PIC单片机原理及应用 教案完整版

1． 功耗低：5V@4MHz 时电流小于 2mA，睡眠模式下电流小于 1uA。
2． 程序存储器容量：8K*14 位
3． RAM 存储器容量：368 字节
4． 驱动能力强：驱动输出电流可达 25mA，吸收电流达 20mA，而 51 IO 驱动电流为 uA 级的
5． 基本 IO 端口：33 个 IO 口，PA6 位，PB、PC、PD 为 8 位，PE 为 3 位
6． 定时、计数器：TMR0(8 位)、TMR1(16 位、CC)、TMR2(16 位、PWM)
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《PIC 单片机原理及其应用》 牛军浩 7． 内部 EEPROM 数据存储器：256 字节 8． 片内看门狗：不需外部元件，节省成本和空间 9． 片上 ADC：8 个 10 位分辨率 10． 具有捕捉、比较和 PWM 模式：Capture 可捕捉外部输入脉冲的上升沿或下降沿，并产生中断。
人工复位 通常使用按键
看门狗复位 为防止程序跑飞而有意安排的复位，必须周期性对看门狗 WDT 清零
欠压复位 工作电压跌落到 Vbor 以下的时间超过 200uS 时就会复位
VCC
DIODE1 R1
1N4001 10k
U1 PIC16F877A
100
R7
SW-PB1 reset
C1 10uF
C2
22pf CR1 4M
6. 常用中断介绍 (1) 外部中断（INT pin Interupt） (2) TMR0 中断 0xFF->0x00 (3) RB 口电平变化中断 (4) TMR1 中断 0xFFFF->0x0000 (5) TMR2 中断 0xPR2->0x00 (6) CCP1 中断：捕捉模式、比较模式 (7) CCP2 中断
__CONFIG (HS & PROTECT & PWRTEN & BOREN & WDTDIS &DEBUGDIS);
设计时不用关心各个功能位的位置，只需执行软件选项，防止出错。
2． 振荡器配置
表 2.1 PIC 单片机的不同振荡方式
振荡方式
解释
频率范围
特点
LP
低功耗
≤200KHZ
XT
标准晶体
200KHZ ≤ ≤4MHz
4． 看门狗
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目的：增加系统的稳定性、可靠性和安全性，是一种亡羊补牢的措施，当单片机一旦发生程序失 控或者死机，设法把系统回复到正常工作状态。 造成程序失控的原因：电源电压的波动、电源电压叠加的噪声、电磁干扰、软件故障等 结构图：自带时钟源、定时周期 7~33ms，典型 18ms，可分频 1：128，达到 2.3s 正常情况：在主程序或者耗时较长的函数体内，周期性的“喂狗”CLRWDT
中断使能位 INTE T0IE T1IE T2IE RBIE CCP1IE CCP2IE TXIE RCIE
SSP IIC 总线碰撞
AD EEPROM 写操作 PSP 并行从口读写中断
4. PIC16F877 的中断逻辑
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5. 与中断相关的寄存器
图 2.3 PIC16F877A 中断逻辑
4. 每个 IO 有嵌位保护电路（可防止外部输入超出电压范围）
三、 IO 口相关寄存器 1. TRISX 端口方向寄存器 2. PORTX 端口数据寄存器
3. OPTION 寄存器 BIT7-RBPU，RB 口上拉功能 四、 IO 口使用方法
1. 数据输入
Unsigned char Inputdata= 0;
标号 操作码助记符 操作数 1，操作数 2
;注释
1. 标号。代表指令的符号地址，为了便于查看、修改，以及指令转移地址的表示。切记不能与系统
的操作码助记符同名。可选项
2. 操作码助记符。必选项，可以是指令助记符、伪指令、宏指令。
3. 操作数。可选项，注意表示方式，0011001100B，0x0A，0AH，125O，213D
7.
