C51、PIC和AVR單片機性能比較

　　傳統51：適合菜鳥(niǎo)入門(mén)，容易上手，價(jià)格一般(從性?xún)r(jià)比方面說(shuō))。IDE環(huán)境推薦keil。

　　缺點(diǎn)：解密容易，一般功能也有，但AD、eeprom等功能要靠擴展，增加硬件和軟件負擔。

　　PIC：pic的好處就是各個(gè)型號的兼容性強，學(xué)好了PIC16f877a，16系列的就OK了，別的型號要用的時(shí)候拿出2分鐘看看數據手冊就行了。12系列、16系列、18系列也是充分的向下兼容。功能全，型號多，適于選型分析，抗干擾能力強。

　　缺點(diǎn)：解密容易，單片機價(jià)格貴(從性?xún)r(jià)比方面說(shuō))。

　　IDE環(huán)境：推薦picc+mplab。

　　avr mega系列：價(jià)格便宜(從性?xún)r(jià)比方面說(shuō))，硬件結構適合C語(yǔ)言編程，功能齊全，不容易解密?？垢蓴_能力強。型號之間兼容性一般。應該說(shuō)是比較滿(mǎn)意的片子了。

　　缺點(diǎn)：功能寄存器多，不適合初學(xué)者——通過(guò)個(gè)人努力此缺點(diǎn)就不是缺點(diǎn)了。

　　推薦CVAVR+studio。其實(shí)icc 、gcc也不錯，大家自己斟酌。

　　stc 51系列：價(jià)格最便宜(從性?xún)r(jià)比方面說(shuō))，功能多，抗干擾能力最強，eeprom大，串口編程很方便(無(wú)論是對于初學(xué)者還是產(chǎn)品開(kāi)發(fā)調試)，出廠(chǎng)時(shí)程序引導區就已經(jīng)加密，并且stc解密的市面價(jià)格在1.5w到2.5w之間，可見(jiàn)解密難度大，在一定程度上保護了單片機工程師的利益和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)商的利益。生產(chǎn)時(shí)就已經(jīng)考慮到與傳統51的兼容問(wèn)題，兼容做的很好，又增加了許多功能，軟復位功能我比較喜歡。

　　缺點(diǎn)：資料就是宏晶網(wǎng)上的資料，資料少，不適合初學(xué)者——我指學(xué)習它自己增加的功能。

　　IDE：keil。

　　頭文件：宏晶網(wǎng)站上有，或者用at89x52.h，新的寄存器自己定義一下就行或者自己寫(xiě)一個(gè)頭文件(推薦)。

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　　八位單片機由于內部構造簡(jiǎn)單，體積小，成本低廉，在一些較簡(jiǎn)單的控制器中應用很廣。即便到了本世紀，在單片機應用中，仍占有相當的份額。由于八位單片機種類(lèi)繁多，本文僅將常用的幾種在性能上作一個(gè)簡(jiǎn)單的比較，供讀者在使用時(shí)作參考。

　　1. 51系列

　　應用最廣泛的八位單片機首推Intel的51系列，由于產(chǎn)品硬件結構合理，指令系統規范，加之生產(chǎn)歷史“悠久”，有先入為主的優(yōu)勢。世界有許多著(zhù)名的芯片公司都購買(mǎi)了51芯片的核心專(zhuān)利技術(shù)，并在其基礎上進(jìn)行性能上的擴充，使得芯片得到進(jìn)一步的完善，形成了一個(gè)龐大的體系，直到現在仍在不斷翻新，把單片機世界炒得沸沸揚揚。有人推測，51芯片可能最終形成事實(shí)上的標準MCU芯片。

