PIC单片机介绍主题知识讲座

单片机主要性能1.仅有35条单字节指令2.8K*14个FLASH程序存放器3.368*8个数据存放器和256*8EEPROM数据存放器字节4.宽范围工作电压范围，2V~5V5.3个带有分频功效定时器6。2个捕捉器——比较器和PWM模块7.10位多通道模数转换器8.带有SPI(主模式)和IIC(主从)模式SSP5.PIC单片机介绍主题知识讲座第1页单片机主要性能介绍1.仅有35条单字节指令，汇编指令。2.8K*14个FLASH程序存放器3.368*8个数据存放器和256*8EEPROM数据存放器字节4.宽范围工作电压范围，2V~5V5.3个带有分频功效定时器6。2个捕捉器——比较器和PWM模块7.10位多通道模数转换器8.带有SPI(主模式)和IIC(主从)模式SSPPIC单片机介绍主题知识讲座第2页PIC16F877内部结构框图PIC单片机介绍主题知识讲座第3页PIC16F877关键模块区域1、程序存放器程序存放器是用于存放是系统工作应用程序及一些不需改变数据常数，程序写入程序存放器后，单片机系统只能读取程序指令使系统运行，而不能再进行改写，且系统掉电后，程序不会丢失。所以，程序存放器是ROM（ReadOnlyMemory），即只读存放器。2、数据存放器数据存放器是用于存放程序运行中间处理数据，可随程序运行而随时写入或读出数据存放器内容，当系统掉电时，数据全部会丢失。所以，数据存放器是RAM（RandomAcceseMemory），即可随机读写存放器。PIC单片机介绍主题知识讲座第4页3、堆栈

保留程序断点地址。当调用子程序或发生中止时，将断点地址自动压入堆栈。4、指令存放器

暂存从程序存放器中取出指令，将指令操作码和数据进行分离，分别送到不一样逻辑电路。5、指令译码器和控制器

将指令存放器送来操作码进行译码，产生一系列微操作，控制功效电路协调工作，完成指令功效。6、算数逻辑单元ALU

实现算数和逻辑运算操作。7、工作存放器

存放要参加运算数据和暂存运算结果。PIC单片机介绍主题知识讲座第5页8、状态存放器

反应运算结果状态，如进位、借位以及结果是否为零9、数据存放器RAM

存放运算中间结果。整体分为体0、体1、体2、和体3四个体，由状态存放器STATUSRP0和RP1控制选择。10、时基发生器

产生内部各功效电路工作时所需时钟信号。11、上电复位电路、上电延时电路和起振延时电路

上电延时电路确保CPU在电源电压到达正常值再工作；起振延时电路确保振荡器有足够时间产生稳定时钟信号。12、看门狗定时器WDT

用来监测程序运行状态。假如程序进行因为某种原因进行死循环而不受控时，使程序重新开始执行。PIC单片机介绍主题知识讲座第6页13、欠压复位电路

当芯片电源电压低于某值时，CPU将不能正确执行指令。为预防这类情况发生，PIC内部设置了电源监控电路，一旦电源电压低于某一值，系统自动产生复位，电源恢复正常后，延时恢复运行状态。14、在线调试电路

能够实现对焊接在电路板上单片机进行在线调试。15、低电压编程电路

芯片内部有“电源泵”电路，将供电5V生成高压，完成编程。16、数据总线

内部数据通道，也是连接各外围模块通道。17、程序通道

实现从程序存放器到指令存放器指令传递。PIC单片机介绍主题知识讲座第7页PIC16F87X外围模块1、IO端口模块

（1）RA端口：含有6条引脚双向I/O口。在基本I/O功效基础上复用了A/D转换模拟输入功效、A/D转换所需外接参考电压输入以及TMR0外部时钟输入信号等功效。

（2）RB端口：含有8条引脚双向I/O口。除基本功效外，每条引脚内部增加了可统一编程弱上拉电路，另外还复合了编程引脚以及终端引脚。

（3）RC端口：含有8条引脚双向I/O口。C口复合功效较为复杂，包含输出比较功效和TMR1外接时钟信号等。（4）RD口和RE口：只有40或44引脚封装型号才有这两个端口。

PIC单片机介绍主题知识讲座第8页管脚分布图PIC单片机介绍主题知识讲座第9页(5)输入输出端口相关两个存放器

每个端口都含有两个基本专用存放器：数据存放器PORTX和方向存放器TRISX。经过设置TRISX对应位即可设置PORTX输入输出方向。比如设置TRISA0=1，则PORTA0为输入。

(6)基本输入输出端口工作原理

每个改写I/O端口操作都是经过读取、修改、写入三步完成。先由CPU读取I/O上逻辑电平，然后经内部工作存放器修改，最终写回到端口数据存放器中。存放器名称存放器符号存放器内容bit7bi6bi5bit4bit3bit2bit1bit0端口存放器PORTXRX7RX6RX5RX4RX3RX2RRX1RX0方向存放器TRISXTRISX7TRISX6TRISX5TRISX4TRISX3TRISX2TRISX1TRISX0PIC单片机介绍主题知识讲座第10页2、定时器和计数器模块PIC16F87X单片机共有三个定时器模块。他们关键部分都是一个由时钟信号触发按递增规律工作循环计数器；都是从预先设定某一初始值开始计数，在累计到超出最大值或预先设定某一终止值时产生溢出，同时建立一个对应溢出标志，也就是中止标志。（1）TMR0模块TMR0为8位宽，有一个可选预分频器，用于通用目标，含有定时器和计数器两种工作模式。

