PIC24系列单片机原理与开发

PIC24系列单片机原理与开发byZeng2012-6-8第1章PIC24系列单片机概述1.1PIC24系列单片机的功能和特点PIC24系列单片机是美国微芯科技公司（MicrochipTechnologyInc.）近年来推出的16位精简指令集(RISC)微控制器(MCU),其具有高速度、低工作电压、低功耗、较大的输出驱动能力和丰富的外设功能以及增强的计算性能，并且继承了PIC16/18系列MCU的高抗干扰性能和较低的价位等特点。对于嵌入式产品的升级换代和那些用8位单片机难以满足性能要求，且性价比上又不宜采用数字信号处理器的高性能嵌入式应用，PIC24系列单片机无疑是设计者的首选。PIC24系列又分为PIC24F系列和与PIC24H系列。PIC24F和与PIC24H系列在硬件(包括对应型号的引脚)和软件上完全兼容，使用的开发工具也可完全相同，但PIC24H的工作速度比PIC24F更快，且其AD转换可12位，其外围设备有DMA传输方式，当然价格也较PIC24F高。PIC24F系列单片机有多达几十种型号供选择,引脚从14pin到100pin,Flash程序存储器从4kB到256kB,RAM从512字节到16kB,可以满足不同的嵌入式产品设计需求。PIC24F的功能框图如图1－1所示，归纳起来PIC24F系列单片机有如下主要特点（PIC24FJ128GA系列）：CPU特性系统时钟可达32MHz，指令执行速度可达16MIPS(百万条指令/秒)；8MHz内部振荡器，可PLL（锁相环）4倍频，并具有多个倍频选项；17位x17位单周期硬件乘法器；32位/16位硬件除法器；16个16位的工作寄存器阵列；优化的C编译器指令集架构：76条基本指令，灵活的寻址模式；程序存储器寻址空间可达12MB；数据存储器寻址空间可达64KB；两个地址发生单元可分别对数据存储器执行读和写寻址。模拟特性：16通道，10位模数转换器，转换速率500ksps，在休眠和空闲模式下也可进行转换；具有可编程输入/输出配置的模拟比较器。单片机的特殊性能：工作电压范围为2.0V到3.6V；Flash程序存储器的擦/写次数达1000次（PIC24FJ128GA系列典型值），用户软件可自行编程擦/写；具有低功耗管理模式：休眠模式、空闲模式和备用时钟模式；故障保护时钟监视器工作：当检测到时钟故障时，可将时钟源切换到片内低功耗RC振荡器；可使用片内低压差线性稳压器（LDO）给单片机内核供电；支持JTAG边界扫描和编程；上电复位（Power-onReset，POR）、上电延时定时器（Power-upTimer，PWRT）和振荡器起振定时器（OscillatorStart-upTimer，OST）；灵活的可编程看门狗定时器（WatchdogTimer，WDT）和片上低功耗RC振荡器可保证器件可靠工作；通过2个引脚可实现在线串行编程（In-CircuitSerialProgramming，ICSP）和在线仿真（In-CircuitEmulation，ICE）。PIC24系列单片机原理与开发byZeng2012-6-8外设特性：2个3线/4线SPI模块，利用4级FIFO缓冲器支持4种帧模式；2个IIC模块，支持多主/从动模式和7位/10位寻址；2个串行通信(UART)模块,可自动波特率检测，起始位自动唤醒，4级FIFO缓冲器；利用片上硬件编码解码器支持IrDA。并行主/从端口（PMP/PSP）：支持8位或16位数据，支持16条地址线硬件实时时钟/日历（Real-TimeClock/Calendar，RTCC）：提供时钟、日历和闹钟功能；5个带可编程预分频器的16位定时器/计数器，并可组合成32位的定时器/计数器；5个16位捕捉输入，5个16位比较/PWM输出；I/O口的驱动能力可达18mA，可配置为漏极开路输出；5个外部中断源。可以选择多达24个输入引脚来产生电平变化中断（CN）中断。