【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 CPU數(shù)據(jù)存儲(chǔ)程序存儲(chǔ) 哈佛結(jié)構(gòu)圖3 兩種不同結(jié)構(gòu)的示意圖3．兩級(jí)指令流水線結(jié)構(gòu)PIC系列微控制器的取指和執(zhí)行采用指令流水線結(jié)構(gòu)(見圖4)，當(dāng)一條指令被執(zhí)行時(shí)允許下一條指令同時(shí)被取出，使得在每個(gè)時(shí)鐘周期可以獲得最高效率。 在大多數(shù)在大多數(shù)微控制器中，取指和指令執(zhí)行都是順序進(jìn)行的。而在指令流水線結(jié)構(gòu)中，取指和指令執(zhí)行在時(shí)間上是相互重疊的，所以才可能實(shí)現(xiàn)單周期指令。只有涉及到改變程序計(jì)數(shù)器PC（Progran Counter）值的程序分支指令（例如GOTO、CALL或?qū)C寫操作）等才需要兩個(gè)周期。 周期0 周期1 周期2 周期3 周期4執(zhí)行1取指1執(zhí)行2取指2取指3執(zhí)行3執(zhí)行4取指4圖4 指令流水線結(jié)構(gòu)示意圖PIC的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)還體現(xiàn)在寄存器組上（見圖5)。所有的寄存器，包括I/0口、定時(shí)器和程序計(jì)數(shù)器等都是采用RAM結(jié)構(gòu)形式，而且都只需要一個(gè)周期就可以完成訪問(wèn)和操作。而大多數(shù)其它微控制器都有需要兩個(gè)以上的周期才能改變寄存器的內(nèi)容。INSDTMROPCLSTATUSFSRPORTA其他專用寄存器通用寄存器GPRA L UW寄存器圖5 寄存器組示意圖 PIC系列微控制器技術(shù)性能特點(diǎn)1高速度由于PIC系列控制器所用的寬字單周期指令、哈佛雙總線和PISC結(jié)構(gòu)，其數(shù)據(jù)吞吐率最高可達(dá)6MIPS(即每秒鐘可執(zhí)行600萬(wàn)條指令)，這幾乎是其它大多數(shù)8位微控制器速度的4倍。 2實(shí)時(shí)執(zhí)行 對(duì)時(shí)間要求苛刻的應(yīng)用，例如電機(jī)控制、高速I/O或串行數(shù)據(jù)位流操作等，PIC系列微控制器可以提供一種新的低成本的解決方案。利用PIC高性能算法處理能力的實(shí)時(shí)性可以取代低效率的存儲(chǔ)操作和精確度不高的查表法。設(shè)計(jì)師還可以用PIC微控制器，通過(guò)對(duì)其編程來(lái)取代那些低檔的門陣列、PLD、膠合(G1ue Logic)邏輯和多芯片狀態(tài)機(jī)等設(shè)計(jì)來(lái)進(jìn)一步開發(fā)其高性能價(jià)格比的優(yōu)點(diǎn)，PIC微控制器除了其價(jià)格優(yōu)勢(shì)外，設(shè)計(jì)師還可以得到多方面的可編程靈活性、強(qiáng)有力的控制器功能和節(jié)約空間的諸多好處。3 低功耗 由于采用全靜態(tài)CMOS設(shè)計(jì)，電源操作能耗很低，但非?？煽?。因?yàn)槠瑑?nèi)有上電復(fù)位電路、監(jiān)視定時(shí)器電路和RC振蕩器電路選擇等，所以就不需要增加價(jià)格較高的片外支持的功能元器件，從而降低了系統(tǒng)成本和系統(tǒng)功耗。PIC的小晶片尺寸加上MICROCHIP先進(jìn)的CMOS技術(shù)使芯片具有很寬的性能范圍以及低工作電流(典型值：在3V，32kHz時(shí)工作電流為15181。