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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。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Philips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，但可用下面三种为代表：AT90S2313 (简装型)、AT90S8515、AT90S8535(带A/D转换)。 通用寄存器一共32个（R0R31），前16个寄存器（R0R15）都不能直接与立即数打交道，因而通用性有所下降。而在51系列中，它所有的通用寄存器（地址007FH）均可以直接与立即数打交道，显然要优于前者。 AVR系列没有类似累加器A的结构，它主要是通过R16R31寄存器来实现A的功能。在AVR 中，没有像51系列的数据指针DPTR，而是由X（由R26、R27组成）、Y（由R28、R29组成）、Z（由R30、R31组成）三个16位的寄存器来完成数据指针的功能(相当于有三组DPTR)，而且还能作后增量或先减量等的运行，如： 例5： LDRd, X ；将X所指的地址的内容装入寄存器Rd中。 LDRd,Y；将Y所指的地址的内容装入寄存器Rd 中，然后Y的地址增1。 LDRd，X ；将X的地址减1所指的地址的内容装入 寄存器Rd中。 在51系列中，所有的逻辑运算都必须在A中进行；而AVR却可以在任两个寄存器之间进行，省去了在A中的来回折腾，这些都比51系列强。 AVR的专用寄存器集中在003F地址区间，无需像PIC那样得先进行选存储体的过程，使用起来比PIC方便。AVR的片内RAM的地址区间为0060$00DF(AT90S2313) 和 0060025F(AT90S8515、AT90S8535)，它们占用的是数据空间的地址，这些片内RAM仅仅是用来存储数据的，通常不具备通用寄存器的功能。当程序复杂时，通用寄存器R0R31就显得不够用；而51系列的通用寄存器多达128个（为AVR的4倍），编程时就不会有这种感觉。AVR的I/O脚类似PIC，它也有用来控制输入或输出的方向寄存器，在输出状态下，高电平输出的电流在10mA左右，低电平吸入电流20mA。虽不如PIC，但比51系列强。 以上的三种AVR型号其管脚与对应的51系列兼容，如AT90S2313与51系列的AT89C2051的管脚兼容（PDIP-20脚），AT90S8515、AT90S8535与51系列的AT89C51兼容（PDIP-40脚）等等。传统51、pic、avr mega、STC 51系列单片机对比1. 51，pic，avr mega，stc的传统51、pic、avrmega、STC51系列单片机对比_希希比较传统51，我想我就不多说了，适合菜鸟入门，容易上传统51、pic、avrmega、STC51系列单片机对比_希希手，价格一般（从性价比方面说）。IDE环境推荐 keil。缺点：解密容易（传统51说：谁让咱出道早呢，大家都研究我，哎！哭.）一般功能也有，,传统51、pic、avrmega、STC51系列单片机对比_希希 但AD、eeprom等功能要靠扩展,增加硬件和软件负担。资料：/datasheet/ATMEL_PDF/AT89S52.PDFPIC：我就是传统51、pic、avrmega、STC51系列单片机对比_希希学这款单片机入门的，pic的好处就是各个型号的兼容性强，学好了PIC16f877a，16系列的就OK了，别的型号要用的时候拿出2分钟看看数据手册就行了。12系列 16系列 18系列也是充分的向下兼容。功能全，型号多，适于选型分析，抗干扰能力强 缺点：解密容易（pic说：我出道也很早啊，人家也研究我不少年了，我和奥尼尔是英雄相惜啊！），单片机价格贵（从性价比方面说）。IDE环境：推荐picc+mplabavr mega系列：价格便宜（从性价比方面说），硬件结构适合C语言编程，功能齐全，不容易解密。抗干扰能力强。型号之间兼容性一般。应该说是比较满意的片子了 缺点：功能寄存器多，不适合初学者-通过个人努力此缺点就不是缺点了-各位加油！推荐CVAVR+studio 其实icc 、gcc也不错，大家自己斟酌，呵呵。中文资料：/datasheet/ATMEL_PDF/ATmega16_cn.PDFstc 51系列：价格最便宜（从性价比方面说），功能多，抗干扰能力最强，eeprom大，串口编程很方便（无论是对于初学者还是产品开发调试），出厂时程序引导区就已经加密，并且stc解密的市面价格在1.5w到2.5w之间，可见解密难度大，在一定程度上保护了单片机工程师的利益和产品开发商的利益。生产时就已经考虑到与传统51的兼容问题，兼容做的很好，又增加了许多功能，软复位功能我比较喜欢。缺点：资料就是宏晶网上的资料，资料少，不适合初学者-我指学习它自己增加的功能。（这个缺点也不是什么缺点，宏晶的资料也很详细，但我不能说stc没缺点吧，其它单片机都有，要是stc我说没有或者不说，太偏向了吧，呵呵）IDE：keil 头文件：宏晶网站上有，或者用at89x52.h，新的寄存器自己定义一下就行或者自己写一个头文件（推荐）。中文资料：/datasheet/stc/STC-AD-PDF/STC89C51RC-RD+_GUIDE-CHINESE.pdf2. STC单片机是51与AVR的结合体在搞电子技术面的老前辈面前，我不敢乱说话，本人也只是个刚刚出道的小孩，以下是我的一点感受，只供参考，大家都说AVR好，AVR确实很不错，因为性能，因为功能，在51上很多功能都找不到，比如说I/O四种模式设置，EEPROM，SPI，A/D，可设置系统时钟，等等优点，在51上根本没有，所以为什么大部分的开发人员不用51，就是这个原因，51确实淘汰了，我最深有感触的就51的IO驱动太差了，在不接负载的时候高电平IO能上5V，但是一接负载，只有0.7V，而且51保护能力很差，很容易烧坏芯片，这个是我最难忘的，所以就没办法，只能向AVR靠拢，AVR的C语言与51的C语言在写法上存在很大的差异，很不习惯，AVR的特点就是没有位操作，都是以字节形式来控制和判断相关寄存器位的，这一点，也很不习惯，而51很多都可以位操作的，直接控制就可以了，很方便，直到有一次意外