PIC18系列单片机原理及实践

PIC18系列单片机原理及实践 (第一章)参考资料：《PIC技术宝典》 PIC Microcontroller and Embedded Systems [美] Rolin D.Mckinlay 著 课件编写：大连理工大学 电工电子实验中心 2009年12月

2014-4-19

大连理工大学 电工电子实验中心 陈育斌

如何学习PIC单片机

在产品的设计中，对于PIC单片机的选型采用的是“因 地制宜”的策略——根据需要合理选择各种系列产品， 这样可以做到产品的最佳“性价比”。这也是PIC单片 机的一种“优势”。如洗衣机、电冰箱或电梯控制系统 等会采用从低到高不同的PIC系列产品。

由于PIC单片机各个档次之间存在于指令不完全兼容的 特点，那么如何选择、从那个系列入手学习呢？16FXXX:具有丰富的内部模块、完整的指令系统和良 好的向下兼容性。适合初学入门的系列； 18FXXX:高效的16位指令系统、大容量的ROM和RAM 结构使其更适合C语言编程。更为丰富的内部某块和8位 的硬件乘法器使其具备DSP的性能。学习的高级阶段。大连理工大学 电工电子实验中心 陈育斌 2

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目

录

第一章 PIC微控制器的历史和特征 1.1 PIC微控制器的产品系列 1.2 PIC18系列微控制器的特性 1.3 PIC微控制器的产品局限性 1.4 PIC微控制器的程序ROM 1.5 PIC微控制器的数据RAM和E2PROM

1.6 PIC微控制器的I/O引脚1.7 PIC微控制器的外围设备

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第一章 PIC微控制器的历史和特征

1989年Microchip公司开发了一种8位的微控制器： PIC(Peripheral Interface Controler ——— 外围接口控制器);

将少量的RAM、ROM、一个定时器和一些I/O端口全 部集成在一个8脚的芯片上；在不到10年的时间内，Microchip公司已经把这个如 此简陋的产品发展成主流的8位微控制器这是一个奇 迹；

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1.1 PIC微控制器的产品系列1. 2. 3. 4. 5.

10XXX 12XXX 14XXX 16XXX:应用最广泛的8位机产品，14位指令宽度 18XXX:8位机中的高档产品，16位指令宽度。 它们全部都是8位机系列(内部的数据总线为8位),8 位机的特点：CPU每次处理数据的能力为8位，如果超 过8位就必须事先将其截为8位后再分别处理。

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1.2 PIC18系列单片机的特性与其它PIC系列单片机一样，采用精简指令集RISC、流 水作业、丰富的内部模块、低功耗大电流驱动等。为了 更适合单片机的C语言开发，18系列设计成较大的信息 存储空间。如： 2M的程序存储器空间； 4K的数据存储空间； 这种设计极大的方便了C语言的设计与编程。

① ②

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(一)高性能RISC CPUC编译器优化体系结构/指令设置； 兼容PIC16和PIC17指令源代码； 高达2MB的程序存储器； 高达4KB的数据存储器；

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(二)优越的外围功能模块特征最大拉/灌电流可达25mA; 3个外部中断引脚； 4个定时器TMR0、TMR1、TMR2、TMR3; 捕捉/比较/脉宽调制(CCP)模块/增强型CCP模块； 两种工作方式的主同步串行通讯(MSSP): ① SPI主控方式(支持所有4种SPI工作模式);

② I2C主控/从动方式；可寻址的USART模块：支持RS-485和RS-232串口,并 行从动口模式,支持中断支持位。

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(三)高级模/数转换特性

10位、8通道的模/数(A/D)转换模块： 可利用休眠状态进行转换，以减少系统干扰、提高精度； 模拟比较模块：可编程多路输入/输出技术；

比较器参考电压模块；可编程的低电压探测模块(PLVD):支持低电压检测时 产生中断；

可编程的锁定复位(BOR);

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(四)特殊的单片机特性

增强功能的FLASH可经受100,000次擦/写操作； EEPROM可经受1,000,000次擦/写操作； FLASH/数据EEPROM数据保存期可超过40年； 软件控制自动可改编程序(在线升级);

上电复位电路(POR)、上电延迟定时器(PWRT) 和振荡器起振定时器(OST);片内RC振荡的看门狗定时器(WDT)保证可靠运行；

低功耗睡眠模式(Sleep);

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可选择不同的振荡器工作方式： ① 4锁相环(主振荡器); ② 2路振荡器(32KHz)时钟输入；

通过两个引脚可进行在线串行编程(ICSP);通过2个脚在线调试器。

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(五)CMOS芯片工艺性能

低电压，高速度FLASH/EEPROM技术； 全静态设计； 宽范围的工作电压：2.0-5.5V; 工业级和扩展级温度范围； 低功耗： —在5V、4MHz下典型值1.6mA;

—在3V、32KHz下典型值25uA;—待机电流典型值0.2uA。

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1.3 PIC微控制器的产品局限性

由于历史原因：PIC单片机的产品是逐渐从低向高发展。 其中最明显的特征是：随着产品性能的提高其内部的硬 件结构也在变化。如程序存储器ROM的宽度会随着产品 性能的升级而加宽，且指令系统也在扩充。

1.2. 3.