#include <pic.h>
void main()
{
unsigned char key,sendkey;
OPTION = 0X00;
PIE1 = 0XFF;
TXIE = 1;
SSPIE =0;
INTCON = 0X80;
}
作业：
z 画出 PIC16F877A 单片机的中断逻辑图。并书写程序段，开放 PB 电平中断为上升沿，AD 使能和 SCI 中断。
VCC
*R1 电阻值应小于 40KHz，以保证 压降不大于 0.2V，MCLR 漏电流为
5uA *R7 电阻取值为 100~1000 欧，用于 限流保护 MCLR 引脚 *D1 二极管能够使 C 能快速放电， 如果掉电又上电，C 的积累电荷会 造成复位电路失去作用 *MCLR 引脚不能悬空
图 2.1 复位电路和振荡电路
名称
解释
内容
INTCON 中断控制寄存器
全局、外围、T0、RB、INT
PIE1
第一外设中断屏蔽寄存器 打开或者关闭中断用
PIR1
第一外设中断标志寄存器 存放中断标志用
PIE2
第二外设中断屏蔽寄存器 打开或者关闭中断用
PIR2
第二外设中断标志寄存器 存放中断标志用
OPTION RBPU、INTEDG、T0CS
4. 注释。可选项，用来对程序进行注释，便于用户理解、修改和调试。用分号隔开
§3.2 PIC 汇编语言指令集
§3.3 伪操作指令
§3.4 寻址方式
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第 5 章 IO 输入输出模块（2）
一、 IO 口分布
表 5.1 PIC16F877A 单片机 IO 口分布
BIT InputFlag = 0; TRISB = 0xFF; //设置端口输入输出方向，0 为输出，1 为输入 Inputdata = PORTB; //寄存器操作，读取外部端口 8 位状态数据
InputFlag = RB0; 2. 数据输出
3. PIC16F877 的中断源
表 2.3 PIC 单片机的中断源
中断源种类 外部中断 INT TMR0 溢出中断 TMR1 溢出中断 TMR2 溢出中断 RB 口电平变化中断 CCP1 中断 CCP2 中断 SCI 同步发送中断 SCI 同步接收中断
标志位 INTF T0IF T1IF T2IF RBIF CCPIIF CCP2IF TXIF RCIF
HS
高速晶体
4MHz≤ ≤20MHz
RC
阻容振荡
0≤ ≤4MHz
节约成本、频率不稳定
4.7K 22pF 时约为 4MHz
外部时钟
3． 复位
表 2.2 PIC 单片机的复位方式
复位方式
解释
上电复位
每次加电、检测 VDD 上升过程，上升到 1.6V~1.8V，有效复位，会自动延时 72mS+1024 个时钟周期
访问和操作。
§1.2 PIC 单片机的系列产品
1． 档次：按高中低，16 位、14 位、12 位
2． 管脚：最少 8 个引脚，14、18、20、28、40、80、84 等
3． 资源：ADC、PWM、比较器、LCD 显示、温度传感器、IIC、SPI、USART、CAN、USB、LAN
§1.3 PIC16F877 单片机的功能特点(外围模块)【以后讲解如不特别说明，均指 16F877 型号的单片机】
RB7 PB6 RB5 RB4 RB3 RB2 RB1 RB0 VDD VSS RD7 RD6 RD5 RD4 RC7 RC6 RC5 RC4 RD3 RD2
40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21
RB7 RB6 RB5 RB4 RB3 RB2 RB1 RB0
图 1.1 冯*诺依曼结构（普林斯顿） 图 1.2 普通(哈佛体系)总线结构
图 1.3 哈佛总线结构
3． 单字节指令
单片机位数概念：单片机是多少位的取决于数据总线的位数，如常用的为 8 位，即数据宽度为 8
位，每次传送一个字节。例如：PIC16 系列主要为 8 位的，凌阳单片机 16 位，DSP、ARM 等基本
z 列举 PIC16F877A 单片机的振荡方式，说明各振荡方式的工作频率范围。 z 画出单片机的基本复位电路、时钟电路，注明参数，并说明作用。
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第 3 章 PIC 单片机的指令系统（2）
