AVR,C51和PIC八位單片機(jī)性能比較

八位單片機(jī)由于內(nèi)部構(gòu)造簡(jiǎn)單，體積小，成本低廉，在一些較簡(jiǎn)單的控制器中應(yīng)用很廣。即便到了本世紀(jì)，在單片機(jī)應(yīng)用中，仍占有相當(dāng)?shù)姆蓊~。由于八位單片機(jī)種類繁多，本文僅將常用的幾種在性能上作一個(gè)簡(jiǎn)單的比較，供讀者在使用時(shí)作參考。

1. 51系列

應(yīng)用最廣泛的八位單片機(jī)首推Intel的51系列，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(shì)。世界有許多著名的芯片公司都購(gòu)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)。有人推測(cè)，51芯片可能最終形成事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)MCU芯片。

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(duì)象不是字或字節(jié)而是位。它不光能對(duì)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(cè)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(lái)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(jiàn)。51系列在片內(nèi)RAM區(qū)間還特別開(kāi)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00H～7FH)，使用極為靈活。這一功能無(wú)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(guò)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(guò)程中，需要對(duì)有關(guān)的標(biāo)志位進(jìn)行置位、清零或檢測(cè)，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。

例1：如對(duì)21H的第0位(相應(yīng)位地址為08H)置位，只需用一條位指令，

SETB08H

對(duì)周圍的其他位不會(huì)產(chǎn)生影響。

有的單片機(jī)并不能直接對(duì)RAM單元中的位進(jìn)行操作，如AVR系列單片機(jī)中，若想對(duì)RAM中的某位置位時(shí)，必須通過(guò)狀態(tài)寄存器SREG的T位進(jìn)行中轉(zhuǎn)。

例2：如對(duì)RAM中的R0寄存器的第4位置位，則

BSET6 ;狀態(tài)寄存器T置位

BLD R0, 4 ;將T位復(fù)制到R0的第4位

顯然，后者比前者要復(fù)雜。

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(lái)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)，只需一條指令就行了，即 MULAB(兩個(gè)乘數(shù)分別在累加器A和寄存器B中。積的低位字節(jié)在累加器A中，高位字節(jié)在寄存器B中)。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。

在51系列中，還有一條二進(jìn)制-十進(jìn)制調(diào)整指令 DA，能將二進(jìn)制變?yōu)锽CD碼，這對(duì)于十進(jìn)制的計(jì)量十分方便。而在其他的單片機(jī)中，則也需調(diào)用專用的子程序才行。

Intel公司51系列的典型產(chǎn)品是8051，片內(nèi)有4K字節(jié)的一次性程序存儲(chǔ)器(OTP)。Atmel公司就將其改為電可改寫(xiě)的閃速存儲(chǔ)器(Flash)，容許改寫(xiě)1000次以上，這給編程和調(diào)試帶來(lái)極大的便利，其產(chǎn)品AT89C51、AT89C52 ……等成為了當(dāng)今最流行的八位單片機(jī)。

51系列的I/O腳的設(shè)置和使用非常簡(jiǎn)單，當(dāng)該腳作輸入腳使用時(shí)，只須將該腳設(shè)置為高電平(復(fù)位時(shí)，各 I/O口均置高電平)。當(dāng)該腳作輸出腳使時(shí)，則為高電平或低電平均可。低電平時(shí)，吸入電流可?0mA，具有一定的驅(qū)動(dòng)能力;而為高電平時(shí)，輸出電流僅數(shù)十 μA甚至更小(電流實(shí)際上是由腳的上拉電流形成的)，基本上沒(méi)有驅(qū)動(dòng)能力。其原因是高電平時(shí)該腳也同時(shí)作輸入腳使用，而輸入腳必須具有高的輸入阻抗，因而上拉的電流必須很小才行。作輸出腳使用，欲進(jìn)行高電平驅(qū)動(dòng)時(shí)，得利用外電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，I/O腳不通，電流經(jīng)R驅(qū)動(dòng)LED發(fā)光;低電平時(shí)，I/O腳導(dǎo)通，電流由該腳入地，LED滅(I/O腳導(dǎo)通時(shí)對(duì)地的電壓降小于1V，LED的域值1.5～1.8V)。

51系列I/O腳使用簡(jiǎn)單，但高電平時(shí)無(wú)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(duì)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。

一些簡(jiǎn)裝的51產(chǎn)品也相應(yīng)出現(xiàn)，如Atmel公司的AT89C1051、AT89C2051、AT89C4051等(閃速存儲(chǔ)器分別為1K、2K、4K等，但不能外接數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器)，指令系統(tǒng)與AT89C51完全兼容，但引腳均為20腳，不光體積小，而且價(jià)格低廉，這使得其他的公司競(jìng)相仿照。

不過(guò)，原51系列也有許多值得改進(jìn)之處，如運(yùn)行速度過(guò)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。華邦公司(Winbond)生產(chǎn)的產(chǎn)品型號(hào)為W77系列和W78系列，W78系列與AT89C系列完全兼容。 W77系列為增強(qiáng)型，對(duì)原有的8051的時(shí)序作了改進(jìn)，每個(gè)機(jī)器周期從12個(gè)時(shí)鐘周期改為4個(gè)周期，使速度提高了三倍，同時(shí)，晶振頻率最高可達(dá) 40MHz。W77系列還增加了看門狗WatchDog、兩組UART、兩組DPTR數(shù)據(jù)指針、ISP等多種功能。

特別是雙數(shù)據(jù)指針，能給編程帶來(lái)很大的便利。在51系列中，數(shù)據(jù)指針DPTR是片內(nèi)與片外的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器打交道的主要途徑(由片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀入片內(nèi)累加器A或由片內(nèi)累加器A 寫(xiě)入片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器)，也是程序存儲(chǔ)器與累加器A之間的數(shù)據(jù)傳送的必由之路。由于頻繁的數(shù)據(jù)交換，特別是數(shù)據(jù)塊的搬運(yùn)和比較，數(shù)據(jù)指針?lè)浅３跃o，它需要不斷地實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)與還原，不光編程變得復(fù)雜，而且運(yùn)行速度也減慢。而當(dāng)采用兩個(gè)數(shù)據(jù)指針時(shí)，可以各負(fù)其責(zé)，互不相擾，輕松地完成上述過(guò)程。兩個(gè)數(shù)據(jù)指針的選取取決于特殊功能寄存器AUXR1的第D0位DPS。當(dāng)DPS為0時(shí)，選中數(shù)據(jù)指針DPTR0(復(fù)位時(shí)DPS也為0);DPS為1時(shí)，選中數(shù)據(jù)指針 DPTR1。DPS位不能位尋址，故不能進(jìn)行布爾操作，但由于AUXR1的D1位被強(qiáng)制為邏輯“0”，不可能發(fā)生由D0位向D1位進(jìn)位之可能，因而可以通過(guò)對(duì)AUXR1進(jìn)行增1來(lái)使D0位由0變?yōu)?或由1變?yōu)?，從而達(dá)到雙數(shù)據(jù)指針的快速切換的目的，如：

例3：

MOVAUXR1,#0 ; DPS為0，DPTR0有效

……

INC AUXR1 ; DPS為1，DPTR1有效

……

INC AUXR1 ; DPS為0，DPTR0有效

……