当今单片机厂商琳琅满目，产品性能各异。针对具体情况，我们应选何种型号呢？首先，我们来弄清两个概念：集中指令集（CISC）和精简指令集（RISC）。采用CISC结构的单片机数据线和指令线分时复用，即所谓冯。诺伊曼结构。它的指令丰富，功能较强，但取指令和取数据不能同时进行，速度受限，价格亦高。采用RISC结构的单片机数据线和指令线分离，即所谓哈佛结构。这使得取指令和取数据可同时进行，且由于一般指令线宽于数据线，使其指令较同类CISC单片机指令包含更多的处理信息，执行效率更高，速度亦更快。同时，这种单片机指令多为单字节，程序存储器的空间利用率大大提高，有利于实现超小型化。

8051

单片微型计算机简称为单片机，又称为微型控制器，是微型计算机的一个重要分支。单片机是70年代中期发展起来的一种大规模集成电路芯片，是CPU、RAM、ROM、I/O接口和中断系统于同一硅片的器件。80年代以来，单片机发展迅速，各类新产品不断涌现，出现了许多高性能新型机种，现已逐渐成为工厂自动化和各控制领域的支柱产业之一。

AVR和pic都是跟8051结构不同的8位单片机，因为结构不同，所以汇编指令也有所不同，而且区别于使用CISC指令集的8051，他们都是RISC指令集的，只有几十条指令，大部分指令都是单指令周期的指令，所以在同样晶振频率下，较8051速度要快。另PIC的8位单片机前几年是世界上出货量最大的单片机，飞思卡尔的单片机紧随其后。ARM实际上就是32位的单片机，它的内部资源（寄存器和外设功能）较8051和PIC、AVR都要多得多，跟计算机的CPU芯片很接近了。常用于手机、路由器等等。DSP其实也是一种特殊的单片机，它从8位到32位的都有。它是专门用来计算数字信号的。在某些公式运算上，它比现行家用计算机的最快的CPU还要快。比如说一般32位的DSP能在一个指令周期内运算完一个32位数乘32位数积再加一个32位数。应用于某些对实时处理要求较高的场合。

AVR

高可靠性、功能强、高速度、低功耗和低价位指标，也是单片机占领市场、赖以生存的必要条件。

早期单片机主要由于工艺及设计水平不高，一直是衡量单片机性能的重要、功耗高和抗干扰性能差等原因，所以采取稳妥方案：即采用较高的分频系数对时钟分频，使得指令周期长，执行速度慢以后的CMOS单片机虽然采用提高时钟频率和缩小分频系数等措施，但这种状态并。未被彻底改观（51以及51兼容）。此间虽有某些精简指令集单片机（RISC）问世，但依然沿袭对时钟分频的作法。

AVR单片机的推出，彻底打破这种旧设计格局，废除了机器周期，抛弃复杂指令计算机（CISC）追求指令完备的做法；采用精简指令集，以字作为指令长度单位内容丰富的操作数与操作码安排在一字之中（指令集中占大多数的单周期指令都是如此），取指周期短，又可预取指令，实现流水作业，故可高速执行指令。当然这种速度上的升跃，是以高可靠性为其后盾的。

AVR单片机硬件结构采取8位机与16位机的折中策略，即采用局部寄存器存堆（32个寄存器文件）和单体高速输入/输出的方案（即输入捕获寄存器、输出比较匹配寄存器及相应控制逻辑）。提高了指令执行速度（1Mips/MHz），克服了瓶颈现象，增强了功能；同时又减少了对外设管理的开销，相对简化了硬件结构，降低了成本。故AVR单片机在软/硬件开销、速度、性能和成本诸多方面取得了优化平衡，是高性价比的单片机。

