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單片機誕生于20世紀70年代末,它是指一個集成在一塊芯片上的完整計算機系統。它包括CPU、內存、內部和外部總線系統。在AVR、51系列、PIC單片機中,51系列最基本,同時有解密容易等缺點;PIC單片機工業抗干擾性強,各個型號的兼容性強;AVR最新的MEGA系列運行速度快。各種單片機都有各自的優缺點,應根據需要選擇。
關鍵詞:單片機、AVR、51系列、PIC、性能對比分析
AVR、51系列、PIC單片機的對比分析
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。
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