八位单片机因为内部结构简略，体积小，本钱低价，在一些较简略的操控器中运用很广。即使到了本世纪，在单片机运用中，仍占有适当的比例。因为八位单片机品种繁复，本文仅将常用的几种在性能上作一个简略的比较，供读者在运用时作参阅。
1. 51系列
运用最广泛的八位单片机首推Intel的51系列，因为产品硬件结构合理，指令体系规范，加之出产前史“悠长”，有先入为主的优势。国际有许多闻名的芯片公司都购买了51芯片的中心专利技术，并在其基础上进行性能上的扩大，使得芯片得到进一步的完善，构成了一个巨大的体系，直到现在仍在不断创新，把单片机国际炒得沸反盈天。有人估测，51芯片或许终究构成事实上的规范MCU芯片。
51系列长处之一是它从内部的硬件到软件有一套完好的按位操作体系，称作位处理器，或布尔处理器。它的处理目标不是字或字节而是位。它不但能对片内某些特别功用寄存器的某位进行处理，如传送、置位、清零、测验等，还能进行位的逻辑运算，其功用十分齐备，运用起来称心如意。尽管其他品种的单片机也具有位处理功用，但能进行位逻辑运算的实属罕见。51系列在片内RAM区间还特别拓荒了一个两层功用的地址区间，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），运用极为灵敏。这一功用无疑给运用者供给了极大的便当，因为一个较杂乱的程序在运转进程中会遇到许多分支，因此需树立许多标志位，在运转进程中，需求对有关的标志位进行置位、清零或检测，以确认程序的运转方向。而施行这一处理（包含前面一切的位功用），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中的某方位位时，有必要经过状况寄存器SREG的T位进行中转。
例2：如对RAM中的R0寄存器的第4方位位，则
BSET6 ；状况寄存器T置位
BLD R0, 4 ；将T位复制到R0的第4位
明显，后者比前者要杂乱。
51系列的另一个长处是乘法和除法指令，这给编程也带来了便当。八位除以八位的除法指令，商为八位，精度嫌不行，用得不多。而八位乘八位的乘法指令，其积为十六位，精度仍是能满意要求的，用的较多。作乘法时，只需一条指令就行了，即 MULAB(两个乘数别离在累加器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)。许多的八位单片机都不具有乘法功用，作乘法时还得编上一段子程序调用，十分不便当。
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，这关于十进制的计量十分便当。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当，其产品AT89C51、AT89C52 ……等成为了当今最盛行的八位单片机。
51系列的I/O脚的设置和运用十分简略，当该脚作输入脚运用时，只须将该脚设置为高电平（复位时，各I/O口均置高电平）。当该脚作输出脚运用时，则为高电平或低电平均可。低电平时，吸入电流可达20mA，具有必定的驱动才能；而为高电平时，输出电流仅数十μA乃至更小（电流实际上是由脚的上拉电流构成的），基本上没有驱动才能。其原因是高电平时該脚也一起作输入脚运用，而输入脚有必要具有高的输入阻抗，因此上拉的电流有必要很小才行。作输出脚运用，欲进行高电平驱动时，得运用外电路来完结，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脚运用简略，但高电平时无输出才能，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口进行了改善，增加了方向寄存器以确认输入或输出，但运用也变得杂乱。
一些精装的51产品也相应呈现，如Atmel公司的AT89C1051、AT89C2051、AT89C4051等（闪速存储器别离为1K、2K、4K等，但不能外接数据存储器），指令体系与AT89C51彻底兼容，但引脚均为20脚，不但体积小，并且价格低价，这使得其他的公司竞相模仿。
不过，原51系列也有许多值得改善之处，如运转速度过慢等。当晶振频率为12MHz时，机器周期达1μs，明显习惯不了现代高速运转的需求。华邦公司(Winbond)出产的产品类型为W77系列和W78系列，W78系列与AT89C系列彻底兼容。W77系列为增强型，对原有的8051的时序作了改善，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，一起，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等多种功用。
特别是双数据指针，能给编程带来很大的便当。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首要途径(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经之路。因为频频的数据交换，特别是数据块的转移和比较，数据指针十分吃紧，它需求不断地施行现场维护与复原，不但编程变得杂乱，并且运转速度也减慢。而当选用两个数据指针时，能够各负其责，互不相扰，轻松地完结上述进程。两个数据指针的选取取决于特别功用寄存器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，但因为AUXR1的D1位被强制为逻辑“0”，不或许产生由D0位向D1位进位之或许，因此能够经过对AUXR1进行增1来使D0位由0变为1或由1变为0，然后到达双数据指针的快速切换的意图，如：
例3：
MOVAUXR1,#0 ; DPS为0，DPTR0有用
……
INC AUXR1 ; DPS为1，DPTR1有用
……
INC AUXR1 ; DPS为0，DPTR0有用
……
ISP功用能完结在体系可编程，能够省去通用的编程器，单片机在用户板上即可下载和烧录用户程序，而无需将单片机从出产好的产品上取下。未定型的程序还能够边出产边完善，加快了产品的开发速度，减少了新产品因软件缺陷带来的危险。因为能够将程序下载并观看运转成果，故也能够不必仿真器。
单片机的提速运转、双数据指针及ISP功用并非是W77系列所特有的，一些新的类型的51系列产品大都有该功用，如Philips的51LPC系列、AT89系列中的某些类型、STC89C系列等等。有的单片机还附有A/D、D/A转化、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的指令体系。增强功用的完结，大都是由片内新增的特别功用寄存器来进行设置，这些寄存器被安排在片内特别功用寄存器区间（80～FFH）的预留地址上。
比较有代表性的产品还有STC89C51RC、C8051F331/330等等。能够这么说，新的51产品简直能够包括一切新的功用。因为新类型的芯片品种太多，此处不或许一一列举，读者可根据运用的需求查阅相关的材料.