　　51系列優(yōu)點(diǎn)之一是它從內部的硬件到軟件有一套完整的按位操作系統，稱(chēng)作位處理器，或布爾處理器。它的處理對象不是字或字節而是位。它不光能對片內某些特殊功能寄存器的某位進(jìn)行處理，如傳送、置位、清零、測試等，還能進(jìn)行位的邏輯運算，其功能十分完備，使用起來(lái)得心應手。雖然其他種類(lèi)的單片機也具有位處理功能，但能進(jìn)行位邏輯運算的實(shí)屬少見(jiàn)。51系列在片內RAM區間還特別開(kāi)辟了一個(gè)雙重功能的地址區間，十六個(gè)字節，單元地址20H～2FH，它既可作字節處理，也可作位處理(作位處理時(shí)，合128個(gè)位，相應位地址為00H～7FH)，使用極為靈活。這一功能無(wú)疑給使用者提供了極大的方便，因為一個(gè)較復雜的程序在運行過(guò)程中會(huì )遇到很多分支，因而需建立很多標志位，在運行過(guò)程中，需要對有關(guān)的標志位進(jìn)行置位、清零或檢測，以確定程序的運行方向。而實(shí)施這一處理(包括前面所有的位功能)，只需用一條位操作指令即可。

　　例1：如對21H的第0位(相應位地址為08H)置位，只需用一條位指令，

　　SETB08H

　　對周?chē)钠渌徊粫?huì )產(chǎn)生影響。

　　有的單片機并不能直接對RAM單元中的位進(jìn)行操作，如AVR系列單片機中，若想對RAM中的某位置位時(shí)，必須通過(guò)狀態(tài)寄存器SREG的T位進(jìn)行中轉。

　　例2：如對RAM中的R0寄存器的第4位置位，則

　　BSET6 ;狀態(tài)寄存器T置位

　　BLD R0, 4 ;將T位復制到R0的第4位

　　顯然，后者比前者要復雜。

　　51系列的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是乘法和除法指令，這給編程也帶來(lái)了便利。八位除以八位的除法指令，商為八位，精度嫌不夠，用得不多。而八位乘八位的乘法指令，其積為十六位，精度還是能滿(mǎn)足要求的，用的較多。作乘法時(shí)，只需一條指令就行了，即 MULAB(兩個(gè)乘數分別在累加器A和寄存器B中。積的低位字節在累加器A中，高位字節在寄存器B中)。很多的八位單片機都不具備乘法功能，作乘法時(shí)還得編上一段子程序調用，十分不便。

　　在51系列中，還有一條二進(jìn)制-十進(jìn)制調整指令 DA，能將二進(jìn)制變?yōu)锽CD碼，這對于十進(jìn)制的計量十分方便。而在其他的單片機中，則也需調用專(zhuān)用的子程序才行。

　　Intel公司51系列的典型產(chǎn)品是8051，片內有4K字節的一次性程序存儲器(OTP)。Atmel公司就將其改為電可改寫(xiě)的閃速存儲器(Flash)，容許改寫(xiě)1000次以上，這給編程和調試帶來(lái)極大的便利，其產(chǎn)品AT89C51、AT89C52 ……等成為了當今最流行的八位單片機。

　　51系列的I/O腳的設置和使用非常簡(jiǎn)單，當該腳作輸入腳使用時(shí)，只須將該腳設置為高電平(復位時(shí)，各I/O口均置高電平)。當該腳作輸出腳使用時(shí)，則為高電平或低電平均可。低電平時(shí)，吸入電流可達20mA，具有一定的驅動(dòng)能力;而為高電平時(shí)，輸出電流僅數十μA甚至更小(電流實(shí)際上是由腳的上拉電流形成的)，基本上沒(méi)有驅動(dòng)能力。其原因是高電平時(shí)該腳也同時(shí)作輸入腳使用，而輸入腳必須具有高的輸入阻抗，因而上拉的電流必須很小才行。作輸出腳使用，欲進(jìn)行高電平驅動(dòng)時(shí)，得利用外電路來(lái)實(shí)現(見(jiàn)附圖)，I/O腳不通，電流經(jīng)R驅動(dòng)LED發(fā)光;低電平時(shí)，I/O腳導通，電流由該腳入地，LED滅(I/O腳導通時(shí)對地的電壓降小于1V，LED的域值1.5～1.8V)。

