AVR,C51和PIC八位單片機性能比較

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)。當該腳作輸出腳使時(shí)，則為高電平或低電平均可。低電平時(shí)，吸入電流可?0mA，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，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

……