PIC單片機的特點及應用

1 概述

　　Microchip公司生產的PIC16C72是一款基于EPROM的8位高性能微控制器。與其它價格相當的微控制器相比，它在執行速度和代碼壓縮方面都有很大的改進。由于隨時可以買到需要的OPT（一次性編程）產品，因而縮短了利用PIC16C73進行產品設計開發的周期。

　　PIC16C73微控制器所具有的優越性能主要歸功于它的精簡指令集（RISC）和所采用的哈佛（Harvard）結構，它具有分離的程序儲器空間（12位寬指令）和數據存儲器空間（8位寬數據）。同時可運用兩級流水線指令進行取數和執行，除了跳轉指令需要兩個周期外，其余所有的指令都可在單周期內執行。

　　PIC16C73分離的程序和數據空間可使指令字優化為任意寬度，從而使指令具有單字長的特性，且允許指令碼的數據位數多于8位，這樣，就可達到2：1的代碼壓縮和4：1的速度。

2 結構特點及工作原理

　　PIC16C73 PIC16xx系列微控制器中的一種，它由高性能RISC結構的CPU、存儲器、I/O接口和復位電路等組成。

2.1 外部結構特點

　　PIC16C73是28腳雙列直插式大規模集成芯片。

　　各引腳功能如下：

　　OSC1/CLKIN：為晶體振蕩器輸入/外部時鐘源輸入引腳。

　　OSC2/CLKOUT：晶體振蕩器輸出/外部時鐘源輸出引腳。在晶體振蕩器方式下，接晶體或陶瓷振蕩器；在RC振蕩方式，輸出1/4fosc。

　　MCLR/Vpp：芯片復位/編程電壓輸入腳，復位時，低電平有效。

　　RA0/AN0～RA5/AN4/SS：復用引腳，RA0～RA5為雙向數據線；AN0～AN4為A/D輸入輸出通道；RA5～AN4/SS還可作為同步串口使用。

　　RB0～RB7：B口雙向數據信號線，其引腳含有可控的弱上拉電阻。其中，RB4/INT可作為外部中斷輸入端；RB4～RB7可產生變化中斷；RB6可作為串行編程的時鐘端；RB7可作為串行編程的數據端。

　　RC0～RC7：復用引腳，為C口雙向數據信號線，C口引腳均為多功能復用引腳。

　　RC0/T1OS0/T1CK1可選擇TMR1振蕩器輸出或TMR1時鐘輸入；

　　RC1/T1OS1/CCP2可作為TMR1振蕩器輸入或捕捉器2輸入/比較器輸出/PWH2輸出；

　　RC2/CCP1可作為捕捉器1輸入/比較器輸出/PWH1輸出；

　　RC3/SCK/SCL可作為同步串行時鐘輸入/SPI的I2C方式輸入；

　　RC4/SDI/SDA可作為SPI數據輸入（SPI）或數據I/O（I2C）；

　　RC6/SDO可作為SPI數據輸出（SPI）；

　　RC6/TX/CK可以作為異步發送或SCI同步時鐘線；

　　RC7/RX/DT可以作為異步接收或SCI同步數據線。

2.2 內部結構特點

a.高性能CPU

　　●僅35條單字指令，采用的時鐘頻率為20MHz，指令周期為200ns；

　　●具有8級深度的硬件堆棧；

　　●具有中斷能力，有11個中斷源；

　　●帶有片內RC振蕩器的看門狗（WDT）；

　　●具有程序保密位，可防止非法拷貝；

　　●具有低功耗SLEEP方式，功率低，采用高速CMOS EPROM工藝制造；

　　●可選擇不同的振蕩器方式；

　　●工作電壓為3.0V～6.0V。

b.分離的程序和數據空間

　　該PIC器件帶有13位程序存儲器，最大尋址能力為8k×14位，用戶存儲空間（0000～0FFFh）共4k×14位。當訪問大于以上地址范圍的物理存儲空間時，可采用滾動循環訪問方式。

