第二章PIC单片机组成ppt课件.ppt

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1、第二章PIC 8位单片机的组成,2.1概述 什么是PIC:Peripheral Interface Controller外围设备的控制器。由美国Microchip公司推出系列产品，(PIC单片机Peripheral Interface Controller是一种用来开发的去控制外围设备的集成电路（IC）。)首先采用了RISC结构的嵌入式微控制器，其高速度、低电压、低功耗、大电流LED驱动能力和低价位OTP技术等都体现出单片机产业的新趋势。现在PIC系列单片机在世界单片机市场的份额排名中已逐年升位，尤其在8位单片机市场，据称已从1990年的第20位上升到目前的第二位。PIC单片机从覆盖市场出发，

2、已有三种(又称三层次)系列多种型号的产品问世，所以在全球都可以看到PIC单片机,从电脑的外设、家电控制、电讯通信、智能仪器、汽车电子到金融电子各个领域的广泛应用。现今的PIC单片机已经是世界上最有影响力的嵌入式微控制器之一，销量在8位单片机里占世界第一。,2.1.1 PIC 8位单片机的分类与特点一、PIC 8位单片机产品共有三个系列，即基本级、中级和高级。1.基本级系列该级产品的特点是低价位，如PIC16C5X，适用于各种对成本要求严格的家电产品选用。又如PIC12C5XX是世界第一个8脚的低价位单片机，因其体积很小，完全可以应用在以前不能使用单片机的家电产品的空间。2.中级系列该级产品是P

3、IC最丰富的品种系列。它是在基本级产品上进行了改进，并保持了很高的兼容性。外部结构也是多种的，从8引脚到68引脚的各种封装，如PIC12C6XX。该级产品其性能很高，如内部带有A/D变换器、E2PROM数据存储器、比较器输出、PWM输出、I2C和SPI等接口。PIC中级系列产品适用于各种高、中和低档的电子产品的设计中。3.高级系列该系列产品如PIC17CXX，其特点是速度快，所以适用于高速数字运算的应用场合中，加之它具备一个指令周期内(160ns)可以完成88(位)二进制乘法运算能力，所以可取代某些DSP产品。再有PIC17CXX具有丰富的I/O控制功能，并可外接扩展EPROM和RAM，使它成

4、为目前8位单片机中性能最高的机种之一。所以很适用于高、中档的电子设备中使用。述的三层次(级)的PIC 8位单片机还具有很高的代码兼容性，用户很容易将代码从某型号转换到另一个型号中。,二、PIC 8位单片机的特点 PIC 8位单片机具有指令少、执行速度快等优点，其主要原因是PIC系列单片机在结构上与其它单片机不同。该系列单片机引入了原用于小型计算机的双总线和两级指令流水结构。这种结构与一般采用CISC(复杂指令集计算机)的单片机在结构上是有不同的。1、哈佛双总线结构具有CISC(Complex Instruction Set Computer)结构的单片机均在同一存储空间取指令和数据，片内只有一

5、种总线。这种总线既要传送指令又要传送数据(如图1a所示)。因此，它不可能同时对程序存储器和数据存储器进行访问。因与CPU直接相连的总线只有一种，要求数据和指令同时通过，显然“乱套”，这正如一个“瓶颈”，瓶内的数据和指令要一起倒出来，往往就被瓶颈卡住了。所以具有这种结构的单片机，只能先取出指令，再执行指令(在此过程中往往要取数)，然后，待这条指令执行完毕，再取出另一条指令，继续执行下一条。这种结构通常称为冯诺依曼结构，又称普林斯顿结构。,在这里PIC系列单片机采用了一种双总线结构，即所谓哈佛结构。这种结构有两种总线，即程序总线和数据总线。这两种总线可以采用不同的字长，如PIC系列单片机是八位机，

6、所以其数据总线当然是八位。但低档、中档和高档的PIC系列机分别有12位、14位和16位的指令总线。这样，取指令时则经指令总线，取数据时则经数据总线，互不冲突。这种结构如图1b所示。指令总线为什么不用八位，而要增加位数呢?这是因为指令的位数多，则每条指令包含的信息量就大，这种指令的功能就强。一条12位、14位或16位的指令可能会具有两条八位指令的功能。因此PIC系列单片机的指令与CISC(集中指令集)结构的单片机指令相比，前者的指令总数要少得多(即RISC指令集)。,指令总线为什么不用八位，而要增加位数呢?这是因为指令的位数多，则每条指令包含的信息量就大，这种指令的功能就强。一条12位、14位或

