MicroChip单片机知识要点

单片机知识要点

1、概念：

单片机（Single chip microcomputer）亦称单片微电脑或单片微型计算机，国际上统称为微控制器（microcontrollor, MCU, μC），就是把中央处理器CPU、随机存取存储器RAM、只读存储器ROM、输入/输出端口I/O等主要的计算机功能部件，都集成在一块集成电路芯片上，从而形成一部完整的微型计算机，就称其为单片机。目前市场做单片机的产家很多，如ATMEL，Microchip，Cypress，AMD，Intel，STC，HOLTEK 等等。

2、结构：

一般的单片机内部结构如下图：

以上为简单的结构图，对应关系是：CPU包含控制器和运算器；ROM和RAM对应着存储器，前者存放程序，后者存放数据；I/O则对应着输入设备和输出设备，用总线（BUS）实现各模块之间的信息传递。ROM 和RAM存储器容量可多可少，但CPU只有一个，另外，为了提高单片机的性能和扩展单片机的用途，厂家通常将一些不同功能的专用模块也集成到单片机芯片内部当中来，比如定时器模块、数模转换模块、串行端口模块等等，同时，习惯于把这些模块与I/O端口模块一起统称为外围模块。

3、单片机应用介绍：

（1）电信：电话机、无绳电话、投币电话机、无线对讲机、传真机、来电显示器（caller ID）等；

（2）家用电器：智能电视、电磁炉、DVD、卫星电视接收机，音响、空调、各种报警器等；

（3）计算机外围设备：键盘、打印机、Modem、无线网卡等；

（4）办公自动化：复印机、智能打字机、PDA等；

（5）工业控制：数控机床、智能机器人、电机控制、过程控制、温度控制、智能传感技术等；

（6）商用电子：自动售货机、电子收款机、电子秤、IC卡等；

（7）玩具：袖珍游戏机、电子宠物、遥控玩具等；

（8）仪器仪表：用于医疗、化工、电子、计量等各种智能仪器仪表；

（9）汽车电子：点火控制、变速控制、防滑控制、防撞控制、排气控制、GPS等；

（10）军用电子：各种导弹和鱼雷的精确制导控制、智能武器、雷达系统等。

4、PIC单片机的特点：

PIC是美国Microchip公司生产的单片机系列产品型号的前缀，PIC系列单片机的硬件系统设计简洁，指令系统设计精炼，在所有单片机品种中是最容易学习、最容易应用的单片机品种之一。

PIC单片机相比其它品种单片机有以下优点：

（1）哈佛总线结构：

其设计异同于其它单片机之处是：不仅采用了哈佛体系结构，而且还采用了哈佛总线结构，在芯

片内部将数据总线和指令总线分离，并且采用不同的宽度，这样做的好处在于，实现指令提取的

“流水作业”，也就是在执行一条指令的同时对下一条指令进行取指操作，以便实现全部指令的

单字节化，单周期化，从而有利于提高CPU执行指令的速度。

如下图结构：

（2）指令单字节化

因为数据总线和指令总线是分离的，并且采用了不同的宽度，所以程序存储器ROM和数据存储器RAM的寻址空间（即地址编码空间）是互相独立的，而且两种存储器宽度也不同。这种设计既可以确保数据的安全性，还可提高运行速度和实现全部指令的单字节化。

（3）精简指令集（RISC）技术

PIC系列单片机的指令系统（就是该单片机所能识别的全部指令的集合，叫做指令系统或者指令集，Instruction set）只有35条指令，易学好用。而MCS-51单片机指令系统共有111条指令。（4）寻址方式简单

寻址方式就是寻找操作数的方法。PIC系列单片机只有4种寻址方式（即寄存器间接寻址、立即数寻址、直接寻址和位寻址），容易掌握，而MCS-51单片机则有7种寻址方式。

（5）代码压缩率高

1KB的存储器空间，对于像MCS-51单片机，大约只能存放600条指令，而对于PIC系列单片机则能够存放的指令条数可达1024条。

（6）运行速度高

由于采用了哈佛总线结构，以及指令的读取和执行采用了流水作业方式，使得运行速度大大提高，在所有8位机中，PIC17CXX是目前世界上速度最快的品种之一。

（7）功耗低

PIC系列单片机的功率消耗极低，是目前世界上最低的单片机品种之一。在4MHz时钟下工作时耗电不超过2mA，在睡眠模式下耗电可以低到1μA以下。

（8）驱动能力强

I/O端口驱动负载的能力较强，每个I/O引脚吸入和输出电流的最大值可分别达到25mA和20mA，能够直接驱动发光二极管LED、光电耦合器或者微型继电器等。

（9）I2C和SPI串行总线端口

PIC系列单片机的一些型号具备I2C和SPI串行总线端口。I2C（Inter IC bus，也可以记为IIC）和SPI （Serial peripheral interface）分别是由Philips公司和Motorola公司发明的两种串行总线技术，是在芯片之间实现同步串行数据传输的技术，利用这些串行总线端口可以方便灵活地扩展一些必要的外围器件。

（10）外接电路简洁

PIC系列单片机内集成了上电复位电路、I/O引脚上拉电路、看门狗定时器等，可以最大程度地减少或免用外接器件，以便实现“纯单片”应用，这样即方便开发，也可以节省电路板空间和制造成本。

5、PIC单片机电路设计的构成和应用

Microchip微芯公司的单片机种类繁多，可以从系列为：10F系列、12F系列、16F系列、18F或18LF系列、24F系列、30F系列和dsPic33F系列等等，但核心都是一样的，所以，现在我们以16F系列中的PIC16F84A 为代表来学习PIC家族单片机，来研究自动化控制电路的构成原理。

（1）电路的基本构成

PIC单片机与其它的单片机有着很多的共同点，都是由振荡电路，复位电路，I/O电路组成。

上图是一个简单的LED灯控制电路，分别由MUC（PIC16F84A）、振荡器XT、复位电路R1、触发开关SW、限流电路（R7、R6、R5、R4）、去耦电容C1、上拉电阻R2、下拉电阻R3组成。

我们用这个电路实现LED灯流水闪动（LED1-LED2-LED3-LED4），由触发开关SW触发启动。具体的流程如下：