【正文】 2021/11/10 大連理工大學(xué)電工電子實驗中心 陳育斌 1 第 10章 PIC單片機的可靠運行和降耗設(shè)計 本章重點圍繞著 PIC16F87X系列單片機在嵌入式系統(tǒng)的實際應(yīng)用中，如何確保安全生產(chǎn)、安全運行、增加適應(yīng)性、提高可靠性和降低功耗等方面的問題進行分析。 2021/11/10 大連理工大學(xué)電工電子實驗中心 陳育斌 2 本章主要介紹的內(nèi)容有： ① 系統(tǒng)配置字 ：定義單片機部分硬件功能； ② 時鐘系統(tǒng) ：維持內(nèi)部由數(shù)字電路組成電路的正常工作； ③ 復(fù)位系統(tǒng) ：保證單片機進入正常工作狀態(tài)及恢復(fù)正常工 作秩序； ④ 監(jiān)視定時器 ：將陷入死機狀態(tài)的單片機強行拉回到正常的 工作狀態(tài)中來； ⑤ 睡眠與 喚醒技術(shù) ：控制單片機進入低功耗的睡眠狀態(tài)以及 從睡眠狀態(tài)返回到正常工作狀態(tài)的方法。 2021/11/10 大連理工大學(xué)電工電子實驗中心 陳育斌 3 系統(tǒng)配置字以及特殊存儲單元 在 PIC系列單片機中，大都設(shè)置了 6個特殊的程序存儲單元，由用戶自由定義和支配單片機內(nèi)部部分硬件電路 ，完成一些特殊功能的定義 —— ―硬件功能軟件化 ” 。 對于 PIC16F87X系列單片機而言，這 6個特殊的程序存儲單元地址為 2021H～ 2021H、 2021H和 2021H單元。這些單元已經(jīng)超出了 13位 PC（ 0000H～1FFFH） 8M的尋址范圍，所以 用戶是無法直接使用指令訪問 。 這些特殊的存儲單元的內(nèi)容只能在單片機進行 程序燒寫 和效驗時，借助燒寫器（編程器）進行寫入和讀出。對于flash結(jié)構(gòu)的程序存儲器，這些單元可以反復(fù)多次擦寫。 2021/11/10 大連理工大學(xué)電工電子實驗中心 陳育斌 4 圖 PIC系列單片機程序存儲器總體布局圖 870/871 872 873/874 876/877 2K 4K 8K 0000H03FFH0400H07FFH0800H 0FFFH1000H 1FFFH 2021H2021H 2021H 3FFFH 用戶識別碼 用戶識別碼 用戶識別碼 用戶識別碼 保留空間 保留空間 器件識別碼 系統(tǒng)配置字 2021H 2021H 2021H 2021H 2021H 2021H 2021H 2021H 已配置空間 保留 空間 特殊存儲空間 圖例說明 返回上一次 用戶程序區(qū) 2021/11/10 大連理工大學(xué)電工電子實驗中心 陳育斌 5 系統(tǒng)配置字 （ configuration word） 在程序存儲器的 2021H單元。 用來為單片機的用戶自由 配置 或 定義 其內(nèi)部一些功能電路單元性能的選項。 單片機生產(chǎn)廠家將一部分“ 硬件功能軟件化 ” 的設(shè)計手法，使單片機的開發(fā)具有更大的 靈活性 和更寬的 選擇性 。 【 注 】 系統(tǒng)配置字 各位具體說明是以 2021年發(fā)布的最新版本 ： 《 In Circuit Serial Programming》 為準。 2021/11/10 大連理工大學(xué)電工電子實驗中心 陳育斌 6 CP CP0：用于 flash程序存儲器中的代碼保護； CP1 CP0 RESV WRT CPD LVP BODEN CP1 CP0 /PWRTE WDTE F0SC1 F0SC0 圖 系統(tǒng)配置字單元 bit13 bit0 存儲器 8K 876/877 4K 874/873 2K 870/871/872 1 1 放棄保護 放棄保護 放棄保護 1 0 部分保護 1F00H～ 1FFFH 不支持 不支持 0 1 部分保護 1000H～ 1FFFH 不支持 不支持 0 0 保護全部 0000H～ 1FFFH 保護全部 0000H～ 0FFFH 保護全部 0000H～ 03FFH 保護時：高 10位代碼被屏蔽，讀出值為“ 0‖。 