定时器1实时时钟日历16路10位ADIIC1IIC2UART1UART2SPI1SPI2输入捕捉IC1-5输出比较OC1-5/PWM通用I/O端口A端口B端口C端口D端口E端口F端口G定时器2/3定时器4/5模拟比较器PMP/PSP电平变化通知CN0-2316位ALU工作寄存器W0～W16支持除法17x17乘法器地址MUX上电延迟定时器振荡器延迟定时器上电复位看门狗定时器欠压复位FRC/LPRC振荡器高精度带隙参考源稳压器地址锁存器程序存储器数据锁存器数据锁存器数据RAM地址锁存器指令寄存器指令译码器控制逻辑2416PCUPCHPCL程序计数器PC堆栈控制逻辑重复控制逻辑地址MUX24168中断控制器PSV和表操作控制2416161616OSC2/CLKOOSC1/CLKIENVREGVDDCORE/VCAPVDD,VSSMCLR图1－1PIC24F系列单片机的结构框图PIC24系列单片机原理与开发byZeng2012-6-81.2PIC24F产品系列PIC24F系列单片机的命名规则如图1-2所示.命名的第2部分为CPU架构，“24”为不带DSP功能的16位改进型哈佛架构。第4部分数字为Flash存储器容量，单位为k字节，有16/32/64/128/256等供选择。第6部分表示引脚数：02－28引脚，04－44引脚，06－64引脚,08－80引脚,10－100引脚。温度范围-40°C至85°C。例如上图所示的PIC24FJ64GA006单片机，Flash程序存储器的容量为64k字节，芯片引脚数为64。型号为PIC24FV16KA301芯片，是工作电压为2.0V至5.5V的超低功耗单片机，Flash程序存储器的容量为16k字节,芯片引脚数为20。型号为PIC24FJ256GB110芯片，是带USBOn-The-Go(OTG)模块的通用单片机。Flash程序存储器的容量为256k字节，芯片引脚数为100。型号为PIC24FJ128DA210芯片，是具有图形控制器和USBOn-The-Go模块的通用单片机，Flash程序存储器的容量为128k字节，芯片引脚数为100/121。本书将以PIC24FJ64GA006单片机为例，介绍PIC24F系列单片机的结构、工作原理、各功能模块（外设）的编程。PIC24FJ64GA006属于PIC24FJ128GA（子）系列,该系列共有9款型号，它们的外设功能和RAM容量相同，区别在于芯片的引脚数和Flash存储器容量，如表1－1所示。表1－1PIC24FJ128GA系列芯片器件引脚程序存储器（字节）SRAM（字节）16位定时器捕捉输入比较/PWM输出UARTSPII2C™10位A/D(通道数)比较器PMP/PSPJTAGPIC24FJ64GA0066464K8K555222162有有PIC24FJ96GA0066496K8K555222162有有PIC24FJ128GA00664128K8K555222162有有PIC24FJ64GA0088064K8K555222162有有PIC24FJ96GA0088096K8K555222162有有PIC24FJ128GA00880128K8K555222162有有PIC24FJ64GA01010064K8K555222162有有PIC24FJ96GA01010096K8K555222162有有PIC24FJ128GA010100128K8K555222162有有①①②②③③④④⑤⑤⑥⑥⑦⑦⑧⑧⑨⑨PIC24FJ64GA006T-I/PTMicrochip商标16位改进哈佛架构Flash存储器系列程序存储器容量(64KB)产品类:通用单片机引脚数(64pin)盘带装标志温度范围(工业级)封装形式(TQFP)图1-2PIC24F系列单片机的命名规则PIC24系列单片机原理与开发byZeng2012-6-81.3PIC24FJ64GA006引脚图和引脚功能说明在单片机应用系统中，需通过单片机引脚与系统中的信息进行交换，即输入输出，来实现系统硬件的所需的各种功能。