【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 制器的每一種型號(hào)的芯片都含有片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，而且它們的指令系統(tǒng)向上兼容，用戶可以根據(jù)需要選擇具有各種不同外圍接口功能、不同封裝形式和不同電壓范圍的芯片；該公司還可以提供完整的可兼容的開(kāi)發(fā)工具套 件和世界范圍的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用支持，所以這個(gè)系列的微控制器在市場(chǎng)上極具強(qiáng)勁的競(jìng)爭(zhēng)力，在全球都可以看到 PIC 微控制器從辦公自動(dòng)化設(shè)備、消耗電子產(chǎn)品、電訊通信、智能儀器儀表、到汽車電子、金融電子、工業(yè)控制等不同領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。 PIC 系列微控制器在世界微控制器市場(chǎng)份額排名逐年上升，在 8 位微控制器市場(chǎng)，已從 1990 年的第 20 位提高到 1996 年的第 5 位，以至成為一種新的 8位微控制器的世界標(biāo)準(zhǔn)和最有影響力的主流嵌入式控制器。 PIC 系列微控制器硬件結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 1． 精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī) (RISClikeReduced Instruction Set Computerlike)結(jié)構(gòu) Microchip 技術(shù)公司具有先進(jìn)的類 RISC 結(jié)構(gòu)的 PIC 系列微控制器的簡(jiǎn)潔性， 為 8陜西廣播電視大學(xué)機(jī)械制造及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 位微計(jì)算機(jī)市場(chǎng)設(shè)立了一種事實(shí)上的新的性能標(biāo)準(zhǔn)。為了達(dá)到獨(dú)一無(wú)二的高速性能，PIC 微控制器采用了小型機(jī)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。先進(jìn)的類 RISC 結(jié)構(gòu)體現(xiàn)在每一條高效率和功能強(qiáng)大的指令上。三個(gè)系列微控器的指令都是單字的寬字位指令：低檔、中檔和高檔系列的指令位數(shù)分別為 1 14 和 16 位，且分別只有 3 35和 58條指令，它們向上兼容其指令系統(tǒng)除了程序分支指令是單字雙周期指令外， 其它指令都是單周期、單字指令，在這些指令中，沒(méi)有功能相交叉的指令，使所有的指令具有簡(jiǎn)潔性；而一般CISC(Complex Instruction Set Computer)結(jié)構(gòu)的微控制器通常有 50 到 110 條多字節(jié)多周期的指令。單字節(jié)指令提高了軟件編碼的效率和減少了所需要的程序存儲(chǔ)單元，使系統(tǒng)具有高處理性能和突出性能。另外，由于所用指令數(shù)較少和較簡(jiǎn)潔，編程任務(wù)和調(diào)試相對(duì)就比較容易，而且學(xué)習(xí)和實(shí)現(xiàn)都非?？?。在相同情況上， PIC 微控制器所需要的編碼比一般要少一半，其指令的高效率又可使編碼開(kāi)發(fā)時(shí)間節(jié)約 30％。 (1) 指令流水線結(jié)構(gòu)可以在一個(gè)周期內(nèi)同時(shí)完成一條指令的執(zhí)行和下一條指令的取指。最大限度地提高了每個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘周期的效率。 (2) 高速的指令執(zhí)行時(shí)間，在 20MHz 時(shí)鐘情況下達(dá)到 200ns，在 25MHz 時(shí)可達(dá)到160ns。在單周期內(nèi)可以對(duì) I／ O 口 的任一位直接進(jìn)行位操作。 程序分支指令 CALL、 GOTO 和在 PCL 上的操作需要兩個(gè)周期的執(zhí)行時(shí)間，在 20MHz的情況下為 400ns。 (3) 由于采用寬字指令，在相同情況下，程序量大為減少，形成的代碼是一般微控制器的一半。 2． 哈佛 (Harvard)雙總線結(jié)構(gòu) 其存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)是基于哈佛雙總線概念，數(shù)據(jù)的指令傳輸總線完全分開(kāi)以避免出現(xiàn)典型的普通 CISC 設(shè)計(jì)中經(jīng)常出現(xiàn)的處理瓶勁問(wèn)題。 傳統(tǒng)的馮諾依曼結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)是在同一個(gè)存儲(chǔ)空間取指令和數(shù)據(jù) (即普林斯頓結(jié)構(gòu) )，兩者不能同時(shí)進(jìn)行，故限制了工作帶寬。而在哈佛結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)中，指令和數(shù)據(jù)空間是完全分開(kāi)的。一個(gè)用于指令，一個(gè)用于數(shù)據(jù)。由于可以對(duì)程序和數(shù)據(jù)同時(shí)進(jìn)行訪問(wèn)，所以提高了數(shù)據(jù)吞吐率。正因?yàn)樵?PIC 系列微控制器中采用了哈佛雙總線結(jié)構(gòu)，所以與常見(jiàn)的微控制器不同的一點(diǎn)是：程序和數(shù)據(jù)總線可以 采用不同的寬度。數(shù)據(jù)總線都是 8位的，但低檔、中檔和高檔系列的指令總線位數(shù)分別為 1 14 和 16 位。圖 3 是表示兩種不同結(jié)構(gòu)的示意圖。 馮 .諾依曼結(jié)構(gòu) 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(jiàn)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CPU 程序存儲(chǔ) CPU 數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 陜西廣播電視大學(xué)機(jī)械制造及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 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)?PC 寫(xiě)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 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(jiàn)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。 A L U 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(mén)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(kāi)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，但非常可靠。因?yàn)槠瑑?nèi)有上電INSD TMRO PCL STATUS FSR PORTA 其他專用寄存器 通用寄存器 GPR 取指 1 執(zhí)行 3 取指 4 執(zhí)行 1 取指 2 執(zhí)行 2 取指 3 執(zhí)行 4 W 寄存器 陜西廣播電視大學(xué)機(jī)械制造及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 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?？梢杂脦讉€(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(kāi)銷時(shí)間， 同步中斷是 3 個(gè)周期 (Tcy)。 單片機(jī) 陜西廣播電視大學(xué)機(jī)械制造及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 特點(diǎn) 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 40HZ 100us 1MHZ 4us 4MHZ 1us 101VIHZ 400ns 20MHZ 200ns 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(mén)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 陜西廣播電視大學(xué)機(jī)械制造及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 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。 管腳說(shuō)明