区别：avr,c51和pic

1、AVR,C51 和 PIC 八位单片机性能比较内容摘要 八位单片机由于内部构造简单，体积小，成本低廉，在一些较简单的控制器中应用很广。即便到了本世纪，在单片机应用中，仍占有相当的份额。由于八位单片机种类繁多，本文仅将常用的几种在性能上作一个简单的比较，供读者在使用时作参考。 1. 51 系列 应用最广泛的八位单片机首推 Intel 的 51 系列，由于产品硬件结构合理，指令系统规范，加之生产历史“悠久” ，有先入为主的优势。世界有许多著名的芯片公司都购买了 51 芯片的核心专利技术，并在其基础上进行性能上的扩充，使得芯片得到进一步的完善，形成了一个庞大的体系，直到现在仍在不断翻新，把单片机世界炒得沸沸扬扬。有人推测，51 芯片可能最终形成事实上的标准 MCU 芯片。 51 系列优点之一是它从内部的硬件到软件有一套完整的按位操作系统，称作位处理器，或布尔处理器。它的处理对象不是字或字节而是位。它不光能对片内某些特殊功能寄存器的某位进行处理，如传送、置位、清零、测试等，还能进行位的逻辑运算，其功能十分完备，使用起来得心应手。虽然其他种类的单片机也具有位处理功能，但能进行位逻辑运算的实属少见

2、。51 系列在片内 RAM 区间还特别开辟了一个双重功能的地址区间，十六个字节，单元地址 20H2FH，它既可作字节处理，也可作位处理（作位处理时，合 128 个位，相应位地址为00H7FH），使用极为灵活。这一功能无疑给使用者提供了极大的方便，因为一个较复杂的程序在运行过程中会遇到很多分支，因而需建立很多标志位，在运行过程中，需要对有关的标志位进行置位、清零或检测，以确定程序的运行方向。而实施这一处理（包括前面所有的位功能），只需用一条位操作指令即可。 例 1：如对 21H 的第 0 位（相应位地址为 08H）置位，只需用一条位指令， SETB08H 对周围的其他位不会产生影响。 有的单片机并不能直接对 RAM 单元中的位进行操作，如AVR 系列单片机中，若想对 RAM 中的某位置位时，必须通过状态寄存器 SREG 的 T 位进行中转。 例 2：如对 RAM 中的 R0 寄存器的第 4 位置位，则 BSET6 ；状态寄存器 T 置位 BLD R0, 4 ；将 T 位复制到 R0 的第 4 位 显然，后者比前者要复杂。 51 系列的另一个优点是乘法和除法指令，这给编程也带来了便利。八位

3、除以八位的除法指令，商为八位，精度嫌不够，用得不多。而八位乘八位的乘法指令，其积为十六位，精度还是能满足要求的，用的较多。作乘法时，只需一条指令就行了，即 MULAB(两个乘数分别在累加器 A 和寄存器 B 中。积的低位字节在累加器 A 中，高位字节在寄存器 B 中)。很多的八位单片机都不具备乘法功能，作乘法时还得编上一段子程序调用，十分不便。 在 51 系列中，还有一条二进制-十进制调整指令 DA，能将二进制变为 BCD 码，这对于十进制的计量十分方便。而在其他的单片机中，则也需调用专用的子程序才行。 Intel 公司 51 系列的典型产品是 8051，片内有 4K 字节的一次性程序存储器（OTP）。 Atmel 公司就将其改为电可改写的闪速存储器（Flash），容许改写 1000 次以上，这给编程和调试带来极大的便利，其产品 AT89C51、 AT89C52 等成为了当今最流行的八位单片机。 51 系列的 I/O 脚的设置和使用非常简单，当该脚作输入脚使用时，只须将该脚设置为高电平（复位时，各 I/O 口均置高电平）。当该脚作输出脚使用时，则为高电平或低电平均可。低电平时，吸入电流