　　51系列I/O腳使用簡(jiǎn)單，但高電平時(shí)無(wú)輸出能力，可謂有利有弊。故其他系列的單片機(如PIC系列、AVR系列等)對I/O口進(jìn)行了改進(jìn)，增加了方向寄存器以確定輸入或輸出，但使用也變得復雜。

　　一些簡(jiǎn)裝的51產(chǎn)品也相應出現，如Atmel公司的AT89C1051、AT89C2051、AT89C4051等(閃速存儲器分別為1K、2K、4K等，但不能外接數據存儲器)，指令系統與AT89C51完全兼容，但引腳均為20腳，不光體積小，而且價(jià)格低廉，這使得其他的公司競相仿照。

　　不過(guò)，原51系列也有許多值得改進(jìn)之處，如運行速度過(guò)慢等。當晶振頻率為12MHz時(shí)，機器周期達1μs，顯然適應不了現代高速運行的需要。華邦公司(Winbond)生產(chǎn)的產(chǎn)品型號為W77系列和W78系列，W78系列與AT89C系列完全兼容。W77系列為增強型，對原有的8051的時(shí)序作了改進(jìn)，每個(gè)機器周期從12個(gè)時(shí)鐘周期改為4個(gè)周期，使速度提高了三倍，同時(shí)，晶振頻率最高可達40MHz。W77系列還增加了看門(mén)狗WatchDog、兩組UART、兩組DPTR數據指針、ISP等多種功能。

　　特別是雙數據指針，能給編程帶來(lái)很大的便利。在51系列中，數據指針DPTR是片內與片外的數據存儲器打交道的主要途徑(由片外數據存儲器讀入片內累加器A或由片內累加器A 寫(xiě)入片外數據存儲器)，也是程序存儲器與累加器A之間的數據傳送的必由之路。由于頻繁的數據交換，特別是數據塊的搬運和比較，數據指針?lè )浅３跃o，它需要不斷地實(shí)施現場(chǎng)保護與還原，不光編程變得復雜，而且運行速度也減慢。而當采用兩個(gè)數據指針時(shí)，可以各負其責，互不相擾，輕松地完成上述過(guò)程。兩個(gè)數據指針的選取取決于特殊功能寄存器AUXR1的第D0位DPS。當DPS為0時(shí)，選中數據指針DPTR0(復位時(shí)DPS也為0);DPS為1時(shí)，選中數據指針DPTR1。DPS位不能位尋址，故不能進(jìn)行布爾操作，但由于A(yíng)UXR1的D1位被強制為邏輯“0”，不可能發(fā)生由D0位向D1位進(jìn)位之可能，因而可以通過(guò)對AUXR1進(jìn)行增1來(lái)使D0位由0變?yōu)?或由1變?yōu)?，從而達到雙數據指針的快速切換的目的，如：

　　例3：

　　MOVAUXR1,#0 ; DPS為0，DPTR0有效

　　……

　　INC AUXR1 ; DPS為1，DPTR1有效

　　……

　　INC AUXR1 ; DPS為0，DPTR0有效

　　……

　　ISP功能能實(shí)現在系統可編程，可以省去通用的編程器，單片機在用戶(hù)板上即可下載和燒錄用戶(hù)程序，而無(wú)需將單片機從生產(chǎn)好的產(chǎn)品上取下。未定型的程序還可以邊生產(chǎn)邊完善，加快了產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)速度，減少了新產(chǎn)品因軟件缺陷帶來(lái)的風(fēng)險。由于可以將程序下載并觀(guān)看運行結果，故也可以不用仿真器。

