必須要對單片機(jī)的性能及特點進(jìn)行充分的了解與熟悉,以及不同單片機(jī)之間的聯(lián)系與不同之處。在對芯片進(jìn)行選擇的時候也要盡量保證最大化的芯片利用率,且要保證使用的便利性。因此,在實際的應(yīng)用當(dāng)中,對單片機(jī)進(jìn)行選擇時一定要仔細(xì)分析不同單片機(jī)的特點及優(yōu)劣之處,結(jié)合自身的具體需求及條件,選擇正確的單片機(jī),以實現(xiàn)芯片利用率的最大化。

[1]葛亦斌,羅維,盛蒙蒙,邱燁.淺析msp430與51單片機(jī)的特點[J].科技傳播.2009(03),pp.44.

[2]趙亮.跟我學(xué)51單片機(jī)(一)——單片機(jī)最小系統(tǒng)組成與I/O輸出控制[J].電子制作.2011(01),pp.73-74.

[3]吳懷超,王海南.MSP430和MCS-51單片機(jī)在數(shù)據(jù)采集中的應(yīng)用比較[J].自動化技術(shù)與應(yīng)用.2010(11),pp.111-113.

[4]張軍,陳慧麗.基于MSP430單片機(jī)和DS18B20的數(shù)字溫度計[J].電子設(shè)計工程.2010(11),pp.106-109.