4、可达 20mA，具有一定的驱动能力；而为高电平时，输出电流仅数十 A甚至更小（电流实际上是由脚的上拉电流形成的），基本上没有驱动能力。其原因是高电平时該脚也同时作输入脚使用，而输入脚必须具有高的输入阻抗，因而上拉的电流必须很小才行。作输出脚使用，欲进行高电平驱动时，得利用外电路来实现，I/O 脚不通，电流经 R 驱动 LED 发光；低电平时， I/O 脚导通，电流由该脚入地，LED 灭（I/O 脚导通时对地的电压降小于 1V，LED 的域值 1.51.8V ）。 51 系列 I/O 脚使用简单，但高电平时无输出能力，可谓有利有弊。故其他系列的单片机（如 PIC 系列、AVR 系列等）对I/O 口进行了改进，增加了方向寄存器以确定输入或输出，但使用也变得复杂。 一些简装的 51 产品也相应出现，如 Atmel 公司的AT89C1051、AT89C2051、 AT89C4051 等（闪速存储器分别为1K、2K、4K 等，但不能外接数据存储器），指令系统与AT89C51 完全兼容，但引脚均为 20 脚，不光体积小，而且价格低廉，这使得其他的公司竞相仿照。 不过，原 51 系列也有许多值得改进

5、之处，如运行速度过慢等。当晶振频率为 12MHz 时，机器周期达 1s，显然适应不了现代高速运行的需要。华邦公司(Winbond)生产的产品型号为W77 系列和 W78 系列， W78 系列与 AT89C 系列完全兼容。 W77 系列为增强型，对原有的 8051 的时序作了改进，每个机器周期从 12 个时钟周期改为 4 个周期，使速度提高了三倍，同时，晶振频率最高可达 40MHz。W77 系列还增加了看门狗WatchDog、两组 UART、两组 DPTR 数据指针、ISP 等多种功能。 特别是双数据指针，能给编程带来很大的便利。在 51 系列中，数据指针 DPTR 是片内与片外的数据存储器打交道的主要途径(由片外数据存储器读入片内累加器 A 或由片内累加器 A 写入片外数据存储器)，也是程序存储器与累加器 A 之间的数据传送的必由之路。由于频繁的数据交换，特别是数据块的搬运和比较，数据指针非常吃紧，它需要不断地实施现场保护与还原，不光编程变得复杂，而且运行速度也减慢。而当采用两个数据指针时，可以各负其责，互不相扰，轻松地完成上述过程。两个数据指针的选取取决于特殊功能寄存器 AUXR1

6、的第 D0 位DPS。当 DPS 为 0 时，选中数据指针 DPTR0（复位时 DPS 也为0）；DPS 为 1 时，选中数据指针 DPTR1。DPS 位不能位寻址，故不能进行布尔操作，但由于 AUXR1 的 D1 位被强制为逻辑“0”，不可能发生由 D0 位向 D1 位进位之可能，因而可以通过对AUXR1 进行增 1 来使 D0 位由 0 变为 1 或由 1 变为 0，从而达到双数据指针的快速切换的目的，如： 例 3： MOVAUXR1,#0 ; DPS 为 0，DPTR0 有效 INC AUXR1 ; DPS 为 1，DPTR1 有效 INC AUXR1 ; DPS 为 0，DPTR0 有效 ISP 功能能实现在系统可编程，可以省去通用的编程器，单片机在用户板上即可下载和烧录用户程序，而无需将单片机从生产好的产品上取下。未定型的程序还可以边生产边完善，加快了产品的开发速度，减少了新产品因软件缺陷带来的风险。由于可以将程序下载并观看运行结果，故也可以不用仿真器。 单片机的提速运行、双数据指针及 ISP 功能并非是 W77 系列所特有的，一些新的型号的 51 系列产品大都有该功能，如P