总结起来，AVR有以下几个特点

● 哈佛结构，具备1MIPS/MHz的高速运行处理能力；

● 超功能精简指令集（RISC），具有32个通用工作寄存器，克服了如8051MCU采用单一ACC进行处理造成的瓶颈现象；

● 快速的存取寄存器组、单周期指令系统，大大优化了目标代码的大小、执行效率，部分型号FLASH非常大，特别适用于使用高级语言进行开发；

● 作输出时与PIC的HI/LOW相同，可输出40mA（单一输出），作输入时可设置为三态高阻抗输入或带上拉电阻输入，具备10mA-20mA灌电流的能力；

● 片内集成多种频率的RC振荡器、上电自动复位、看门狗、启动延时等功能，外围电路更加简单，系统更加稳定可靠；

● 大部分AVR片上资源丰富：带E2PROM，PWM，RTC，SPI，UART，TWI，ISP，AD，AnalogComparator，WDT等；

● 大部分AVR除了有ISP功能外，还有IAP功能，方便升级或销毁应用程序AVR系列单片机的选型AVR单片机系列齐全，可适用于各种不同场合的要求。AVR单片机有3个档次：

低档Tiny系列AVR单片机：主要有Tiny11/12/13/15/26/28等；中档AT90S系列AVR单片机：主要有AT90S1200/2313/8515/8535等；（正在淘汰或转型到Mega中）高档ATmega系列AVR单片机：主要有ATmega8/16/32/64/128（存储容量为8/16/32/64/128KB）以及ATmega8515/8535等。

PIC

PIC到底有什么优势？也许你也会有这样的疑问，所以我在这里略谈几点自己的看法。

1）PIC最大的特点是不搞单纯的功能堆积，而是从实际出发，重视产品的性能与价格比，靠发展多种型号来满足不同层次的应用要求。就实际而言，不同的应用对单片机功能和资源的需求也是不同的。比如，一个摩托车的点火器需要一个I/O较少、RAM及程序存储空间不大、可靠性较高的小型单片机，若采用40脚且功能强大的单片机，投资大不说，使用起来也不方便。PIC系列从低到高有几十个型号，可以满足各种需要。其中，PIC12C508单片机仅有8个引脚，是世界上最小的单片机。

该型号有512字节ROM、25字节RAM、一个8位定时器、一根输入线、5根I/O线，市面售价在3－6元人人民币。这样一款单片机在象摩托车点火器这样的应用无疑是非常适合。PIC的高档型号，如PIC16C74（尚不是最高档型号）有40个引脚，其内部资源为ROM共4K、192字节RAM、8路A/D、3个8位定时器、2个CCP模块、三个串行口、1个并行口、11个中断源、33个I/O脚。这样一个型号可以和其它品牌的高档型号媲美。

2）精简指令使其执行效率大为提高。PIC系列8位CMOS单片机具有独特的RISC结构，数据总线和指令总线分离的哈佛总线（Harvard）结构，使指令具有单字长的特性，且允许指令码的位数可多于8位的数据位数，这与传统的采用CISC结构的8位单片机相比，可以达到2:1的代码压缩，速度提高4倍。

3）产品上市零等待（Zerotimetomarket）。采用PIC的低价OTP型芯片，可使单片机在其应用程序开发完成后立刻使该产品上市。

4）PIC有优越开发环境。OTP单片机开发系统的实时性是一个重要的指标，象普通51单片机的开发系统大都采用高档型号仿真低档型号，其实时性不尽理想。PIC在推出一款新型号的同时推出相应的仿真芯片，所有的开发系统由专用的仿真芯片支持，实时性非常好。就我个人的经验看，还没有出现过仿真结果与实际运行结果不同的情况。