A)和極小的待命狀態(tài)電流(休眠方式3V工作情況下小于1181。A)。低電流特性應(yīng)用于長(zhǎng)壽命電池供電的系統(tǒng)是很理想的。4 用戶可選擇振蕩器 片內(nèi)集成帶有RC振蕩器的監(jiān)視定時(shí)器，而且引進(jìn)了“用戶可選擇振蕩器的新設(shè)計(jì)概念，它允許用戶在4種從直流到20MHZ(200ns)頻率范圍內(nèi)選擇一種振蕩形式讓芯片執(zhí)行指令，以優(yōu)化系統(tǒng)的功耗。這4種振蕩方式是：RC型—低成本的RC振蕩器，XT型一標(biāo)準(zhǔn)的石英晶體振蕩器，HS型一高速石英晶體振蕩器和LP型—低功耗低頻石英晶體振蕩器。5 程序代碼加密保護(hù) 具有程度代碼加密保護(hù)功能，可通過(guò)對(duì)片內(nèi)EPROM保密設(shè)置進(jìn)行加密。6 功能強(qiáng)大的I／O性能 PIC系列微控制器的一個(gè)特點(diǎn)就是其輸入輸出功能十分強(qiáng)大。芯片可以在一個(gè)指令周期內(nèi)(200ns)對(duì)任何寄存器(包括I／O寄存器)中的任何一位完成位置I、位清零和位測(cè)試功能。所以PIC系列芯片與外部電路和接口效率非常高，可以用來(lái)作為高速I／O控制器。PIC的I/O 口有多種功能，通過(guò)軟件配置，每2個(gè)引腳都可以對(duì)輸入和輸出分別分時(shí)多路復(fù)用，或者可以被編程呈高阻狀態(tài)，例如可以支持用普通總線進(jìn)行多片配置。數(shù)據(jù)輸入線允許有25mA的倒灌電流，可以直接驅(qū)動(dòng)LED。7 可編程的特殊外圍接口性 (1)雙lO位／20KHZ，8位／80KHZ的PWM(脈寬調(diào)制)接口； (2)可多達(dá)8個(gè)通道8位、26181。s SAR A／D轉(zhuǎn)換器； (3)16通道16位單斜率積分A／D轉(zhuǎn)換器； (4)雙5mV典型偏置的比較器； (5)8位D／A轉(zhuǎn)換器； (6)內(nèi)部集成的溫度傳感器； (7)內(nèi)部集成的基準(zhǔn)電壓源； (8)內(nèi)部集成的振蕩器； (9)32*4點(diǎn)陣多路復(fù)用的LCD驅(qū)動(dòng)器； (10)8／9位通用異步串行接收發(fā)送器USART(串行通信接口)； (11)用電池供電的實(shí)時(shí)時(shí)鐘； (12)雙1 6位200ns捕捉寄存器； (13)雙1 6位200ns比較輸出接口； (14)并行從動(dòng)(SLAVE)端口； (15)64字節(jié)EEPROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。8 中斷特性 PIC16CXX和PIC17CXX有中斷功能。根據(jù)要求可以選用多個(gè)不同數(shù)目的內(nèi)容和外部中斷源。中斷控制可以進(jìn)行全局控制和分別控制。外圍接口的中斷優(yōu)先級(jí)用軟件確定。可以用幾個(gè)不同的中斷源激活處理從休眠狀態(tài)中蘇醒。有固定的中斷開銷時(shí)間，同步中斷是3個(gè)周期(Tcy)。