pic单片机第10章

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1、2019/1/17,大连理工大学电工电子实验中心 陈育斌,1,第10章 PIC单片机的可靠运行和降耗设计,本章重点围绕着PIC16F87X系列单片机在嵌入式系统的实际应用中，如何确保安全生产、安全运行、增加适应性、提高可靠性和降低功耗等方面的问题进行分析。,2019/1/17,大连理工大学电工电子实验中心 陈育斌,2,本章主要介绍的内容有： 系统配置字：定义单片机部分硬件功能； 时钟系统 ：维持内部由数字电路组成电路的正常工作； 复位系统 ：保证单片机进入正常工作状态及恢复正常工 作秩序； 监视定时器：将陷入死机状态的单片机强行拉回到正常的 工作状态中来； 睡眠与唤醒技术：控制单片机进入低功耗

2、的睡眠状态以及 从睡眠状态返回到正常工作状态的方法。,2019/1/17,大连理工大学电工电子实验中心 陈育斌,3,10.1 系统配置字以及特殊存储单元,在PIC系列单片机中，大都设置了6个特殊的程序存储单元，由用户自由定义和支配单片机内部部分硬件电路，完成一些特殊功能的定义 “硬件功能软件化” 。 对于PIC16F87X系列单片机而言，这6个特殊的程序存储单元地址为2000H2003H、2006H和2007H单元。这些单元已经超出了13位PC（0000H1FFFH） 8M的寻址范围，所以用户是无法直接使用指令访问。 这些特殊的存储单元的内容只能在单片机进行程序烧写和效验时，借助烧写器（编程器

3、）进行写入和读出。对于flash结构的程序存储器，这些单元可以反复多次擦写。,2019/1/17,大连理工大学电工电子实验中心 陈育斌,4,图10.1 PIC系列单片机程序存储器总体布局图,2K 4K 8K,0000H03FFH0400H07FFH0800H 0FFFH1000H 1FFFH 2000H2007H 2008H 3FFFH,2000H 2001H 2002H 2003H 2004H 2005H 2006H 2007H,图例说明,返回上一次,用户程序区,2019/1/17,大连理工大学电工电子实验中心 陈育斌,5,10.1.1 系统配置字（configuration word）,在

4、程序存储器的2007H单元。 用来为单片机的用户自由配置或定义其内部一些功能电路单元性能的选项。 单片机生产厂家将一部分“硬件功能软件化”的设计手法，使单片机的开发具有更大的灵活性和更宽的选择性。 【注】系统配置字各位具体说明是以2000年发布的最新版本 ： In Circuit Serial Programming为准。,2019/1/17,大连理工大学电工电子实验中心 陈育斌,6,CP1、CP0：用于flash程序存储器中的代码保护；,图 10.2 系统配置字单元,bit13,bit0,保护时：高10位代码被屏蔽，读出值为“0”。,2019/1/17,大连理工大学电工电子实验中心 陈育斌,

5、7,RESV：正常操作时为1。 WRT：用于flash存储器烧写的使能位。 WRT=1，没有设置保护的存储部分可以通过软件、调用 EECON寄存器控制烧写； WRT=0，没有设置保护的存储部分不能通过软件、使用 EECON寄存器控制烧写。,bit13,bit0,bit9,bit11,2019/1/17,大连理工大学电工电子实验中心 陈育斌,8,CPD ：用于EEPROM数据存储器中的数据保护； CPD=1：数据保护功能放弃； CPD=0：EEPOR中的数据被保护。,bit13,bit0,bit8,2019/1/17,大连理工大学电工电子实验中心 陈育斌,9,LVP ：用于低电压编程使能控制。

