AVR单片机是一种广泛应用于嵌入式系统设计的微控制器，由Atmel公司（现已被Microchip Technology收购）开发。与传统的51单片机相比，AVR单片机在性能、功耗、指令集和开发工具等方面都有显著的不同，使得它在现代嵌入式系统设计中更加受欢迎。
首先，从性能上来看，AVR单片机通常具有更高的处理速度和更快的指令执行时间。AVR单片机采用了RISC（精简指令集计算）架构，每条指令都能在一个时钟周期内完成，这使得AVR单片机在相同频率下比51单片机有更高的性能。例如，一些AVR单片机的运行频率可以达到20MHz甚至更高，而传统的51单片机通常运行在12MHz左右。
其次，功耗方面，AVR单片机也表现出了明显的优势。由于AVR单片机采用了低功耗设计，它可以在更低的电压下运行，并且具有多种睡眠模式，可以在不需要处理任务时降低功耗，这对于电池供电的设备来说尤为重要。
在指令集方面，AVR单片机的指令集比51单片机更为丰富和高效。AVR单片机支持无符号整数和带符号整数的直接操作，而51单片机主要支持带符号整数操作。此外，AVR单片机还支持更多的寻址模式，这使得编程更加灵活和高效。
开发工具方面，AVR单片机的开发环境相对更为现代和友好。Atmel/Microchip提供了AVR Studio和Atmel Studio等集成开发环境，这些工具支持图形化的界面、在线仿真和调试功能，使得开发者能够更轻松地进行嵌入式系统的开发。此外，AVR单片机还支持ISP（In-System Programming）和IAP（In-Application Programming），这意味着可以在系统运行时进行程序下载和更新，这对于产品的维护和升级非常有利。
总的来说，AVR单片机在性能、功耗、指令集和开发工具等方面都比传统的51单片机有明显的优势，这使得它在现代嵌入式系统设计中越来越受欢迎。然而，51单片机仍然在一些低成本、低性能的应用中占有一席之地，尤其是在一些简单的控制系统中。