　　單片機的提速運行、雙數據指針及ISP功能并非是W77系列所特有的，一些新的型號的51系列產(chǎn)品大都有該功能，如Philips的51LPC系列、AT89系列中的某些型號、STC89C系列等等。有的單片機還附有A/D、D/A轉換、片內EEPROM數據存儲器、PWM輸出、I2C總線(xiàn)、上電復位檢測、欠壓復位檢測等等，這些新系列的單片機，它們都兼容8051的指令系統。增強功能的實(shí)現，大都是由片內新增的特殊功能寄存器來(lái)進(jìn)行設置，這些寄存器被安排在片內特殊功能寄存器區間(80～FFH)的預留地址上。

　　比較有代表性的產(chǎn)品還有STC89C51RC、C8051F331/330等等?？梢赃@么說(shuō)，新的51產(chǎn)品幾乎可以涵蓋所有新的功能。由于新型號的芯片種類(lèi)太多，此處不可能一一列舉，讀者可根據使用的需求查閱相關(guān)的資料。

　　2.PIC系列

　　PIC單片機系列是美國微芯公司(Microship)的產(chǎn)品，是當前市場(chǎng)份額增長(cháng)最快的單片機之一。CPU采用RISC結構，分別有33、35、58條指令(視單片機的級別而定)，屬精簡(jiǎn)指令集。而51系列有111條指令，AVR單片機有118條指令，都比前者復雜。采用Harvard雙總線(xiàn)結構，運行速度快(指令周期約160～200ns)，它能使程序存儲器的訪(fǎng)問(wèn)和數據存儲器的訪(fǎng)問(wèn)并行處理，這種指令流水線(xiàn)結構，在一個(gè)周期內完成兩部分工作，一是執行指令，二是從程序存儲器取出下一條指令，這樣總的看來(lái)每條指令只需一個(gè)周期(個(gè)別除外)，這也是高效率運行的原因之一。此外，它還具有低工作電壓、低功耗、驅動(dòng)能力強等特點(diǎn)。PIC系列單片機共分三個(gè)級別，即基本級、中級、高級。其中又以中級的PIC16F873(A)、PIC16F877 (A) 用的最多，本文以這兩種單片機為例進(jìn)行說(shuō)明。這兩種芯片除了引出腳不同外(PIC16F873(A)為28腳的PDIP或SOIC封裝;PIC16F877(A)為40腳的PDIP或44腳的PLCC/QFP封裝)，其他的差別并不很大。

　　PIC系列單片機的I/O口是雙向的，其輸出電路為CMOS互補推挽輸出電路。I/O腳增加了用于設置輸入或輸出狀態(tài)的方向寄存器(TRISn , 其中n對應各口，如A、B、C、D、E等)，從而解決了51系列I/O腳為高電平時(shí)同為輸入和輸出的狀態(tài)。當置位1時(shí)為輸入狀態(tài)，且不管該腳呈高電平或低電平，對外均呈高阻狀態(tài);置位0時(shí)為輸出狀態(tài)，不管該腳為何種電平，均呈低阻狀態(tài)，有相當的驅動(dòng)能力，低電平吸入電流達25mA，高電平輸出電流可達20mA。相對于51系列而言，這是一個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)，它可以直接驅動(dòng)數碼管顯示且外電路簡(jiǎn)單。它的A/D為10位，能滿(mǎn)足精度要求。具有在線(xiàn)調試及編程(ISP)功能。

　　該系列單片機的專(zhuān)用寄存器(SFR)并不像51系列那樣都集中在一個(gè)固定的地址區間內(80～FFH)，而是分散在四個(gè)地址區間內，即存儲體0(Bank0：00～7FH)、存儲體1(Bank1 ：80～FFH)、存儲體2(Bank2 ：100～17FH)、存儲體3(Bank3 ：180～1FFH)。只有5個(gè)專(zhuān)用寄存器PCL、STATUS、FSR、PCLATH、 INTCON在4個(gè)存儲體內同時(shí)出現。在編程過(guò)程中，少不了要與專(zhuān)用寄存器打交道，得反復地選擇對應的存儲體，也即對狀態(tài)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。選擇存儲體0

