《电子技术应用》
您所在的位置:首页 > 其他 > 其他 > 三种单片机对比:51系列、PIC和AVR

三种单片机对比:51系列、PIC和AVR

2019-08-01
关键词: 单片机 51系列 PIC avr

  51单片机优缺点

  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。

微信图片_20190801194749.jpg

  优点一

  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。

  优点二

  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。

  优点三

  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。

  缺 点

  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。

  PIC单片机优缺点

  PIC单片机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。

  优点一

  采用Haryard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。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。

微信图片_20190801194737.jpg

  优点二

  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,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,低电平吸人电流达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功能。

  缺 点

  该系列单片机的专用寄存器并不像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(Bank3:180-1FFH)。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,即对状态寄存器STATUS的第6位(RPl)和第5位(RPO)置位或清零。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5l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: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。

  AVR单片机优缺点

  AVR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。

微信图片_20190801194742.jpg

  通用寄存器一共32个(RO-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5l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。

  优点一

  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5l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。

  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。

  优点二

  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(AT90S23131)和$0060~$025F(AT90S85l5、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R0一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。

  缺 点

  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。