5）其引脚具有防瞬态能力，通过限流电阻可以接至220V交流电源，可直接与继电器控制电路相连，无须光电耦合器隔离，给应用带来极大方便。

6）彻底的保密性。PIC以保密熔丝来保护代码，用户在烧入代码后熔断熔丝，别人再也无法读出，除非恢复熔丝。目前，PIC采用熔丝深埋工艺，恢复熔丝的可能性极小。

7）自带看门狗定时器，可以用来提高程序运行的可靠性。

8）睡眠和低功耗模式。虽然PIC在这方面已不能与新型的TI－MSP430相比，但在大多数应用场合还是能满足需要的。

MSP430

MSP430系列单片机的迅速发展和应用范围的不断扩大，主要取决于以下的特点。

强大的处理能力MSP430系列单片机是一个16位的单片机，采用了精简指令集（RISC）结构，具有丰富的寻址方式（7种源操作数寻址、4种目的操作数寻址）、简洁的27条内核指令以及大量的模拟指令；大量的寄存器以及片内数据存储器都可参加多种运算；还有高效的查表处理指令；有较高的处理速度，在8MHz晶体驱动下指令周期为125ns。这些特点保证了可编制出高效率的源程序。

在运算速度方面，MSP430系列单片机能在8MHz晶体的驱动下，实现125ns的指令周期。16位的数据宽度、125ns的指令周期以及多功能的硬件乘法器（能实现乘加）相配合，能实现数字信号处理的某些算法（如FFT等）。

MSP430系列单片机的中断源较多，并且可以任意嵌套，使用时灵活方便。当系统处于省电的备用状态时，用中断请求将它唤醒只用6us。

超低功耗MSP430单片机之所以有超低的功耗，是因为其在降低芯片的电源电压及灵活而可控的运行时钟方面都有其独到之处。

首先，MSP430系列单片机的电源电压采用的是1.8~3.6V电压。因而可使其在1MHz的时钟条件下运行时，芯片的电流会在200~400uA左右，时钟关断模式的最低功耗只有0.1uA。

其次，独特的时钟系统设计。在MSP430系列中有两个不同的系统时钟系统：基本时钟系统和锁频环（FLL和FLL+）时钟系统或DCO数字振荡器时钟系统。有的使用一个晶体振荡器（32768Hz），有的使用两个晶体振荡器）。

由于系统时钟系统产生CPU和各功能所需的时钟。并且这些时钟可以在指令的控制下，打开和关闭，从而实现对总体功耗的控制。 由于系统运行时打开的功能模块不同，即采用不同的工作模式，芯片的功耗有着显著的不同。在系统中共有一种活动模式（AM）和五种低功耗模式（LPM0~LPM4）。在等待方式下，耗电为0.7uA，在节电方式下，最低可达0.1uA。

系统工作稳定。上电复位后，首先由DCOCLK启动CPU，以保证程序从正确的位置开始执行，保证晶体振荡器有足够的起振及稳定时间。然后软件可设置适当的寄存器的控制位来确定最后的系统时钟频率。如果晶体振荡器在用做CPU时钟MCLK时发生故障，DCO会自动启动，以保证系统正常工作；如果程序跑飞，可用看门狗将其复位。

ARM

1991年ARM公司成立于英国剑桥，主要出售芯片设计技术的授权。目前，采用ARM技术知识产权（IP）核的微处理器，即我们通常所说的ARM微处理器，已遍及工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统等各类产品市场，基于ARM技术的微处理器应用约占据了32位RISC微处理器75％以上的市场份额，ARM技术正在逐步渗入到我们生活的各个方面。

ARM公司是专门从事基于RISC技术芯片设计开发的公司，作为知识产权供应商，本身不直接从事芯片生产，靠转让设计许可由合作公司生产各具特色的芯片，世界各大半导体生产商从ARM公司购买其设计的ARM微处理器核，根据各自不同的应用领域，加入适当的外围电路，从而形成自己的ARM微处理器芯片进入市场。目前，全世界有几十家大的半导体公司都使用ARM公司的授权，因此既使得ARM技术获得更多的第三方工具、制造、软件的支持，又使整个系统成本降低，使产品更容易进入市场被消费者所接受，更具有竞争力。

