PIC18系列单片机原理及实践.ppt

PIC18系列单片机原理及实践 （第一章） 参考资料：PIC技术宝典 PIC Microcontroller and Embedded Systems 美 Rolin D.Mckinlay 著 课件编写：大连理工大学 电工电子实验中心 2009年12月 *1大连理工大学 电工电子实验中心 陈育斌 如何学习PIC单片机 n在产品的设计中，对于PIC单片机的选型采用的是“因地 制宜”的策略根据需要合理选择各种系列产品，这样 可以做到产品的最佳“性价比”。这也是PIC单片机的一种 “优势”。如洗衣机、电冰箱或电梯控制系统等会采用从 低到高不同的PIC系列产品。 n由于PIC单片机各个档次之间存在于指令不完全兼容的 特点，那么如何选择、从那个系列入手学习呢？ n 16FXXX：具有丰富的内部模块、完整的指令系统和良 好的向下兼容性。适合初学入门的系列； n 18FXXX：高效的16位指令系统、大容量的ROM和RAM 结构使其更适合C语言编程。更为丰富的内部某块和8位 的硬件乘法器使其具备DSP的性能。学习的高级阶段。 Date2大连理工大学 电工电子实验中心 陈育斌 目 录 第一章 PIC微控制器的历史和特征 1.1 PIC微控制器的产品系列 1.2 PIC18系列微控制器的特性 1.3 PIC微控制器的产品局限性 1.4 PIC微控制器的程序ROM 1.5 PIC微控制器的数据RAM和E2PROM 1.6 PIC微控制器的I/O引脚 1.7 PIC微控制器的外围设备 Date3大连理工大学 电工电子实验中心 陈育斌 第一章 PIC微控制器的历史和特征 n1989年Microchip公司开发了一种8位的微控制器： PIC（Peripheral Interface Controler 外围接口控制器）； n将少量的RAM、ROM、一个定时器和一些I/O端口 全部集成在一个8脚的芯片上； n在不到10年的时间内，Microchip公司已经把这个如 此简陋的产品发展成主流的8位微控制器这是一个 奇迹； Date4大连理工大学 电工电子实验中心 陈育斌 1.1 PIC微控制器的产品系列 o 10XXX o 12XXX o 14XXX o 16XXX：应用最广泛的8位机产品，14位指令宽度 o 18XXX：8位机中的高档产品，16位指令宽度。 n它们全部都是8位机系列（内部的数据总线为8位），8 位机的特点：CPU每次处理数据的能力为8位，如果超 过8位就必须事先将其截为8位后再分别处理。 Date5大连理工大学 电工电子实验中心 陈育斌 1.2 PIC18系列单片机的特性 n 与其它PIC系列单片机一样，采用精简指令集RISC、流 水作业、丰富的内部模块、低功耗大电流驱动等。为了 更适合单片机的C语言开发，18系列设计成较大的信息 存储空间。如： n 2M的程序存储器空间； n 4K的数据存储空间； n 这种设计极大的方便了C语言的设计与编程。 Date6大连理工大学 电工电子实验中心 陈育斌 （一）高性能RISC CPU nC编译器优化体系结构/指令设置； n兼容PIC16和PIC17指令源代码； n高达2MB的程序存储器； n高达4KB的数据存储器； Date7大连理工大学 电工电子实验中心 陈育斌 （二）优越的外围功能模块特征 n最大拉/灌电流可达25mA； n3个外部中断引脚； n4个定时器TMR0、TMR1、TMR2、TMR3； n捕捉/比较/脉宽调制（CCP）模块/增强型CCP模块； n两种工作方式的主同步串行通讯（MSSP）： SPI主控方式（支持所有4种SPI工作模式）； I2C主控/从动方式； n可寻址的USART模块：支持RS-485和RS-232串口,并 行从动口模式,支持中断支持位。 Date8大连理工大学 电工电子实验中心 陈育斌 （三）高级模/数转换特性 n10位、8通道的模/数（A/D）转换模块： n可利用休眠状态进行转换，以减少系统干扰、提高精度 ； n模拟比较模块：可编程多路输入/输出技术； n比较器参考电压模块； n可编程的低电压探测模块（PLVD）：支持低电压检测 时产生中断； n可编程的锁定复位（BOR）； Date9大连理工大学 电工电子实验中心 陈育斌 （四）特殊的单片机特性 n增强功能的FLASH可经受100,000次擦/写操作； nEEPROM可经受1,000,000次擦/写操作； nFLASH/数据EEPROM数据保存期可超过40年； n软件控制自动可改编程序（在线升级）； n上电复位电路（POR）、上电延迟定时器（PWRT） 和振荡器起振定时器（OST）； n片内RC振荡的看门狗定时器（WDT）保证可靠运行 ； n低功耗睡眠模式（Sleep）； Date10大连理工大学 电工电子实验中心 陈育斌 n可选择不同的振荡器工作方式： 4锁相环（主振荡器）； 2路振荡器（32KHz）时钟输入； n通过两个引脚可进行在线串行编程（ICSP）； n通过2个脚在线调试器。 Date11大连理工大学 电工电子实验中心 陈育斌 （五）CMOS芯片工艺性能 n低电压，高速度FLASH/EEPROM技术； n全静态设计； n宽范围的工作电压：2.0-5.5V； n工业级和扩展级温度范围； n低功耗： 在5V、4MHz下典型值1.6mA； 在3V、32KHz下典型值25uA； 待机电流典型值0.2uA。 Date12大连理工大学 电工电子实验中心 陈育斌 1.3 PIC微控制器的产品局限性 n由于历史原因：PIC单片机的产品是逐渐从低向高发展 。