区别：avr,c51和pic

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