微控制器原理課件.doc

第一章 PIC系列單片機(jī)概述1.1 PIC單片機(jī)簡(jiǎn)單介紹1.2 PIC單片機(jī)的特點(diǎn)PIC 是美國(guó)Microchip 公司所生產(chǎn)的單片機(jī)系列產(chǎn)品型號(hào)前綴，其硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔，指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)精煉。它是最容易學(xué)、最容易掌握、最容易應(yīng)用的單片機(jī)之一。（1）哈佛總線結(jié)構(gòu) 普通單片機(jī)-普林斯頓體系結(jié)構(gòu) 其程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址，也就是兩種存儲(chǔ)器位于同一個(gè)邏輯空間里。其指令總線和數(shù)據(jù)總線是共用的即時(shí)分復(fù)用。 PIC單片機(jī)采用哈佛體系結(jié)構(gòu) 其程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器獨(dú)立編址，也就是兩種存儲(chǔ)器位于不同邏輯空間里。（MCS-51采用哈佛體系結(jié)構(gòu)，但他們與CPU之間傳遞信息必須共用一條總線。） PIC單片機(jī)還采用哈佛總線結(jié)構(gòu) ：及芯片內(nèi)部將數(shù)據(jù)總線和指令總線分離，并且采用不同的寬度。如圖1-2（a)（2）指令字節(jié)化 指令字節(jié)和數(shù)據(jù)字節(jié)分別用不同的字節(jié)寬度代表。（3）精簡(jiǎn)指令集（RISC)技術(shù)（單片機(jī)所能識(shí)別的所有指令的集合） PIC的指令系統(tǒng)或指令集約有75條指令。MCS-51有111條。（4） 尋址方式簡(jiǎn)單，尋址空間獨(dú)立 尋找操作數(shù)的方式PIC只有4種即寄存器直接尋址、寄存器間接尋址、立即數(shù)尋址、和位尋址。 MCS-51有7種方式。PIC程序、數(shù)據(jù)、堆棧各自采用獨(dú)立的地址空間。(5)代碼壓縮率高，運(yùn)行速度高，功耗低，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)。 端口吸入電流：25mA,輸出電流：20mA 一般驅(qū)動(dòng)能力6070mA 代碼壓縮率指相同程序存儲(chǔ)器空間所能容納有效指令的數(shù)量。例如 1KB程序存儲(chǔ)量空間， MCS-51系列存放500多條指令，而對(duì)PIC系列單片機(jī)存放多達(dá)1024條。(6) I2C 和SPI串行總線結(jié)構(gòu) I2C ：Inter Integrated Circuit SPI:Serial Peripheral Interface 分別是由PHILIPS MOTOROLA 公司發(fā)明的兩種串行總線技術(shù)，是在芯片之間實(shí)現(xiàn)同步串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g(shù)1.3 PIC18系列的內(nèi)部結(jié)構(gòu)1.4 幾種常見(jiàn)的PIC18系列單片機(jī)微控制器（單片機(jī)）：將中央處理器CPU、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、輸入/輸出端口I/O等主要的計(jì)算機(jī)部件，都集成在一塊集成電路芯片上，從而形成一部完整的微型計(jì)算機(jī)。微控制技術(shù)：以軟件取代硬件并能提高系統(tǒng)性能的控制技術(shù)。八位微控制器：第2章 PIC體系結(jié)構(gòu)與匯編語(yǔ)言編程2.1 PIC的WREG寄存器2.2 PIC文件寄存器除了WREG寄存器，PIC還有其他的很多寄存器，都被稱為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或文件寄存器。