第二章 PIC單片機(jī)的組成

1、第2章 PIC單片微機(jī)的組成,PIC（Periphery Interface Chip）單片微機(jī)是美國Microchip公司生產(chǎn)的PIC系列單片機(jī)。 PIC系列單片機(jī)的硬件系統(tǒng)設(shè)計簡潔，指令系統(tǒng)設(shè)計精煉。在所有的單片機(jī)品種中，PIC具有性能完善、功能強(qiáng)大、學(xué)習(xí)容易、開發(fā)應(yīng)用方便、人機(jī)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(nèi)部為哈佛結(jié)構(gòu) 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(fù),PIC單片機(jī)之所以有很高的性能是因為其具備如下特性:,PIC單片機(jī)架構(gòu) 哈佛結(jié)構(gòu),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(jié)構(gòu),8-位,CPU,程序 存儲器,數(shù)據(jù) 存儲器,8-位,12/14/16-位,哈佛結(jié)構(gòu),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(shè)計不同的數(shù)據(jù)線寬度,Flush Fetch 4,Fetch SUB_1,大部分單片機(jī), 其取指和執(zhí)行過程是順序進(jìn)行的. 指令流水線的引入允許取指和執(zhí)行可以同步進(jìn)行.

3、使得指令可以在一個指令周期內(nèi)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(jī)架構(gòu) 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(jī)架構(gòu) 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(gòu) 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(jī)概述,Microchip公司是一家專門致力于單片機(jī)開發(fā)、研制和生產(chǎn)的制造商，其產(chǎn)品設(shè)計起點高，技術(shù)領(lǐng)先，性能優(yōu)越。 它不是在一般微型計算機(jī)CPU的基礎(chǔ)上加以改造，而是

5、獨樹一幟，采用全新的流水線結(jié)構(gòu)、單字節(jié)指令體系、嵌入閃存以及10位A/D轉(zhuǎn)換器，使之具有卓越的性能，代表著單片機(jī)發(fā)展的新方向。 PIC系列單片機(jī)，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(lǐng)域中的應(yīng)用。 它具有如下特點:,2.1.1 PIC系列單片機(jī)特點,PIC系列單片機(jī)采用哈佛總線結(jié)構(gòu)，在芯片內(nèi)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(jié)構(gòu)保證，即在執(zhí)行一條指令的同時對下一條指令進(jìn)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(jié)構(gòu),PIC系列單片機(jī)的指令系統(tǒng)，由于采用RISC技術(shù)，和一般單片機(jī)指令系統(tǒng)通常有上百條指令相比要少得多。,2RISC技術(shù),PIC系列單片機(jī)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(jī)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(jī)采用CMOS結(jié)構(gòu)，使其功率消耗極低，是目前世界上最低功耗的單片機(jī)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(jī)，尤其適用于野外移動儀表的控制以及戶外免維護(hù)的控制系統(tǒng)。,5功耗低,I/0端口驅(qū)動負(fù)載的能力較強(qiáng)，每個輸出引腳可以驅(qū)動多達(dá)20-25mA的負(fù)載，既能夠高電平直接驅(qū)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(qū)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(qū)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(qū)動能力約60-70mA，而所有輸入輸出驅(qū)動小于200mA，詳細(xì)數(shù)據(jù)可參考有關(guān)數(shù)據(jù)手冊。,6驅(qū)動能力強(qiáng),PIC主要是采用哈佛總線結(jié)構(gòu)，可以同時進(jìn)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(yùn)行速度高,PIC系列單片機(jī)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(biāo)準(zhǔn)，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(shù)。 利用單片機(jī)串行總線端口可以方便而靈活地擴(kuò)展外圍器件，目前已在許多電子產(chǎn)品中得到廣泛應(yīng)用。,8同步串行數(shù)據(jù)傳送方式,2.1.2 PIC16F877的結(jié)構(gòu),從其執(zhí)行功能考慮，可以將單片機(jī)分成兩大組件，即基本功能模塊和專用功能模