　　數據存儲區分為每個存儲體Bank0和Bank1，每個存儲體又由通用寄存器和專用寄存器構成。當狀態寄存器中的RP0位為0時，選中Bank0；RP0為1時選中Bank1。每個存儲體最大可以擴展到7Eh（128個字節）。在每個存儲體中，專用寄存器被安排在低空間，用SRAM實現的通用寄存器被安排在高地址空間。專用寄存器中含有A/D的寄存器。

c.完善的串行通信接口（SCI）

　　SCI利用RC6和RC7兩個引腳來作為通信線的二線制串行通信接口。它們可被定義為三種方式：全雙工異步方式、半雙工同步主控方式和半雙工同步從動方式。

　　SIC部件含有兩個8位的可讀寫狀態和控制寄存器，分別為發送和控制寄存器TXSTA、接收和控制寄存器RCSTA。

d.片內器件模塊

　　●有3個定時/計數器和3個雙向I/O口。

　　●含有16位捕捉/比較/PWM模塊。其中捕捉器的最大分辨率為12.5ns；而比較器的最大分辨率為200ns；PWM的分辨率為10位。

　　●帶有5路A/D轉換器和A/D中斷功能。

3 基于PIC16C73的智能售電系統

　　筆者在開發智能電表售電系統時，采用PIC16C73單片機設計了一個PIC通信通道來作為遙控器和PC機間的數據通信通道。將紅外遙控器插入通信通道即可與PC機進行數據交換。首先，PIC通信通道取紅外線遙控器中的用戶識別碼并送入PC機，由PC機的數據庫管理模塊完成用戶的注冊、注銷和售電等工作；然后，再由PIC通信通道將PC機的RS232C串行通信接口輸出的用戶識別碼及所售電量送入紅外線遙控制中，最后再由紅外線遙控器將售電量送入智能電表。該智能電表售電系統的功能結構框圖如圖3所示。

3.1 PIC通信通道的硬件系統設計

　　該智能電表售電系統的PIC通信通道的硬件電路結構如圖4所示。

　　PC機與PIC通信通道采用異步串行通信方式，但由于PC機的RS-232C串行通信接口傳輸的信號為CMOS電平，而PIC16C73的串行通信接口傳輸的信號為TTL電平，因而通信通道采用MAX-232芯片來完成信號電平的自動轉換；而PIC通信通道與紅外線遙控器則采用并行通信方式進行信息傳輸，此時，PIC16C73單片機使用RB口作為并行I/O口。為了能讓用戶認可售電信息，筆者專門設計了由MC14499芯片來完成7段顯示器的硬件驅動顯示電路。

3.2 PIC通信通道的軟件設計

　　為確保PIC單片機與PC機之間以及PIC單片機與紅外線遙控器之間能夠準確的進行信息通信，雙方制定了一個合理的、可行的通信協議。

a.PIC16C73與PC機之間的通信協議

　　PIC16C73通信波特率為9600bps；通信采用查詢方式，差錯控制采用奇偶校驗法；數據的幘格式為1位起止位、8位數據位、1位奇偶位、1位停止位；雙方設置的握手信號如下：

　　“FFH”：為PC機請求接收信號；

　　“01H”：為PC機接收信號完畢；

b.PIC16C73與紅外線遙控器的通信協議

　　PIC16C73與紅外遙控器設置的握手信號為：

　　“00H”為紅外線遙控器發送數據準備就緒；單片機接收數據準備就緒；

　　“FFH”為單片機發送數據準備就緒；紅外線遙控器接收數據準備就緒；

　　“$”為數據傳送結束標志。

4 結束語

　　Microchip公司的PIC系列單片機具有實用、低價、易學、省電、高速和體積小等特點。該系列單片機不是單純的功能堆積，而是以多型號來滿足不同層次的需要，并可提供低價的OTP芯片。另外，該系列單片機還具有低功耗睡眠功能、掉電復位鎖定、上電復位電路、看門狗電路等功能，而且外圍器件少、占用空間小；成本低，保密技術也十分可靠，可最大限度地保護開發者的利益。因此，在工業控制、儀器儀表、計算機、家電等諸多領域具有極其廣闊的發展前景。