AVR，C51和PIC八位单片机性能比较

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（80～FFH）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.

　2．PIC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160～200ns),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(80～FFH),而是分散在四个地址区间内,即存储体0（Bank0：00～7FH）、存储体1(Bank1 ：80～FFH)、存储体2(Bank2 ：100～17FH)、存储体3(Bank3 ：180～1FFH)。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（00～7FH）。

　　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。

3．AVR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4～8MHz,故最短指令执行时间为250～125ns。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（R0～R31）,前16个寄存器（R0～R15）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00～7FH）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R16～R31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00～3F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 0060～025F(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R0～R31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。