PIC單片機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用

       1 概述

       Microchip公司生產(chǎn)的PIC16C72是一款基于EPROM的8位高性能微控制器。與其它價(jià)格相當(dāng)?shù)奈⒖刂破飨啾?，它在?zhí)行速度和代碼壓縮方面都有很大的改進(jìn)。由于隨時(shí)可以買(mǎi)到需要的OPT（一次性編程）產(chǎn)品，因而縮短了利用PIC16C73進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的周期。

       PIC16C73微控制器所具有的優(yōu)越性能主要?dú)w功于它的精簡(jiǎn)指令集（RISC）和所采用的哈佛（Harvard）結(jié)構(gòu)，它具有分離的程序儲(chǔ)器空間（12位寬指令）和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間（8位寬數(shù)據(jù)）。同時(shí)可運(yùn)用兩級(jí)流水線(xiàn)指令進(jìn)行取數(shù)和執(zhí)行，除了跳轉(zhuǎn)指令需要兩個(gè)周期外，其余所有的指令都可在單周期內(nèi)執(zhí)行。

       PIC16C73分離的程序和數(shù)據(jù)空間可使指令字優(yōu)化為任意寬度，從而使指令具有單字長(zhǎng)的特性，且允許指令碼的數(shù)據(jù)位數(shù)多于8位，這樣，就可達(dá)到2：1的代碼壓縮和4：1的速度。

       2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理

       PIC16C73 PIC16xx系列微控制器中的一種，它由高性能RISC結(jié)構(gòu)的CPU、存儲(chǔ)器、I/O接口和復(fù)位電路等組成。

       2.1 外部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

       PIC16C73是28腳雙列直插式大規(guī)模集成芯片。

       各引腳功能如下：

       OSC1/CLKIN：為晶體振蕩器輸入/外部時(shí)鐘源輸入引腳。

       OSC2/CLKOUT：晶體振蕩器輸出/外部時(shí)鐘源輸出引腳。在晶體振蕩器方式下，接晶體或陶瓷振蕩器；在RC振蕩方式，輸出1/4fosc。

       MCLR/Vpp：芯片復(fù)位/編程電壓輸入腳，復(fù)位時(shí)，低電平有效。

       RA0/AN0～RA5/AN4/SS：復(fù)用引腳，RA0～RA5為雙向數(shù)據(jù)線(xiàn)；AN0～AN4為A/D輸入輸出通道；RA5～AN4/SS還可作為同步串口使用。

       RB0～RB7：B口雙向數(shù)據(jù)信號(hào)線(xiàn)，其引腳含有可控的弱上拉電阻。其中，RB4/INT可作為外部中斷輸入端；RB4～RB7可產(chǎn)生變化中斷；RB6可作為串行編程的時(shí)鐘端；RB7可作為串行編程的數(shù)據(jù)端。

       RC0～RC7：復(fù)用引腳，為C口雙向數(shù)據(jù)信號(hào)線(xiàn)，C口引腳均為多功能復(fù)用引腳。

       RC0/T1OS0/T1CK1可選擇TMR1振蕩器輸出或TMR1時(shí)鐘輸入；

       RC1/T1OS1/CCP2可作為T(mén)MR1振蕩器輸入或捕捉器2輸入/比較器輸出/PWH2輸出；

       RC2/CCP1可作為捕捉器1輸入/比較器輸出/PWH1輸出；

       RC3/SCK/SCL可作為同步串行時(shí)鐘輸入/SPI的I2C方式輸入；

       RC4/SDI/SDA可作為SPI數(shù)據(jù)輸入（SPI）或數(shù)據(jù)I/O（I2C）；

       RC6/SDO可作為SPI數(shù)據(jù)輸出（SPI）；

       RC6/TX/CK可以作為異步發(fā)送或SCI同步時(shí)鐘線(xiàn)；

       RC7/RX/DT可以作為異步接收或SCI同步數(shù)據(jù)線(xiàn)。

       2.2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

       a.高性能CPU

       ●僅35條單字指令，采用的時(shí)鐘頻率為20MHz，指令周期為200ns；

       ●具有8級(jí)深度的硬件堆棧；

       ●具有中斷能力，有11個(gè)中斷源；

       ●帶有片內(nèi)RC振蕩器的看門(mén)狗（WDT）；

       ●具有程序保密位，可防止非法拷貝；

       ●具有低功耗SLEEP方式，功率低，采用高速CMOS EPROM工藝制造；

       ●可選擇不同的振蕩器方式；

       ●工作電壓為3.0V～6.0V。

       b.分離的程序和數(shù)據(jù)空間

       該P(yáng)IC器件帶有13位程序存儲(chǔ)器，最大尋址能力為8k×14位，用戶(hù)存儲(chǔ)空間（0000～0FFFh）共4k×14位。當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)大于以上地址范圍的物理存儲(chǔ)空間時(shí)，可采用滾動(dòng)循環(huán)訪(fǎng)問(wèn)方式。