§3.1 PIC 汇编语言指令格式
每条汇编指令由 4 部分组成，格式如下：
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第 2 章 PIC 单片机的 CPU 和中断系统（1）
教学内容：PIC 单片机的基本环境设置、中断系统结构 重点内容：系统配置、中断系统结构 难点内容：系统配置、中断系统结构
§2.1 PIC 单片机的基本设置 1． 系统配置字 用于设定单片机的程序保护、在线调试、低压编程、掉电锁存复位使能位、上电定时、看门狗、 振荡器模式等基本的工作环境。由软件在烧写程序时设置，用户在程序中不能访问； 配置方式：使用软件上的选项进行选择、或者在程序中用“__CONFIG”预处理指令定义芯片的 配置位；
《PIC 单片机原理及应用》教案
牛军浩 主编
桂林电子科技大学
《PIC 单片机原理及其应用》 牛军浩
第 1 章 PIC 单片机概述（1）
教学内容：PIC 单片机特点、资源 重点内容：哈佛（Harvard）总线结构、两级流水线、为什么驱动能力强？ 难点内容：哈佛体系、哈佛总线
§1.1 PIC 单片机的 CPU 特点 1． 精简指令集技术 [代码利用率提高、执行速度提高、学习记忆快、节约开发时间] 2． 哈佛总线结构 哈佛体系结构：指程序存储器和数据存储器处于不同的物理空间，即两者不处于同一存储空间。 哈佛总线结构：指程序存储器和数据存储器独立编址，即两者位于不同的物理空间的结构。
图 2.2 看门狗结构图
5． 睡眠模式
为了降低功耗的又一措施, sleep
§2.2 中断系统
1. 中断的概念：当 CPU 正在执行当前程序的过程中，由于某种突发事件的发生，CPU 暂停当前的操
作，转去执行对突发事件的处理程序，完成后，再返回原来被打断的地方继续执行。
2. 中断作用：对于主要的时间可以得到及时处理，可在实时性较高的程序中使用。
C3
22pf
MCLR 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
VCC
11 12
13
14
15
16
17
18
19
20
VPP/MCLR RA0 RA1 RA2 RA3 RA4 RA5 RE0/RD RE1/WR RE2/CS VDD VSS OSC1/CLK1 OSC2/CLK0 RC0 RC1 RC2 RC3 RD0 RD1
端口名称
端口数量 复用功能
PA
6
模拟输入
PB
8
外部中断(RB0) 上拉
PC
8
源自文库
定时器 1、CCP、SPI、USART
PD
8
并行从动端口
PE
3
并行从动端口、模拟输入
二、 IO 口使用注意事项
1. 使用时，必须设置输入输出方向 2. 作为 IO 使用时，必须关闭复用功能寄存器，默认上电为 IO 状态 3. 每个 IO 输入输出驱动能力为 20mA，可简化外围电路
令必须要两次取指才能将一次执行所需的信息获取完毕】
4． 两级流水线指令结构
流水线是当前控制器中普遍采用的用于提高运算执行速度的方法，指的是处理器在处理一条指令
的同时可以对下一条要执行的指令进行预处理。这得益于哈佛总线结构的应用。
5． 寄存器结构【RAM 结构形式】
PIC 的所有寄存器、IO 口、定时器等资源，均采用 RAM 结构形式。只需一条指令周期即可完成
上为 32 位，计算机为 32 位，也有 64 位的。
作为冯*诺依曼结构和普通哈佛结构，程序存储器和数据总线公用，所以程序指令也是 8 位的；
但对 PIC 的哈佛总线结构而言，程序存储器使用独立指令总线，所以不受数据总线的限制，高中
低档单片机的指令长度分别为 16、14、12 位。
【位数越大，单次取指所含的信息就越多，执行效率越高，如 MCS51 为 8 位的指令长度，很多指
用于测量外部信号周期、频率、脉宽。Compare 比较功能用于输出不同宽度的矩形脉冲和延时信 号；PWM 脉宽调制功能将产生占空比可调的周期性方波信号，可实现直流电机的调速、DA 及步 进电机的控制。 11． 同步串行口 SSP：SPI、IIC 12． 通用异步串行口 USART 13． 并行从动端口 PSP 作业： PIC 单片机采用的哈佛总线结构和冯*诺依曼、普通的哈佛结构有什么区别，有何优点？ PIC16F877 单片机与普通 51 单片机相比有何优点，至少列出 5 条？