PIC的文件寄存器的容量大小因芯片的不同而不同，從32B到幾千字節(jié)不等，且數(shù)據(jù)RAM都是8位寬。 PIC文件寄存器數(shù)據(jù)RAM分為兩類(lèi)：特殊功能寄存器（SFR）和通用寄存器(GP RAM)。2.4.2 影響標(biāo)志位的運(yùn)算指令2.5 PIC數(shù)據(jù)格式和偽指令2.5.1 PIC數(shù)據(jù)類(lèi)型PIC微控制器只有8位數(shù)一種數(shù)據(jù)類(lèi)型，而且寄存器也是8位的。所有大于8位的數(shù)據(jù)在被CPU處理前都會(huì)被分解。第三章 分支、調(diào)用和時(shí)延循環(huán)3.1 分支指令和循環(huán)3.1.1 DECFSZ指令與循環(huán) 格式：DECFSZ fileReg,d 指令說(shuō)明：該指令，fileReg中的內(nèi)容自減1，當(dāng)其值為0時(shí)，程序計(jì)數(shù)器將跳過(guò)下一條指令繼續(xù)執(zhí)行。如果把GOTO指令放在該指令后面，就可以實(shí)現(xiàn)循環(huán)功能。3.1.2 BNZ指令實(shí)現(xiàn)循環(huán) BNZ指令的用法如下：即當(dāng)零標(biāo)志位為0時(shí)（此時(shí)文件寄存器f不等于0），實(shí)現(xiàn)跳轉(zhuǎn)。 例1 編寫(xiě)程序?qū)崿F(xiàn)（a）:將WREG清零；（b）:將WREG加3，執(zhí)行10次，所得結(jié)果送入PORTB的SFR。分別用DECFSZ和BNZ編程。(1) DECFSZ (2) BNZ 3.1.3 其他的條件轉(zhuǎn)移指令必須指出的是，所有的條件轉(zhuǎn)移指令都是短跳轉(zhuǎn)，換而言之，目標(biāo)地址都必須在程序計(jì)數(shù)器的256B的范圍內(nèi)。3.1.4 循環(huán)嵌套 單個(gè)循環(huán)的最大計(jì)數(shù)值是255。那如何實(shí)現(xiàn)循環(huán)次數(shù)大于255呢？循環(huán)嵌套能實(shí)現(xiàn)循環(huán)次數(shù)大于255次的循環(huán)。如例2。3.1.5 無(wú)條件分支指令3.2 CALL指令和棧3.2.1 CALL 指令3.2.2 PIC18 的棧和棧指針 棧是CPU 用來(lái)臨時(shí)存放一些非常重要的信息的讀寫(xiě)RAM。這些信息通常是地址，也可以是數(shù)據(jù)。 用于訪問(wèn)棧的寄存器被稱為SP(stack pointer,棧指針)寄存器，PIC18的棧指針是5位的，其取值范圍是00H-1FH，它可以提供32個(gè)地址，每個(gè)地址是21位寬。如圖3-7所示。當(dāng)PIC18通電時(shí)，SP寄存器的初始值為0，也就是說(shuō)，棧的地址1是用于棧的第一個(gè)地址，因此SP指向上一次使用的地址，這也意味著棧的地址0是不可用的，實(shí)際上，PIC18只有31個(gè)棧地址。3.2.3 如何訪問(wèn)PIC18的棧 壓棧PUSH：把CPU的信息放入棧。 出棧POP:把棧信息取出來(lái)并傳送到CPU寄存器。3.2.4 CALL指令與棧的作用3.2.5 RCALL指令RCALL是一個(gè)2B的指令，這與4B的CALL指令不同。在保存PC到棧和執(zhí)行RETURN指令方面，兩者沒(méi)有什么不同，唯一的不同在于，CALL的目標(biāo)地址可以是PIC18的2MB地址空間的任何一個(gè)，而RCALL的目標(biāo)地址只有2KB的范圍。3.3 PIC18的時(shí)延與指令流水線3.3.1 流水線技術(shù)影響時(shí)延精確性的兩個(gè)因素： 1.晶振頻率 2.PIC的設(shè)計(jì) (1) 哈佛結(jié)構(gòu)（2）RISC 結(jié)構(gòu)（3）流水線技術(shù)，（見(jiàn)圖3-9）流水線技術(shù)由于指令的重疊的讀取和執(zhí)行會(huì)帶來(lái)分支代價(jià)，增加額外的指令周期。