1、51系列單片機的優缺點分析

51系列是應用最廣泛的單片機，由于產品硬件結構合理，指令系統規范，加之生產歷史“悠久”，有先入為主的優勢。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，并在其基礎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，直到現在仍在不斷翻新，把單片機世界炒得沸沸揚揚。

51系列優點之一是它從內部的硬件到軟件有一套完整的按位操作系統，稱作位處理器，或布爾處理器。它的處理對象不是字或字節而是位。它不光能對片內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RAM區間還特別開辟了一個雙重功能的地址區間，十六個字節，單元地址20H～2FH，它既可作字節處理，也可作位處理(作位處理時，合128個位，相應位地址為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，因而需建立很多標志位，在運行過程中，需要對有關的標志位進行置位、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。

51系列的另一個優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用，十分不便。

51系列的I/O腳的設置和使用非常簡單，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，但使用也變得復雜。

同時，原51系列也有許多值得改進之處，如運行速度過慢等。當晶振頻率為12MHz時，機器周期達1μs，顯然適應不了現代高速運行的需要。華邦公司(Winbond)生產的產品型號為W77系列和W78系列，W78系列與AT89C系列完全兼容。W77系列為增強型，對原有的8051的時序作了改進，每個機器周期從12個時鐘周期改為4個周期，使速度提高了三倍，同時，晶振頻率最高可達40MHz。W77系列還增加了看門狗WatchDog、兩組uART、兩組DVTR數據指針、ISP等多種功能。

2、PIC單片機的優缺點分析

PIC單片機CPU采用RISC結構，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，都比前者復雜。采用Haryard雙總線結構，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據存儲器的訪問并行處理，這種指令流水線結構，在一個周期內完成兩部分工作，一是執行指令，二是從程序存儲器取出下一條指令，這樣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、驅動能力強等特點。

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腳增加了用于設置輸入或輸出狀態的方向寄存器，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。當置位1時為輸入狀態，且不管該腳呈高電平或低電平，對外均呈高阻狀態;置位0時為輸出狀態，不管該腳為何種電平，均呈低阻狀態，有相當的驅動能力，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，這是一個很大的優點，它可以直接驅動數碼管顯示且外電路簡單。它的A/D為10位，能滿足精度要求。具有在線調試及編程功能。

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間內(80～FFH)，而是分散在四個地址區間內，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個存儲體內同時出現。在編程過程中，少不了要與專用寄存器打交道，得反復地選擇對應的存儲體，也即對狀態寄存器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區間(00～7FH)。數據的傳送和邏輯運算基本上都得通過工作寄存器w(相當于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的內容直接傳送至寄存器30H中)，因而PIC單片機的瓶頸現象比51系列還要嚴重，這在編程中很有感受。

綜合來說PIC單片機應該說有三個主要特點：

(1)總線結構:MCS-51單片機的總線結構是馮-諾依曼型,計算機在同一個存儲空間取指令和數據,兩者不能同時進行;而PIC單片機的總線結構是哈佛結構,指令和數據空間是完全分開的,一個用于指令,一個用于數據,由于可以對程序和數據同時進行訪問,所以提高了數據吞吐率。正因為在PIC單片機中采用了哈佛雙總線結構，所以與常見的微控制器不同的一點是：程序和數據總線可以采用不同的寬度。數據總線都是8位的，但指令總線位數分別位12、14、16位。

(2)流水線結構:MCS-51單片機的取指和執行采用單指令流水線結構,即取一條指令,執行完后再取下一條指令;而PIC的取指和執行采用雙指令流水線結構,當一條指令被執行時,允許下一條指令同時被取出,這樣就實現了單周期指令。

(3)寄存器組:PIC單片機的所有寄存器,包括I/O口,定時器和程序計數器等都采用RAM結構形式,而且都只需要一個指令周期就可以完成訪問和操作;而MCS-51單片機需要兩個或兩個以上的周期才能改變寄存器的內容。

3、AVR單片優缺點分析

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。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打交道，顯然要優于前者。