2021/11/10 大連理工大學(xué)電工電子實驗中心 陳育斌 7 RESV：正常操作時為 1。 WRT：用于 flash存儲器燒寫的使能位。 WRT=1，沒有設(shè)置保護的存儲部分可以通過軟件、調(diào)用 EECON寄存器控制燒寫； WRT=0，沒有設(shè)置保護的存儲部分不能通過軟件、使用 EECON寄存器控制燒寫。 CP1 CP0 RESV WRT CPD LVP BODEN CP1 CP0 /PWRTE WDTE F0SC1 F0SC0 bit13 bit0 bit9 bit11 2021/11/10 大連理工大學(xué)電工電子實驗中心 陳育斌 8 CPD ：用于 EEPROM數(shù)據(jù)存儲器中的數(shù)據(jù)保護； CPD=1：數(shù)據(jù)保護功能放棄； CPD=0： EEPOR中的數(shù)據(jù)被保護。 CP1 CP0 RESV WRT CPD LVP BODEN CP1 CP0 /PWRTE WDTE F0SC1 F0SC0 bit13 bit0 bit8 2021/11/10 大連理工大學(xué)電工電子實驗中心 陳育斌 9 LVP ：用于低電壓編程使能控制。 LVP=1： RB3/PGM引腳具有 PGM功能，允許 低壓 編程； LVP=0： RB3為普通的 I/O引腳，燒寫編程 高壓 必須通過 /MCLR引腳進行。 CP1 CP0 RESV WRT CPD LVP BODEN CP1 CP0 /PWRTE WDTE F0SC1 F0SC0 bit13 bit0 bit7 2021/11/10 大連理工大學(xué)電工電子實驗中心 陳育斌 10 BODEN ：用于電源電壓跌落 BOR（掉電）復(fù)位使能位。 BODEN=1： BOR功能被使能； BODEN=0： BOR功能被禁止。 CP1 CP0 RESV WRT CPD LVP BODEN CP1 CP0 /PWRTE WDTE F0SC1 F0SC0 bit13 bit0 bit6 2021/11/10 大連理工大學(xué)電工電子實驗中心 陳育斌 11 /PWRTE：用于上電延時定時器 RWRT的啟動。 /PWRTE=1： PWRT功能被禁止； /PWRTE=0： PWRT功能被啟動。 CP1 CP0 RESV WRT CPD LVP BODEN CP1 CP0 /PWRTE WDTE F0SC1 F0SC0 bit13 bit0 bit3 2021/11/10 大連理工大學(xué)電工電子實驗中心 陳育斌 12 WDTE：用于看門狗定時器 WDT使能控制。 WDTE=1： WDT被啟動； WDTE=0： WDT被禁止。 CP1 CP0 RESV WRT CPD LVP BODEN CP1 CP0 /PWRTE WDTE F0SC1 F0SC0 bit13 bit0 bit2 返回上一次 2021/11/10 大連理工大學(xué)電工電子實驗中心 陳育斌 13 F0SC0、 F0SC1：用于系統(tǒng)時鐘 振蕩器模式選擇 。 F0SC0、 F0SC1=11： RC阻容震蕩方式（使用 RC元件）； =10： HS高頻震蕩方式（ 4MHz以上）； =01： XT標準震蕩方式（ 200K～4MHz） ； =00： LP低頻震蕩方式（ 200KHz以下）。 CP1 CP0 RESV WRT CPD LVP BODEN CP1 CP0 /PWRTE WDTE F0SC1 F0SC0 bit13 bit0 bit1 返回上一次 2021/11/10 大連理工大學(xué)電工電子實驗中心 陳育斌 14 用戶識別碼 ID – 用戶使用的代碼 （ identification code） 在單片機內(nèi)部有一個 16位的特殊的存儲區(qū)域，讓用戶編寫 4位 16進制碼，以作為計算機的識別碼 ID。該碼無論什么內(nèi)容都不會影響到單片機的正常運行，僅僅是起一個識別的作用。用戶可以利用此碼對程序（芯片）編號，以便對芯片進行查詢、識別和管理。 該區(qū)域?qū)嶋H上是 4個 14位的存儲單元（ 2021H～ 2021H），但按廠家建議僅僅使用每個單元中的低 4位，所以是 16位。 