例如，當(dāng)執(zhí)行BNZ跳轉(zhuǎn)指令時(shí)，BNZ下面的指令已經(jīng)被讀取，但是當(dāng)跳轉(zhuǎn)條件成立時(shí)，PIC不去執(zhí)行BNZ下面的指令，而是從新讀取跳轉(zhuǎn)地址的指令，增加一個(gè)周期。即，BNZ指令不跳轉(zhuǎn)時(shí)，是單周期指令，跳轉(zhuǎn)時(shí)則兩個(gè)周期。大部分PIC指令都是單周期指令，也有些指令占用2-3個(gè)指令周期，如GOTO,BRA,CALL和所有的分支指令。3.3.2 PIC的指令周期的計(jì)算在PIC18里，一個(gè)指令周期有4個(gè)晶振周期組成，即：指令周期=4x晶振周期3.3.3 PIC時(shí)延的計(jì)算3.3.4 PIC多級(jí)執(zhí)行流水線第4章 PIC I/O端口編程4.1 PIC端口內(nèi)部結(jié)構(gòu)4.1.1 I/O端口引腳及其功能 PIC18系列的端口數(shù)量如表4-1所示。由圖4-1和表4-1可知PIC18F458有5個(gè)端口，即PORTA， PORTB, PORTC, PORTD和PORTE。其中端口A有7引腳，端口B、C、D都有8個(gè)引腳，而端口E有3個(gè)引腳。每個(gè)端口都有3個(gè)SFR，如表4-2所示，分別為PORTx, TRISx和LATx。 4.1.2 TRIS寄存器的作用TRIS寄存器是用來(lái)指定一個(gè)端口是輸出還是輸入。 TRISx寄存器寫(xiě)入0，則端口設(shè)置為輸出 TRISx寄存器寫(xiě)入1，則端口設(shè)置為輸入當(dāng)系統(tǒng)復(fù)位時(shí)，所有端口的TRISx寄存器的值都是FFH，即所有端口都默認(rèn)為輸入。圖4-3 、4-4、4-5、4-6分別介紹了向PIC18單片機(jī)的一個(gè)引腳輸出0、輸出1、輸入0、輸入1時(shí)的端口內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。4.2 PIC端口編程4.2.1 BSF4.2.2 BCF4.2.3 BTG4.2.4 BTFSS和BTFSC4.2.5 監(jiān)測(cè)二進(jìn)制位人們通常也用位測(cè)試指令來(lái)檢測(cè)某個(gè)二進(jìn)制位的狀態(tài)，從而做出執(zhí)行下一步操作的決定。具體用法參見(jiàn)例4-6。4.2.6 讀取二進(jìn)制位人們通常也用位測(cè)試指令來(lái)讀取某個(gè)二進(jìn)制位的狀態(tài)，并保存或者將它傳送給其他位。具體用法參見(jiàn)例4-8。4.2.7 讀輸入引腳與讀LATx端口第5章 算數(shù)、邏輯指令和程序示例5.1 無(wú)符號(hào)數(shù)的算數(shù)指令無(wú)符號(hào)數(shù)這樣一種數(shù)據(jù)，即所有的二進(jìn)制位都被用來(lái)表示數(shù)據(jù)，而沒(méi)有用于表示正號(hào)或者負(fù)號(hào)的位。5.1.1 無(wú)符號(hào)數(shù)的加法5.1.2 BCD數(shù)字系統(tǒng)及其相關(guān)指令5.1.3 無(wú)符號(hào)數(shù)的減法PIC18有4條減法指令：SUBLW,SUBWF,SUBWFB,SUBFWB。最后的兩條是帶借位的減法指令5.1.4 無(wú)符號(hào)數(shù)的乘法與除法指令5.2 有符號(hào)數(shù)的概念在有符號(hào)數(shù)的字節(jié)操作數(shù)中，D7位是符號(hào)位，而其他位用來(lái)表示數(shù)字的大小。見(jiàn)圖5-2。若D7=1，則操作數(shù)為負(fù)數(shù)，負(fù)數(shù)的取值范圍為 -1127，負(fù)數(shù)是用二級(jí)制的補(bǔ)碼來(lái)表示的。