PIC单片机原理及应用.ppt
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1、2023/11/8,1,PIC单片机原理及应用,2005.12,2023/11/8,2,内容提要,单片机概述PIC单片机的特色PIC单片机的程序设计,2023/11/8,3,单片机概述,单片机正名为:微控制器 MCU,MicroController Unit,据权威机构统计,2001世界单片机年产量7高于70亿片,中国大陆的单片机年需求量约6亿片,每年16%的速度增长;2002年仅8位单片机销售额高达45亿美元;预计2004年和2006年8位单片机的销售额分别达到54亿和60亿美元。一辆 RMW 7 系列宝马轿车中嵌入了63片单片机。MOTOROLA公司估计到2010年平均每人每天接触到多达3
2、51片甚至更多的单片机。,2023/11/8,4,单片机概述,何为单片机:,将CPU、RAM、ROM、I/O等集成在一块集成电路芯片上。单片机具有性能高、速度快、体积小、价格低稳定可靠、应用广泛、通用性强等突出优点。,输入设备,输出设备,运算器,控制器,存储器,微型计算机基本结构,CPU,ROM,RAM,I/O,一般单片机内部结构,总 线,2023/11/8,5,单片机概述,“凡能想到的地方,单片机都可以用得上”,电信家用电器计算机外围设备办公自动化工业控制,遥控彩电电路方块图,商用电子玩具仪器仪表汽车电子军用电子,红外接收头,遥控器,单片机,射频、视频音频、电源传统功能电路,2023/11/
3、8,6,单片机概述,硬件结构上和指令设置上的独特之处,存储器 ROM 和 RAM 严格分工;采用面向控制的指令系统;输入输出(I/O)端口引脚通常设计有多种功能;品种规格的系列化;单片机的硬件功能具有广泛的通用性。,2023/11/8,7,PIC 单片机的特色,哈佛总线结构,PIC 系列单片机代表着单片机发展的新动向,CPU,ROM,RAM,I/O,普通单片机内部(冯.诺伊曼)结构,总 线,8,8,8b,8b,ROM,CPU,RAM,I/O,PIC单片机内部(哈佛)结构,数据总线,8b,12b16b,8,取指 执行,取指 执行,取指 执行,取指 执行;取指 执行,RISC:,CISC:,202
4、3/11/8,8,PIC 单片机的特色,指令单字节化,PIC 系列单片机代表着单片机发展的新动向,数据总线和指令总线分离,ROM和RAM寻址空间互相独立,宽度不同。确保数据安全性、提高运行速度和实现全部指令单字节化。MCS-51系列ROM和RAM都是8位,指令长度13字节,长短不一!PIC12C50X/PIC16C5X 系列单片机的指令字节为12位;PIC16C6X/7X/8X 系列单片机的指令字节为14位;PIC17CXX 系列单片机的指令字节为16位;,2023/11/8,9,PIC 单片机的特色,精简指令集(RISC)技术,PIC 系列单片机代表着单片机发展的新动向,PIC系列单片机的指
5、令系统只有35条指令,常用约20条好学、易用;绝大多数为单周期指令,执行速度快!MCS-51系列单片机指令系统有111条指令!,2023/11/8,10,PIC 单片机的特色,寻址方式简单,PIC 系列单片机代表着单片机发展的新动向,PIC系列单片机只有4种寻址方式寄存器间接寻址、立即数寻址、直接寻址和位寻址 MCS-51 系列单片机则有7种寻址方式!,2023/11/8,11,PIC 单片机的特色,代码压缩率高,PIC 系列单片机代表着单片机发展的新动向,1K字节的存储器空间PIC系列单片机能够存放1024条指令MCS-51 系列单片机大约只能存放600条指令,相对代码大小,1.00,1.2
6、9,2.10,2.24,1.51,1.55,MCC,PIC,COP800,ST82,68HC05,8051,Z86,典型单片机代码紧凑性比较图,2023/11/8,12,PIC 单片机的特色,运行速度高,PIC 系列单片机代表着单片机发展的新动向,采用哈佛的总线结构,指令的读取和执行采用流水作业方式!PIC17CXX是目前世界上速度最快的品种之一,相对执行速度,1.00,0.108,0.046,0.136,0.212,0.30,Fastest,PIC,COP800,ST82,68HC05,8051,Z86,典型单片机运行速度比较图,20MHz,20MHz,20MHz,8MHz,4.2MHz,1
