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PIC系列單片機應(yīng)用設(shè)計與實例
1.引言
在微控制器(Microcontroller)應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛的今天，各個領(lǐng)域的應(yīng)用也向微控制器廠商提出了更高要求，希望速度更快、功耗更低、體積更小、價格更廉以及組成系統(tǒng)時所需要的外圍器件更少；隨著越來越多的各種非電子工程技術(shù)人員的應(yīng)用需求，他們想把微控制器作為嵌入式部件應(yīng)用到自己熟悉的領(lǐng)域中，還提出簡單易學(xué)易用的要求。用戶的需求就是廠商的市場和動力，老的半導(dǎo)體廠商順應(yīng)潮流不斷推出新品種，新的半導(dǎo)體廠商則*，把越來越多的外圍接口器件集成到片內(nèi)，功能越來越強、性能越來越高。迄今至少也有35家國外半導(dǎo)體廠商的微控制器進(jìn)入中國市場。在這眾多的五彩繽紛的微控制器中，美國Microchip技術(shù)公司的PIC系列微控制器則異軍突起，*幟。它推出采用精簡指令集計算機(RISC--Reduced Instruction Set Computer)、哈佛(Harvard)雙總線和兩級指令流水線結(jié)構(gòu)的高性能價格比的8位嵌入式控制器(EmbeddedController)。其高速度（每條指令zui快可達(dá)160ns）、低工作電壓（zui低工作電壓可為3V）、低功耗(3V,32kHz時15μA)、較大的輸入輸出直接驅(qū)動LED能力(灌電流可達(dá)25mA)、一次性編程(OTP--OneTimeProgrammable)芯片的低價位、小體積、指令簡單易學(xué)易用(35--37條指令)等，都體現(xiàn)了微控制器工業(yè)發(fā)展的新趨勢。
這個系列的微控制器在市場上強勁的競爭力，在都可以看到PIC微控制器在從辦公自動化設(shè)備、消費電子產(chǎn)品、電訊通信、智能儀器儀表到汽車電子、金融電子、工業(yè)控制等不同領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。PIC系列微控制器在世界微控制器*排名中逐年提前，以至已成為一種新的8位微控制器的世界標(biāo)準(zhǔn)和zui有影響力的主流嵌入式控制器。大家會發(fā)現(xiàn)，在國內(nèi)目前仍然是In的MCS-51系列及其兼容的單片機占主流地位，原因是該系列單片機引進(jìn)歷史zui長，在國內(nèi)應(yīng)用一直繁榮而面廣，參考資料相對豐富，使用慣性使然。
2.PIC系列微控制器系統(tǒng)擴(kuò)展技術(shù)
系統(tǒng)擴(kuò)展有兩類不同的方法，一類是并行擴(kuò)展，另一類是串行擴(kuò)展。
對于并行擴(kuò)展，目前使用的微處理器和微控制器絕大部分都采用總線結(jié)構(gòu)，無論進(jìn)行存儲器擴(kuò)展還是I/O接口擴(kuò)展，都是利用數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線這三總線來擴(kuò)展。因為這個系列的微控制器的設(shè)計是基于真正的單片機應(yīng)用，芯片引腳并未安排三總線。但是可以利用接口電路仿真三總線。任何一種微控制器，只要有足夠多的I/O接口可用，就可以用一個8位I/O口作為8位I/O口仿真16位的地址線(實際上還可以根據(jù)需要擴(kuò)展成任意位數(shù)據(jù)線和地址線)。當(dāng)然這種方法占用I/O口資源太多，顯得不經(jīng)濟(jì)。另外一種可用的方法就是模仿In的8031擴(kuò)展方法，占用一個8位鎖存器將地址信號分離出來；再根據(jù)需要擴(kuò)展器件尋址范圍的大小，用另外一個I/O口的若干位作為高位地址線。需要擴(kuò)展的器件就可以與這三總線相應(yīng)信號相連。當(dāng)需要對擴(kuò)展器件進(jìn)行訪問時，即可以在高8位地址線的I/O口先輸出高位地址，再從分時復(fù)用的I/O口輸出低8位地址，并用另外一個I/O線作為地址鎖存允許信號線ALE去控制鎖存器，鎖存住8位的低位地址。這時就可對尋址單元進(jìn)行訪問。下面的并行擴(kuò)展都采用這個方案。
對于串行擴(kuò)展，比較簡單，因為在PIC16CXX系列芯片中已有同步串行口部件SSP，可以直接進(jìn)行I2C方式、SPI方式串行通信，另外還有異步通信接口USART。在PIC16C5X系列芯片中沒有串行通信部件，但是可以用軟件仿真實現(xiàn)。