6、LVP=1：RB3/PGM引脚具有PGM功能，允许低压编程； LVP=0：RB3为普通的I/O引脚，烧写编程高压必须通过 /MCLR引脚进行。,bit13,bit0,bit7,2019/1/17,大连理工大学电工电子实验中心 陈育斌,10,BODEN ：用于电源电压跌落BOR（掉电）复位使能位。 BODEN=1：BOR功能被使能； BODEN=0：BOR功能被禁止。,bit13,bit0,bit6,2019/1/17,大连理工大学电工电子实验中心 陈育斌,11,/PWRTE：用于上电延时定时器RWRT的启动。 /PWRTE=1：PWRT功能被禁止； /PWRTE=0：PWRT功能被启动。,bi

7、t13,bit0,bit3,2019/1/17,大连理工大学电工电子实验中心 陈育斌,12,WDTE：用于看门狗定时器WDT使能控制。 WDTE=1：WDT被启动； WDTE=0：WDT被禁止。,bit13,bit0,bit2,返回上一次,2019/1/17,大连理工大学电工电子实验中心 陈育斌,13,F0SC0、F0SC1：用于系统时钟振荡器模式选择。 F0SC0、F0SC1=11：RC阻容震荡方式（使用RC元件）； =10：HS高频震荡方式（4MHz以上）； =01：XT标准震荡方式（200K4MHz）； =00：LP低频震荡方式（200KHz以下）。,bit13,bit0,bit1,返回

8、上一次,2019/1/17,大连理工大学电工电子实验中心 陈育斌,14,10.1.2 用户识别码ID 用户使用的代码 （ identification code）,在单片机内部有一个16位的特殊的存储区域，让用户编写4位16进制码，以作为计算机的识别码ID。该码无论什么内容都不会影响到单片机的正常运行，仅仅是起一个识别的作用。用户可以利用此码对程序（芯片）编号，以便对芯片进行查询、识别和管理。 该区域实际上是4个14位的存储单元（2000H2003H），但按厂家建议仅仅使用每个单元中的低4位，所以是16位。 通常，在烧写程序时，其软件系统在缺省状态时，自动的将程序代码的效验码作为用户识别码ID

9、。,结构图,2019/1/17,大连理工大学电工电子实验中心 陈育斌,15,10.1.3 器件识别码 芯片厂家使用的代码,在PIC16F87X系列单片机中，其芯片中增设了一个特殊的存储单元2006H，其内容在出厂前就已经固化好了。是用来识别单片机的具体型号，这样即使芯片上的型号磨损后仍可以被厂家识别。,返回本章目录,结构图,2019/1/17,大连理工大学电工电子实验中心 陈育斌,16,10.2 时钟系统,PIC系列单片机设计了4种类型的震荡方式； 而不同的震荡频率所对应的电路结构、参数各不相同。为了保证震荡电路与震荡频率处于最佳的匹配状态，可以同过参数的配置得以实现； 标准的晶体振荡器/陶瓷

10、谐振器方式XT； 高频的晶体振荡器/陶瓷谐振器方式HS（4MHz以上）； 低频的晶体振荡器/陶瓷谐振器方式LP（32.768KHz）； 外接电阻、电容元件的阻容震荡方式RC。 4种不同的方式各有其特点，用户可根据具体情况选择。用户在使用编程器烧写程序代码时，连同系统配置字的F0SC0、F0SC1一起固化到芯片中。,2019/1/17,大连理工大学电工电子实验中心 陈育斌,17,10.2.1 外接晶体/陶瓷震荡器（LP/XT/HS）,由G1、电阻RF构成放大器，并与XTAL和电容构成三点式自激多谐振荡器。 G1是受控三态门，当执行SLEEP指令时G1呈现出高阻状态，迫使内部大多电路停止工作，已达

11、到降低功耗的目的。 RS是在HS、XT方式下才使用的电阻，其值为100RS1K。 G2、G3为隔离缓冲电路。,G1,G2,RF,RS,XTAL,C2,C1,到内部电路,执行SLEEP指令,到内部电路,PIC16,G3,OSC1,OSC2,2019/1/17,大连理工大学电工电子实验中心 陈育斌,18,表10.4 外接陶瓷振荡器时C1、C2建议值,【注】电容值越大越有利于振荡器的工作稳定，但会加 大振荡器延时启动时间,2019/1/17,大连理工大学电工电子实验中心 陈育斌,19,表10.5 外接晶体振荡器时C1、C2建议值,【注】电容值越大越有利于振荡器的工作稳定，但会加大振荡器延时启动时间,

