单片机选型的18条基本原则

硬件笔记本 2021-12-25 10:21

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前言

单片机选型是一件重要而费心的事情，如果单片机型号选择合适，单片机应用系统经济性，可靠性较高；否则易造成经费高，系统性能到不到要求。因此掌握并正确运用单片机选型原则，选择出最能适用于应用系统的单片机，保证单片机应用系统有最高的可靠性,最优的性能价格比,最长的使用寿命和最好的升级换代的方案。

1、需求调研

选型前，首先对自己的需求有所了解，清楚自己需要哪些功能。具体便是确定电路板具有的硬件功能，如CAN、RS232、RS485、网口、USB通讯等，具体数量的IO口，具体类型的串口屏、LCD屏，板载FLASH，SD，音频输出等。

2、性能

如何选择单片机，首先也是最重要的一点就是考虑功能要求，即设计的对象是什么，要完成什么样的任务，再根据设计任务的复杂程度来决定选择什么样的单片机。

在单片机的性能上有很多要考虑的因素，比如中断源的数量和优先级、工作温度范围、有没有低电压检测功能、单片机内部有无时钟振荡器、有无上电复位功能等等。

3、存储器

单片机的存储器可分为程序存储器（ROM）和数据存储器（RAM）。

程序存储器是专门用来存放程序和常数的，有MASK （掩模）ROM、OTPROM、EPROM、FlashROM 等类型。掩模这种形式的程序存储器适用成熟的和大批量生产的产品，如使用到彩色电视机等家电产品中的单片机就采用这种方式，只要用户把应用程序代码交给半导体制造厂家，在生产相应的单片机时将程序固化到芯片中，这种芯片一旦生产出来，程序就无法改变了。

采用EPROM 的单片机具有可以灵活修改程序的优点，但存在需要紫外线擦除、较费时间的缺点。在自己做试验或样机的研发阶段，推荐使用Flash 单片机，它有电写入、电擦除的优点，使得修改程序很方便，可以提高开发速度。对于初具规模的产品可选用OTP 单片机，它不但能免去较长的产品掩模时间，加快产品的上市时间，而且方便程序的修改，能够对产品进行及时的调整和升级。

程序存储器的容量可根据程序的大小确定。对于8位单片机片内程序存储器的最大容量能达到64KB，不够时还可以扩展。选用时程序存储器的容量只要够用就行了，不然会增加成本。

数据存储器是程序在运行中存放临时数据的，掉电后数据即丢失，现在有些型号的单片机提供了EEPROM，可用来存储掉电后需要保护的关键数据，如系统的一些设置参数。

4、运行速度

单片机的运行速度首先看时钟频率，一般情况对于同一种结构的单片机，时钟频率越高速度越快。

其次看单片机CPU 的结构；采用CISC 结构（集中指令集）比采用RISC 结构（精简指令集）的速度要慢。就是同一种结构、同一种时钟频率的单片机，有时候速度也不一样，比如Winbond （华邦）公司的W77 系列的51 单片机1个机器周期只要4个时钟周期，而一般的51单片机1个周期是12个时钟周期，前者的速度是后者的3倍。

在选用单片机时要根据需要选择速度，不要片面追求高速度，单片机的稳定性、抗干扰性等参数基本上是跟速度成反比的，另外速度快功耗也大。

5、 I/O （输入/输出）口

I/O 口的数量和功能是选用单片机时首先要考虑的问题之一，要根据实际需要确定I/O 口的数量，I/O口多余了不仅芯片的体积增大，也增加了成本。选用时还要考虑I/O 口的驱动能力，驱动电流大的单片机可以简化外围电路。

51等系列的单片机下拉（输出低电平）时驱动电流大，但上拉（输出高电平）时驱动电流很小。而PIC 和AVR 系列的单片机每个I/O 口都可以设置方向，当输出口使用时以推挽驱动的方式输出高、低电平，驱动能力强，也使得I/O 口资源灵活、功能强大、可充分利用。当然我们也可以根据I/O 口的功能来设计外围电路，例如用51 单片机驱动数码管，我们选用共阳的数码管就能发挥其输出口下拉驱动电流大的特点。

6、定时/计数器（I/O）

大部分单片机提供2～3 个定时/计数器还具有输入捕获、输出比较和PWM （脉冲宽度调制）功能，如AVR 单片机。有的单片机还有专门的PCA （可编程计数器阵列）模块和CCP （输入捕获/输出比较/PWM）模块，如PIC 和Philips 的部分中高档单片机。利用这些模块不仅可以简化软件设计，而且能少占用CPU 的资源。

现在还有不少单片机提供了看门狗定时器（WDT），当单片机“死机”后可以复位。

选用时可根据自己的需要和编程要求进行选择，不要片面追求功能多，用不上的功能就等于金钱的浪费。

7、串行接口

单片机常见的串行接口有：标准UART 接口、增强型UART 接口、I2C 总线接口、CAN 总线接口、SPI接口、USB接口等。大部分单片机有串行接口。在没有特别说明的情况下我们常说的串行接口，简称串口，指的就是UART。

