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1、单片机及应用Application of Microcontroller,云南大学信息学院,第一章 PIC单片机的结构,单片机及应用,第一章 PIC单片机的结构,1.1 单片机概述 1.2 PIC单片机基本结构及信号引脚 1.3 常用存储器 1.4 时钟电路与时序 1.5 复位电路,1.1 单片机概述,微型计算机是一种以电子器件为基础，可以接受输入信息，并能够对各种输入的数字化信息进行算术和逻辑运算，最后产生输出的电子设备。 微型计算机既有快速运算能力，又有极强逻辑判断能力和大容量存储功能，它是20世纪人类最卓越的科学发明之一。 单片微型计算机就是将CPU、RAM、ROM、定时/计数器和多种接
2、口都集成到一块集成电路芯片上的微型计算机。,1.1 单片机概述,1.1.1单片机的应用 （1）单片机在仪器仪表中的应用 （2）单片机在机电一体化中的应用 （3）单片机在智能接口和多机系统中的应用 （4）单片机在生活中的应用 （5）微处理功能 （6）通讯 （7）军事,1.1 单片机概述,1.1.2单片机工作原理简述 1.单片机的工作特点 （1）存储器ROM和RAM的相互独立 （2）采用面向控制的指令系统 （3）输入/输出端口的强大功能 （4）品种系列化,1.1 单片机概述,2、单片微型计算机系统的组成 单片微型计算机系统的组成与通用计算机的组成基本相同，都是由硬件系统和软件系统构成。 硬件（Ha
3、rdware）：是构成单片机的所有实体部件，好比是人的躯体。它分为五大功能部件，即运算器、控制器、存储器（Memory）、输入（Input）设备和输出（Output）设备。,1.1 单片机概述,1.1.3 PIC单片机的主要特点 1 哈佛总线结构 2 流水线结构运行速度快 3 寻址方式简单寻址空间独立 4 精简指令RISC技术 5 低功耗和负载的能力强,哈佛总线结构,1.2 PIC单片机基本结构及信号引脚,1.2.1 PIC单片机内部基本结构 1PIC16F87X系列单片机的分类 PIC16F87X系列单片机是PIC大家庭中的一个分支，包括：16F870、16F871、16F872、16F87
4、3、16F874、16F876和16F877。其中1998年推出的是16F873、16F874、16F876和16F877；1999年推出的是16F870、16F871、和16F872。,1.2 PIC单片机基本结构及信号引脚,1.2.1 PIC单片机内部基本结构 2PIC16F87X系列单片机概述 PIC16F87X系列单片机是一种具有FLASH程序存储器的8位COMS单片机，品种有28引脚采用双列直插和表面封装的16F870、16F872、16F873、和16F876 四种型号及40引脚采用双列直插和表面封装等3种封装形式的16F871、16F874、16F877。它们属于PIC单片机系列
5、的中级产品，可以满足不同的应用要求。,1.2 PIC单片机基本结构及信号引脚,1.2.1 PIC单片机内部基本结构 3PIC16F87X系列单片机的内部结构 PIC16F87X系列单片机是一种高速、低功耗、功能齐全的微处理芯片，内部含有FLASH ROM、RAM、EEPROM、I/O端口、A/D转换器、捕捉器/比较器/PWM、串行通信端口、定时器/计数器、中断控制器和中央处理器。它的结构基于文件寄存器的概念，数据总线、数据存储器总线和程序存储器总线。其中数据总线和数据存储器总线是8位宽，程序存储器总线是14位宽。集成于片内的数据存储器通过片内的8位总线与算术逻辑单元ALU连接，可以直接通过内部
6、总线传送信息，以寄存器方式工作和寻址。,1.2 PIC单片机基本结构及信号引脚,1.2.2 PIC单片机基本信号引脚,PIC16F87X系列单片机的引脚分为两种：一种为40脚（包括 871，874，877这三种），另一种为28脚（包括 870，872，873，876这四种）,1.2 PIC单片机基本结构及信号引脚,1.2.2 PIC单片机基本信号引脚,1、电源和地线引脚 2、时钟振荡器输入/输出引脚 3、复位信号和编程输入引脚 4、输入/输出端口和第二、第三功能引脚,1.3 常用存储器,PIC16F877单片机存储器构架 : 8K l4位FLASH程序存储器 5128位数据存储器RAM 256