12、2019/1/17,大连理工大学电工电子实验中心 陈育斌,20,10.2.2 外接阻容器件（RC）,RC方式的最大优点是成本低廉（几分钱的成本）； 缺点： 稳定性差（由于电阻、电容的稳定性差，且标称值有很大的离散性），其频率会随着温度、电压的变化而变化； 并且对于同样的参数，不同的芯片其震荡频率也不同。,2019/1/17,大连理工大学电工电子实验中心 陈育斌,21,工作原理： 上电瞬间电容器C上的电压为0V，所以触发器G1输出=0V。这样，场效应管截止。此时电源对电容C充电； 随着时间的延续，电容器C上的电压逐渐升高，当Vc超过触发器的门限值后，G1翻转为高电平。G1输出的高电平有使场效应管

13、导通并饱和，使管子的源极与漏极之间导通，使电容器上的电荷迅速放掉，这样触发器重新截止并导致场效应管再次截止。,R,C,Vdd,内部时钟,RC 建议值： 3k Rext 100k Cext 20pF,G1,2019/1/17,大连理工大学电工电子实验中心 陈育斌,22,R,C,Vdd,内部时钟,G1,Vdd,Vc,VG1,触发器的翻转阀值电压,2019/1/17,大连理工大学电工电子实验中心 陈育斌,23,表10.6 外接RC时的Rext和Cext建议值,2019/1/17,大连理工大学电工电子实验中心 陈育斌,24,10.2.3 引入外来时钟源（LP/XT/HS）,当单片机系统配置字将时钟设定

14、为LP/XT/HS方式时，可以使用外部引入的时钟信号，此时信号从OSC1脚输入，OSC2脚开路即可。,OSC1 (CLKIN) PIC16 OSC2,开路,来自外部时钟,2019/1/17,大连理工大学电工电子实验中心 陈育斌,25,+5V,4.7K,10K,10K,20pF,20pF,10K,PIC16 OSC1,到其它芯片,外接并联谐振电路,XTAL,2019/1/17,大连理工大学电工电子实验中心 陈育斌,26,外接串联谐振电路,330K,330K,0.1F,PIC16 OSC1,到其它芯片,XTAL,返回本章目录,2019/1/17,大连理工大学电工电子实验中心 陈育斌,27,小 结,

15、根据实际需要，综合考虑PIC时钟系统的类型。 如：需要准确定时地场合下，要选用晶体震荡方式（XT、HS或LP）；在低成本设计中可采用RC模式等。 选择的频率将影响单片机的功耗：频率越高，单片机所消耗的电流就越大；频率越低功耗越小。 RC振荡模式具有成本低的优点，适用于无准确定时要求的场合。 单片机振荡器模式的设定是运行“MPLAB-ICD” 烧写程序时，通过对“配置位Configuration Bit”中的“震荡模式Oscillator” 来确定。,返回,2019/1/17,大连理工大学电工电子实验中心 陈育斌,28,10.3 复位系统,复位（RESET）的英文原意是“重新设置”的意思。在单片机内部，对应一个最明显的操作：PC=0000H； 各种类型的微处理器都需要有复位电路，以确保从头开始执行程序或者重新从头开始执行程序。 复位操作是单片机的重要操作内容，它保证单片机在运行时，有一个确定的、良好的开端。,2019/1/17,大连理工大学电工电子实验中心 陈育斌,29,10.3.1 几种不同的复位方式,PIC单片机的复位电路设计的比较完善。引起单片机内部复位的条件和原因大致可归纳为5种情况： 上电复位