PIC单片机入门教程

PIC上海技术培训中心1(第二版)美国微芯公司授权上海技术培训中心2005.01PIC上海技术培训中心2第1章微型计算机概论微型计算机是一种既有快速运算能力，又有极强逻辑判断能力和大容量存储功能的电子设备，它是20世纪人类最卓越的科学发明之一。本章介绍微型计算机的基础知识，主要内容有微型计算机的发展历史及应用领域、计算机硬件、软件系统的基本组成。PIC上海技术培训中心31.1微型计算机的发展历史及应用我们今天所说的计算机，是指利用电子技术实现计算并具有逻辑判断和程序存储功能的设备。PIC上海技术培训中心41.1.1微型计算机的发展历史从计算机发展的历史看，微型计算机已属于第四代计算机，而微型计算机的发展又已经历了四代。代数时间处理器位数典型产品集成度（器件/片）第一代19714位和低档8位Intel4004、Intel80082000第二代19738位Intel8080、MC68005400第三代197816位Inte18086、MC6800068000第四代198132位Intel80386、MC6802017万PIC上海技术培训中心51.1.2微型计算机的应用科学计算数据处理过程控制计算机辅助设计/辅助制造(CAD/CAM)计算机网络PIC上海技术培训中心61.1.3微型计算机系统主要技术指标字长：计算机的字长取8的整数倍数，如8位、16位、32位、64位等速度：计算机的速度指标可用主频及运算速度来评价（G）、（万次/秒）存储系统容量：内存和外存（M）（G）PIC上海技术培训中心71.2微型计算机系统的组成计算机的硬件通常包括运算器、存储器、控制器、输入设备及输出设备等五个部分PIC上海技术培训中心81.2.2软件系统软件系统是一台计算机中的系统软件、应用软件、程序设计语言和支持软件及各种文档的总称。系统软件：包括操作系统、服务程序、汇编程序、解释程序和编译程序等。应用软件：是用汇编语言或高级语言为解决某种实际问题而编写的程序。程序设计语言：通常分为面向机器的汇编语言和面向用户的高级语言。PIC上海技术培训中心91.3微控制器系统在计算机的发展历史上，特别是在第一台小型控制器件形成以后，沿着两条完全不同的用途、不同的价格、和不同的技术内涵，而被充实于我们的日常生活中。PIC上海技术培训中心101.3.1单片机系统单片机的发展过程和性能的日益完善，实际上是对传统控制技术的一场革命，开创了微控技术的新天地。现代控制系统的核心内涵就是嵌入式计算机应用系统（MCU），而单片机就是最典型、最广泛、最普及的嵌入式计算机应用系统。PIC上海技术培训中心11单片机的降临，主要也是源于其性能价格比。一般单片机用于控制的目的，而对于其承担的计算功能却要求不高，只要能按照一定的程式进行在线检测和即时控制工作。目前，各个单片机生产厂家还是立足于8位单片机的竞争，因为从其降临以来，一直成为应用最广泛的器件。2002年美国MICROCHIP和MOTOROLA两家公司，已占据着世界8位单片机产量最高的前两个芯片制造商。PIC上海技术培训中心12一般的单片机的结构可以用图1.2所示的方块图描述，用三大总线（DB、AB、CB）实现模块之间的信息传递。单片机内部结构PIC上海技术培训中心13单片机的主要应用人有所思，单片机就可为。单片机的应用必将随着社会的发展和技术的进步，而获得更广阔应用。（系列化的单片机？）．电信．家用电器．工业控制．仪器仪表．汽车．玩具PIC上海技术培训中心14单片机有哪些特点单片机具备体积小、价格低、性能强、速度快、用途广、可靠性高、灵活性强等优点，它与通用的计算机相比，还具有以下一些特点：．存储器ROM和RAM的相互独立．采用面向控制的指令系统．输入/输出端口的强大功能PIC上海技术培训中心151.3.2PIC系列单片机PIC系列单片机，可以满足用户的各种需要。从中档产品PIC16F877作为切入点，提供非常完备、易学易用的MPLAB-ICD集成开发环境。