ARM处理器的三大特点是：耗电少功能强、16位/32位双指令集和众多合作伙伴。

1、体积小、低功耗、低成本、高性能；
2、支持Thumb（16位）/ARM（32位）双指令集，能很好的兼容8位/16位器件；
3、大量使用寄存器，指令执行速度更快；
4、大多数数据操作都在寄存器中完成；
5、寻址方式灵活简单，执行效率高；
6、指令长度固定。

ARM商品模式的强大之处在于它在世界范围有超过100个的合作伙伴（Partners）。ARM是设计公司，本身不生产芯片。采用转让许可证制度，由合作伙伴生产芯片。

ARM不是单片机，准确来讲ARM是一种处理器的IP 核。英国ARM公司开发出处理器结构后向其他芯片厂商授权制造，芯片厂商可以根据自己的需要进行结构与功能的调整，因此实际中使用的ARM处理器有很多种类，主要有三星、飞利浦、ATMEL、INTEL制造的几大类，功能与使用上均不相同。ARM处理器核还可以嵌入其他专用芯片中作为中央处理单元使用，例如飞利浦的MP3解码芯片就是采用ARM7核心的。ARM系列处理器很少集成片上硬件资源，更接近今天的处理器范畴，基本不被认为是单片机。

八位单片机由于内部构造简单，体积小，成本低廉，在一些较简单的控制器中应用很广。即便到了本世纪，在单片机应用中，仍占有相当的份额。由于八位单片机种类繁多，本文仅将常用的几种在性能上作一个简单的比较，供读者在使用时作参考。

1. 51系列

应用最广泛的八位单片机首推Intel的51系列，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。有人推测，51芯片可能最终形成事实上的标准MCU芯片。

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00H～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。

　　例1：如对21H的第0位（相应位地址为08H）置位，只需用一条位指令，
　　 SETB08H
　　对周围的其他位不会产生影响。
　　有的单片机并不能直接对RAM单元中的位进行操作，如AVR系列单片机中，若想对RAM中的某位置位时，必须通过状态寄存器SREG的T位进行中转。
　　例2：如对RAM中的R0寄存器的第4位置位，则
　　BSET6 ；状态寄存器T置位
　　BLD R0, 4 ；将T位复制到R0的第4位
　　显然，后者比前者要复杂。

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，只需一条指令就行了，即 MULAB(两个乘数分别在累加器A和寄存器B中。积的低位字节在累加器A中，高位字节在寄存器B中)。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。

　　在51系列中，还有一条二进制-十进制调整指令 DA，能将二进制变为BCD码，这对于十进制的计量十分方便。而在其他的单片机中，则也需调用专用的子程序才行。

Intel公司51系列的典型产品是8051，片内有4K字节的一次性程序存储器（OTP）。Atmel公司就将其改为电可改写的闪速存储器（Flash），容许改写1000次以上，这给编程和调试带来极大的便利，其产品AT89C51、AT89C52 ……等成为了当今最流行的八位单片机。

51系列的I/O脚的设置和使用非常简单，当该脚作输入脚使用时，只须将该脚设置为高电平（复位时，各I/O口均置高电平）。当该脚作输出脚使用时，则为高电平或低电平均可。低电平时，吸入电流可达20mA，具有一定的驱动能力；而为高电平时，输出电流仅数十μA甚至更小（电流实际上是由脚的上拉电流形成的），基本上没有驱动能力。其原因是高电平时該脚也同时作输入脚使用，而输入脚必须具有高的输入阻抗，因而上拉的电流必须很小才行。作输出脚使用，欲进行高电平驱动时，得利用外电路来实现（见附图），I/O脚不通，电流经R驱动LED发光；低电平时，I/O脚导通，电流由该脚入地，LED灭（I/O脚导通时对地的电压降小于1V，LED的域值1.5～1.8V）。

51系列I/O脚使用简单，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。

一些简装的51产品也相应出现，如Atmel公司的AT89C1051、AT89C2051、AT89C4051等（闪速存储器分别为1K、2K、4K等，但不能外接数据存储器），指令系统与AT89C51完全兼容，但引脚均为20脚，不光体积小，而且价格低廉，这使得其他的公司竞相仿照。