　　……

　　BSF STATUS，RP0;置位RP0。選擇存儲體1

　　……

　　BCF STATUS，RP0;清零RP0。選擇存儲體0

　　……

　　這多少給編程帶來(lái)了一些麻煩。對于上述的單片機，它的位指令操作通常限制在存儲體0區間(00～7FH)。

　　數據的傳送和邏輯運算基本上都得通過(guò)工作寄存器W(相當于51系列的累加器A)來(lái)進(jìn)行，而51系列的還可以通過(guò)寄存器相互之間直接傳送(如：MOV 30H，20H;將寄存器20H的內容直接傳送至寄存器30H中)，因而PIC單片機的瓶頸現象比51系列還要嚴重，這在編程中很有感受。

　　3.AVR系列

　　AVR單片機是Atmel公司推出的較為新穎的單片機，其顯著(zhù)的特點(diǎn)為高性能、高速度、低功耗。它取消機器周期，以時(shí)鐘周期為指令周期，實(shí)行流水作業(yè)。AVR單片機指令以字為單位，且大部分指令都為單周期指令。而單周期既可執行本指令功能，同時(shí)完成下一條指令的讀取。通常時(shí)鐘頻率用4～8MHz，故最短指令執行時(shí)間為250～125ns。該系列的型號較多，但可用下面三種為代表：AT90S2313(簡(jiǎn)裝型)、AT90S8515、AT90S8535(帶A/D轉換)。

　　通用寄存器一共32個(gè)(R0～R31)，前16個(gè)寄存器(R0～R15)都不能直接與立即數打交道，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00～7FH)均可以直接與立即數打交道，顯然要優(yōu)于前者。

　　AVR系列沒(méi)有類(lèi)似累加器A的結構，它主要是通過(guò)R16～R31寄存器來(lái)實(shí)現A的功能。在A(yíng)VR中，沒(méi)有像51系列的數據指針DPTR，而是由X(由R26、R27組成)、Y(由R28、R29組成)、Z(由R30、R31組成)三個(gè)16位的寄存器來(lái)完成數據指針的功能(相當于有三組DPTR)，而且還能作后增量或先減量等的運行，如：

　　例5：

　　LDRd, X ;將X所指的地址的內容裝入寄存器Rd中。

　　LDRd,Y+;將Y所指的地址的內容裝入寄存器Rd中，然后Y的地址增1。

　　LDRd，-X ;將X的地址減1所指的地址的內容裝入寄存器Rd中。

　　在51系列中，所有的邏輯運算都必須在A(yíng)中進(jìn)行;而AVR卻可以在任兩個(gè)寄存器之間進(jìn)行，省去了在A(yíng)中的來(lái)回折騰，這些都比51系列強。

　　AVR的專(zhuān)用寄存器集中在00～3F地址區間，無(wú)需像PIC那樣得先進(jìn)行選存儲體的過(guò)程，使用起來(lái)比PIC方便。AVR的片內RAM的地址區間為0060～$00DF(AT90S2313) 和 0060～025F(AT90S8515、AT90S8535)，它們占用的是數據空間的地址，這些片內RAM僅僅是用來(lái)存儲數據的，通常不具備通用寄存器的功能。當程序復雜時(shí)，通用寄存器R0～R31就顯得不夠用;而51系列的通用寄存器多達128個(gè)(為AVR的4倍)，編程時(shí)就不會(huì )有這種感覺(jué)。

　　AVR的I/O腳類(lèi)似PIC，它也有用來(lái)控制輸入或輸出的方向寄存器，在輸出狀態(tài)下，高電平輸出的電流在10mA左右，低電平吸入電流20mA。雖不如PIC，但比51系列強。

　　以上的三種AVR型號其管腳與對應的51系列兼容，如AT90S2313與51系列的AT89C2051的管腳兼容(PDIP-20腳)，AT90S8515、AT90S8535與51系列的AT89C51兼容(PDIP-40腳)等等。