如果系统只用一个单片机芯片时，UART 接口或USB 接口通常用来和计算机或其他芯片通信，不需要和其他设备/芯片通信时可以不用。

SPI接口可用来进行ISP编程，当你没有编程器时，尽量选用带这种接口的单片机，当然SPI接口也能用来和其它外设进行高速串行通信。

I2C 总线是一种两线、双向、可多主机操作的同步总线，IC 总线是一种工业标准，被广泛应用在各种电子产品中，如现在的彩色电视机就采用IC 总线进行参数的设置。具有 IC 总线接口的单片机在使用AT24C01 等串行EEPROM 时可以简化程序设计。

通常情况下使用最多的是UART 接口，其它接口可根据你的需要选择。

8、模拟电路功能

现在不少单片机内部提供了A/D 转换器、PWM 输出和电压比较器，也有少量的单片机提供了D/A 转换器。单片机在集成片内A/D 转换器的同时，还集成了采样/保持电路，使用户容易建立精密的数据采集系统。

PWM 输出模块可用来产生不同频率和占空比的脉冲信号。利用PWM 输出模块配合RC 滤波电路即可方便实现D/A 输出功能。PWM 输出模块也可以用来实现直流电机的调速等功能。

单片机内部集成的电压比较器可以实现多种功能，例如作阀值检测，实现低成本的A/D 转换器等。

9、工作电压、功耗

单片机的工作电压最低可以达到1.8V，最高6V，常用的单片机工作电压为4.5V～5.5V，低电压系列为2.7V～5.0V或2.4V～3.6V。选用时根据供电方式确定。

单片机的功耗参数主要是指正常模式、空闲模式、掉电模式下的工作电流，用电池供电的系统要选用电流小的产品，同时要考虑是否要用到单片机的掉电模式，如果要用的话必须选择有相应功能的单片机。

10、封装形式

单片机常见的封装形式有：DIP （双列直插式封装）、PLCC （PLCC 要对应插座）、QFP （四侧引脚扁平封装）、SOP （双列小外形贴片封装）等。

做实验时一般选用DIP 封装的，如果选用其它封装，用编程器编程时还配专用的适配器。如果对系统的体积有要求，如遥控器中用的单片机，往往选用QFP和SOP封装的。

11、抗干扰性能、保密性

选用单片机要选择抗干扰性能好的，特别是用在干扰比较大的工业环境中的尤应如此。单片机加密后的保密性能也要好，这样可保证你的知识产权不容易被侵犯。

12、单片机的可开发性

这也是一个十分重要的因素。所选择的单片机是否有足够的开发手段，直接影响到单片机能否顺利开发，以及开发的速度。对于被选择的单片机，应考虑下列问题。

13、开发工具、编程器

有没有集成的开发环境，在支持汇编语言的同时是否支持C 语言，使用C 语言可加快你的开发进度，另外C语言的移值性也好。

你所选用的单片机有没有编程器支持，或能否采用ISP编程。

14、开发成本

你选择的单片机对应的编程器、仿真器价格是否高，是否要用专用设备，比如有时单片机需要选用专用的编程器，这样你的开发成本就高了。

15、开发人员的适用性

这也是一个很实际的问题，如果有两种单片机都能解决问题，当然选一种你熟悉的品种。在大多数情况下大家往往优先考虑选择51或STM32系列的单片机。

一般不选用类似小编在用的较冷门的瑞萨单片机，除了开发资料不够丰富外，厂家的技术支持服务也不给力。

16、技术支持和服务

技术支持和服务可以从下面几个方面进行考虑。

1、技术是否成熟
经大量使用被证明是成熟的产品你可以放心使用。

2、有无技术服务

国内有没有代理商和相应的技术支持，网站提供的资料是否丰富，包括芯片手册，应用指南，设计方案，范例程序等。

17、单片机的可购买性

单片机是否可直接购买到，这是指单片机能否直接从厂家或其代理商处买到，购买的途径是否顺畅。单片机是否有足够的供应量，以保证所选择的单片机能满足产品的生产需要。

选择单片机，还应注意选择那些仍然在生产中的型号，已经停产的单片机是不能使用的，因为它已无后续供货能力，直接影响到产品的继续生产和生命力。同时，也会给人以一种过时的感觉，从而影响产品的新颖性。

最好还要看一下所选用的单片机是否在改进之中，显然，对于准备推出新版本或有新版本的单片机，选择用于应用系统或产品具有较强的后劲。

18、产品价格

这也是一个重要的因素，在其它条件相当的情况下，当然选择价格低的产品，这样可以提高性价比。

总结

根据上面几个原则对单片机进行选择，就可以选择最能适用于你的应用系统的单片机，从而保证应用系统有最高的可靠性、最优的性价比、最长的使用寿命和最好的升级换代性。

-END-

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