AVR、51系列、PIC单片机的对比分析 计算机系统, 单片机, 关键词, 优缺点, 兼容性

yuyang911220

摘要：
单片机诞生于20 世纪70 年代末，它是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。它 包括CPU、内存、内部和外部总线系统。在AVR、51 系列、PIC 单片机中，51 系列最基本， 同时有解密容易等缺点；PIC 单片机工业抗干扰性强，各个型号的兼容性强；AVR 最新的 MEGA 系列运行速度快。各种单片机都有各自的优缺点，应根据需要选择。
关键词：单片机、AVR、51 系列、PIC、性能对比分析
一、单片机的概述。
1、单片机的定义。
单片机诞生于20 世纪70 年代末，它是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。单 片机具有一个完整计算机所需要的大部分部件：CPU、内存、内部和外部总线系统，目前大 部分还会具有外存。同时集成诸如通讯接口、定时器，实时时钟等外围设备。
2、单片机的发展。
单片机也被称为微控制器（Microcontroller），因为它最早被用于工业控制领域。单片机 由芯片内仅有CPU 的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU 集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备 当中。
早期的单片机都是8 位或4 位的。其中最成功的是INTEL 的8031。此后在8031 上发 展出了MCS51 系列单片机系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着 工业控制领域要求的提高，开始出现了16 位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛 的应用。90 年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大的提高。随着INTEL i960 系列特别是后来的ARM 系列的广泛应用，32 位单片机迅速取代16 位单片机的高端地 位，并且进入主流市场。而传统的8 位单片机的性能也得到了飞速提高，处理能力比起80 年代提高了数百倍。目前，高端的32 位单片机主频已经超过300MHz，性能直追90 年代中 期的专用处理器，同时性价比非常乐观。当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。
3、单片机的应用。
单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统，因此它得到了最多的应用。现代人类生 活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。而个人电脑中也会有为数不少的 单片机在工作。单片机的数量不仅远超过PC 机和其他计算的综合，甚至比人类的数量还要 多。
二、单片机分类AVR、51系列、PIC单片机简单概述。
单片机按CPU 的处理能力分类目前有4 位、8 位、16 位、32 位，位数越高的单片机在数据 处理能力和指令系统方面就越强，AVR、51、PIC 都属于8 位机。8 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。8 位单片机也是目前应用最广泛的单片机，在各个领域上 都可以看到它的身影。
1、51 系列单片机概述。
51 系列单片机最早有Intel 公司推出，主要有8031 系列，8051 系列。后来Atmel 公司 以8051 的内核为基础推出了AT89 系列单片机。比较适合初学者的需要。
2、AVR 单片机概述。
AVR 单片机也是Atmel 公司的产品，最早的就是AT90 系列单片机，现在很多AT90 单片机都转型为Atmega 系列和Attiny 系列，AVR 单片机最大的特点是精简指令型单片机，执行速度，在相同的振荡频率下是8 位MCU 中最快的一种单片机。
3、PIC 单片机概述。
PIC 单片机是Microchip 公司的产品，它也是一种精简指令型的单片机，指令数量比较少，中档的PIC 系列仅仅有35 条指令而已，低档的仅有33 条指令。但是如果使用汇编语言编写PIC 单片机的程序有一个致命的弱点就是PIC 中低档单片机里有一个翻页的概念， 编写程序比较麻烦。
三、AVR、51系列、PIC单片机的对比分析。
1、51 系列单片机的优缺点分析。
51 系列是应用最广泛的单片机，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。
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OOH～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。
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，只需一条指令即可。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。
51 系列的I/O 脚的设置和使用非常简单，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。
同时，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DVTR 数据指针、ISP 等多种功能。