1、AVR单片机（ATmega16）的时钟源（晶振、内部RC等）可以不经过分频直接提供给CPU使用，而51的CPU主频等于晶振的12分频 ，ATmega16外部提供16M的晶掁，即CPU频率可达16M，常规51的时钟源为12M，经12分频后CPU频率仅为1M，所以AVR单片机的运行速度比51单片机的运行速度要快的多，并且AVR单片机可提供内容1M、2M、4M、8M等可变的CUP频率。

2、AVR具有超功能精简指令!具有32个通用工作寄存器(相当于8051中的32个累加器,克服了单一累加器数据处理造成的瓶颈现象),有128B～4KB个SRAM,可灵活使用指令运算。   

3、AVR既具有简单的、可以自制的ISP下载线和Jtag仿真器，又有DIP直插的封装形式

4、AVR的C语言编程与C语言教科书上学习的标准C语言语法是几乎一样的，不像51的C语言，一些bit、srf之类的变量定义在教科书中是找不到的，有利于后续嵌入式系统的学习 

5、AVR具有休眠省电功能(POWER DOWN)及闲置(IDLE)低功耗功能。一般耗电在1～2.5mA,典型功耗情况,WDT关闭时为100nA  

6、AVR内部自带集成AD转换，更易于对模拟量的处理，这使得AVR单片机的性价比明显高于51单片机。

7、AVR I/O口是真正的双向 I/O口，单片机读取外部引脚电平直接通过PINX读取，不需要像51那样先给 I/O口全写1操作后才能读取外部引脚电平，使得单片机读取外部数据更容易。

8、AVR I/O具有强大的电流驱动能力，具有大电流(灌电流)10～20mA或40mA(单一输出),可直接驱动SSR或继电器。

9、AVR几乎所有的I/O口都有第二功能，PD4，PD5的第二功能方便容易的产生PWM波，方便快捷的控制电机的转速。

10、AVR内部提供丰富的中断及寄存器资源，光外部中断就有3个，定时器有3个，丰富的寄存器资源使得可以设置外部中断的多种触发方式，以及设置内部定时分频系数，丰富的寄存器资源使得可以对AVR的I/O口进行多功能操作

11、AVR具有专为I2C协议设计的I/O口，使得单片机的多机通信变得更容易。

八位单片机以其内部构造简单，体积小，成本低廉，在一些较简单的控制器中应用较为广泛，时至今日，八位单片机仍占据着相当程度的份额，下面将以课上所学内容为基础，加以部分网上查阅资料，对51系列单片机和AVR单片机的主要差别进行简要的对比分析。

首先提到的自然是历史悠久的51系列单片机，这一系列可说是应用范围最为广泛的单片机，而深究其原因便不难发现，51系列单片机不仅硬件结构合理，而且指令系统也更为规范，占据了先入为主的优势后，经过不断的更新和完善，已然形成了一个庞大的体系，至今仍然保持着活力。

51系列的单片机优点之一在于，它从内部硬件到软件有着一套完整的按位操作系统，即位处理器，也称布尔处理器，它的处理对象不是字或字节，而是位，这就意味着它不仅能对片内某些特殊功能寄存器的某位进行处理，例如传送、置位、清零、测试等，还能进行位的逻辑运算，这一点使其他种类单片机很难实现的。此外，51系列单片机还在片内RAM区间特别开辟了一个双重功能的地址区间，单元地址为20H~2FH的十六个字节，它既可作字节处理，也可作位处理，使用起来灵活方便，使得使用者在操作时更加得心应手。