12XXX的指令宽度为12位，指令系统为33条；16XXX系列的指令宽度为14位，指令系统为35条； 18XXX系列的指令宽度为16为，指令系

统为58条。 这种特点决定了不同系列的产品其指令系统没有很好的 兼容性。

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1.4 PIC微控制器的程序ROM

与其他厂家的微控制器一样，用于存储程序代码或常数 的程序ROM其结构、特点决定了其实用的环境和应用的 价值。 其大小决定了系统程序的容量。在广泛使用C语言编程 的今天，采用大容量结构设计显得尤为重要； ROM的制造工艺决定了微控制器的使用特点和制造成本， 这也与半导体工艺的发展水平相关；

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(一)UV—EPROM的PIC微控制器早期微控制器ROM的工艺结构。需配合“紫外线擦除器” 和“程序烧写器”完成程序的写入； 1. 2. 使用“紫外线擦除器”中的紫外线照射芯片大约20分钟， 利用“光—化学”反应将芯片中的旧程序擦除； 再使用“程序烧写器”将新程序烧写到芯片中。 早期产品，用于产品的研制阶段。这类芯片的最大缺点 是擦除时间长，目前已经被淘汰。 芯片本身有一个明显的特征：在芯片正面的中央有一个 大约直径10mm透明窗口，为紫外线照射提供一个入射 的光路通道。2014-4-19 大连理工大学 电工电子实验中心 陈育斌 15

(二)带闪存flash的PIC18FXXX

与UV—EPROM相比，flash闪存程序存储器采用“电擦除” 技术，具有速度快，擦除次数多的优点。因此闪存ROM 已经取代UV—EPROM,是当前广泛采用的模式；

PIC18FXXX系列微控制器采用闪存ROM结构。擦除程序 不用外加“擦除器”,但烧写程序时需要“程序烧写器”。在PIC产品中是以F为来表示的，如：PIC18F458等；

当使用程序烧写器烧写程序时，首先要擦除旧程序然后烧 写新程序。擦除和写入的过程是由编程器自动进行的。这类芯片适用于产品的研制阶段，需要不断修改、调试程 序的场合。大连理工大学 电工电子实验中心 陈育斌 16

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(三)PIC单片机的OPT版本

OPT(one time programmable)—— 一次性编程技术。 在PIC产品中是以C为来表示OPT结构的，如： PIC16C432等; 与闪存flash工艺结构的芯片相比，具有较低的制造成本。 因此，适合当程序调试成功后进行大规模的生产的情况， 这样可有效降低生产成本； OPT芯片只能进行一次编程，一旦程序烧写进去就永远无 法修改。因此此类芯片不适合开发阶段的使用。

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(四)PIC单片机的掩模版本

所谓“掩模”技术是指：将编写好并调试成功的源程序代 码直接交给生产微控制器的厂家，由芯片制造厂家在制造 芯片的过程中将用户程序

一同烧入的模式；

在所有ROM的制造工艺模式中，“掩模”工艺是制造成 本最低的一种方式，非常适合工厂对设备的批量生产。 采用掩模技术制造的芯片是“专用”的芯片，不能用于其 它项目。因此，掩模ROM工艺的单片机是针对某一产品 生产的。

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1.5 PIC微控制器的数据RAM和E2PROM

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RAM和E2PROM都是用来存储数据的。其中： RAM用于存储程序的“变量”,如系统采集的输入数据、 处理运算的中间结果或者是程序的最终数据等。 RAM的大小影响着CPU处理数据的空间。一个大容量的 RAM还可以使高级语言运行更为流畅。 特点：存储速度快(与指令运行的速度同步)、掉电后 数据丢失。 E2PROM用于存储 “重要而不需经常修改的数据”。一 般是结果数据，如：水表的流量、汽车的行驶里程、远 端采集的遥感数据等。 特点：掉电后数据不丢失、存储数据速度慢(ms级)。大连理工大学 电工电子实验中心 陈育斌 19

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/gd5i.html