三種單片機對比：51系列、PIC和AVR

ID:101093 · 發(fā)表于 2019-9-11 23:07

三種單片機對比：51系列、PIC和AVR
51單片機優(yōu)缺點
51系列是應(yīng)用最廣泛的單片機，由于產(chǎn)品硬件結(jié)構(gòu)合理，指令系統(tǒng)規(guī)范，加之生產(chǎn)歷史“悠久”，有先入為主的優(yōu)勢。世界有許多著名的芯片公司都購買了51芯片的核心專利技術(shù)，并在其基礎(chǔ)上進行性能上的擴充，使得芯片得到進一步的完善，形成了一個龐大的體系，直到現(xiàn)在仍在不斷翻新，把單片機世界炒得沸沸揚揚。
優(yōu)點一
51系列優(yōu)點之一是它從內(nèi)部的硬件到軟件有一套完整的按位操作系統(tǒng)，稱作位處理器，或布爾處理器。
它的處理對象不是字或字節(jié)而是位。它不光能對片內(nèi)某些特殊功能寄存器的某位進行處理，如傳送、置位、清零、測試等，還能進行位的邏輯運算，其功能十分完備，使用起來得心應(yīng)手。雖然其他種類的單片機也具有位處理功能，但能進行位邏輯運算的實屬少見。
51系列在片內(nèi)RAM區(qū)間還特別開辟了一個雙重功能的地址區(qū)間，十六個字節(jié)，單元地址20H～2FH，它既可作字節(jié)處理，也可作位處理(作位處理時，合128個位，相應(yīng)位地址為OOH～7FH)，使用極為靈活。這一功能無疑給使用者提供了極大的方便。因為一個較復(fù)雜的程序在運行過程中會遇到很多分支，因而需建立很多標(biāo)志位，在運行過程中，需要對有關(guān)的標(biāo)志位進行置位、清零或檢測，以確定程序的運行方向。而實施這一處理(包括前面所有的位功能)，只需用一條位操作指令即可。
優(yōu)點二
51系列的另一個優(yōu)點是乘法和除法指令，這給編程也帶來了便利。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，精度還是能滿足要求的，用的較多。作乘法時，只需一條指令即可。很多的八位單片機都不具備乘法功能，作乘法時還得編上一段子程序調(diào)用，十分不便。
優(yōu)點三
51系列的I/O腳的設(shè)置和使用非常簡單，但高電平時無輸出能力，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口進行了改進，增加了方向寄存器以確定輸入或輸出，但使用也變得復(fù)雜。
缺點
原51系列也有許多值得改進之處，如運行速度過慢等。當(dāng)晶振頻率為12MHz時，機器周期達1μs，顯然適應(yīng)不了現(xiàn)代高速運行的需要。
PIC單片機優(yōu)缺點
PIC單片機CPU采用RISC結(jié)構(gòu)，分別有33、35、58條指令，視單片機的級別而定，屬精簡指令集。而51系列有111條指令，AVR單片機有118條指令，都比前者復(fù)雜。
優(yōu)點一
采用Haryard雙總線結(jié)構(gòu)，運行速度快，指令周期約160～200ns，它能使程序存儲器的訪問和數(shù)據(jù)存儲器的訪問并行處理。這種指令流水線結(jié)構(gòu)，在一個周期內(nèi)完成兩部分工作，一是執(zhí)行指令，二是從程序存儲器取出下一條指令。總的看來，每條指令只需一個周期(個別除外)，這也是高效率運行的原因之一。此外，它還具有低工作電壓、低功耗、驅(qū)動能力強等特點。
優(yōu)點二
PIC系列單片機的I/O口是雙向的，其輸出電路為CMOS互補推挽輸出電路。I/O腳增加了用于設(shè)置輸入或輸出狀態(tài)的方向寄存器，從而解決了51系列I/O腳為高電平時同為輸入和輸出的狀態(tài)。
