《《单片机原理与应用系统设计》-李云钢-电子教案 第07章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《单片机原理与应用系统设计》-李云钢-电子教案 第07章（227页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第7章 PIC系列单片机原理与应用,7.1 PIC系列单片机简介 7.2 PIC16C54单片机的硬件结构 7.3 PIC16C5X单片机的指令系统 7.4 PIC单片机的开发环境 7.5 PIC16C73单片机简介,7.1.1 PIC单片机的主要特点 7.1.2 PIC单片机选型指南,7.1 PIC系列单片机简介,7.1.1 PIC单片机的主要特点,PIC系列单片机是美国Microchip公司推出的RISC型高性价比嵌入式控制器，具有运行速度高、功耗小、驱动能力强等优点，在电脑外设、家电控制、电讯通信、智能仪器仪表、汽车电子以及金融电子等领域得到了广泛应用。,7.1.1 PIC单片机的主要特
2、点,PIC单片机具有如下特点： （1）型号丰富。便于用户根据所需的功能和资源选择型号。 （2）采用低价OTP型芯片降低成本。 （3）每个型号的单片机都有相应的仿真芯片，开发实时性好。 （4）采用RISC型CPU和单字指令系统，取指令和执行指令是并行进行的，程序执行效率高。 （5）驱动能力强，最大输入电流达25mA，最大输出电流达20mA。 （6）具有睡眠和低功耗模式，可保持较低的功耗。 （7）自带看门狗定时器，内置RC振荡计时器，运行可靠性高。 （8）采用熔丝深埋工艺，保密性能好。,7.1.1 PIC单片机的主要特点,PIC单片机的内部资源： （1）EEPROM数据区：仅用作数据存储器，具有掉
3、电保护功能。 （2）FLASH程序/数据区：数据既可长期保存，又能快速擦写。 （3）A/D转换器：简称ADC，将模拟量转换成数字量。 （4）CCP模块：它可工作于捕捉模式、比较模式或脉宽调制模式。 （5）USART模块：也称为SCI模块，它是一种串行通信接口。 （6）CAN模块：可用于组成过程监测与控制的局域网络。 （7）LIN：低成本的串行通信网络，用作辅助总线网络。 （8）SPI：即串行外设接口，它可实现单片机与外部器件的通信。 （9）I2C：用于实现单片机与外部器件之间的串行通信。 （10）USB：用于实现单片机与外部器件之间的快速通信。,7.1.1 PIC单片机的主要特点,PIC单片机
4、的产品可分为三个级别： （1）基本级产品，如PIC12CXX和PIC16C5X系列。特点：价格低，体积小，使用数量大，便于嵌入便携式电子产品。 （2）中级产品，如PIC16CXX系列。特点：品种丰富，性价比高，可应用于各种高、中、低档电子产品。 （3）高级产品，如PIC17CXX和PIC18CXX系列。特点：速度快，指令周期最短为160ns，在一些应用场合可取代DSP，广泛应用于中高档电子设备。 根据温度，PIC单片机的所有型号又都有商用级（0+70）、 工业级（-40+85）和汽车级（-40+125 ）芯片。,7.1.2 PIC单片机选型指南,PIC系列8位单片机选择表1,7.1.2 PIC
5、单片机选型指南,PIC系列8位单片机选择表2,7.2.1 主要资源及引脚功能 7.2.2 中央处理器 7.2.3 存储器结构 7.2.4 特殊功能寄存器 7.2.5 系统配置字 7.2.6 看门狗,7.2 PIC16C54单片机的硬件结构,7.2.1 主要资源及引脚功能：主要资源,PIC16C54单片机主要具有下列硬件资源： （1）RISC型8位中央处理器（CPU）； （2）32字节的片内数据存储器RAM； （3）51212位程序存储器； （4）采用数据总线和指令总线分离的哈佛结构； （5）12位双向输入/输出口； （6）1个带预分频器的8位定时/计数器，简称TIMER0； （7）两级硬件堆栈