不过，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。华邦公司(Winbond)生产的产品型号为W77系列和W78系列，W78系列与AT89C系列完全兼容。W77系列为增强型，对原有的8051的时序作了改进，每个机器周期从12个时钟周期改为4个周期，使速度提高了三倍，同时，晶振频率最高可达40MHz。W77系列还增加了看门狗WatchDog、两组UART、两组DPTR数据指针、ISP等多种功能。

特别是双数据指针，能给编程带来很大的便利。在51系列中，数据指针DPTR是片内与片外的数据存储器打交道的主要途径(由片外数据存储器读入片内累加器A或由片内累加器A 写入片外数据存储器)，也是程序存储器与累加器A之间的数据传送的必由之路。由于频繁的数据交换，特别是数据块的搬运和比较，数据指针非常吃紧，它需要不断地实施现场保护与还原，不光编程变得复杂，而且运行速度也减慢。而当采用两个数据指针时，可以各负其责，互不相扰，轻松地完成上述过程。两个数据指针的选取取决于特殊功能寄存器AUXR1的第D0位DPS。当DPS为0时，选中数据指针DPTR0（复位时DPS也为0）；DPS为1时，选中数据指针DPTR1。DPS位不能位寻址，故不能进行布尔操作，但由于AUXR1的D1位被强制为逻辑“0”，不可能发生由D0位向D1位进位之可能，因而可以通过对AUXR1进行增1来使D0位由0变为1或由1变为0，从而达到双数据指针的快速切换的目的，如：

　　例3：
　　MOVAUXR1,#0 ; DPS为0，DPTR0有效
　　 ……
　　INC AUXR1 ; DPS为1，DPTR1有效
　　 ……
　　 INC AUXR1 ; DPS为0，DPTR0有效
　　 ……

ISP功能能实现在系统可编程，可以省去通用的编程器，单片机在用户板上即可下载和烧录用户程序，而无需将单片机从生产好的产品上取下。未定型的程序还可以边生产边完善，加快了产品的开发速度，减少了新产品因软件缺陷带来的风险。由于可以将程序下载并观看运行结果，故也可以不用仿真器。

单片机的提速运行、双数据指针及ISP功能并非是W77系列所特有的，一些新的型号的51系列产品大都有该功能，如Philips的51LPC系列、AT89系列中的某些型号、STC89C系列等等。有的单片机还附有A/D、D/A转换、片内EEPROM数据存储器、PWM输出、I2C总线、上电复位检测、欠压复位检测等等，这些新系列的单片机，它们都兼容8051的指令系统。增强功能的实现，大都是由片内新增的特殊功能寄存器来进行设置，这些寄存器被安排在片内特殊功能寄存器区间（80～FFH）的预留地址上。

比较有代表性的产品还有STC89C51RC、C8051F331/330等等。可以这么说，新的51产品几乎可以涵盖所有新的功能。由于新型号的芯片种类太多，此处不可能一一列举，读者可根据使用的需求查阅相关的资料.

2．PIC系列

PIC单片机系列是美国微芯公司（Microship）的产品，是当前市场份额增长最快的单片机之一。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。采用Harvard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，这样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。

PIC系列单片机共分三个级别，即基本级、中级、高级。其中又以中级的PIC16F873（A）、PIC16F877 (A) 用的最多，本文以这两种单片机为例进行说明。这两种芯片除了引出脚不同外（PIC16F873（A）为28脚的PDIP或SOIC封装；PIC16F877（A）为40脚的PDIP或44脚的PLCC/QFP封装），其他的差别并不很大。

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（TRISn , 其中n对应各口，如A、B、C、D、E等），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，低电平吸入电流达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（ISP）功能。