7、2MHz,2023/11/8,13,PIC 单片机的特色,功耗低,PIC 系列单片机代表着单片机发展的新动向,PIC单片机是世界上功耗最低的单片机品种之一在4MHz时钟下工作时耗电不超过2mA,在睡眠模式下耗电可以低到1A 以下。,2023/11/8,14,PIC 单片机的特色,驱动能力强,PIC 系列单片机代表着单片机发展的新动向,I/O端口驱动负载强,每个I/O引脚吸入和输出电流的最大值可分别达到25mA和20mA,能够直接驱动发光二极管LED、光电耦合器或者微型继电器等。,2023/11/8,15,PIC 单片机的特色,I2 和 SPI 串行总线端口,PIC 系列单片机代表着单片机发展的
8、新动向,I2(Inter IC Bus)和 SPI(Seril Peripheral Interface)是在芯片之间实现同步串行数据传输的技术。方便灵活的扩展外围器件,大大简化单片机应用系统的结构,极易形成产品电路的模块化结构。大屏幕彩电中都引入了I2技术。,2023/11/8,16,PIC 单片机的特色,寻址空间设计简单,PIC 系列单片机代表着单片机发展的新动向,PIC系列单片机的程序、堆栈、数据三者各自采用互相独立的寻址(或地址编码)空间;而且程序、堆栈的地址安排不需要用户操心。,2023/11/8,17,PIC 单片机的特色,外接电路简洁,PIC 系列单片机代表着单片机发展的新动向,
9、PIC系列单片机片内集成了上电复位电路、I/O引脚上拉电路、看门狗定时器等,可以最大程度的减少或免用外接器件,以便实现“纯单片”应用。,2023/11/8,18,PIC 单片机的特色,开发方便,PIC 系列单片机代表着单片机发展的新动向,微芯片公司研制了多种版本的软件仿真器和软件综合集成开发环境(MPLABIDE),对于PIC系列中任一款单片机的开发,都可以借助于一套免费的软件综合开发环境,实现程序编程和模拟仿真。各档次的硬件仿真器和程序烧写器(或称编程器),价格在500元 2000元不等。,2023/11/8,19,PIC 单片机的特色,C语言编程,PIC 系列单片机代表着单片机发展的新动向
10、,对于掌握了C语言的用户,微芯片公司还提供了C语言编译程序,使用C语言进行程序设计,可以大大提高工作效率,2023/11/8,20,PIC 单片机的特色,品种丰富高级、中级、基础级,PIC 系列单片机代表着单片机发展的新动向,PIC系列单片机目前已形成多个层次、数百个型号。片内功能从简单到复杂,封装形式从8脚到64脚,可以满足各种不同的应用需求。也就是说,PIC最大的特点是不搞单纯的功能堆积,而是从实际出发,重视产品的性能与价格比,靠发展多种型号来满足不同层次的应用要求。比如,一个摩托车的点火器需要一个I/O较少、RAM及程序存储空间不大、可靠性较高的小型单片机,若采用40脚且功能强大的单片机
11、,投资大不说,使用起来也不方便。PIC12C508单片机仅有8个引脚,是世界上最小的单片机。,2023/11/8,21,PIC 单片机的特色,品种丰富高级,PIC 系列单片机代表着单片机发展的新动向,2023/11/8,22,PIC 单片机的特色,品种丰富中级,PIC 系列单片机代表着单片机发展的新动向,2023/11/8,23,PIC 单片机的特色,品种丰富基础级,PIC 系列单片机代表着单片机发展的新动向,2023/11/8,24,PIC 单片机的特色,程序存储器版本齐全,PIC 系列单片机代表着单片机发展的新动向,带窗口的EPROM和带FLASH芯片,适合程序反复修改的开发阶段;一次编程
12、(OPT)的EPROM芯片,适合于小批量试生产和快速上市的阶段;ROM掩模型芯片,适合大批量定型产品的规模化生产。,2023/11/8,25,PIC 单片机的特色,可靠性和程序的保密性,PIC 系列单片机代表着单片机发展的新动向,自带看门狗定时器,可以用来提高程序运行的可靠性 彻底的保密性。PIC以保密熔丝来保护代码,用户在烧入代码后熔断熔丝,别人再也无法读出,除非恢复熔丝。目前,PIC采用熔丝深埋工艺,恢复熔丝的可能性极小。,2023/11/8,26,8引脚闪存8位CMOS单片机PIC12F629/675性能概述,仅35条指令;除跳转指令外都为单周期;DC20MHz时钟;DC200ns指令周