雖然匯編器會(huì)自動(dòng)完成轉(zhuǎn)換，但是求二進(jìn)制補(bǔ)碼的步驟還是要知道的（見(jiàn)例5-10）： (1) 用8位二級(jí)制數(shù)來(lái)表示數(shù)的大小（無(wú)符號(hào)） （2）將各位取反 （3）取反后1 若D7=0，則操作數(shù)為正數(shù)，正數(shù)的取值范圍為 0-+1275.3 有符號(hào)數(shù)的溢出問(wèn)題在進(jìn)行有符號(hào)數(shù)的運(yùn)算過(guò)程中，其運(yùn)算結(jié)果超出了寄存器的范圍，就回產(chǎn)生溢出。溢出問(wèn)題是在使用有符號(hào)數(shù)運(yùn)算過(guò)程中必須要處理的一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題，PIC用OV溢出標(biāo)志位來(lái)表征這個(gè)錯(cuò)誤。OV=1表示溢出，OV=0表示沒(méi)有溢出。見(jiàn)例5-13在8位有符號(hào)數(shù)的運(yùn)算過(guò)程中，當(dāng)以下兩個(gè)條件中的任何一個(gè)成立時(shí)，OV將置1。（1）D6向D7有進(jìn)位，而D7沒(méi)有進(jìn)位。 （2）D7有進(jìn)位，而D6向D7沒(méi)有進(jìn)位。具體實(shí)例見(jiàn)例5-14,15,165.4 邏輯和比較指令5.4.1 AND 指令5.4.2 OR指令5.4.3 EX-OR指令5.4.4 COMF指令5.4.5 NEGF指令5.4.6 比較指令5.5 數(shù)據(jù)串行化在PIC18中有4個(gè)移位指令： RRNCF：文件寄存器的右移 RLNCF：文件寄存器的左移 RRCF：文件寄存器的右移（帶進(jìn)位標(biāo)志位）RLCF：文件寄存器的左移（帶進(jìn)位標(biāo)志位）數(shù)據(jù)串行化是傳送數(shù)據(jù)的方式，它是通過(guò)微控制器的一個(gè)引腳每次發(fā)送一個(gè)二進(jìn)制數(shù)據(jù)位。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)串行化的傳輸方法有兩種： （1）使用串行端口 （2）使用移位操作指令（見(jiàn)例5-28）5.6 BCD和ASCII碼轉(zhuǎn)換5.6.1 從壓縮BCD碼到ASCII碼的轉(zhuǎn)換5.6.2 從壓縮ASCII 碼到BCD碼的轉(zhuǎn)換第6章 尋址方式、表處理及存儲(chǔ)區(qū)的轉(zhuǎn)換6.1 尋址方式PIC18提供4種尋址方式： （1）立即尋址 （2）直接尋址 （3）寄存器間接尋址 （4）變址尋址6.1.1 立即尋址在立即尋址方式中，操作數(shù)是常數(shù)。操作數(shù)緊跟在操作碼后面。 立即尋址方式可以用于算數(shù)和邏輯指令，如下面的例子： MOVLW 0X25 也可以用偽指令EQU來(lái)訪問(wèn)立即數(shù)，如下面的例子 COUNT EQU 0X30 MOVLW COUNT注：文件寄存器RAM不支持立即尋址方式，換言之，要想把數(shù)據(jù)傳送到任何文件寄存器，都必須先把數(shù)據(jù)傳送到WREG寄存器中。6.1.2 直接尋址直接尋址可以訪問(wèn)整個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)的文件寄存器。 在直接尋址方式中，當(dāng)對(duì)文件寄存器執(zhí)行操作時(shí)，可以選擇吧操作結(jié)果存放在原來(lái)的文件寄存器中或者存放在WREG中。如下面的例子。注意： （1）存入WREG和文件寄存器的區(qū)別。 （2）沒(méi)有給出第二個(gè)參數(shù)是，則默認(rèn)為文件寄存器（F）6.1.3 寄存器間接尋址1.與寄存器間接尋址相關(guān)的寄存器寄存器間接尋址方式可以用來(lái)訪問(wèn)文件寄存器的RAM空間。 