6、； （8）复位电路：内部集成了上电复位电路和看门狗复位电路； （9）时钟电路：支持4种振荡类型，工作频率范围为020MHz。,PIC16C5X系列单片机的内部结构框图,7.2.1 主要资源及引脚功能：主要资源,PIC16C54单片机共有18个引脚，各个引脚的功能如下： （1）VDD：电源正极。额定电压为5V，可工作电压范围2.56.25V。 （2）VSS：电源负极，即地线。 （3）OSC1/CLKIN：振荡信号输入端。 （4）OSC2/CLKOUT：振荡信号输出端 （5）#MCLR：复位端，内带施密特电路。该引脚为低时单片机复位。 （6）TOCKI：TIMER0的外部计数输入端，内带施密特电路
7、。当TIMER0设置为定时器时，为避免干扰，应将其接VDD或VSS。 （7）RA0RA3：端口A。它是4位的双向三态I/O口，可以位操作，每一位可单独定义为输入或输出。 （8）RB0RB7：端口B。它是8位的双向三态I/O口，可以位操作，每一位可单独定义为输入或输出。,7.2.1 主要资源及引脚功能：引脚功能,PIC16C5X系列其它型号单片机的结构与PIC16C54单片机的结构基本相同，只是具有更多的I/O引脚和更大的存储器空间，例如PIC16C55单片机有20个I/O口，PIC16C56单片机有1K的程序存储器。此外，C系列的PIC单片机均采用OTP型程序存储器，相比同类产品具有较好的价格
8、优势，而对应的F系列则采用FLASH程序存储器。,7.2.1 主要资源及引脚功能：引脚功能,PIC16C54单片机引脚定义图,7.2.1 主要资源及引脚功能：引脚功能,7.2.2 中央处理器：时钟,PIC16C54单片机支持以下种时钟振荡类型： （1）LP型：低功率晶体振荡，适用频率范围为32KHz40KHz； （2）XT型：标准晶体/陶瓷振荡，适用频率范围为100KHz4MHz； （3）HS型：高速晶体振荡，适用的频率范围为4MHz20MHz； （4）RC型：阻容振荡。 LP型、XT型和HS型振荡器既能通过晶体与片上振荡器配合产生时钟，也可以直接作为外部时钟源。在RC型振荡器中，R的典型值为
9、3K100K，C的典型值不小于20pF。RC型振荡器有利于降低系统成本，但是振荡频率精确性较差，只适用于时间精确度要求不高的应用场合。,PIC16C54单片机的时钟电路如下图所示： （1）当PIC16C54单片机使用外部晶体振荡器时，OSC1引脚和OSC2引脚分别接晶体的两端； （2）当PIC16C54单片机使用外部振荡信号时，OSC1引脚接振荡信号，OSC2引脚悬空； （3）当PIC16C54单片机使用RC振荡器时，OSC1接RC电路，OSC2引脚输出频率为振荡器频率1/4的时钟信号。,7.2.2 中央处理器：时钟,使用片外晶体 （适用于HS、XT、LP型）,RC振荡型时钟电路,使用外部时钟
10、源 （适用于HS、XT、LP型）,7.2.2 中央处理器：时钟,PIC16C54单片机主要有以下3种复位方式： （1）上电复位（Power on Reset，简称POR）。单片机内部集成有上电复位电路，即POR电路。上电复位时，引脚#MCLR可以接VDD也可以悬空，但两种情况下复位的时序不同。 （2）手动复位。当引脚#MCLR为低电平时，单片机进入复位状态；当引脚#MCLR恢复为高电平时，DRT开始计时，并继续保持复位状态；DRT计时18ms后溢出，完成手动复位。 （3）看门狗（WDT）复位：单片机内部集成有看门狗电路，它使用独立的内部RC振荡电路，当计时溢出时对单片机复位。看门狗的基本溢出周
11、期为18ms。,7.2.2 中央处理器：复位,上电复位过程: （1）如果引脚#MCLR接VDD，上电时POR电路产生复位信号，引脚#MCLR随VDD一同上升；当它达到“1”时，复位定时器DRT开始计时，并继续保持复位状态；DRT计时18ms后溢出，完成上电复位。这里18ms是DRT的计时周期TDRT。 （2）如果引脚#MCLR悬空，上电时VDD迅速升高并由POR电路产生复位信号，引脚#MCLR仍为低电平，单片机仍处于复位状态；待引脚#MCLR变为高电平后，DRT开始计时，并继续保持复位状态；DRT计时18ms后溢出，完成上电复位。,7.2.2 中央处理器：复位,引脚#MCLR接VDD时的上电复
