第二章 PIC單片機的組成

1、第2章 PIC單片微機的組成,PIC（Periphery Interface Chip）單片微機是美國Microchip公司生產的PIC系列單片機。 PIC系列單片機的硬件系統(tǒng)設計簡潔，指令系統(tǒng)設計精煉。在所有的單片機品種中，PIC具有性能完善、功能強大、學習容易、開發(fā)應用方便、人機界面友好等突出優(yōu)點。,Microchip PIC MCU 金字塔,PIC16C5X PIC12C5XX,PIC16 PIC12F,PIC18,dsPIC,8 bit MCU,程序存儲器 寬度,數(shù)據(jù)存儲器 寬度,PICmicro ArchitectureRISC-like Features,內部為哈佛結構 寄存器文檔

2、 大多數(shù)單指令周期,指令流水線操作 長字型指令 指令數(shù)很少 指令實現(xiàn)的功能基本不重復,PIC單片機之所以有很高的性能是因為其具備如下特性:,PIC單片機架構 哈佛結構,從同一存儲器空間取指令和取操作數(shù)據(jù). 限制了數(shù)據(jù)流量,程序和 數(shù)據(jù) 存儲器,馮-紐曼結構,8-位,CPU,程序 存儲器,數(shù)據(jù) 存儲器,8-位,12/14/16-位,哈佛結構,CPU,從兩個獨立的存儲空間分別取指令和存取操作數(shù). 數(shù)據(jù)流量增加 針對程序區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū)可以設計不同的數(shù)據(jù)線寬度,Flush Fetch 4,Fetch SUB_1,大部分單片機, 其取指和執(zhí)行過程是順序進行的. 指令流水線的引入允許取指和執(zhí)行可以同步進行.

3、使得指令可以在一個指令周期內執(zhí)行. 程序分支例外 (如 GOTO, CALL 或直接修改PC)，這需兩個指令周期. Tcy0 Tcy1 Tcy2 Tcy3 Tcy4,PIC單片機架構 指令流水線,Execute 1,Fetch 3,1. MOVLW 55h,Fetch 1,Execute 3,Fetch 2,Execute 2,Fetch 4,2. MOVWF PORTB,3. CALL SUB_1,4. BSF PORTA, BIT3,PIC單片機架構 寄存器文檔概念,General Purpose Registers (RAM),Other SFRs,PORTA,FSR,STATUS,PC

4、L,TMR0,INDF,W Register,數(shù)據(jù) 存儲器,直接數(shù)據(jù)地址 ,操作碼 ,14-位字長的指令范例:,RAM被看作是一組通用的寄存器. 周邊模塊(I/O)也作為寄存器. 所有的指令操作都可針對所有的寄存器. 長字指令使得在指令中直接尋址寄存器.,PICmicro 架構 指令實例,PIC MCU 指令編碼為操作碼和參數(shù) 編碼用一個字完成,OP CODE,k,立即數(shù)類指令,k,k,k,k,k,k,k,2.1 PIC系列單片機概述,Microchip公司是一家專門致力于單片機開發(fā)、研制和生產的制造商，其產品設計起點高，技術領先，性能優(yōu)越。 它不是在一般微型計算機CPU的基礎上加以改造，而是

5、獨樹一幟，采用全新的流水線結構、單字節(jié)指令體系、嵌入閃存以及10位A/D轉換器，使之具有卓越的性能，代表著單片機發(fā)展的新方向。 PIC系列單片機，具有高、中、低三個檔次，可以滿足不同用戶開發(fā)的需要，適合在各個領域中的應用。 它具有如下特點:,2.1.1 PIC系列單片機特點,PIC系列單片機采用哈佛總線結構，在芯片內部數(shù)據(jù)總線和指令總線分離，容許采用不同的字節(jié)寬度。這樣，就為實現(xiàn)指令提取和執(zhí)行的“流水作業(yè)”提供結構保證，即在執(zhí)行一條指令的同時對下一條指令進行取指操作。 兩總線的分離，也為PIC實現(xiàn)全部指令的單字節(jié)化和單周期化創(chuàng)造條件，從而大大提高CPU執(zhí)行指令的速度和工作效率。,1. 哈佛總線

6、結構,PIC系列單片機的指令系統(tǒng)，由于采用RISC技術，和一般單片機指令系統(tǒng)通常有上百條指令相比要少得多。,2RISC技術,PIC系列單片機只有4種尋址方式：寄存器間接尋址、立即數(shù)尋址、直接尋址和位尋址，比較容易掌握。 PIC系列單片機的程序、數(shù)據(jù)、堆棧三者各自采用互相獨立的地址空間，前兩者的地址訪問需要用戶特別注意四個分區(qū)的范圍，而堆棧過程用戶不必參與和操心。 代碼壓縮率，就是指相同程序存儲器空間所能容納有效指令的數(shù)量。,3指令特色,由于PIC系列單片機采用CMOS結構，使其功率消耗極低，是目前世界上最低功耗的單片機品種之一。 其中有些型號，在4MHz時鐘下工作時耗電不超過2mA，而在睡眠模

7、式下耗電可低到1A以下。 因此，PIC系列單片機，尤其適用于野外移動儀表的控制以及戶外免維護的控制系統(tǒng)。,5功耗低,I/0端口驅動負載的能力較強，每個輸出引腳可以驅動多達20-25mA的負載，既能夠高電平直接驅動發(fā)光二極管LED、光電藕合器、小型繼電器等，也可以低電平直接驅動，這樣可大大簡化控制電路。 不過，請讀者注意，每個引腳的驅動能力并不表示端口引腳同時都具有這樣的功效。一般端口驅動能力約60-70mA，而所有輸入輸出驅動小于200mA，詳細數(shù)據(jù)可參考有關數(shù)據(jù)手冊。,6驅動能力強,PIC主要是采用哈佛總線結構，可以同時進行指令讀取和指令執(zhí)行的流水線作業(yè)方式。 如：MCS-51 12M，指令

8、執(zhí)行時間為1s4s PIC 12M時鐘周期，指令執(zhí)行時間為0.30.6s,7運行速度高,PIC系列單片機的一些型號具有同步串行口，可以滿足I2C（主控/從動）和SPI（主控）總線要求。I2C和SPI（Serial Peripheral Interface）分別是PHILIPS公司和MOTOROLA公司研制的兩種廣泛流行的串行總線標準，是一種在芯片之間實現(xiàn)同步串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g。 利用單片機串行總線端口可以方便而靈活地擴展外圍器件，目前已在許多電子產品中得到廣泛應用。,8同步串行數(shù)據(jù)傳送方式,2.1.2 PIC16F877的結構,從其執(zhí)行功能考慮，可以將單片機分成兩大組件，即基本功能模塊和專用功能模