2．PIC系列
PIC单片机系列是美国微芯公司（Microship）的产品，是当时市场比例增加最快的单片机之一。CPU选用RISC结构，别离有33、35、58条指令（视单片机的等级而定），属精简指令集。而51系列有111条指令，AVR单片机有118条指令，都比前者杂乱。选用Harvard双总线结构，运转速度快(指令周期约160～200ns)，它能使程序存储器的拜访和数据存储器的拜访并行处理，这种指令流水线结构，在一个周期内完结两部分作业，一是履行指令，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（单个在外），这也是高效率运转的原因之一。此外，它还具有低作业电压、低功耗、驱动才能强等特色。PIC系列单片机共分三个等级，即基本级、中级、高档。其间又以中级的PIC16F873（A）、PIC16F877 (A) 用的最多，本文以这两种单片机为例进行阐明。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），其他的不同并不很大。
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况的方向寄存器（TRISn , 其间n对应各口，如A、B、C、D、E等），然后处理了51系列I/O脚为高电平时同为输入和输出的状况。当置位1时为输入状况，且不论该脚呈高电平或低电平，对外均呈高阻状况；置位0时为输出状况，不论该脚为何种电平，均呈低阻状况，有适当的驱动才能，低电平吸入电流达25mA，高电平输出电流可达20mA。相关于51系列而言，这是一个很大的长处，它能够直接驱动数码管显现且外电路简略。它的A/D为10位，能满意精度要求。具有在线调试及编程（ISP）功用。
该系列单片机的专用寄存器（SFR）并不像51系列那样都会集在一个固定的地址区间内(80～FFH)，而是涣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)。只要5个专用寄存器PCL、STATUS、FSR、PCLATH、 INTCON在4个存储体内一起呈现。在编程进程中，少不了要与专用寄存器打交道，得重复地挑选对应的存储体，也即对状况寄存器STATUS的第6位（RP1）和第5位（RP0）置位或清零。如：
例4:
CLRFSTATUS ；清零RP1, RP0。挑选存储体0
……
BSF STATUS，RP0；置位RP0。挑选存储体1
……
BCF STATUS，RP0；清零RP0。挑选存储体0
……
这多少给编程带来了一些费事。关于上述的单片机，它的位指令操作一般约束在存储体0区间（00～7FH）。
数据的传送和逻辑运算基本上都得经过作业寄存器W（适当于51系列的累加器A）来进行，而51系列的还能够经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)，因此PIC单片机的瓶颈现象比51系列还要严峻，这在编程中很有感触。
3．AVR系列
AVR单片机是Atmel公司推出的较为新颖的单片机，其明显的特色为高性能、高速度、低功耗。它撤销机器周期，以时钟周期为指令周期，实施流水作业。AVR单片机指令以字为单位，且大部分指令都为单周期指令。而单周期既可履行本指令功用，一起完结下一条指令的读取。一般时钟频率用4～8MHz，故最短指令履行时间为250～125ns。该系列的类型较多，但可用下面三种为代表：AT90S2313(精装型)、AT90S8515、AT90S8535(带A/D转化)。
通用寄存器总共32个（R0～R31），前16个寄存器（R0～R15）都不能直接与当即数打交道，因此通用性有所下降。而在51系列中，它一切的通用寄存器（地址00～7FH）均能够直接与当即数打交道，明显要优于前者。
AVR系列没有相似累加器A的结构，它首要是经过R16～R31寄存器来完结A的功用。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位的寄存器来完结数据指针的功用(适当于有三组DPTR)，并且还能作后增量或先减量等的运转，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，一切的逻辑运算都有必要在A中进行；而AVR却能够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的专用寄存器会集在00～3F地址区间，无需像PIC那样得先进行选存储体的进程，运用起来比PIC便当。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，一般不具有通用寄存器的功用。当程序杂乱时，通用寄存器R0～R31就显得不行用；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脚相似PIC，它也有用来操控输入或输出的方向寄存器，在输出状况下，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类型其管脚与对应的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（PDIP-40脚）等等。