其中最明显的特征是：随着产品性能的提高其内部的 硬件结构也在变化。如程序存储器ROM的宽度会随着产 品性能的升级而加宽，且指令系统也在扩充。 o 12XXX的指令宽度为12位，指令系统为33条； o 16XXX系列的指令宽度为14位，指令系统为35条； o 18XXX系列的指令宽度为16为，指令系统为58条。 n这种特点决定了不同系列的产品其指令系统没有很好的 兼容性。 Date13大连理工大学 电工电子实验中心 陈育斌 1.4 PIC微控制器的程序ROM n与其他厂家的微控制器一样，用于存储程序代码或常数 的程序ROM其结构、特点决定了其实用的环境和应用的 价值。 n 其大小决定了系统程序的容量。在广泛使用C语言编程 的今天，采用大容量结构设计显得尤为重要； n ROM的制造工艺决定了微控制器的使用特点和制造成本 ，这也与半导体工艺的发展水平相关； Date14大连理工大学 电工电子实验中心 陈育斌 （一）UVEPROM的PIC微控制器 n 早期微控制器ROM的工艺结构。需配合“紫外线擦除器” 和“程序烧写器”完成程序的写入； n 使用“紫外线擦除器”中的紫外线照射芯片大约20分钟， 利用“光化学”反应将芯片中的旧程序擦除； n 再使用“程序烧写器”将新程序烧写到芯片中。 n 早期产品，用于产品的研制阶段。这类芯片的最大缺点 是擦除时间长，目前已经被淘汰。 n 芯片本身有一个明显的特征：在芯片正面的中央有一个 大约直径10mm透明窗口，为紫外线照射提供一个入射 的光路通道。 Date15大连理工大学 电工电子实验中心 陈育斌 （二）带闪存flash的PIC18FXXX n与UVEPROM相比，flash闪存程序存储器采用“电擦 除”技术，具有速度快，擦除次数多的优点。因此闪存 ROM已经取代UVEPROM，是当前广泛采用的模式； nPIC18FXXX系列微控制器采用闪存ROM结构。擦除程 序不用外加“擦除器”，但烧写程序时需要“程序烧写器”。 n在PIC产品中是以F为来表示的，如：PIC18F458等； n当使用程序烧写器烧写程序时，首先要擦除旧程序然后 烧写新程序。擦除和写入的过程是由编程器自动进行的 。 n这类芯片适用于产品的研制阶段，需要不断修改、调试 程序的场合。 Date16大连理工大学 电工电子实验中心 陈育斌 （三）PIC单片机的OPT版本 nOPT（one time programmable） 一次性编程技术 。 n在PIC产品中是以C为来表示OPT结构的，如： PIC16C432等; n与闪存flash工艺结构的芯片相比，具有较低的制造成本 。因此，适合当程序调试成功后进行大规模的生产的情 况，这样可有效降低生产成本； nOPT芯片只能进行一次编程，一旦程序烧写进去就永远 无法修改。因此此类芯片不适合开发阶段的使用。 Date17大连理工大学 电工电子实验中心 陈育斌 （四）PIC单片机的掩模版本 n所谓“掩模”技术是指：将编写好并调试成功的源程序代 码直接交给生产微控制器的厂家，由芯片制造厂家在制 造芯片的过程中将用户程序一同烧入的模式； n在所有ROM的制造工艺模式中，“掩模”工艺是制造成本 最低的一种方式，非常适合工厂对设备的批量生产。 n采用掩模技术制造的芯片是“专用”的芯片，不能用于其 它项目。因此，掩模ROM工艺的单片机是针对某一产品 生产的。 Date18大连理工大学 电工电子实验中心 陈育斌 1.5 PIC微控制器的数据RAM和E2PROM nRAM和E2PROM都是用来存储数据的。其中： n RAM用于存储程序的“变量”，如系统采集的输入数据、 处理运算的中间结果或者是程序的最终数据等。 RAM的大小影响着CPU处理数据的空间。一个大容量的 RAM还可以使高级语言运行更为流畅。 特点：存储速度快（与指令运行的速度同步）、掉电后 数据丢失。 n E2PROM用于存储 “重要而不需经常修改的数据”。一般 是结果数据，如：水表的流量、汽车的行驶里程、远端 采集的遥感数据等。 特点：掉电后数据不丢失、存储数据速度慢（ms级）。 Date19大连理工大学 电工电子实验中心 陈育斌 n在PIC18XXX系列中，不同型号芯片其RAM、 E2PROM 的配置是不同的； nRAM的容量从256B4096B不等，一般是按照256B的 整数倍来设置RAM的容量； n在PIC18XXX系列产品中，都会配置一个小容量（256B ）的E2PROM模块，以满足一些需要特定环境（如掉电 ）的数据保存的要求。 n与RAM不同，E2PROM是以“外围模块”的方式来工作的 ，它需要SFR的控制来参与“读/写”操作。 Date20大连理工大学 电工电子实验中心 陈育斌 1.6 PIC微控制器的I/O引脚 nPIC18XXX系列单片机的引脚为1880不等，其中可做 I/O引脚的数量为1672不等。很明显，I/O引脚的数量 受到芯片引脚的约束。 nMicrochip公司对产品开发采用了“面向应用”的设计理念 ，产品种类多而细，从8脚的简约型到80脚高档型。这 种设计使用户可以根据工程项目的需要有“针对性”的进 行选型，做到系统设计的“最优性价比”。 n引脚的减少意味着芯片功能的简化，降低成本。相反， 80脚的产品意味着芯片内部模块的增加、功能的强大（ 因为许多模块都需要借助于引脚进行数据交换的）。 Date21大连理工大学 电工电子实验中心 陈育斌 1.7 PIC微控制器的外围设备 nPIC微控制器是由“核心器件”和“外围模块” 组成。 n 由中央处理器CP