13、期 32KHz时工作电流典型值8.5uA;待机nA级;高精度内部 4MHz 1%振荡器;电压3.0V时,将CPU从休眠模式唤醒需要5us;宽工作电压范围;有扩展级温度范围;POR、PWRT、OST、BOD、WOT、MCLR;引脚电平变化触发中断;独立可编程弱上拉;耐久性闪存/EEPROM存储单元;达10万次;6个双向I/O;675有10位A/D;双定时器,2023/11/8,27,PIC12F629/675系统结构与工作原理,PIC12F629/675简化结构框图,PORT,Flash程序存储器1K*14,RAM寄存器64*8,8级堆栈13位,定时器0,定时器1,A/D转换器,上电延时定时器振
14、荡器启动延时上电复位看们狗定时器掉电复位监视定时器,指令译码与控制,时钟发生器,FSR寄存器,状态寄存器,W 寄存器,运算单元,指令寄存器,EEPROM128字节,T1GT1CKIT0CKI,GP0/AN0/CIN+GP1/AN1/CIN-VREFGP2/AN2/T0CK/INT/COUTGP3/MCLR/VPPGP4/AN3/T1G/OSC2/CLKOUTGP5/T1CKI/OSC1/CLKIN,程序计数器PC,内部4MHz振荡器,AN0 AN1 AN2 AN3,比 较 器参考电压,CIN-CIN+COUT,2023/11/8,28,PIC12F629/675系统结构与工作原理,PIC12F
15、629/675时钟和指令周期时序,OSC1,Q1,Q2,Q3,Q4,PC,取指(PC),执行(PC-1),取指(PC+1),执行(PC),取指(PC+2),执行(PC+1),2023/11/8,29,PIC12F629/675系统结构与工作原理,PIC12F629/675程序存储器组织结构,CALL,RETURNRETFIE,RETLW,PC(12:0),13,用户存储器空间,0000h,0004h,0005h,03FFh,0400h,1FFFh,2023/11/8,30,PIC12F629/675系统结构与工作原理,PIC12F629/675数据存储器组织结构,00,01,02,03,20,
16、1F,7F,寄存器地址,80,81,82,83,A0,9F,FF,寄存器地址,BF,C0,Bank 0,Bank 1,专用寄存器,专用寄存器,2023/11/8,31,PIC12F629/675系统结构与工作原理,PIC12F629/675 I/O 端口:GPIO 和 TRISO 寄存器,TRISO:定义GPIO 引脚是输入还是输出。1 输入 0 输出,CLRF GPIO;初始化 GPIOBCF STATUS,PRO;选中Bank0MOVLW 07h;置GP为数字IOMOVWF CMCON;BSF STATUS,PRO;选中Bank1CLRF ANSEL;引脚定义为数字MOVLW B00001
17、100;置数据方向初始化值MOVWF TRISO;置GP为输入;置RA为;输出,GPIO 的初始化程序:,2023/11/8,32,PIC12F629/675系统结构与工作原理,GPIO 相关寄存器汇总,05hGPIO 寄存器,用于读写6个端口的数据;0Bh/8Bh INTCON 中断控制寄存器,设置中断类型等;19hCMCON 比较器控制寄存器,设置比较器工作方式;81hOPTION-REG 选项寄存器,各种控制位配置;85hTRISIO GPIO的方向三态寄存器,定义引脚输入还是输出;95hWPU 弱上拉寄存器,设置GP是否弱上拉使能;96hIOC 引脚电平变化中断寄存器,设置IOC触发中
18、断使能;9FhANSEL 模拟选择寄存器,设置引脚为I/O或A/D及A/D时钟;,2023/11/8,33,PIC12F629/675系统结构与工作原理,TIMER0 定时器/计数器,主要特点:8位定时器/计数器;可读写;8位软件可编程预分频器;内部或外部时钟选择;FFh到00h的溢出中断;外部时钟的边沿选择。,工作方式设置:清零T0CS位(OPTION-REG)定时器模式;置未T0CS位(OPTION-REG)计数器模式;,TIMER0相关寄存器:TMR0、INTCON、OPTION-REG、TRISIO。,2023/11/8,34,PIC12F629/675系统结构与工作原理,TIMER1
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