PIC系列单片机应用设计与实例
pic系列单片机应用设计与实例
1.引言
在微控制器(microcontroller)应用领域日益广泛的今天，各个领域的应用也向微控制器厂商提出了更高要求，希望速度更快、功耗更低、体积更小、价格更廉以及组成系统时所需要的外围器件更少；随着越来越多的各种非电子工程技术人员的应用需求，他们想把微控制器作为嵌入式部件应用到自己熟悉的领域中，还提出简单易学易用的要求。用户的需求就是厂商的市场和动力，老的半导体厂商顺应潮流不断推出新品种，新的半导体厂商则后来居上，把越来越多的外围接口器件集成到片内，功能越来越强、性能越来越高。迄今至少也有35家国外半导体厂商的微控制器进入中国市场。在这众多的五彩缤纷的微控制器中，美国microchip技术公司的pic系列微控制器则异军突起，独一帜。它率先推出采用精简指令集计算机(risc--reduced instruction set computer)、哈佛(harvard)双总线和两级指令流水线结构的高性能价格比的8位嵌入式控制器(embedded controller)。其高速度（每条指令最快可达160ns）、低工作电压（最低工作电压可为3v）、低功耗(3v,32khz时15µa)、较大的输入输出直接驱动led能力(灌电流可达25ma)、一次性编程(otp--one time programmable)芯片的低价位、小体积、指令简单易学易用(35--37条指令)等，都体现了微控制器工业发展的新趋势。
这个系列的微控制器在市场上极具强劲的竞争力，在全球都可以看到pic微控制器在从办公自动化设备、消费电子产品、电讯通信、智能仪器仪表到汽车电子、金融电子、工业控制等不同领域的广泛应用。pic系列微控制器在世界微控制器市场份额排名中逐年提前，以至已成为一种新的8位微控制器的世界标准和最有影响力的主流嵌入式控制器。大家会发现，在国内目前仍然是intel的mcs-51系列及其兼容的单片机占绝对主流地位，原因是该系列单片机引进历史最长，在国内应用一直繁荣而面广，参考资料相对丰富，使用惯性使然。
2.pic系列微控制器系统扩展技术
系统扩展有两类不同的方法，一类是并行扩展，另一类是串行扩展。
对于并行扩展，目前使用的微处理器和微控制器绝大部分都采用总线结构，无论进行存储器扩展还是i/o接口扩展，都是利用数据总线、地址总线和控制总线这三总线来扩展。因为这个系列的微控制器的设计是基于真正的单片机应用，芯片引脚并未安排三总线。但是可以利用接口电路仿真三总线。任何一种微控制器，只要有足够多的i/o接口可用，就可以用一个8位i/o口作为8位i/o口仿真16位的地址线(实际上还可以根据需要扩展成任意位数据线和地址线)。当然这种方法占用i/o口资源太多，显得不经济。另外一种可用的方法就是模仿intel的8031扩展方法，占用一个8位锁存器将地址信号分离出来；再根据需要扩展器件寻址范围的大小，用另外一个i/o口的若干位作为高位地址线。需要扩展的器件就可以与这三总线相应信号相连。当需要对扩展器件进行访问时，即可以在高8位地址线的i/o口先输出高位地址，再从分时复用的i/o口输出低8位地址，并用另外一个i/o线作为地址锁存允许信号线ale去控制锁存器，锁存住8位的低位地址。这时就可对寻址单元进行访问。下面的并行扩展都采用这个方案。
对于串行扩展，比较简单，因为在pic16cxx系列芯片中已有同步串行口部件ssp，可以直接进行i²c方式、spi方式串行通信，另外还有异步通信接口usart。在pic16c5x系列芯片中没有串行通信部件，但是可以用软件仿真实现。
pic系列微控制器系统扩展技术有：1、数据存储器扩展，（1）并行数据存储器扩展（2）串行数据存储器扩展，例如，二总线eeprom和三总线eeprom同串行eeprom，pic16c5x与24xxxx系列串行eeprom的接口，扩展i²c总线协议所规定地址空间技术－16c54与24lc65的接口方法和编程，16c5x与四线制串行eeprom芯片93lc46的接口方法和编程，16cxx spi接口和93lcxx的接口。2、pic系列微控制器的i/o口扩展（1）74系列ttl集成电路芯片扩展技术（2）可编程并行接口扩展技术（3）用pic16c5x实现数字电位器的功能（4）人机对话的键盘、led数码显示、lcd驱动扩展，用pic16c57直接扩展led数码管和键盘，用pic16c54/56扩展led数码管和键盘，用pic系列微控制器直接驱动lcd显示器。3、中断系统的扩展和实现，（1）软件中断技术（2）portb口作外部中断。4、i²c总线接口与串行通信，（1）i²c总线软件设计及其子程序（2）异步串行通信的软件实现（3）pic16cxx系列异步串行通信中断驱动的软件实现
