51系列、PIC和AVR三種單片機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)分析

51單片機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)

51系列是應(yīng)用最廣泛的單片機(jī)，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(jìn)行性能上的擴(kuò)充，使得芯片得到進(jìn)一步的完善，形成了一個(gè)龐大的體系，直到現(xiàn)在仍在不斷翻新，把單片機(jī)世界炒得沸沸揚(yáng)揚(yáng)。

優(yōu)點(diǎn)一

51系列優(yōu)點(diǎn)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(jìn)行處理，如傳送、置位、清零、測試等，還能進(jìn)行位的邏輯運(yùn)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(jī)也具有位處理功能，但能進(jìn)行位邏輯運(yùn)算的實(shí)屬少見。

51系列在片內(nèi)RAM區(qū)間還特別開辟了一個(gè)雙重功能的地址區(qū)間，十六個(gè)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(shí)，合128個(gè)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?yàn)橐粋€(gè)較復(fù)雜的程序在運(yùn)行過程中會(huì)遇到很多分支，因而需建立很多標(biāo)志位，在運(yùn)行過程中，需要對有關(guān)的標(biāo)志位進(jìn)行置位、清零或檢測，以確定程序的運(yùn)行方向。而實(shí)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(diǎn)二

51系列的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)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(shí)，只需一條指令即可。很多的八位單片機(jī)都不具備乘法功能，作乘法時(shí)還得編上一段子程序調(diào)用，十分不便。

優(yōu)點(diǎn)三

51系列的I/O腳的設(shè)置和使用非常簡單，但高電平時(shí)無輸出能力，可謂有利有弊。故其他系列的單片機(jī)（如PIC系列、AVR系列等）對I/O口進(jìn)行了改進(jìn)，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(diǎn)

原51系列也有許多值得改進(jìn)之處，如運(yùn)行速度過慢等。當(dāng)晶振頻率為12MHz時(shí)，機(jī)器周期達(dá)1μs，顯然適應(yīng)不了現(xiàn)代高速運(yùn)行的需要。

PIC單片機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)

PIC單片機(jī)CPU采用RISC結(jié)構(gòu)，分別有33、35、58條指令，視單片機(jī)的級別而定，屬精簡指令集。而51系列有111條指令，AVR單片機(jī)有118條指令，都比前者復(fù)雜。

優(yōu)點(diǎn)一

采用Haryard雙總線結(jié)構(gòu)，運(yùn)行速度快，指令周期約160～200ns，它能使程序存儲(chǔ)器的訪問和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的訪問并行處理。這種指令流水線結(jié)構(gòu)，在一個(gè)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(chǔ)器取出下一條指令。總的看來，每條指令只需一個(gè)周期（個(gè)別除外），這也是高效率運(yùn)行的原因之一。此外，它還具有低工作電壓、低功耗、驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)。

優(yōu)點(diǎn)二

PIC系列單片機(jī)的I/O口是雙向的，其輸出電路為CMOS互補(bǔ)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(shí)同為輸入和輸出的狀態(tài)。

當(dāng)置位1時(shí)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(shí)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(dòng)能力，低電平吸人電流達(dá)25mA，高電平輸出電流可達(dá)20mA。

相對于51系列而言，這是一個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)，它可以直接驅(qū)動(dòng)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(diǎn)

該系列單片機(jī)的專用寄存器并不像51系列那樣都集中在一個(gè)固定的地址區(qū)間內(nèi)（80～FFH），而是分散在四個(gè)地址區(qū)間內(nèi)，即存儲(chǔ)體0（Bank0:00-7FH）、存儲(chǔ)體1（Bankl：80-FFH）、存儲(chǔ)體2（Bank2：100-17FH）、存儲(chǔ)體3（Bank3：180-1FFH）。只有5個(gè)專用寄存器PCL、STATUS、FSR、PCLATH、INTCON在4個(gè)存儲(chǔ)體內(nèi)同時(shí)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(chǔ)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(jī)，它的位指令操作通常限制在存儲(chǔ)體0區(qū)間（00～7FH）。數(shù)據(jù)的傳送和邏輯運(yùn)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(jìn)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(jī)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(jī)優(yōu)缺點(diǎn)

AVR單片機(jī)其顯著的特點(diǎn)為高性能、高速度、低功耗。它取消機(jī)器周期，以時(shí)鐘周期為指令周期，實(shí)行流水作業(yè)。AVR單片機(jī)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(shí)完成下一條指令的讀取。

通用寄存器一共32個(gè)（RO-R31），前16個(gè)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(diǎn)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(shí)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(gè)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(yùn)行。

在51系列中，所有的邏輯運(yùn)算都必須在A中進(jìn)行;而AVR卻可以在任兩個(gè)寄存器之間進(jìn)行，省去了在A中的來回折騰，這些都比51系列強(qiáng)。

優(yōu)點(diǎn)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(jìn)行選存儲(chǔ)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(chǔ)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(shí)，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(dá)128個(gè)（為AVR的4倍），編程時(shí)就不會(huì)有這種感覺。

缺 點(diǎn)

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(qiáng)。