该系列单片机的专用寄存器（SFR）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(Bank1 ：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，也即对状态寄存器STATUS的第6位（RP1）和第5位（RP0）置位或清零。如：

　　例4:
　　CLRFSTATUS ；清零RP1, RP0。选择存储体0
　　 ……
　　BSF STATUS，RP0；置位RP0。选择存储体1
　　 ……
　　BCF STATUS，RP0；清零RP0。选择存储体0
　　 ……

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51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：MOV 30H，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。

3．AVR系列

AVR单片机是Atmel公司推出的较为新颖的单片机，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。通常时钟频率用4～8MHz，故最短指令执行时间为250～125ns。该系列的型号较多，但可用下面三种为代表：AT90S2313(简装型)、AT90S8515、AT90S8535(带A/D转换)。

通用寄存器一共32个（R0～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51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。

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51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，如：

　　例5：
　　LDRd, X ；将X所指的地址的内容装入寄存器Rd中。
　　LDRd,Y＋；将Y所指的地址的内容装入寄存器Rd
　　 中，然后Y的地址增1。
　　LDRd，－X ；将X的地址减1所指的地址的内容装入
　　 寄存器Rd中。

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。

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(AT90S2313) 和 0060～025F(AT90S8515、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～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。

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。

以上的三种AVR型号其管脚与对应的51系列兼容，如AT90S2313与51系列的AT89C2051的管脚兼容（PDIP-20脚），AT90S8515、AT90S8535与51系列的AT89C51兼容

在MCU中（M16)，定时器是独立的一个模块，M16有三个独立的定时器模块，即T/C0、T/C1和T/C2；其中T/C0和T/C2都是8位的定时器，而T/C1是一个16位的定时器。定时器的工作是独立于CPU之外自行运行的硬件模块。

1、定时器何时开始工作（或说计数）的？

当TCCR0！=0x00任何模式下，只要MCU一上电，T/C就开始计时工作。其实TCCR0主要是定时器的预分频和波形模式、比较匹配模式的设置，说到预分频，不得不提一下这个模块，这个模块是T/C0、T/C1共用的一个模块，但可以有不同的分频设置。

2、定时器是如何进行工作的？

说到定时器的工作，不得不说三个个重要参数：TCNT0、OCR0，TIMSK，TCNT0是设置定时器的计时初始值，定时器开始工作后立即从TCNT0一直累加到0XFF，累加过程所消耗的时间就是我们需要的定时时间；OCR0是一个比较设定值，当TCNT0的值累计到OCR0时（TNCT0==OCR0），如果有开启比较匹配中断功能，那么此时就会产生比较中断，所以，OCR0的值一般都是设置在TCNT0初始值和0XFF之间，之外的任何值都不会产生比较中断。TIMSK是一个中断使能位设置，就是我们需要计时器溢出中断或是比较匹配中断功能或两者都要时就对TIMSK的相应寄存器位进行设置。

3、定时器的中断使用，一个定时器可以有两个中断资源可利用，一个只溢出中断，另一个是比较匹配中断，如上面2所说的。想说明的溢出中断子程序内一般要有重载TCNT0的初始值，否则，TCNT0就会从0X00开始累加计数到0XFF，所耗费的时间就不我们想要的时间。比较中断就是当TCNT0==OCR0时，发生比较匹配中断；所以，中断子程序中一般只插入少量的处理代码，否则，会发生所谓的中断套嵌的现象，由于M16不支持中断套嵌，这样会使得中断子程序中的部分代码无法执行，严重时会造成系统崩溃。

4、TCNT0和OCR0的值换算：对于8bit的计时器，TCNT0一般可以由下面的公式换算：
TCNT0=256-（TV*F）/N；
TV： 所想要设定的定时时间，单位，us
F： 晶振频率（MHz）
N： 分频因子

定时器是独立运行的，它不占用CPU的时间，不需要指令，只有调用对应的寄存器的时候才需要参与。

以AVR mega16为例，它有三个寄存器，timer0，timer1和timer2，T0和T2是8位定时器，T1是16位寄存器，T2为异步定时器，三个定时器都可以用于产生PWM。