12、位过程,引脚#MCLR悬空时的上电复位过程,7.2.2 中央处理器：复位,复位后部分寄存器的状态,注：X不确定，U不变，Q特定值，B二进制数，H十六进制数,7.2.2 中央处理器：复位,如下图所示，PIC16C54单片机的将输入时钟4分频形成4个互不重叠的节拍Q1，Q2，Q3，Q4，它们构成单片机的一个“指令周期”，每个指令周期包含4个振荡周期。 PIC16C54单片机所有的微操作都同步于节拍的上升沿。在Q1节拍，程序计数器PC加1；指令码在Q4节拍从程序存储器中取出，并锁存于指令寄存器中，在下一指令周期被译码并执行。因此，取指令与执行指令是并行进行的，加快了指令执行速度。,7.2.2 中央处
13、理器：时序,PIC16C54单片机的时序,7.2.2 中央处理器：时序,7.2.3 存储器结构：程序存储器,PIC16C54单片机的程序存储器采用OTP型EPROM，存储空间为12位512字，地址指针为9位的程序计数器PC，如下图所示。 PIC单片机的所有指令都是单字指令，但不同级别单片机的指令字长有时不同。PIC16C54单片机的字长是12位。有些型号的PIC单片机具有更大的程序存储空间，它们通常被分为若干页（Page）。,PIC16C54单片机的程序存储器空间,7.2.3 存储器结构：程序存储器,PIC16C54片内有32个8位的数据存储器RAM，为了方便编程，它们被当作寄存器来寻址使用。
14、数据存储器RAM按功能可分为特殊功能寄存器组和通用寄存器组，它们都具有位寻址能力，可以进行位操作。在数据存储器区，特殊功能寄存器有7个；通用寄存器有25个。 有些型号的PIC单片机具有更大的数据存储空间，它们通常被分为若干区（Bank）,例如PIC16C57单片机的数据存储空间就被分为4个区。程序员在同一时刻只能访问同区内的数据存储器，跨区访问时必须先通过FSR寄存器改变区号。,7.2.3 存储器结构：数据存储器,PIC16C54C的数据空间 PIC16C57的数据空间,7.2.3 存储器结构：数据存储器,PIC16C54单片机有2级硬件堆栈，因此最多只能嵌套调用2级子程序。PIC系列单片机的
15、堆栈不占用程序存储器和数据存储器空间。,7.2.3 存储器结构：堆栈,PIC16C54单片机的特殊功能寄存器的地址及功能,7.2.4 特殊功能寄存器,PIC16C54单片机有7个具有特殊功能的寄存器：间址寄存器INDF、8位定时/计数寄存器TMR0、程序计数器的低8位PCL、状态寄存器STATUS、存储体选择寄存器FSR、I/O寄存器PORTA和I/O寄存器PORTB；它们占有内部RAM空间的低7字节地址。 此外，它还有3个特殊寄存器：W、TRIS和OPTION，它们不占用数据存储器空间或程序存储器空间。 下面对这些寄存器分别进行介绍。,7.2.4 特殊功能寄存器,（1）W寄存器：它是最常用的
16、工作寄存器，不可寻址，用来存放指令中的第二个操作数，或进行内部数据传送，或存放运算结果。 （2）INDF：间址寄存器。它只是一个逻辑寄存器，物理上不存在，对它寻址相当于对由FSR指示的寄存器进行间接寻址。 （3）PORTA、PORTB：2个并行I/O口的寄存器。PORTA仅低4位有效，对应引脚RA0RA3；PORTB的8位都有效，对应引脚RB0RB7。I/O口作为输入时没有锁存，外部信号必须保持至CPU读入为止；作为输出时有锁存。复位后所有I/O口都置成输入态。 （4）TRIS：I/O方向控制寄存器，它的每一位对应一个I/O口的方向，“1”表示输入，“0”表示输出。TRIS寄存器不可寻址，通过执行TRIS指令可将W寄存器的内容写入TRIS寄存器。,7.2.4 特殊功能寄存器,（5）TMR0：带预分频器的8位循环定时/计数寄存器。TMR0是定时/计数器TIMER0的寄存器，并且可带有预分频器。TIMER0采用递增方式循环计数，当计数至0FFH时，在下一个计数发生后，它将自动清零，重新开始计数。TIMER0的输入脉冲可以是
