51系列、PIC和AVR三种单片机的优缺点分析

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。

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。

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。

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。