與寄存器間接尋址相關(guān)的寄存器： FSR（文件選擇寄存器） INDF(間接寄存器)兩者是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系FSR是12位寄存器，可以訪問(wèn)PIC18數(shù)據(jù)寄存器RAM的整個(gè)4096B的空間。 PIC18中有3個(gè)FSR，即：FSR0，F(xiàn)SR1，F(xiàn)SR2。對(duì)應(yīng)的也有3個(gè)IDNF。 每個(gè)FSR都分為高字節(jié)和低字節(jié)兩部分：FSRxL和FSRxH。注意，高字節(jié)只用了低四位。 LFSR指令是用來(lái)向FSR中裝載數(shù)據(jù)的。格式如下：當(dāng)要將數(shù)據(jù)傳送到INDFx時(shí)，也就是要傳送數(shù)據(jù)到FSR所指向的RAM地址中去，同理，要是想讀取FSR所指向RAM地址中的數(shù)據(jù)，直接讀取INDF寄存器的內(nèi)容即可。見(jiàn)下面的例子。2.寄存器間接尋址方式的優(yōu)點(diǎn)： 寄存器間接尋址方式的優(yōu)點(diǎn)是：他可以動(dòng)態(tài)的訪問(wèn)文件寄存器中的數(shù)據(jù)，而直接尋址方式是靜態(tài)的。參考下面的例子：上面的例子中使用了INCF FSR0L ,F來(lái)實(shí)現(xiàn)指針加一的操作，但是當(dāng)FSR=5FFH時(shí)會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。因此PIC18提供了用于FSRn自增量/自減量的方法。 用于實(shí)現(xiàn)這些方法的指令CLRF的指令格式如表6-2所示。具體實(shí)例如下6.2 查詢表及標(biāo)處理程序員不會(huì)用RAM存儲(chǔ)程序，但有時(shí)會(huì)用ROM存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，如何訪問(wèn)存儲(chǔ)在ROM中的數(shù)據(jù)，就涉及到查表了。6.2.1 DB 偽指令DB偽指令是用來(lái)分配以字節(jié)為單位的ROM程序空間，即，DB可以用來(lái)定義8位定值數(shù)據(jù)，數(shù)字可以為十進(jìn)制、二進(jìn)制、十六進(jìn)制，或者ASCII碼。在MPASM中還允許使用DATA代替DB。 如何向ROM中存放定值數(shù)據(jù)，見(jiàn)例6-8。6.2.2 PIC18的讀表操作表6-3列出了PIC18的讀表指令在讀表時(shí)，需要一個(gè)指向數(shù)據(jù)的地址指針和一個(gè)存放數(shù)據(jù)的寄存器。 TBLPTR寄存器是一個(gè)21位寄存器用來(lái)指向要讀取的數(shù)據(jù)。它由3個(gè)8位字節(jié)組成，分別是TBLPTRL、TBLPTRH、TBLPTRU。其中TBLPTRU的最后兩位沒(méi)用，且被清零。TABLAT是用來(lái)暫存讀取出來(lái)即將被送往CPU的數(shù)據(jù)。具體實(shí)例如下：例：假定在起始地址250H的程序ROM里存放著USA。（1）編制程序，將所有的字符發(fā)送到端口B,每次發(fā)送一個(gè)字節(jié)。（2）用自增量法重新編程。6.2.3 查表和RETLW指令6.2.4 訪問(wèn)RAM中的查詢表6.2.5 PIC18的寫(xiě)表操作6.3 PIC18的存儲(chǔ)區(qū)轉(zhuǎn)換PIC18一共有16個(gè)存儲(chǔ)區(qū)。在指令中利用a位來(lái)選擇存儲(chǔ)區(qū)，當(dāng)A=0時(shí)，則訪問(wèn)存儲(chǔ)區(qū)是默認(rèn)存儲(chǔ)區(qū)，A=1時(shí)，該指令使用BSR指定的儲(chǔ)存區(qū)，而不是訪問(wèn)存儲(chǔ)區(qū)。若是在指令中沒(méi)有對(duì)A的聲明，則表示A=0，訪問(wèn)的存儲(chǔ)區(qū)為默認(rèn)的存儲(chǔ)區(qū)。6.3.1 BSR寄存器BSR寄存器（存儲(chǔ)區(qū)選擇寄存器）用來(lái)選擇所期望的得存儲(chǔ)