工作在定时器模式时，触发信号源来内芯片内部指令周期信号，而不是时钟周期信号。一个指令周期等于晶振产生主时钟信周期4倍。

工作在计数器模式时，触发信号取自芯片外部引脚RA4/T0CKI上输入信号，且输入信号触发边缘能够经过存放器进行设定。PIC单片机介绍主题知识讲座第11页

（2）TMR1模块TMR1：16位宽，带有一个2位宽可编程预分频器，还带有一个可选低功耗时基振荡器，能够配合实现输入捕捉和输出比较功效；

工作在计数器模式时，TMR1时钟信号或触发信号有3种，分别是取自指令周期信号、从RC0或RC1引脚获取以及自带振荡器产生。

工作在定时器模式时，TMR1内部16位计数器在每个指令周期到来时增量。

（3）TMR2模块TMR2：8位宽，带有一个4位宽可编程预分频器和一个4位宽后分频器和一个可编程8位周期存放器。TMR2时钟源只能取自内部系统时钟，只能工作在定时器模式。

除可用作普通定时器外，还能够用作周期可调时基发生器、延时可调周期性定时器

PIC单片机介绍主题知识讲座第12页3、EEPROM模块：电擦/写存放器，掉电时数据不丢失。4、A/D转换模块PIC16F87X单片机内部ADC模块是10位，28引脚封装含有5个模拟通道，40引脚封装含有8个模拟通道。

A/D转换就是将模拟信号转换为数字信号过程。

（1）工作原理：在A/D转换中，因为输入模拟信号在时间上是连续，而输出数字信号是离散量，所以进行转换时只能按一定时间间隔对输入模拟信号进行采样，然后再把采样值转换为输出数字量。通常A/D转换需要经过采样、保持量化、编码四个步骤。也可将采样、保持合为一步，量化、编码合为一步，共两大步来完成。

PIC单片机介绍主题知识讲座第13页(1)采样和保持：采样，就是对连续改变模拟信号进行定时测量，抽取其样值。采样结束后，再将此取样信号保持一段时间，使A/D转换器有充分时间进行A/D转换。采样－保持电路就是完成该任务。其中，采样脉冲频率越高，采样越密，采样值就越多，其采样－保持电路输出信号就越靠近于输入信号波形。所以，对采样频率就有一定要求，必须满足采样定理即：fs≥2fImax

其中fImax

是输入模拟信号频谱中最高频率PIC单片机介绍主题知识讲座第14页PIC单片机介绍主题知识讲座第15页

（2）量化和编码假如要把改变范围在O~7V间模拟电压转换为3位二进制代码数字信号,因为3位二进制代码只有23即8个数值,所以必须将模拟电压按改变范围分成8个等级。每个等级要求一个基准值,比如O~0.5V为一个等级,基准值为OV,二进制代码为000，6.5~7V也是一个等级,基准值为7V,二进制代码为111,其它各等级分别为该级中间值为基准值。凡属于某一等级范围内模拟电压值,都取整用该级基准值表示。比如3.3V,它在2.5~3.5V之间,就用该级基准值3V来表示,代码是011。显然,相邻两级间差值就是△

=1V,而各级基准值是△整数倍。模拟信号经过以上处理,就转换成以△为单位数字量了。上述过程可用上页图形表示。PIC单片机介绍主题知识讲座第16页所谓量化，就是把采样电压转换为以某个最小单位电压△

（能够了解为分辨率电压）整数倍过程。分成等级称为量化级,A称为量化单位。所谓编码,就是用二进制代码来表示量化后量化电平。采样后得到采样值不可能刚好是某个量化基准值,总会有一定误差,这个误差称为量化误差。显然,量化级越细,量化误差就越小,不过,所用二进制代码位数就越多,电路也将越复杂。量化方法除了上面所述方法外,还有舍尾取整法,这里不再赘述。PIC单片机介绍主题知识讲座第17页4、A/D转换模块：

逐次迫近型ADC结构框图STARTCLOCKEOCOE控制与定时逐次迫近存放器D/A转换器输出缓冲器比较器VREF...D7D0输入模拟量PIC单片机介绍主题知识讲座第18页逐次迫近型原理：工作原理是这么，ADC内部有DAC器件。AD转换开始先转换一个小数据，然后经过内部DAC转换成模拟量和原信号进行比较假如小继续增加AD转换后数据大小。一步步直到转化后比原信号大就输出上次转化数据。整个过程是一步步逐次进行。

以PIC16F877A为例，采样基准电压设置为4.096V，因为单片机AD是10位，也就是说数字量1024对应模拟量4.096V，模拟采样电压不能大于基准，不然将犯错。此时假设外部采集模拟电压为U1，则U1转换得到数字量为(U1/4.096)*1024PIC单片机介绍主题知识讲座第19页捕捉/比较/脉宽调制模块两个几乎一样CCP模块，CCP1和CCP2，与TMR1和TMR2配合使用时能够实现输入捕捉、输出比较和脉宽调制PW