因此作为设计者需要详细了解单片机的每个引脚的功能，这样才能正确、灵活地设计单片机应用系统的硬件和软件。PIC24F系列单片机所集成的外设功能很多，大部分引脚复合了多种功能。PIC24FJ64GA006单片机是64引脚薄型正方扁平封装（12x12x1mm），其引脚排列如图1－3所示。从引脚图的各引脚标记符可知，各基本输入/输出口大多复合有其它外围设备功能。下面按引脚功能的分类进行介绍。表1-2PIC24FJxxGA006系列引脚配置说明引脚名称引脚号类型功能VDD10,26,38P外设数字逻辑和I/O引脚的正电源VSS9,25,41P逻辑电路和I/O引脚的参考地AVDD19P模拟模块的正电源AVSS20P模拟模块的参考地MCLR7I复位输入，低电平复位。OSC1/CLKI/RC1239I/O晶体/振荡器输入/C口的D12位。通常接晶体OSC2/CLK0/RC1540I/O晶体/振荡器输出/C口的D15位。通常接晶体图1-3TQFP封装64脚的PIC24FJ64GA006引脚排列图PIC24系列单片机原理与开发byZeng2012-6-8引脚名称引脚号类型功能VCAP/VDDCORE56P接外部滤波电容（片内稳压器已使能）/单片机内核逻辑的正电源（片内稳压器禁止）ENVREG57I片内稳压器使能端。通常接高电平，单片机内核使用片内稳压器。端口RB的基本功能为可编程的输入输出双向口，此外也可工作在它的第2，3等功能PGD1/EMUD1/PMA6/VREF+/AN0/CN2/RB016I/OPGC1/EMUC1/VREF-/AN1/CN3/RB115I/OC2IN-/AN2/SS1/CN4/RB214I/OC2IN+/AN3/CN5/RB313I/OC1IN-/AN4/CN6/RB412I/OC1IN+/AN5/CN7/RB511I/OPGC2/EMUC2/AN6/OCFA/RB617I/OPGD2/EMUD2/AN7/RB718I/OU2CTS/C1OUT/AN8/RB821I/OPMA7/C2OUT/AN9/RB922I/OTMS/PMA13/CVREF/AN10/RB1023I/OTDO/PMA12/AN11/RB1124I/OTCK/PMA11/AN12/RB1227I/OTDI/PMA10/AN13/RB1328I/OPMA1/U2RTS/BCLK2/AN14/RB1429I/OPMA0/AN15/OCFB/CN12/RB1530I/O端口RC的基本功能为可编程的输入输出双向口，此外也可工作在它的第2，3等功能OSC1/CLKI/RC1239I/OSOSCI/CN1/RC1347I/OSOSCO/T1CK/CN0/RC1448I/OOSC2/CLKO/RC1540I/O端口RD的基本功能为可编程的输入输出双向口，此外也可工作在它的第2，3等功能OC1/RD046I/OOC2/RD149I/OOC3/RD250I/OPMBE/OC4/RD351I/OPMWR/OC5/IC5/CN13/RD452I/OPMRD/CN14/RD553I/OCN15/RD654I/OCN16/RD755I/OIC1/RTCC/INT1/RD842I/OIC2/U1CTS//INT2/RD943I/OPIC24系列单片机原理与开发byZeng2012-6-8IC3/PMCS2/INT3/RD1044I/OIC4/PMCS1/INT4/RD1145I/O端口RE的基本功能为可编程的输入输出双向口，此外也可工作在它的第2，3等功能PMD0/RE060I/OPMD1/RE161I/OPMD2/RE262I/OPMD3/RE363I/OPMD4/RE464I/OPMD5/RE51I/OPMD6/RE62I/OPMD7/RE73I/O端口RF的基本功能为可编程的输入输出双向口，此外也可工作在它的第2，3等功能RF058I/ORF159I/OU1RX/SD