7、16位的指令可能会具有两条八位指令的功能。因此PIC系列单片机的指令与CISC(集中指令集)结构的单片机指令相比，前者的指令总数要少得多(即RISC指令集)。,2、两级指令流水线结构由于PIC系列单片机采用了指令空间和数据空间分开的哈佛结构，用了两种位数不同的总线。因此，取指令和取数据有可能同时交叠进行，所以在PIC系列微控制器中取指令和执行指令就采用指令流水线结构(如图2所示)。当第一条指令被取出后，随即进入执行阶段，这时可能会从某寄存器取数而送至另一寄存器，或从一端口向寄存器传送数等，但数据不会流经程序总线，而只是在数据总线中流动，因此，在这段时间内，程序总线有空，可以同时取出第二条指令。

8、当第一条指令执行完毕，就可执行第二条指令，同时取出第3条指令，如此等等。这样，除了第一条指令的取出，其余各条指令的执行和下一条指令的取出是同时进行的，使得在每个时钟周期可以获得最高效率。,在大多数微控制器中，取指令和指令执行都是顺序进行的，但在PIC单片机指令流水线结构中，取指令和执行指令在时间上是相互重叠的，所以PIC系列单片机才可能实现单周期指令。只有涉及到改变程序计数器PC值的程序分支指令(例如GOTO、CALL)等才需要两个周期。此外，PIC的结构特点还体现在寄存器组上，如寄存器I/O口、定时器和程序寄存器等都是采用了RAM结构形式，而且都只需要一个周期就可以完成访问和操作。而其它单片

9、机常需要两个或两个以上的周期才能改变寄存器的内容。上述各项，就是PIC系列单片机能做到指令总数少，且大都为单周期指令的重要原因。,3、RISC技术CISC:复杂指令集计算机Complex Instruction Set Computer。RISC 精简指令集计算机Reduced Instruction Set Computer。只有35条指令，每条指令只有一个字，指令执行时间除了四条移指令为2个机器周期外，都是1个机器周期。宽字节指令：初级12位；中级14位；高级16位。这与传统的采用CISC结构的8位单片机相比，可以达到2:1的代码压缩，速度提高4倍。PIC 单片机的机器周期为：fosc/4

10、,4、低功耗大部分PIC单片机 工作模式下：工作电流为几mA；休眠模式下：工作电流为几uA 5、驱动能力强IOH=25mA IOL=25mA 一个端口驱动能力6070mA，芯片总的驱动能力200mA。6、友好的开发平台7、各种型号品种多从6引脚到68引脚的各种封装。,2.1.2 PIC16F87X系列微控制器的结构 1、PIC16F877A单片机的基本功能模块 程序存储器区域0000H1FFFH 8K14程序单元空间；有两个特殊地址：0000H为复位入口地址；0004H为中断入口地址。8级14位的独立堆栈区域：专用于call 或中断断点保护。数据存储器区域368字节RAM地址000H1FFH

11、EEPROM数据存储器模块256字节E2PROM 算术逻辑运算区域 ALU 工作器存器W(累加器),状态寄存器STATUSZ,DC,C间接寻址寄存器：与INDF配合实现间接寻址,输入输出端口模块RA口（6）,RB口（8），RC口（8），RD口（8）,RE口（3）共33条IO口 多功能定时器模块TMR0、TMR1、TMR2 核心模块 SPECIAL FEATURES OF THE CPUPOR上电复位功能；Power On Reset掉电复位Brown-out Reset(BOR)；看门狗Watch Dog Timer(WDT)；上电延时定时器Powerup Timer（PWRT）；。振荡器起振

12、定时器Oscillator Startup Timer（OST）,2、PIC16F877A单片机的专用功能模块 串行通信和并行数据传送模块SSP:同步串行端口；SUART 通用同步异步收发器；RD口可作并行为从动 捕捉比较脉宽调制模块CCPCapture,Compare,PWM AD转换器（ADC）模块八通道10位的模数转换器；2路的模拟比较器。,2.1.3 PIC16F87X系列微控制器的引脚说明DIP封装的40引脚如图,1、系统配置引脚、电源和接地引脚VDD;VSS、时钟引脚OSC1CLKIN：时钟振荡器晶体联接端1外部时钟源输入端OSC2CLKOUT：时钟振荡器晶体联接端2外部时钟源输出

13、端。复位引脚VPP:人工复位输入端编程电压输入端。,2、输入输出引脚功能端口A引脚有：,端口B引脚,端口C引脚,端口D引脚,端口E引脚,2.2存储器概述存储器分为程序存储器和数据存储器2.2.1程序存储器和堆栈空间 PIC16F877A单片机程序存储器容量为：8KB14分为四个页每页2KB，每页地址范围：页0(Page0)：0000H07FFH页1(Page1)：0800H0FFFH页2(Page2)：1000H17FFH页3(Page3)：1800H1FFFH8级硬件堆栈空间813,2.2.2数据存储器地址范围000H1FFH共512B RAM，其中某些单元无效。还有256B EEPROM512B RAM分为四个体具体如下图：每体128B，具体如下：000H07FH:体0(Bank0)080H0FFH:体1(Bank1)100H17FH:体2(Bank2)180H1FFH:体3(Bank3),