特别是对于单片机的新手，仿佛从茫然迷惑的大海搭上一艘便捷平稳的小船，感到非常轻松自如。PIC上海技术培训中心16第2章PIC单片微机的组成PIC（PeripheryInterfaceChip）单片微机是美国Microchip公司生产的PIC系列单片机。PIC系列单片机的硬件系统设计简洁，指令系统设计精炼。在所有的单片机品种中，PIC具有性能完善、功能强大、学习容易、开发应用方便、人机界面友好等突出优点。PIC上海技术培训中心172.1PIC系列单片机概述Microchip公司是一家专门致力于单片机开发、研制和生产的制造商，其产品设计起点高，技术领先，性能优越。它不是在一般微型计算机CPU的基础上加以改造，而是独树一帜，采用全新的流水线结构、单字节指令体系、嵌入闪存以及10位A/D转换器，使之具有卓越的性能，代表着单片机发展的新方向。PIC系列单片机，具有高、中、低三个档次，可以满足不同用户开发的需要，适合在各个领域中的应用。它具有如下特点:2.1.1PIC系列单片机特点PIC上海技术培训中心18单片机总线结构单片微型计算机通常采用两种体系结构：一种是普林斯顿体系结构；另一种是哈佛体系结构。在普林斯顿体系结构中，其程序存储器和数据存储器统一编址，也就是说两种存储器位于同一逻辑空间。这种单片机的取指令和存取数据必须分时地进行，影响了执行指令的速度。哈佛体系结构的程序存储器和数据存储器独立编址，也就是说两种存储器有不同的逻辑空间。PIC上海技术培训中心19PIC系列单片机采用哈佛总线结构，在芯片内部数据总线和指令总线分离，容许采用不同的字节宽度。这样，就为实现指令提取和执行的“流水作业”提供结构保证，即在执行一条指令的同时对下一条指令进行取指操作。两总线的分离，也为PIC实现全部指令的单字节化和单周期化创造条件，从而大大提高CPU执行指令的速度和工作效率。1.哈佛总线结构PIC上海技术培训中心20单片机总线结构比较从同一存储器空间取指令和取操作数据。限制了数据流量。从两个独立的存储空间分别取指令和存取操作数。数据流量增加。针对程序区和数据区可以设计不同的数据线宽度。程序和数据存储器冯-纽曼结构8-位程序存储器数据存储器8-位12/14/16-位哈佛结构PIC上海技术培训中心21PIC系列单片机的指令系统，由于采用RISC技术，和一般单片机指令系统通常有上百条指令相比要少得多。2．RISC技术PIC上海技术培训中心22PIC系列单片机只有4种寻址方式：寄存器间接寻址、立即数寻址、直接寻址和位寻址，比较容易掌握。PIC系列单片机的程序、数据、堆栈三者各自采用互相独立的地址空间，前两者的地址访问需要用户特别注意四个分区的范围，而堆栈过程用户不必参与和操心。代码压缩率，就是指相同程序存储器空间所能容纳有效指令的数量。3．指令特色PIC上海技术培训中心23由于PIC系列单片机采用CMOS结构，使其功率消耗极低，是目前世界上最低功耗的单片机品种之一。其中有些型号，在4MHz时钟下工作时耗电不超过2mA，而在睡眠模式下耗电可低到1μA以下。因此，PIC系列单片机，尤其适用于野外移动仪表的控制以及户外免维护的控制系统。5．功耗低PIC上海技术培训中心24I/0端口驱动负载的能力较强，每个输出引脚可以驱动多达20-25mA的负载，既能够高电平直接驱动发光二极管LED、光电藕合器、小型继电器等，也可以低电平直接驱动，这样可大大简化控制电路。不过，请读者注意，每个引脚的驱动能力并不表示端口引脚同时都具有这样的功效。一般端口驱动能力约60-70mA，而所有输入输出驱动小于200mA，详细数据可参考有关数据手册。6．驱动能力强PIC上海技术培训中心25PIC主要是采用哈佛总线结构，可以同时进行指令读取和指令执行的流水线作业方式。如：MCS-5112M，指令执行时间为1s～4sPIC12M时钟周期，指令执行时间为0.3~0.6s7．运行速度高PIC上海技术培训中心26PIC系列单片机的一些型号具有同步串行口，可以满足I2C（主控/从动）和SPI（主控）总线要求。