7、hilips 的 51LPC 系列、 AT89 系列中的某些型号、STC89C 系列等等。有的单片机还附有 A/D、D/A 转换、片内 EEPROM 数据存储器、PWM 输出、I2C 总线、上电复位检测、欠压复位检测等等，这些新系列的单片机，它们都兼容 8051 的指令系统。增强功能的实现，大都是由片内新增的特殊功能寄存器来进行设置，这些寄存器被安排在片内特殊功能寄存器区间（80FFH）的预留地址上。 比较有代表性的产品还有 STC89C51RC、C8051F331/330 等等。可以这么说，新的 51 产品几乎可以涵盖所有新的功能。由于新型号的芯片种类太多，此处不可能一一列举，读者可根据使用的需求查阅相关的资料.2PIC 系列PIC 单片机系列是美国微芯公司（Microship ）的产品，是当前市场份额增长最快的单片机之一。CPU 采用 RISC 结构，分别有 33、 35、58 条指令（视单片机的级别而定），属精简指令集。而 51 系列有 111 条指令，AVR 单片机有 118 条指令，都比前者复杂。采用 Harvard 双总线结构，运行速度快(指令周期约160200ns)，它能

8、使程序存储器的访问和数据存储器的访问并行处理，这种指令流水线结构，在一个周期内完成两部分工作，一是执行指令，二是从程序存储器取出下一条指令，这样总的看来每条指令只需一个周期（个别除外），这也是高效率运行的原因之一。此外，它还具有低工作电压、低功耗、驱动能力强等特点。PIC 系列单片机共分三个级别，即基本级、中级、高级。其中又以中级的 PIC16F873（A）、PIC16F877 (A) 用的最多，本文以这两种单片机为例进行说明。这两种芯片除了引出脚不同外（PIC16F873 （A）为 28 脚的 PDIP 或 SOIC 封装； PIC16F877（A）为 40 脚的 PDIP 或 44 脚的 PLCC/QFP 封装），其他的差别并不很大。 PIC 系列单片机的 I/O 口是双向的，其输出电路为 CMOS 互补推挽输出电路。I/O 脚增加了用于设置输入或输出状态的方向寄存器（TRISn , 其中 n 对应各口，如 A、B、C 、D 、E 等），从而解决了 51 系列 I/O 脚为高电平时同为输入和输出的状态。当置位 1 时为输入状态，且不管该脚呈高电平或低电平，对外均呈高阻状态；置位 0

9、 时为输出状态，不管该脚为何种电平，均呈低阻状态，有相当的驱动能力，低电平吸入电流达 25mA，高电平输出电流可达 20mA。相对于 51 系列而言，这是一个很大的优点，它可以直接驱动数码管显示且外电路简单。它的 A/D为 10 位，能满足精度要求。具有在线调试及编程（ISP）功能。 该系列单片机的专用寄存器（SFR）并不像 51 系列那样都集中在一个固定的地址区间内(80FFH)，而是分散在四个地址区间内，即存储体 0 （Bank0：007FH）、存储体 1(Bank1 ：80FFH)、存储体 2(Bank2 ：10017FH)、存储体 3(Bank3 ：1801FFH)。只有 5 个专用寄存器PCL、 STATUS、FSR、PCLATH、 INTCON 在 4 个存储体内同时出现。在编程过程中，少不了要与专用寄存器打交道，得反复地选择对应的存储体，也即对状态寄存器 STATUS 的第 6 位（RP1）和第 5 位（RP0）置位或清零。如：例 4: CLRFSTATUS ；清零 RP1, RP0。选择存储体 0 BSF STATUS，RP0；置位 RP0。选择存储体 1 BCF STATUS，RP0；清零 RP0。选择存储体 0 这多少给编程带来了一些麻烦。对于上述的单片机，它的位指令操作通常限制在存储体 0 区间（007FH）。 数据的传送和逻辑运算基本上都得通过工作寄存器 W（相当于 51 系列的累加器 A）来进行，而 51 系列的还可以通过寄存器相互之间直接传送(如： MOV 30H，20H；将寄存器 20H 的内容直接传送至寄存器 30H 中)，因而 PIC 单片机的瓶颈现象比51 系列还要严重，这在编程中很有感受。3AVR 系列AVR 单片机是 Atmel 公司推出的较为新颖的单片机，其显著的特点为高性能、高速度、低功耗。它取消机器周期，以时钟周期为指令周期，实行流水作业。AVR 单片机指令以字为单位，且大部分指令都为单周期指令。而单周期既可执行本指令功能，同时完成下一条指令的读取。通常时钟频率用48MHz，故最短指令执行时间为 250125ns。该系列的型号较多，但可用下面三种为

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