通常，在燒寫程序時，其軟件系統(tǒng)在缺省狀態(tài)時，自動的將程序代碼的效驗碼作為用戶識別碼 ID。 結(jié)構(gòu)圖 2021/11/10 大連理工大學(xué)電工電子實驗中心 陳育斌 15 器件識別碼 — 芯片廠家使用的代碼 在 PIC16F87X系列單片機中，其芯片中增設(shè)了一個特殊的存儲單元 2021H，其內(nèi)容在 出廠前就已經(jīng)固化好了 。是用來 識別單片機的具體型號 ，這樣即使芯片上的型號磨損后仍可以被廠家識別。 器件型號 定義位（高 9位） 保留位（低 5位） PIC16G870 00 1101 000 X XXXX PIC16G871 00 1101 001 X XXXX PIC16G872 00 1000 111 X XXXX PIC16G873 00 1001 011 X XXXX PIC16G874 00 1001 001 X XXXX PIC16G876 00 1001 111 X XXXX PIC16G877 00 1001 101 X XXXX 返回本章目錄結(jié)構(gòu)圖 2021/11/10 大連理工大學(xué)電工電子實驗中心 陳育斌 16 時鐘系統(tǒng) PIC系列單片機設(shè)計了 4種類型的震蕩方式； 而不同的震蕩頻率所對應(yīng)的電路結(jié)構(gòu)、參數(shù)各不相同。為了保證震蕩電路與震蕩頻率處于最佳的匹配狀態(tài)，可以同過參數(shù)的配置得以實現(xiàn)； 1. 標準的晶體振蕩器 /陶瓷諧振器方式 XT； 2. 高頻的晶體振蕩器 /陶瓷諧振器方式 HS（ 4MHz以上）； 3. 低頻的晶體振蕩器 /陶瓷諧振器方式 LP（ ）； 4. 外接電阻、電容元件的阻容震蕩方式 RC。 4種不同的方式各有其特點，用戶可根據(jù)具體情況選擇。用戶在使用編程器燒寫程序代碼時，連同系統(tǒng)配置字的F0SC0、 F0SC1一起固化到芯片中。 2021/11/10 大連理工大學(xué)電工電子實驗中心 陳育斌 17 外接晶體 /陶瓷震蕩器 （ LP/XT/HS） 由 G電阻 RF構(gòu)成放大器，并與 XTAL和電容構(gòu)成三點式自激多諧振蕩器。 G1是受控三態(tài)門，當(dāng)執(zhí)行 SLEEP指令時 G1呈現(xiàn)出高阻狀態(tài)，迫使內(nèi)部大多電路停止工作，已達到降低功耗的目的。 RS是在 HS、 XT方式下才使用的電阻，其值為 100Ω RS1K。 G G3為 隔離緩沖電路。 G1 G2 RF RS XTAL C2 C1 到內(nèi)部電路 執(zhí)行 SLEEP指令 到內(nèi)部電路 PIC16 G3 OSC1 OSC2 2021/11/10 大連理工大學(xué)電工電子實驗中心 陳育斌 18 表 外接陶瓷振蕩器時 C C2建議值 方 式 頻 率 C1 C2 XT 455 kHz 68～ 100pF 68～ 100pF MHz 15～ 68pF 15～ 68pF MHz 15～ 68pF 15～ 68pF HS MHz 10～ 68pF 10～ 68pF MHz 10～ 22pF 10～ 22pF 【 注 】 電容值越大越有利于振蕩器的工作穩(wěn)定，但會加 大振蕩器延時啟動時間 2021/11/10 大連理工大學(xué)電工電子實驗中心 陳育斌 19 表 外接晶體振蕩器時 C C2建議值 方 式 頻 率 C1 C2 LP 32 kHz 33 pF 33 pF 200 kHz 15 pF 15 pF XT 200 kHz 47～ 68pF 47～ 68pF MHz 15 pF 15 pF MHz 15 pF 15 pF HS MHz 15 pF 15 pF MHz 15～ 33 pF 15～ 33 pF MHz 15～ 33 pF 15～ 33 pF 【 注 】 電容值越大越有利于振蕩器的工作穩(wěn)定，但會加大振蕩器延時啟動時間 2021/11/10 大連理工大學(xué)電工電子實驗中心 陳育斌 20 外接阻容器件（ RC） RC方式的最大