I2C和SPI（SerialPeripheralInterface）分别是PHILIPS公司和MOTOROLA公司研制的两种广泛流行的串行总线标准，是一种在芯片之间实现同步串行数据传输的技术。利用单片机串行总线端口可以方便而灵活地扩展外围器件，目前已在许多电子产品中得到广泛应用。8．同步串行数据传送方式PIC上海技术培训中心272.1.2PIC16F877的结构从其执行功能考虑，可以将单片机分成两大组件，即基本功能模块和专用功能模块。PIC上海技术培训中心28PIC上海技术培训中心29PICl6F87X系列单片机有双列直插式28引脚和40引脚及表面贴装式44引脚等几种封装形式。多数I/O引脚都设计有第2功能，甚至第3功能。采用引脚复用技术，以便使单片机增加功能而又不增大体积和引脚数量。2.1.3PIC16F877的引脚PIC上海技术培训中心30PIC上海技术培训中心31F877单片机内部配置了较完善的多个存储器，可分为数据存储器和程序存储器两种，为一般用户提供很大的方便。但它们在形式上，具有很丰富的内涵。2.2存储器概述PIC上海技术培训中心32F877单片机内部配置了8K╳l4位的闪烁（FLASH）程序存储器，可以很方便进行在线擦除和烧写，寿命可达1000次以上。在PIC系列单片机教学实验和科研开发中，显示出无穷的魅力和宽广的应用前景。相应的地址编码范围为0000H~lFFFH。2.2.1程序存储器PIC上海技术培训中心33程序存储器结构PIC上海技术培训中心34F877单片机内部配置两类数据存储器，普通RAM数据存储器和EEPROM失电保持数据存储器。RAM总的地址空间为512个单元，其中包括部分无效单元,但每一个有效单位均可以象寄存器一样进行移位、置位、复位和位测试等操作。PIC单片机的数据存储器和其他单片机一样,在配置结构上可分为通用寄存器和特殊功能寄存器两大类，前者给用户使用，而后者通常定义给某些功能模块，是一种具有特殊目的的功能寄存器。2.2.2数据存储器PIC上海技术培训中心35同时在PIC16F877片内又配置另一种可掉电保护的数据存储器EEPROM，共有256×8位宽的存储单元，可以长期存放用户或系统的重要参数：如时间、配置及数据表格等，是一种非常重要的硬件资源。PIC上海技术培训中心36数据存储器单元功能分配体（BANK）0体（BANK）1体（BANK）2体（BANK）3000H080H100H180H001H081H101H181H002H082H102H182H003H083H103H183H07EH0FEH17EH1FEH07FH0FFH17FH1FFHPIC上海技术培训中心37存储器是单片机中一个非常重要的部件，专门用于存放指令、数据和运算结果。分析F877单片机存储器构架，可以从其配置的三大模块着手进行，它们是：8K╳l4位FLASH程序存储器512╳8位数据存储器RAM256╳8位可掉电保护数据的EEPROM存储器模块。第3章PIC存储器PIC上海技术培训中心38存储器从使用功能上来分，可分为随机存储器RAM（RandomAccessMemory）和只读存储器ROM（ReadOnlyMemory）两类。3.1存储器分类PIC上海技术培训中心39F877程序存储器具有13位宽的程序计数器PC。PC指针所产生的13位地址最大可寻址的程序存储器空间为8K，相应的地址编码范围为0000H~lFFFH。F877归属于中档单片机，其指令字节宽度为14位，内部构架配置了8K╳l4位的闪烁FLASH程序存储器。3.2程序存储器构架PIC上海技术培训中心40一般将整个程序存储器以2KB为单位进行分页（PAGE），如图3-1所示F877单片机，8KB程序存储器共分作4页，分别称为“页0”、“页l”、“页2”和“页3”。程序计数器高8位PCLATH的Bit4-Bit3位构成程序存储器分页的选择位，