當(dāng)置位1時為輸入狀態(tài)，且不管該腳呈高電平或低電平，對外均呈高阻狀態(tài);置位0時為輸出狀態(tài)，不管該腳為何種電平，均呈低阻狀態(tài)，有相當(dāng)?shù)尿?qū)動能力，低電平吸人電流達25mA，高電平輸出電流可達20mA。
相對于51系列而言，這是一個很大的優(yōu)點，它可以直接驅(qū)動數(shù)碼管顯示且外電路簡單。它的A/D為10位，能滿足精度要求。具有在線調(diào)試及編程功能。
缺點
該系列單片機的專用寄存器并不像51系列那樣都集中在一個固定的地址區(qū)間內(nèi)(80～FFH)，而是分散在四個地址區(qū)間內(nèi)，即存儲體0(Bank0:00-7FH)、存儲體1(Bankl：80-FFH)、存儲體2(Bank2：100-17FH)、存儲體3(Bank3：180-1FFH)。只有5個專用寄存器PCL、STATUS、FSR、PCLATH、INTCON在4個存儲體內(nèi)同時出現(xiàn)。
在編程過程中，少不了要與專用寄存器打交道，得反復(fù)地選擇對應(yīng)的存儲體，即對狀態(tài)寄存器STATUS的第6位(RPl)和第5位(RPO)置位或清零。這多少給編程帶來了一些麻煩。
對于上述的單片機，它的位指令操作通常限制在存儲體0區(qū)間(00～7FH)。數(shù)據(jù)的傳送和邏輯運算基本上都得通過工作寄存器w(相當(dāng)于5l系列的累加器A)來進行，而51系列的還可以通過寄存器相互之間直接傳送(如：MOV30H，20H;將寄存器20H的內(nèi)容直接傳送至寄存器30H中)，因而PIC單片機的瓶頸現(xiàn)象比51系列還要嚴(yán)重，這在編程中很有感受。
AVR單片機優(yōu)缺點
AVR單片機其顯著的特點為高性能、高速度、低功耗。它取消機器周期，以時鐘周期為指令周期，實行流水作業(yè)。AVR單片機指令以字為單位，且大部分指令都為單周期指令。而單周期既可執(zhí)行本指令功能，同時完成下一條指令的讀取。
通用寄存器一共32個(RO-R31)，前16個寄存器(R0～R15)都不能直接與立即數(shù)打交道，因而通用性有所下降。而在5l系列中，它所有的通用寄存器(地址00-7FH)均可以直接與立即數(shù)打交道，顯然要優(yōu)于前者。
優(yōu)點一
AVR系列沒有類似累加器A的結(jié)構(gòu)，它主要是通過R16～R31寄存器來實現(xiàn)A的功能。在AVR中，沒有像5l系列的數(shù)據(jù)指針DPTR，而是由X(由R26、R27組成)、Y(由R28\R29組成)、z(由R30、R31組成)三個16位的寄存器來完成數(shù)據(jù)指針的功能(相當(dāng)于有三組DPTR)，而且還能作后增量或先減量等的運行。
在51系列中，所有的邏輯運算都必須在A中進行;而AVR卻可以在任兩個寄存器之間進行，省去了在A中的來回折騰，這些都比51系列強。
優(yōu)點二
AVR的專用寄存器集中在$00～$3F地址區(qū)間，無需像PIC那樣得先進行選存儲體的過程，使用起來比PIC方便。AVR的片內(nèi)RAM的地址區(qū)間為$0060～$00DF(AT90S23131)和$0060～$025F(AT90S85l5、AT90S8535)，它們占用的是數(shù)據(jù)空間的地址，這些片內(nèi)RAM僅僅是用來存儲數(shù)據(jù)的，通常不具備通用寄存器的功能。當(dāng)程序復(fù)雜時，通用寄存器R0一R31就顯得不夠用;而51系列的通用寄存器多達128個(為AVR的4倍)，編程時就不會有這種感覺。
缺點
AVR的I/O腳類似PIC，它也有用來控制輸入或輸出的方向寄存器，在輸出狀態(tài)下，高電平輸出的電流在10mA左右，低電平吸入電流20mA。雖不如PIC，但比51系列強。