AVR系列沒有類似累加器A的結構，它主要是通過R16～R31寄存器來實現A的功能。在AVR中，沒有像5l系列的數據指針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據指針的功能(相當于有三組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。

AVR的專用寄存器集中在$00～$3F地址區間，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RAM的地址區間為$0060～$00DF(AT90S23131)和$0060～$025F(AT90S85l5、AT90S8535)，它們占用的是數據空間的地址，這些片內RAM僅僅是用來存儲數據的，通常不具備通用寄存器的功能。當程序復雜時，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。

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。

綜合來看，AVR與51、PIC單片機相比具有一系列的優點，用通俗的說法主要體現在這幾個方面：

(1)、在相同的系統時鐘下AVR運行速度最快;

(2)、所有AVR單片機的FLASH、EEPROM蓄存器都可以反復燒寫、支持在ISP在線編程(燒寫)，入門費用非常少;

(3)、片內集成多種頻率的RC振蕩器、上電自動復位、看門狗、啟動延時等功能，使得電路設計變得非常簡單;

(4)、每個IO口作輸出時都可以輸出很強的高、低電平，作輸入時IO口可以是高阻抗或者帶上拉電阻;

(5)、片內具有豐富實用的資源，如AD模數器、DA數模器，豐富的中斷源、SPI、USART、TWI通信口、PWM等等;

(6)、片內采用了先進的數據加密技術，大大的提高了破解的難度;

(7)、片內FLASH空間大、品種多，引腳少的有8腳，多的有64腳等各種封裝

(8)、部分芯片的引腳兼容51系列，代換容易，如ATtiny2313兼容AT89C2051，ATmega8515/162兼容AT89S51等

四、單片機的選擇。

各種單片機都有各自的優缺點，應根據需要選擇。選擇單片機原則如下：

1. 單片機的基本參數例如速度，程序存儲器容量，I/O引腳數量

2. 單片機的增強功能，例如看門狗，雙指針，雙串口，RTC(實時時鐘)，EEPROM，擴展RAM，CAN接口，I2C接口，SPI接口，USB接口。

3. Flash和OTP(一次性可編程)相比較，最好是Flash。

4. 封裝IP(雙列直插)，PLCC(PLCC有對應插座)還是貼片。DIP封裝在做實驗時可能方便一點。

5. 工作溫度范圍，工業級還是商業機。如果設計戶外產品，必須選用工業級。

6. 功耗，比如設計并口加密狗，信號線取電只能提供幾個mA,用PIC就是因為低功耗，后來出了MSP430也不錯。

7. 工作電壓范圍。例如設計電視機遙控器，2節干電池供電，至少應該能在1.8-3.6V電壓范圍內工作。

8. 供貨渠道暢通。能申請樣片，小批量購買有現貨。最好像標準51，中發里隨便找個柜臺就能買到(我在北京)

9. 價格低。

10. 有服務商，像周立功公司推Philips，雙龍公司推AVR，都提供了很多有用的技術支持，起碼燒寫器有地方買。

11. 燒錄器價格低，如果是ICP(把單片機放在燒錄器上編程)能否利用現有的燒錄器，如果是表貼封裝，買一個轉接座也很貴，至少得一二百元。能否ISP(在系統編程，即把芯片先焊到板子上再通過預留的ISP接口編程)，一般ISP編程器比較便宜大約一二百元甚至幾十元。

12. 仿真器便宜。對于FLASH型單片機，仿真器不是必備的。但是對于OTP(一次性可編程)型單片機，必須購買或者租用仿真器。

13. 單片機匯編語言是自己熟悉的，并且能支持C語言。編程環境要像keil一樣好用，并且還是免費的。

14. 網站速度快，資料豐富。包括芯片手冊，應用指南，設計方案，范例程序。最好有中文，像Atmel就不錯。

15. 保密性能好，查一下專業解密網站上的黑名單，再發個mail咨詢一下解密價格。

16. 抗干擾性能好。我曾經把XXC52改為S52后發現抗干擾性能下降，只好改回去。

17. 和其他外設芯片放在一起的綜合考慮