7、8位可掉电保护数据的EEPROM存储器模块,1.3 常用存储器,1.3.1 数据寄存器,存储器是单片机中一个非常重要的部件，专门用于存放指令、数据和运算结果。存储器从使用功能上来分，可分为随机存储器RAM（Random Access Memory）和只读存储器ROM（Read Only Memory）两类。,1.3 常用存储器,1.3.2 程序存储器,PIC16F87X单片机内部配置了8Kl4位的闪速（FLASH）程序存储器，可以很方便进行在线擦除和烧写，寿命可达1000次以上。 PIC16F87X程序存储器具有13位宽的程序计数器PC。PC指针所产生的13位地址最大可寻址的程序存储器空间为8
8、K，相应的地址编码范围为0000H lFFFH。,1.3 常用存储器,1.3.2 程序存储器,为了对程序存储器进行有效管理和使用，一般将PIC单片机的程序存储器分成几个页面，如图所示.分别用“页0”、“页1”等表示。,1.3常用存储器,1.3.2 程序存储器 程序计数器高8位PCLATH的Bit4-Bit3位构成程序存储器分页的选择位，对应的地址空间如下： PCLATH Bit4：Bit3： 0 0 页0：0000H 07FFH 0 1 页l：0800H 0FFFH 1 0 页2：1000H 17FFH 1 1 页3：1800H 1FFFH 程序存储器中有2个单元地址比较特殊，除了具备同其他单
9、元地址一样的普通用途外，还具有专门用途：0000H：用作单片机系统的复位矢量；0004H：用作系统特殊模块的中断矢量。,1.3 常用存储器,1.3.3专用寄存器 1.间接寻址寄存器INDF和FSR寄存器,1.3 常用存储器,1.3.3专用寄存器 2. 程序状态寄存器STATUS； 状态寄存器STATUS的各位功能标志 Bit7 Bit6 Bit5 Bit4 Bit3 Bit2 Bit1 Bit0 IPR RP1 RP0 TO PD Z DC C,程序状态寄存器STATUS,1.3常用存储器,1.3.3专用寄存器 3程序计数器（PCL、PCLATH）,1.4时钟电路与时序,1.4.1振荡电路与时
10、钟信号 单片机中的振荡器是为CPU提供定时信号的。工作方式: （1）LP方式：低功耗晶体振荡器方式； （2）XT方式：晶体陶瓷谐振器方式； （3）HS方式：高速晶体陶瓷谐振器方式； （4）RC方式：阻容振荡器方式。,1.4时钟电路与时序,1.4.1振荡电路与时钟信号 晶体振荡器陶瓷谐振器方式,1.4 时钟电路与时序,1.4.1振荡电路与时钟信号 RC振荡器,1.4 时钟电路与时序,1.4.2 PIC单片机指令时序,1.5 复位电路,1.5.1复位及复位电路,PIC单片机与MCS-51系列单片机的区别,应该说有三个主要特点： (1)总线结构:MCS-51单片机的总线结构是冯-诺依曼型,计算机在同
11、一个存储空间取指令和数据,两者不能同时进行;而PIC单片机的总线结构是哈佛结构,指令和数据空间是完全分开的,一个用于指令,一个用于数据,由于可以对程序和数据同时进行访问,所以提高了数据吞吐率。正因为在PIC单片机中采用了哈佛双总线结构，所以与常见的微控制器不同的一点是：程序和数据总线可以采用不同的宽度。数据总线都是8位的，但指令总线位数分别位12、14、16位。 (2)流水线结构:MCS-51单片机的取指和执行采用单指令流水线结构,即取一条指令,执行完后再取下一条指令;而PIC的取指和执行采用双指令流水线结构,当一条指令被执行时,允许下一条指令同时被取出,这样就实现了单周期指令。 (3)寄存器组:PIC单片机的所有寄存器,包括I/O口,定时器和程序计数器等都采用RAM结构形式,而且都只需要一个指令周期就可以完成访问和操作;而MCS-51单片机需要两个或两个以上的周期才能改变寄存器的内容。,