一、高性能RISC結(jié)構(gòu)CPU 精簡(jiǎn)指令集，僅35條單字節(jié)指令，易學(xué)易用 除地址分支跳轉(zhuǎn)指令(GOTO、CALL)為雙周期指令，其余皆為單周期指令執(zhí)行速度時(shí)鐘振蕩指令周期40HZ100us1MHZ4us4MHZ1us101VIHZ400ns20MHZ200ns八級(jí)硬件堆棧多種硬件中斷 直接、間接、相對(duì)三種尋址方式二、功能部件特性 帶8位A／D轉(zhuǎn)換輸入 高驅(qū)動(dòng)電流，I／O腳可直接驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管(LED)顯示 每個(gè)I／O引腳最大拉電流25MA 每個(gè)I／O引腳最大灌電流20MA 雙向可獨(dú)立編程設(shè)置I／0引腳 8位定時(shí)器／計(jì)數(shù)器TMR0，帶8位預(yù)分頻 有1～2路捕抓輸入／比較輸出／PWM輸出(CCP) 16位定時(shí)器／計(jì)數(shù)器TMRl，睡眠中仍可計(jì)數(shù) 8位定時(shí)器／計(jì)數(shù)器TMR2，帶有8位的周期寄存器及預(yù)分頻和后分頻 并行口操作 同步串行I2C／SPI總線操作 同步通訊接 SCI／USART操作 flagsh存儲(chǔ)器。三、微控制器特性 ． 內(nèi)置上電復(fù)位電路(POR) 上電定時(shí)器，保障工作電壓的穩(wěn)定建立 振蕩定時(shí)器，保障振蕩的穩(wěn)定建立 斷電復(fù)位鎖定內(nèi)置自振式(RC振蕩)看門狗程序保密位，可防程序代碼的非法拷貝四種可選振蕩方式 一低成本阻容：RC 一標(biāo)準(zhǔn)晶體／陶瓷：XT 一高速晶體／陶瓷：HS 一低頻晶體：LP四、CMOS工藝特性低功耗 2MA@5V，4MHZ 15UA@3V，32KHZ 1UA低功耗Sleep模式下 全靜態(tài)設(shè)計(jì) 寬工作電壓：2．OV～6．OV寬工作溫度范圍： 一商用級(jí)：O℃～+70℃ 一工業(yè)級(jí)：一40℃～+85℃ 一汽車級(jí)：一40℃～+125℃ PIC16F74是片內(nèi)帶A/D的芯片所以它在測(cè)量?jī)x器表、工業(yè)控制、汽車電子、家用電器及通訊等眾多方面應(yīng)用廣泛。而它所擁有的高性能，如CCP模塊、并行口、12C／SPI、SCI通訊等等使它能適合于各種應(yīng)用要求。 圖6 PICl6F74的管腳圖表1 管腳功能引腳名I／O特性電平功能OSCI／CLKIN輸入COMS振蕩輸入腳OSC2/CLKOUT輸出震蕩輸出腳MCLR輸入斯密特輸入復(fù)位輸入腳，低電平有效RAO/ANORA1/AN1RA2/AN2RA3/AN3/VREFRA4/TOCK1RA5/AN4/SSI/OI/OI/OI/OI/OI/OTTLTTLTTLTTL斯密特輸入TTLPORTA數(shù)字I/O口，雙向可編程，并可做A/D輸入A/D輸入通道0A/D輸入通道1A/D輸入通道2A/D輸入通道3可作為TMRO外部時(shí)鐘輸入亦可作A/D輸入通道4，或同步串行口的從屬器選擇輸入RBO/INTRB1RB2RB3RB4RB5RB6RB7I/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OTTL/斯密特TTLTTLTTLTTLTTLTTLTTLPORTB口，雙向可編程，弱上位，外部中斷輸入具有電平變化中斷功能具有電平變化中斷功能具有電平變化中斷功能具有電平變化中斷功能RCO/T10SI/T1CK1RC1/T10ST/CCP2RC2/CCP1RC3/SCK/SCLI/OI/OI/OI/O斯密特輸入斯密特輸入斯密特輸入斯密特輸入PORTC口，雙向可編程亦可作為TIMER1震蕩輸入、TIMER1的時(shí)鐘輸入亦可作為TIMER1震蕩輸入、CCP2輸入輸出亦可作為CCP1輸入輸出亦可作為同步串行通訊時(shí)鐘RC4/SDI/SDARC5/SD0RC6/TX/CKRC7/RX/DTI/OI/OI/OI/O斯密特輸入斯密特輸入斯密特輸入斯密特輸入亦可作為SPI通訊之?dāng)?shù)據(jù)輸入線