3、pic系列微控制器应用系统开发及其常用工具
单片机应用系统的开发，用单片机开发设计制作的应用系统或产品，与纯粹用硬件电路实现的装置不一样。这是因为除了相应的硬件电路外，其关键在于应用系统软件的开发，而单片机本身并没有软件开发功能。编写的应用程序如何调试和修改？怎么能高效率地找出应用系统硬件和软件中的错误？又如何把最后调试好的程序固化到单片机片内程序存储器中？这些需要相应的开发工具，称为开发系统。主要包括单片机汇编语言编译器、在线实时仿真器ice(incircuit emulator) 、非在线仿真器(软件模拟仿真器simulator)、编程器、eprom擦除器等。硬件调试还可能用到逻辑分析仪等。
系统开发常用工具有：1、pic汇编器（1）picasm汇编程序（2）mpalc汇编程序（3）mpasm宏汇编程序（4）mpasm汇编语言。2、软件仿真器mpsim。3、实时在线硬件仿真器，（1）实时在线仿真器picmate（2）easypack-pic 16f高级仿真器。4、单片机内置程序存储器编程器，（1）picprog编程器（2）pro mate编程器
4、mplab集成开发环境(ied)软件
mplab是适用于microchip technology公司pic16/17微控制器系列的、基于windows的、易学易用的集成开发环境(ide--intergrated development environment)。这种集成开发环境使应用系统开发工程师可以即方便又灵活地编辑、汇编、仿真、开发利用和调试查错。
mplab集成开发环境软件集成了下列开发工具。（1）工程项目管理程序(project manager)（2）mplab编辑程序(mplab editor)（3）mplab汇编程序(mplab assembler)（4）mplab－sim软件模拟程序(mplab-sim software simulator)（5）picmaster硬件在线仿真器(picmaster emulator)，还有其它工具等。
5、pic系列微控制器的应用实例
pic系列微控制器的应用范围很广，例如：1、交流数字电压表 2、电力周波表 3、闪光报警器 4、带有世界时钟的宾馆移动式客房控制器 5、用pic16c71控制的不间断电源 6、用pic单片机产生均匀分布的随机数 7、用pic17c42实现4阶iir数字滤波器 8、用pic17c42实现fft算法 9、即热式热水器温度控制器 10、标准并行接口汉字热敏微型打印机 11、pic16cxx片内i²c总线接口的应用。
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1.引言
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2.pic系列微控制器系统扩展技术
系统扩展有两类不同的方法，一类是并行扩展，另一类是串行扩展。
对于并行扩展，目前使用的微处理器和微控制器绝大部分都采用总线结构，无论进行存储器扩展还是i/o接口扩展，都是利用数据总线、地址总线和控制总线这三总线来扩展。因为这个系列的微控制器的设计是基于真正的单片机应用，芯片引脚并未安排三总线。但是可以利用接口电路仿真三总线。任何一种微控制器，只要有足够多的i/o接口可用，就可以用一个8位i/o口作为8位i/o口仿真16位的地址线(实际上还可以根据需要扩展成任意位数据线和地址线)。当然这种方法占用i/o口资源太多，显得不经济。另外一种可用的方法就是模仿intel的8031扩展方法，占用一个8位锁存器将地址信号分离出来；再根据需要扩展器件寻址范围的大小，用另外一个i/o口的若干位作为高位地址线。需要扩展的器件就可以与这三总线相应信号相连。当需要对扩展器件进行访问时，即可以在高8位地址线的i/o口先输出高位地址，再从分时复用的i/o口输出低8位地址，并用另外一个i/o线作为地址锁存允许信号线ale去控制锁存器，锁存住8位的低位地址。这时就可对寻址单元进行访问。下面的并行扩展都采用这个方案。
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系统开发常用工具有：1、pic汇编器（1）picasm汇编程序（2）mpalc汇编程序（3）mpasm宏汇编程序（4）mpasm汇编语言。2、软件仿真器mpsim。3、实时在线硬件仿真器，（1）实时在线仿真器picmate（2）easypack-pic 16f高级仿真器。4、单片机内置程序存储器编程器，（1）picprog编程器（2）pro mate编程器
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