PIC系列微控制器系統(tǒng)擴(kuò)展技術(shù)有：1、數(shù)據(jù)存儲器擴(kuò)展，（1）并行數(shù)據(jù)存儲器擴(kuò)展（2）串行數(shù)據(jù)存儲器擴(kuò)展，例如，二總線EEPROM和三總線EEPROM同串行EEPROM，PIC16C5X與24XXXX系列串行EEPROM的接口，擴(kuò)展I2C總線協(xié)議所規(guī)定地址空間技術(shù)－16C54與24LC65的接口方法和編程，16C5X與四線制串行EEPROM芯片93LC46的接口方法和編程，16CXXSPI接口和93LCXX的接口。2、PIC系列微控制器的I/O口擴(kuò)展（1）74系列TTL集成電路芯片擴(kuò)展技術(shù)（2）可編程并行接口擴(kuò)展技術(shù)（3）用PIC16C5X實現(xiàn)數(shù)字電位器的功能（4）人機對話的鍵盤、LED數(shù)碼顯示、LCD驅(qū)動擴(kuò)展，用PIC16C57直接擴(kuò)展LED數(shù)碼管和鍵盤，用PIC16C54/56擴(kuò)展LED數(shù)碼管和鍵盤，用PIC系列微控制器直接驅(qū)動LCD顯示器。3、中斷系統(tǒng)的擴(kuò)展和實現(xiàn)，（1）軟件中斷技術(shù)（2）PORTB口作外部中斷。4、I2C總線接口與串行通信，（1）I2C總線軟件設(shè)計及其子程序（2）異步串行通信的軟件實現(xiàn)（3）PIC16CXX系列異步串行通信中斷驅(qū)動的軟件實現(xiàn)
3、PIC系列微控制器應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)及其常用工具
單片機應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)，用單片機開發(fā)設(shè)計制作的應(yīng)用系統(tǒng)或產(chǎn)品，與純粹用硬件電路實現(xiàn)的裝置不一樣。這是因為除了相應(yīng)的硬件電路外，其關(guān)鍵在于應(yīng)用系統(tǒng)軟件的開發(fā)，而單片機本身并沒有軟件開發(fā)功能。編寫的應(yīng)用程序如何調(diào)試和修改？怎么能率地找出應(yīng)用系統(tǒng)硬件和軟件中的錯誤？又如何把zui后調(diào)試好的程序固化到單片機片內(nèi)程序存儲器中？這些需要相應(yīng)的開發(fā)工具，稱為開發(fā)系統(tǒng)。主要包括單片機匯編語言編譯器、在線實時仿真器ICE(IncircuitEmulator)、非在線仿真器(軟件模擬仿真器Simulator)、編程器、EPROM擦除器等。硬件調(diào)試還可能用到邏輯分析儀等。
系統(tǒng)開發(fā)常用工具有：1、PIC匯編器（1）PICASM匯編程序（2）MPALC匯編程序（3）MPASM宏匯編程序（4）MPASM匯編語言。2、軟件仿真器MPSIM。3、實時在線硬件仿真器，（1）實時在線仿真器PICMATE（2）EasyPack-PIC16F仿真器。4、單片機內(nèi)置程序存儲器編程器，（1）PICPROG編程器（2）PROMATE編程器
4、MPLAB集成開發(fā)環(huán)境(IED)軟件
MPLAB是適用于MicrochipTechnology公司PIC16/17微控制器系列的、基于Windows的、易學(xué)易用的集成開發(fā)環(huán)境(IDE--IntergratedDevelopmentEnvironment)。這種集成開發(fā)環(huán)境使應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)工程師可以即方便又靈活地編輯、匯編、仿真、開發(fā)利用和調(diào)試查錯。
MPLAB集成開發(fā)環(huán)境軟件集成了下列開發(fā)工具。
1）工程項目管理程序(ProjectManager)（2）MPLAB編輯程序(MPLABEditor)（3）MPLAB匯編程序(MPLABAssembler)（4）MPLAB－SIM軟件模擬程序(MPLAB-SIMSoftwareSimulator)（5）PICMASTER硬件在線仿真器(PICMASTEREmulator)，還有其它工具等。
5、PIC系列微控制器的應(yīng)用實例
PIC系列微控制器的應(yīng)用范圍很廣，例如：1、交流數(shù)字電壓表2、電力周波表3、閃光報警器4、帶有世界時鐘的賓館移動式客房控制器5、用PIC16C71控制的不間斷電源6、用PIC單片機產(chǎn)生均勻分布的隨機數(shù)7、用PIC17C42實現(xiàn)4階IIR數(shù)字濾波器8、用PIC17C42實現(xiàn)FFT算法9、即熱式熱水器溫度控制器10、標(biāo)準(zhǔn)并行接口漢字熱敏微型打印機11、PIC16CXX片內(nèi)I2C總線接口的應(yīng)用。