       數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)分為每個(gè)存儲(chǔ)體Bank0和Bank1，每個(gè)存儲(chǔ)體又由通用寄存器和專(zhuān)用寄存器構(gòu)成。當(dāng)狀態(tài)寄存器中的RP0位為0時(shí)，選中Bank0；RP0為1時(shí)選中Bank1。每個(gè)存儲(chǔ)體最大可以擴(kuò)展到7Eh（128個(gè)字節(jié)）。在每個(gè)存儲(chǔ)體中，專(zhuān)用寄存器被安排在低空間，用SRAM實(shí)現(xiàn)的通用寄存器被安排在高地址空間。專(zhuān)用寄存器中含有A/D的寄存器。

       c.完善的串行通信接口（SCI）

       SCI利用RC6和RC7兩個(gè)引腳來(lái)作為通信線(xiàn)的二線(xiàn)制串行通信接口。它們可被定義為三種方式：全雙工異步方式、半雙工同步主控方式和半雙工同步從動(dòng)方式。

       SIC部件含有兩個(gè)8位的可讀寫(xiě)狀態(tài)和控制寄存器，分別為發(fā)送和控制寄存器TXSTA、接收和控制寄存器RCSTA。

       d.片內(nèi)器件模塊

       ●有3個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器和3個(gè)雙向I/O口。

       ●含有16位捕捉/比較/PWM模塊。其中捕捉器的最大分辨率為12.5ns；而比較器的最大分辨率為200ns；PWM的分辨率為10位。

       ●帶有5路A/D轉(zhuǎn)換器和A/D中斷功能。

       3 基于PIC16C73的智能售電系統(tǒng)

       筆者在開(kāi)發(fā)智能電表售電系統(tǒng)時(shí)，采用PIC16C73單片機(jī)設(shè)計(jì)了一個(gè)PIC通信通道來(lái)作為遙控器和PC機(jī)間的數(shù)據(jù)通信通道。將紅外遙控器插入通信通道即可與PC機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。首先，PIC通信通道取紅外線(xiàn)遙控器中的用戶(hù)識(shí)別碼并送入PC機(jī)，由PC機(jī)的數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊完成用戶(hù)的注冊(cè)、注銷(xiāo)和售電等工作；然后，再由PIC通信通道將PC機(jī)的RS232C串行通信接口輸出的用戶(hù)識(shí)別碼及所售電量送入紅外線(xiàn)遙控制中，最后再由紅外線(xiàn)遙控器將售電量送入智能電表。該智能電表售電系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。

       3.1 PIC通信通道的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

       該智能電表售電系統(tǒng)的PIC通信通道的硬件電路結(jié)構(gòu)如圖4所示。

       PC機(jī)與PIC通信通道采用異步串行通信方式，但由于PC機(jī)的RS-232C串行通信接口傳輸?shù)男盘?hào)為CMOS電平，而PIC16C73的串行通信接口傳輸?shù)男盘?hào)為T(mén)TL電平，因而通信通道采用MAX-232芯片來(lái)完成信號(hào)電平的自動(dòng)轉(zhuǎn)換；而PIC通信通道與紅外線(xiàn)遙控器則采用并行通信方式進(jìn)行信息傳輸，此時(shí)，PIC16C73單片機(jī)使用RB口作為并行I/O口。為了能讓用戶(hù)認(rèn)可售電信息，筆者專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了由MC14499芯片來(lái)完成7段顯示器的硬件驅(qū)動(dòng)顯示電路。

       3.2 PIC通信通道的軟件設(shè)計(jì)

       為確保PIC單片機(jī)與PC機(jī)之間以及PIC單片機(jī)與紅外線(xiàn)遙控器之間能夠準(zhǔn)確的進(jìn)行信息通信，雙方制定了一個(gè)合理的、可行的通信協(xié)議。

       a.PIC16C73與PC機(jī)之間的通信協(xié)議

       PIC16C73通信波特率為9600bps；通信采用查詢(xún)方式，差錯(cuò)控制采用奇偶校驗(yàn)法；數(shù)據(jù)的幘格式為1位起止位、8位數(shù)據(jù)位、1位奇偶位、1位停止位；雙方設(shè)置的握手信號(hào)如下：

       “FFH”：為PC機(jī)請(qǐng)求接收信號(hào)；

       “01H”：為PC機(jī)接收信號(hào)完畢；

       b.PIC16C73與紅外線(xiàn)遙控器的通信協(xié)議

       PIC16C73與紅外遙控器設(shè)置的握手信號(hào)為：

       “00H”為紅外線(xiàn)遙控器發(fā)送數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒；單片機(jī)接收數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒；

       “FFH”為單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒；紅外線(xiàn)遙控器接收數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒；

       “$”為數(shù)據(jù)傳送結(jié)束標(biāo)志。

       4 結(jié)束語(yǔ)

       Microchip公司的PIC系列單片機(jī)具有實(shí)用、低價(jià)、易學(xué)、省電、高速和體積小等特點(diǎn)。該系列單片機(jī)不是單純的功能堆積，而是以多型號(hào)來(lái)滿(mǎn)足不同層次的需要，并可提供低價(jià)的OTP芯片。另外，該系列單片機(jī)還具有低功耗睡眠功能、掉電復(fù)位鎖定、上電復(fù)位電路、看門(mén)狗電路等功能，而且外圍器件少、占用空間小；成本低，保密技術(shù)也十分可靠，可最大限度地保護(hù)開(kāi)發(fā)者的利益。因此，在工業(yè)控制、儀器儀表、計(jì)算機(jī)、家電等諸多領(lǐng)域具有極其廣闊的發(fā)展前景。