各种单片机的区别

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1、PIC单片机、AVR单片机、C51单片机有什么区别？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In tel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

2、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0

3、0H 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勺T位进行中 转。例2 :如对RAM中的R0寄存器的第4位置位，

4、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

5、方便。而在其他的单片机中，则也需调用专用的 子程序才行。In tel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 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

6、流实际上是由脚的上拉电 流形成 的）,基本上没有驱动能力。其原因是高电平时该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1.51.8V）。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 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

7、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1宙，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 1

8、2 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

9、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DO位DPS当DPS为0时，选中 数据指针DPTRO （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 ; DP 为 0, DPTR0 有效INC AUXR1 ; DP 为

10、1, DPTR1 有效INC AUXR1 ; DP 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

11、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、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吉构，分别有33

12、、 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)、PIC16F87

13、7 (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/QFPt 装)，其他的差别并不很大。PIC系列单片机的I/O 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,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

14、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(ISR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 (Bankl: 80 FFH)存储体 2 (Bank2: 100 17FH)存储体 3 (Bank3: 1801FFH。 ) 只有 5个专用寄存器 PCL、

15、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勺第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0BSF STATUSRPO置位RPQ选择存储体1BCF STATU,SRP0;清零RPQ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

16、列的还可以通过寄存器相互之间直接传送（如：MOV30H, 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250 125 ns。该系列的型号较多，但可用下面三种为代表：AT90S2313 简装型

17、） 、 AT90S8515、AT90S8535 带 A/D 转换）。通用寄存器一共32个（R0 R31），前16个寄存器（R （ 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

18、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,YA ;将丫所指的地址的内容装入寄存器Rd中，然后丫的地址增1。LDRd, X;将X的地址减1所指的地址的内容装入寄存器 Rdxx。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）

19、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