或I2C數(shù)據(jù)線亦可作為SPI通訊之?dāng)?shù)據(jù)輸出亦可作為異步發(fā)送線或SCI同步傳輸?shù)臅r(shí)鐘線亦可作為異步發(fā)送線或SCI同步傳輸?shù)臄?shù)據(jù)線RD0/PSP0RD1/PSP1RD2/PSP2RD3/PSP3RD4/PSP4RD5/PSP5RD6/PSP6RD7/PSP7I/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/O斯密特/TTL斯密特/TTL斯密特/TTL斯密特/TTL斯密特/TTL斯密特/TTL斯密特/TTL斯密特/TTLPORTD口，雙向可編程，亦可作為并行口，作為并行口是TTL輸入，作為一般I/O口時(shí)為斯密特輸入REO/RD/AN5RE1/WR/AN6RE2/CS/AN7I/OI/OI/O斯密特/TTL斯密特/TTL斯密特/TTLPORTE口，雙向可編程，亦可作為并行樓的控制線或A/D輸入RD:并行口讀信號(hào)線或A/D輸入通道5WR:并行口寫信號(hào)線或A/D輸入通道6CS:并行口片選線或/D輸入通道7VSS地VDD電源NC未用一、 中斷控制寄存器INTCONGIEPEIETOIEINTERBIETOIFINTFRBIFRBIF：PORTB口中斷標(biāo)志位，需由軟件清零 1=RB7：4有電平變化、 0=RB7：4無(wú)電平變化INTF：外部INF中斷標(biāo)志位，需由軟件清零 1=INT腳上有中斷觸發(fā)信號(hào) 0=INT腳上無(wú)中斷觸發(fā)信號(hào)TOIF：TIMERO溢出中斷位，需由軟件清零 1=TIMERO溢出中斷 0=TIHERO未發(fā)生溢出RBIE：PORTB中斷使能位 1=使能PORTB中斷 0=屏蔽PORTB中斷INTE：中斷使能位 l=使能INT中斷 0=屏蔽INT中斷TOIE：TIMERO中斷使能位 1=使能TIMERO中斷 0=屏蔽TIMERO中斷PEIE：外設(shè)中斷使能位 1=使能所有未屏蔽的外設(shè)中斷 0=屏蔽所有外設(shè)中斷GIE：中斷總使能位 1=使能所有未屏蔽中斷 0=屏蔽所有中斷二、 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的組織結(jié)構(gòu) 由于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器被集成在片內(nèi)，可以直接用內(nèi)部總線傳送信息，所以它們都是以寄存器方式工作和尋址。由于包括I/0端口在內(nèi)的80個(gè)尋址的8位寄存器組成的寄存器組，通過(guò)8位的片內(nèi)數(shù)據(jù)總線與算術(shù)邏輯運(yùn)算單元ALU相連。 寄存器組可以分成兩大類：通用寄存器和專用寄存器。通用寄存器用于指令執(zhí)行中存放數(shù)據(jù)或控制信息；專用寄存器SFR(Special Function Register)包括定時(shí)器、寄存器、程序計(jì)算器PC(Program Counter)、狀態(tài)寄存器SATAUS、I/0寄存器(端口)和(寄存器)組選擇寄存器FSR(File Select Register)等。另外還有用于I/O口配制和預(yù)分頻選擇的專用寄存器。(1)通用寄存器組通過(guò)(寄存器)組選擇寄存器FSR可對(duì)寄存器組進(jìn)行直接或間接訪問(wèn)。 (2)專用寄存器 它又可分成兩類：一類用于CPU核心操作，另一類用于控制外圍功能芯片操作。三、狀態(tài)寄存器STATUS(F3)狀態(tài)寄存器是一個(gè)8位寄存器，實(shí)際上在這個(gè)系列中目前