AVR,C51和PIC单片机比较-电子工程世界

分享到: 微博; QQ; 微信; LinkedIn

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20H～2FH，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00H～7FH），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μA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（见附图），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1.5～1.8V）。

　　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1μs，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（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

关键字：AVR C51 PIC单片机引用地址：AVR,C51和PIC单片机比较

上一篇：如何根据用途选择何种51芯片
下一篇：四位数数字温度表

推荐阅读最新更新时间：2024-03-16 15:47

Keil C51中对双数据指针的支持情况及代码生成

　　在8051体系中，数据指针DPTR作为一个特殊的16位寄存器，用于寻址64 KB的XDATA或CODE空间，通常它被当作一个16位指针，指向一个常数表。双数据指针可以改善同时有两个16位指针使用时的性能。作为一种增强特性，有许多8051派生型器件支持双数据指针。以宏晶科技STC89系列的产品为例，DPTR被增强为DPTR0和DPTR1两个，仍然使用原来的地址，用另外一个SFR AUXR1的0位DPS来切换。当DPS位为0时，所有对DPTR的操作使用DPTR0；当DPS位为1时，所有对DPTR的操作使用DPTR1。这样，通过一个简单的INC AUXR1指令，就可以来回切换两个数据指针。　　1 Keil C51对双数据指针的支

[单片机]

PIC单片机人机接口模块独立式按键的电路设计

本实例可以分为5部分，如图1所示。　　图1 系统组成原理框图　　下面将对这5部分分别进行说明。　　（1）复位电路。　　上电时，对复位电路中的电容充电，也是对PIC单片机进行上电复位的过程，在这一过程中，还可以手工直接按动上电复位中的按键，对其进行复位。　　（2）时钟电路。　　时钟晶振可以采用主频为0～20MHz的晶振，接法如图2所示。　　图2 复位电路和时钟电路　　（3）独立式键盘输入。　　通过PlC16F877的端口D直接输入，在实际电路实现时，由于会产生抖动，所以，在编程时要采用100ms的延时进行复查，确定后再输出数据。　　（4）LED输出。　　通过P

[嵌入式]

AVR单片机的应用经验

AVR与传统类型的单片机相比,除了必须能实现原来的一些基本的功能,其在结构体系、功能部件、性能和可靠性等多方面有很大的提高和改善。但使用更好的器件只是为设计实现一个好的系统创造了一个好的基础和可能性,如果还采用和沿袭以前传统的硬件和软件设计思想和方法的话,是不能用好AVR的,甚至也不能真正的了解AVR的特点和长处。功能越好的器件,需要具备更高技术和能力的人来使用和驾驭它。就象一部好的F1赛车,只有具备高超技术的驾驶员才能充分体会到车的特点,并能最大限度的发挥出车的性能。 AVR具有上手入门快,开发方便简单的特点,但要充分体会和发挥AVR的优点,还需要应用工程师本身的硬软件设计开发能力的不断学习、实践提高。 “外行看

[单片机]

AVR单片机工业控制方案合集

　　AVR单片机是1997年由ATMEL公司研发出的增强型内置Flash的RISC（Reduced Instruction Set CPU）精简指令集高速8位单片机。可以广泛应用于计算机外部设备、工业实时控制、仪器仪表、通讯设备、家用电器等各个领域。本文为大家介绍基于AVR单片机的工业电子设计方案，包括机器人，智能小车等。　　基于AVR单片机的灭火机器人设计与实现　　1 引言　　机器人竞赛是近年来迅速开展起来的一种对抗活动，它涉及人工智能、机械、电子、传感器、精密机械等诸多领域。通过竞赛可以培养学生的创新意识、动手能力、团队写作能力等。其中灭火比赛是开展范围最广、影响最大的机器人竞赛项目之一。　　比赛规则为模仿

[单片机]

基于PIC单片机和LCD模块对电流的驱动

偏置电压是通过使用外部梯形电阻网络（电路见下图）而产生。因为梯形电阻网络连接在VDD和Vss之间，所以会有电流通过梯形电阻网络，电流大小与电阻成反比。也就是说，电阻越大，通过梯形电阻网络的电流就越小。如果使用10kΩ电阻，且VDD=5V，则梯形电阻网络将不断消耗166μA的电流。这对于一些使用电池供电的应用来说是很大的电流。如何最大程度增大电阻，而又不会对显示质量产生负面影响？一些基本的电路分析可以帮助确定梯形网络中电阻增大的程度。 LCD模块实际上就是一个模拟多路开关，它交替地将LCD电压连接到各个段和公共引脚（段电极和公共电极交叉于每一个LCD像素点）。LCD像素可用电容进行模拟。梯形电阻网络中的每个分接点可以用戴维

[单片机]

AVR系列单片机TWI总线的原理及应用

　　AVR系列的单片机内部集成了TWI(Two-wire SerialInterface)总线。该总线具有I2C总线的特点，即接线简单，外部硬件只需两个上拉电阻，使用时钟线SCL和数据线SDA就可以将128个不同的设备互连到一起;而且支持主机和从机操作，器件可以工作于发送器模式或接收器模式，数据传输率高达400 kHz。正因为TWI总线具有这么多的优点，因此受到了使用者的青睐。　　由于该总线与传统的I2C总线极其相似。因此不少人误以为TWI总线就是I2C总线，其实这只是一种简单化的理解。TWI总线是对I2C总线的继承和发展。它定义了自已的功能模块和寄存器，寄存器各位功能的定义与I2C总线并不相同;而且TWI总线引入了状奁寄存器

[单片机]

Keil C51程序设计中精确延时的总结

一、实现延时的两种方法 1、硬件延时优点：用到定时器/计数器，这种方法可以提高CPU的工作效率，也能做到精确延时；缺点：往往在精度要求不是很高时，会使定时器/计数器大材小用，而且很极端时，定时器根本不够的。 2、软件延时优点：节省硬件资源的同时，只要正确使用可接近要求的精度，这种方法主要采用循环体进行；缺点：精度不高，对编程者经验要求甚高。二、硬件延时 1、常用晶振：11.059 2 MHz（容易产生各种标准的波特率）、12 MHz或6 MHz（机器周期分别为1 μs和2 μs，便于精确延时）。 2、本程序中假设使用频率为12 MHz的晶振。最长的延时时间可达2的16次方=65 536 。若定时器工作在

[单片机]

基于AVR的LED数字大屏幕的设计与实现

摘要：研究基于AVR单片机的LED数字大屏幕显示技术。上位PC机通过串行端口为下位AVR单片机传输要显示的字符的编码，下位AVR单片机通过驱动74HC595可将字符的编码通过LED点阵的形式显示出来，并且给出了一种矩阵转置移位算法。关键字：LED 单片机　编码矩阵转置 1引言 LED显示屏是八十年代后期在全球迅速发展起来的新型信息显示媒体，应用越来越广泛。ATMEGA16L单片机是一款基于AVR RISC 的、低功耗CMOS 8 位单片机，具有16K字节的自编程FLASH， 512字节的EEPROM， 1K字节的SRAM，通过AVR单片机来控制LED的显示，结构简单，应用灵活，并且易于扩展。 2 系统设计原理 2

[单片机]