51系列的单片机的另一个优点便是具备了乘法和除法指令，其中八位除以八位的除法指令商为八位，精度显得有些不足，因此在应用方面不是很多，但八位乘以八位的乘法指令积为十六位，这样的精度已经足以满足大部分应用的要求了，更为重要的是，直接具备了乘法与除法指令，这就使得在实际应用时，使用者不必额外编写相应的子程序以备调用，与其他系列单片机相比，51系列的单片机在编程操作方面的简便与实用性无疑上了一个新台阶。而同属指令系统规范完整这一范畴所带来的便利还包括了二进制—十进制调整指令DA，可将二进制变为BCD码，这使得十进制的计量更为快捷简便，省去了其他系列单片机还需要编写调用相应子程序的冗余过程，节省了大量的劳动力和时间。

接下来要说明的是51系列单片机的I/O脚的设置和使用问题，可以说其设置和使用非常简单，这也是51系列单片机的又一大优点。当该脚作为输入脚使用时，只须将该脚设置为高电平，而作为输出脚使用时，则是高电平与低电平均可的。当低电平时，吸入电流可达到20mA，此时便具有一定的驱动能力，而高电平时，输出电流则极小，基本上没有驱动能力。其具体原因是由于高电平时该脚也同时作为输入脚使用，而输入脚则必须具有很高的输入阻抗，因而上拉的电流必须很小才行。上述内容表明了51系列单片机的I/O脚使用简单，但也凸显出了其高电平时无输出能力，可谓时有利也有弊，因此下面即将提到的AVR系列单片机针对I/O口进行了改进，增加了方向寄存器以确定输入或者输出，但这无疑也使得使用方面变得复杂了许多。

AVR单片机作为一个新兴起的系列，也具有了大多数新兴事物的特点，即在原有系列的基础上，拥有高性能、高速度、甚至是更低的功耗，但这些优化与更新的性能背后，也存在着一些问题，例如其价格相比之下显得较为昂贵，此外，它的32个通用寄存器中前16个寄存器都不能直接与立即数打交道，而不像51系列的单片机中所有的通用寄存器均可直接与立即数打交道，因而AVR系列的单片机在通用性方面无疑有所下降。由此可见，较高的价格、较低的适用性，这两点便是AVR单片机进行市场推广所存在的最大制约。

言归正传，比较两个系列单片机之间的区别，虽然同为八位单片机，但两者有着最本质上的区别，即两者的CPU构架以及指令集是完全不同的，51系列单片机所使用的是CISC指令系统，冯诺依曼结构体系的总线；而AVR系列的单片机则使用的是RISC指令系统，哈佛结构的总线，而AVR系列的单片机所拥有的更高的处理速度也是由此而来，AVR系列的单片机每个震荡周期处理一条指令，而相应的，51系列的单片机则需要12个震荡周期来完成一条指令的处理，这也就是常说的AVR系列单片机理论速度可达到51系列单片机的12倍的根据由来。

此外，如同上文提到过的，针对51系列单片机的I/O脚所体现出来的弊端，AVR单片机作了相应的改进，即加入了控制输入或输出的方向寄存器，从而解决了51系列单片机I/O脚位高电平时同为输入和输出的状态。所谓方向寄存器，是指当置位1时为输入状态，且无论该脚呈高电平或低电平，对外均呈高阻状态；而置位0时则为输出状态，无论该脚位高电平或低电平，对外均呈低阻状态，具有相当程度的驱动能力，低电平吸入电流20mA，高电平输出电流在10mA左右，相对于51系列的单片机而言，这无疑是一项很大的进步，通过这一性能，AVR系列的单片机可实现直接驱动数码管显示且具有简单的外电路，虽然由此带来了操作上的一些复杂性，但显然瑕不掩瑜，可以说是AVR系列单片机的一个很大的优点。

本文仅针对51系列的单片机与AVR系列的单片机之间的部分区别与联系进行了一些系统性的比较和说明，其中大部分数据源自网上查阅，并不能完整地概括两个系列的全部差异以及性能对比，此外，还有许多其他系列的单片机也具有突出的性能，例如PIC系列的单片机在I/O脚方向寄存器的性能方面甚至还要优于AVR系列，基于题目要求，本文仅针对两个系列的单片机进行对比分析，其他方面不进行过多赘述。下载本文