以定时器T0来简单介绍定时器的操作方法，T0有三个寄存器可以被CPU访问，TCCR0，TCNT0，OCR0，下面看一段ICC生成的定时器初始化程序。

CODE:

//TIMER0 initialize - prescale:8
// WGM: Normal
// desired value: 1KHz
// actual value: 1.000KHz (0.0%)
void timer0_init(void)
{
TCCR0 = 0x00; //stop
TCNT0 = 0x83; //set count
OCR0 = 0x7D; //set compare
TCCR0 = 0x02; //start timer
}

TCCR0为控制寄存器，用于控制定时器的工作模式细节；
TCNT0为T/C 寄存器，它的值在定时器的每个工作周期里加一或减一，实现定时操作，CPU可以随时读写TCNT0；
OCR0：输出比较寄存器，它包含一个8 位的数据，不间断地与计数器数值TCNT0 进行比较。匹配事件可以用来产生输出比较中断，或者用来在OC0 引脚上产生波形。

这里说最简单的模式，TCNT一直加一，到达最大值0xFF然后清零，进入下一次计数，在上面的程序中。

TCCR0＝0x00;关闭T0的时钟源，定时器停止工作。
TCNT0＝0x83;设置T/C寄存器的初始值，及让定时器从TCNT0从0x83开始定时或计数。
OCR0 = 0x7D;设定比较匹配寄存器的值，这个程序里没有使用。
TCCR0 = 0x02;选择时钟源，来自时钟8分频，设置后定时器就开始工作。

初始化后定时器开始工作，TCNT0在每一个定时器时钟加一，当TCNT0等于OCR0的值时，T/C 中断标志寄存器－ TIFR中的OCF0 置位，如果这时候TIMSK中OCIE0为1（即允许T0比较匹配中断），并且全局中断允许，比较匹配中断即运行。中断程序中可以对TCNT0和0CR0进行操作，对定时器进行调整。

TCNT0继续加一，当达到0xFF时，T/C 中断标志寄存器－ TIFR中的TOV0置位，如果这时候TIMSK中TOIE0为1（即允许T0溢出中断），并且全局中断允许，溢出中断即运行。中断程序中可以对TCNT0和0CR0进行操作，对定时器进行调整。

和定时器相关的寄存器还有SREG和TIMSK，前者位1控制全局中段允许，后者位1（OCIE0）和位0（TOIE0）分别控制比较匹配中断和溢出比较匹配中断允许。

实际的过程中，定时器相关寄存器的操作非常灵活，可以在溢出中断中修改TCNT0的值，也可以在中断中修改OCR0的值，后面的实验中会讲到用定时器1修改OCR1A的方法实现1S精确定时。

师傅领进门，修行靠个人，定时器的基本原理说到这里，要更深入的了解定时器，请看数据手册。

定时公式：Time=PRE*(MAX-TCNT0+1) /F_cpu单位S ，其中，PRE为与分频数，本例中为8，MAX即为最大值255，TCNT0为初始化时的值，本例中为0x83（十进制的131），T_cpu，系统时钟频率，本例中为1000000。

本例程序中定时时间为：Time=8*(255-131+1)/1000000=0.001 S ，即为1ms，1Khz。可以看出，如果晶振选为8M，则定时时间变为0.000125S，也就是说晶振越大，定时时间越短，预分频越大，定时越长。

在设置时如果你选择1ms，会得到如下结果，和上面的1Khz相同。

CODE:

//TIMER0 initialize - prescale:8
// WGM: Normal
// desired value: 1mSec
// actual value: 1.000mSec (0.0%)
void timer0_init(void)
{
TCCR0 = 0x00; //stop
TCNT0 = 0x83; //set count
OCR0 = 0x7D; //set compare
TCCR0 = 0x02; //start timer
}

CODE: