PIC18系列单片机原理及实践课件

PIC18系列单片机原理及实践

（第一章）参考资料：《PIC技术宝典》PICMicrocontrollerandEmbeddedSystems[美]RolinD.Mckinlay著课件编写：大连理工大学电工电子实验中心2009年12月11/21/20221大连理工大学电工电子实验中心陈育斌PIC18系列单片机原理及实践

（第一章）参考资料：《PIC如何学习PIC单片机在产品的设计中，对于PIC单片机的选型采用的是“因地制宜”的策略——根据需要合理选择各种系列产品，这样可以做到产品的最佳“性价比”。这也是PIC单片机的一种“优势”。如洗衣机、电冰箱或电梯控制系统等会采用从低到高不同的PIC系列产品。由于PIC单片机各个档次之间存在于指令不完全兼容的特点，那么如何选择、从那个系列入手学习呢？16FXXX：具有丰富的内部模块、完整的指令系统和良好的向下兼容性。适合初学入门的系列；18FXXX：高效的16位指令系统、大容量的ROM和RAM结构使其更适合C语言编程。更为丰富的内部某块和8位的硬件乘法器使其具备DSP的性能。学习的高级阶段。11/21/20222大连理工大学电工电子实验中心陈育斌如何学习PIC单片机在产品的设计中，对于PIC单片机的选型采目录第一章PIC微控制器的历史和特征 1.1PIC微控制器的产品系列 1.2PIC18系列微控制器的特性 1.3PIC微控制器的产品局限性 1.4PIC微控制器的程序ROM 1.5PIC微控制器的数据RAM和E2PROM 1.6PIC微控制器的I/O引脚 1.7PIC微控制器的外围设备11/21/20223大连理工大学电工电子实验中心陈育斌目录第一章PIC微控制器的历史和特征11/21/第一章PIC微控制器的历史和特征1989年Microchip公司开发了一种8位的微控制器：PIC（PeripheralInterfaceControler ———外围接口控制器）；将少量的RAM、ROM、一个定时器和一些I/O端口全部集成在一个8脚的芯片上；在不到10年的时间内，Microchip公司已经把这个如此简陋的产品发展成主流的8位微控制器这是一个奇迹；11/21/20224大连理工大学电工电子实验中心陈育斌第一章PIC微控制器的历史和特征1989年Microchi1.1PIC微控制器的产品系列10XXX12XXX14XXX16XXX：应用最广泛的8位机产品，14位指令宽度18XXX：8位机中的高档产品，16位指令宽度。它们全部都是8位机系列（内部的数据总线为8位），8位机的特点：CPU每次处理数据的能力为8位，如果超过8位就必须事先将其截为8位后再分别处理。11/21/20225大连理工大学电工电子实验中心陈育斌1.1PIC微控制器的产品系列10XXX11/21/201.2PIC18系列单片机的特性与其它PIC系列单片机一样，采用精简指令集RISC、流水作业、丰富的内部模块、低功耗大电流驱动等。为了更适合单片机的C语言开发，18系列设计成较大的信息存储空间。如：2M的程序存储器空间；4K的数据存储空间；这种设计极大的方便了C语言的设计与编程。11/21/20226大连理工大学电工电子实验中心陈育斌1.2PIC18系列单片机的特性与其它PIC系列单片机一样（一）高性能RISCCPUC编译器优化体系结构/指令设置；兼容PIC16和PIC17指令源代码；高达2MB的程序存储器；高达4KB的数据存储器；11/21/20227大连理工大学电工电子实验中心陈育斌（一）高性能RISCCPUC编译器优化体系结构/指令设置；（二）优越的外围功能模块特征最大拉/灌电流可达25mA；3个外部中断引脚；4个定时器TMR0、TMR1、TMR2、TMR3；捕捉/比较/脉宽调制（CCP）模块/增强型CCP模块；两种工作方式的主同步串行通讯（MSSP）：

①SPI主控方式（支持所有4种SPI工作模式）；

②I2C主控/从动方式；可寻址的USART模块：支持RS-485和RS-232串口,并行从动口模式,支持中断支持位。11/21/20228大连理工大学电工电子实验中心陈育斌（二）优越的外围功能模块特征最大拉/灌电流可达25mA；11（三）高级模/数转换特性

10位、8通道的模/数（A/D）转换模块：可利用休眠状态进行转换，以减少系统干扰、提高精度；模拟比较模块：可编程多路输入/输出技术；比较器参考电压模块；可编程的低电压探测模块（PLVD）：支持低电压检测时产生中断；可编程的锁定复位（BOR）；11/21/20229大连理工大学电工电子实验中心陈育斌（三）高级模/数转换特性10位、8通道的模/数（A/D）转（四）特殊的单片机特性增强功能的FLASH可经受100,000次擦/写操作；EEPROM可经受1,000,000次擦/写操作；FLASH/数据EEPROM数据保存期可超过40年；软件控制自动可改编程序（在线升级）；上电复位电路（POR）、上电延迟定时器（PWRT）和振荡器起振定时器（OST）；片内RC振荡的看门狗定时器（WDT）保证可靠运行；低功耗睡眠模式（Sleep）；11/21/202210大连理工大学电工电子实验中心陈育斌（四）特殊的单片机特性增强功能的FLASH可经受100,00可选择不同的振荡器工作方式：

①4锁相环（主振荡器）；

②2路振荡器（32KHz）时钟输入；通过两个引脚可进行在线串行编程（ICSP）；通过2个脚在线调试器。11/21/202211大连理工大学电工电子实验中心陈育斌可选择不同的振荡器工作方式：11/21/202211大连理工（五）CMOS芯片工艺性能低电压，高速度FLASH/EEPROM技术；全静态设计；宽范围的工作电压：2.0-5.5V；工业级和扩展级温度范围；低功耗： —在5V、4MHz下典型值1.6mA； —在3V、32KHz下典型值25uA； —待机电流典型值0.2uA。11/21/202212大连理工大学电工电子实验中心陈育斌（五）CMOS芯片工艺性能低电压，高速度FLASH/EEPR1.3PIC微控制器的产品局限性由于历史原因：PIC单片机的产品是逐渐从低向高发展。其中最明显的特征是：随着产品性能的提高其内部的硬件结构也在变化。如程序存储器ROM的宽度会随着产品性能的升级而加宽，且指令系统也在扩充。12XXX的指令宽度为12位，指令系统为33条；16XXX系列的指令宽度为14位，指令系统为35条；18XXX系列的指令宽度为16为，指令系统为58条。这种特点决定了不同系列的产品其指令系统没有很好的兼容性。11/21/202213大连理工大学电工电子实验中心陈育斌1.3PIC微控制器的产品局限性由于历史原因：PIC单片机1.4PIC微控制器的程序ROM与其他厂家的微控制器一样，用于存储程序代码或常数的程序ROM其结构、特点决定了其实用的环境和应用的价值。其大小决定了系统程序的容量。在广泛使用C语言编程的今天，采用大容量结构设计显得尤为重要；ROM的制造工艺决定了微控制器的使用特点和制造成本，这也与半导体工艺的发展水平相关；11/21/202214大连理工大学电工电子实验中心陈育斌1.4PIC微控制器的程序ROM与其他厂家的微控制器一样，（一）UV—EPROM的PIC微控制器早期微控制器ROM的工艺结构。需配合“紫外线擦除器”和“程序烧写器”完成程序的写入；使用“紫外线擦除器”中的紫外线照射芯片大约20分钟，利用“光—化学”反应将芯片中的旧程序擦除；再使用“程序烧写器”将新程序烧写到芯片中。早期产品，用于产品的研制阶段。这类芯片的最大缺点是擦除时间长，目前已经被淘汰。芯片本身有一个明显的特征：在芯片正面的中央有一个大约直径10mm透明窗口，为紫外线照射提供一个入射的光路通道。11/21/202215大连理工大学电工电子实验中心陈育斌（一）UV—EPROM的PIC微控制器早期微控制器ROM的工（二）带闪存flash的PIC18FXXX与UV—EPROM相比，flash闪存程序存储器采用“电擦除”技术，具有速度快，擦除次数多的优点。因此闪存ROM已经取代UV—EPROM，是当前广泛采用的模式；PIC18FXXX系列微控制器采用闪存ROM结构。擦除程序不用外加“擦除器”，但烧写程序时需要“程序烧写器”。在PIC产品中是以F为来表示的，如：PIC18F458等；当使用程序烧写器烧写程序时，首先要擦除旧程序然后烧写新程序。擦除和写入的过程是由编程器自动进行的。这类芯片适用于产品的研制阶段，需要不断修改、调试程序的场合。11/21/202216大连理工大学电工电子实验中心陈育斌（二）带闪存flash的PIC18FXXX与UV—EPROM（三）PIC单片机的OPT版本OPT（onetimeprogrammable）——一次性编程技术。在PIC产品中是以C为来表示OPT结构的，如：PIC16C432等;与闪存flash工艺结构的芯片相比，具有较低的制造成本。因此，适合当程序调试成功后进行大规模的生产的情况，这样可有效降低生产成本；OPT芯片只能进行一次编程，一旦程序烧写进去就永远无法修改。因此此类芯片不适合开发阶段的使用。11/21/202217大连理工大学电工电子实验中心陈育斌（三）PIC单片机的OPT版本OPT（onetimepr（四）PIC单片机的掩模版本所谓“掩模”技术是指：将编写好并调试成功的源程序代码直接交给生产微控制器的厂家，由芯片制造厂家在制造芯片的过程中将用户程序一同烧入的模式；在所有ROM的制造工艺模式中，“掩模”工艺是制造成本最低的一种方式，非常适合工厂对设备的批量生产。采用掩模技术制造的芯片是“专用”的芯片，不能用于其它项目。因此，掩模ROM工艺的单片机是针对某一产品生产的。11/21/202218大连理工大学电工电子实验中心陈育斌（四）PIC单片机的掩模版本所谓“掩模”技术是指：将编写好并1.5PIC微控制器的数据RAM和E2PROMRAM和E2PROM都是用来存储数据的。其中：RAM用于存储程序的“变量”，如系统采集的输入数据、处理运算的中间结果或者是程序的最终数据等。 RAM的大小影响着CPU处理数据的空间。一个大容量的RAM还可以使高级语言运行更为流畅。

特点：存储速度快（与指令运行的速度同步）、掉电后数据丢失。E2PROM用于存储“重要而不需经常修改的数据”。一般是结果数据，如：水表的流量、汽车的行驶里程、远端采集的遥感数据等。

特点：掉电后数据不丢失、存储数据速度慢（ms级）。11/21/202219大连理工大学电工电子实验中心陈育斌1.5PIC微控制器的数据RAM和E2PROMRAM和E2在PIC18XXX系列中，不同型号芯片其RAM、E2PROM的配置是不同的；RAM的容量从256B～4096B不等，一般是按照256B的整数倍来设置RAM的容量；在PIC18XXX系列产品中，都会配置一个小容量（256B）的E2PROM模块，以满足一些需要特定环境（如掉电）的数据保存的要求。与RAM不同，E2PROM是以“外围模块”的方式来工作的，它需要SFR的控制来参与“读/写”操作。11/21/202220大连理工大学电工电子实验中心陈育斌在PIC18XXX系列中，不同型号芯片其RAM、E2PRO1.6PIC微控制器的I/O引脚PIC18XXX系列单片机的引脚为18～80不等，其中可做I/O引脚的数量为16～72不等。很明显，I/O引脚的数量受到芯片引脚的约束。Microchip公司对产品开发采用了“面向应用”的设计理念，产品种类多而细，从8脚的简约型到80脚高档型。这种设计使用户可以根据工程项目的需要有“针对性”的进行选型，做到系统设计的“最优性价比”。引脚的减少意味着芯片功能的简化，降低成本。相反，80脚的产品意味着芯片内部模块的增加、功能的强大（因为许多模块都需要借助于引脚进行数据交换的）。11/21/202221大连理工大学电工电子实验中心陈育斌1.6PIC微控制器的I/O引脚PIC18XXX系列单片机1.7PIC微控制器的外围设备PIC微控制器是由“核心器件”和“外围模块”组成。由中央处理器CPU、数据存储器RAM、指令译码控制器以及时钟电路、复位电路等控制逻辑统称为“核心器件”，它是构成微控制器的必要部分。在PIC18FXXX系列中，不论什么型号其“核心器件”都是相同的；将芯片内部所包含的ADC、定时器、同步/异步收发器、E2PROM、看门狗WDT、I2C总线、CAN总线接口等统称为“外围模块”。外围模块有两个特征：

①都是由对应的SFR进行初始化控制； ②在PIC18XXX系列中，不同的型号其配置各不相同。11/21/202222大连理工大学电工电子实验中心陈育斌1.7PIC微控制器的外围设备PIC微控制器是由“核心器件PIC18系列单片机原理及实践

（第一章）参考资料：《PIC技术宝典》PICMicrocontrollerandEmbeddedSystems[美]RolinD.Mckinlay著课件编写：大连理工大学电工电子实验中心2009年12月11/21/202223大连理工大学电工电子实验中心陈育斌PIC18系列单片机原理及实践

（第一章）参考资料：《PIC如何学习PIC单片机在产品的设计中，对于PIC单片机的选型采用的是“因地制宜”的策略——根据需要合理选择各种系列产品，这样可以做到产品的最佳“性价比”。这也是PIC单片机的一种“优势”。如洗衣机、电冰箱或电梯控制系统等会采用从低到高不同的PIC系列产品。由于PIC单片机各个档次之间存在于指令不完全兼容的特点，那么如何选择、从那个系列入手学习呢？16FXXX：具有丰富的内部模块、完整的指令系统和良好的向下兼容性。适合初学入门的系列；18FXXX：高效的16位指令系统、大容量的ROM和RAM结构使其更适合C语言编程。更为丰富的内部某块和8位的硬件乘法器使其具备DSP的性能。学习的高级阶段。11/21/202224大连理工大学电工电子实验中心陈育斌如何学习PIC单片机在产品的设计中，对于PIC单片机的选型采目录第一章PIC微控制器的历史和特征 1.1PIC微控制器的产品系列 1.2PIC18系列微控制器的特性 1.3PIC微控制器的产品局限性 1.4PIC微控制器的程序ROM 1.5PIC微控制器的数据RAM和E2PROM 1.6PIC微控制器的I/O引脚 1.7PIC微控制器的外围设备11/21/202225大连理工大学电工电子实验中心陈育斌目录第一章PIC微控制器的历史和特征11/21/第一章PIC微控制器的历史和特征1989年Microchip公司开发了一种8位的微控制器：PIC（PeripheralInterfaceControler ———外围接口控制器）；将少量的RAM、ROM、一个定时器和一些I/O端口全部集成在一个8脚的芯片上；在不到10年的时间内，Microchip公司已经把这个如此简陋的产品发展成主流的8位微控制器这是一个奇迹；11/21/202226大连理工大学电工电子实验中心陈育斌第一章PIC微控制器的历史和特征1989年Microchi1.1PIC微控制器的产品系列10XXX12XXX14XXX16XXX：应用最广泛的8位机产品，14位指令宽度18XXX：8位机中的高档产品，16位指令宽度。它们全部都是8位机系列（内部的数据总线为8位），8位机的特点：CPU每次处理数据的能力为8位，如果超过8位就必须事先将其截为8位后再分别处理。11/21/202227大连理工大学电工电子实验中心陈育斌1.1PIC微控制器的产品系列10XXX11/21/201.2PIC18系列单片机的特性与其它PIC系列单片机一样，采用精简指令集RISC、流水作业、丰富的内部模块、低功耗大电流驱动等。为了更适合单片机的C语言开发，18系列设计成较大的信息存储空间。如：2M的程序存储器空间；4K的数据存储空间；这种设计极大的方便了C语言的设计与编程。11/21/202228大连理工大学电工电子实验中心陈育斌1.2PIC18系列单片机的特性与其它PIC系列单片机一样（一）高性能RISCCPUC编译器优化体系结构/指令设置；兼容PIC16和PIC17指令源代码；高达2MB的程序存储器；高达4KB的数据存储器；11/21/202229大连理工大学电工电子实验中心陈育斌（一）高性能RISCCPUC编译器优化体系结构/指令设置；（二）优越的外围功能模块特征最大拉/灌电流可达25mA；3个外部中断引脚；4个定时器TMR0、TMR1、TMR2、TMR3；捕捉/比较/脉宽调制（CCP）模块/增强型CCP模块；两种工作方式的主同步串行通讯（MSSP）：

①SPI主控方式（支持所有4种SPI工作模式）；

②I2C主控/从动方式；可寻址的USART模块：支持RS-485和RS-232串口,并行从动口模式,支持中断支持位。11/21/202230大连理工大学电工电子实验中心陈育斌（二）优越的外围功能模块特征最大拉/灌电流可达25mA；11（三）高级模/数转换特性

10位、8通道的模/数（A/D）转换模块：可利用休眠状态进行转换，以减少系统干扰、提高精度；模拟比较模块：可编程多路输入/输出技术；比较器参考电压模块；可编程的低电压探测模块（PLVD）：支持低电压检测时产生中断；可编程的锁定复位（BOR）；11/21/202231大连理工大学电工电子实验中心陈育斌（三）高级模/数转换特性10位、8通道的模/数（A/D）转（四）特殊的单片机特性增强功能的FLASH可经受100,000次擦/写操作；EEPROM可经受1,000,000次擦/写操作；FLASH/数据EEPROM数据保存期可超过40年；软件控制自动可改编程序（在线升级）；上电复位电路（POR）、上电延迟定时器（PWRT）和振荡器起振定时器（OST）；片内RC振荡的看门狗定时器（WDT）保证可靠运行；低功耗睡眠模式（Sleep）；11/21/202232大连理工大学电工电子实验中心陈育斌（四）特殊的单片机特性增强功能的FLASH可经受100,00可选择不同的振荡器工作方式：

①4锁相环（主振荡器）；

②2路振荡器（32KHz）时钟输入；通过两个引脚可进行在线串行编程（ICSP）；通过2个脚在线调试器。11/21/202233大连理工大学电工电子实验中心陈育斌可选择不同的振荡器工作方式：11/21/202211大连理工（五）CMOS芯片工艺性能低电压，高速度FLASH/EEPROM技术；全静态设计；宽范围的工作电压：2.0-5.5V；工业级和扩展级温度范围；低功耗： —在5V、4MHz下典型值1.6mA； —在3V、32KHz下典型值25uA； —待机电流典型值0.2uA。11/21/202234大连理工大学电工电子实验中心陈育斌（五）CMOS芯片工艺性能低电压，高速度FLASH/EEPR1.3PIC微控制器的产品局限性由于历史原因：PIC单片机的产品是逐渐从低向高发展。其中最明显的特征是：随着产品性能的提高其内部的硬件结构也在变化。如程序存储器ROM的宽度会随着产品性能的升级而加宽，且指令系统也在扩充。12XXX的指令宽度为12位，指令系统为33条；16XXX系列的指令宽度为14位，指令系统为35条；18XXX系列的指令宽度为16为，指令系统为58条。这种特点决定了不同系列的产品其指令系统没有很好的兼容性。11/21/202235大连理工大学电工电子实验中心陈育斌1.3PIC微控制器的产品局限性由于历史原因：PIC单片机1.4PIC微控制器的程序ROM与其他厂家的微控制器一样，用于存储程序代码或常数的程序ROM其结构、特点决定了其实用的环境和应用的价值。其大小决定了系统程序的容量。在广泛使用C语言编程的今天，采用大容量结构设计显得尤为重要；ROM的制造工艺决定了微控制器的使用特点和制造成本，这也与半导体工艺的发展水平相关；11/21/202236大连理工大学电工电子实验中心陈育斌1.4PIC微控制器的程序ROM与其他厂家的微控制器一样，（一）UV—EPROM的PIC微控制器早期微控制器ROM的工艺结构。需配合“紫外线擦除器”和“程序烧写器”完成程序的写入；使用“紫外线擦除器”中的紫外线照射芯片大约20分钟，利用“光—化学”反应将芯片中的旧程序擦除；再使用“程序烧写器”将新程序烧写到芯片中。早期产品，用于产品的研制阶段。这类芯片的最大缺点是擦除时间长，目前已经被淘汰。芯片本身有一个明显的特征：在芯片正面的中央有一个大约直径10mm透明窗口，为紫外线照射提供一个入射的光路通道。11/21/202237大连理工大学电工电子实验中心陈育斌（一）UV—EPROM的PIC微控制器早期微控制器ROM的工（二）带闪存flash的PIC18FXXX与UV—EPROM相比，flash闪存程序存储器采用“电擦除”技术，具有速度快，擦除次数多的优点。因此闪存ROM已经取代UV—EPROM，是当前广泛采用的模式；PIC18FXXX系列微控制器采用闪存ROM结构。擦除程序不用外加“擦除器”，但烧写程序时需要“程序烧写器”。在PIC产品中是以F为来表示的，如：PIC18F458等；当使用程序烧写器烧写程序时，首先要擦除旧程序然后烧写新程序。擦除和写入的过程是由编程器自动进行的。这类芯片适用于产品的研制阶段，需要不断修改、调试程序的场合。11/21/202238大连理工大学电工电子实验中心陈育斌（二）带闪存flash的PIC18FXXX与UV—EPROM（三）PIC单片机的OPT版本OPT（onetimeprogrammable）——一次性编程技术。在PIC产品中是以C为来表示OPT结构的，如：PIC16C432等;与闪存flash工艺结构的芯片相比，具有较低的制造成本。因此，适合当程序调试成功后进行大规模的生产的情况，这样可有效降低生产成本；OPT芯片只能进行一次编程，一旦程序烧写进去就永远无法修改。因此此类芯片不适合开发阶段的使用。11/21/202239大连理工大学电工电子实验中心陈育斌（三）PIC单片机的OPT版本OPT（onetimepr（四）PIC单片机的掩模版本所谓“掩模”技术是指：将编写好并调试成功的源程序代码直接交给生产微控制器的厂家，由芯片制造厂家在制造芯片的过程中将用户程序一同烧入的模式；在所有ROM的制造工艺模式中，“掩模”工艺是制造成本最低的一种方式，非常适合工厂对设备的批量生产。采用掩模技术制造的芯片是“专用”的芯片，不能用于其它项目。因此，掩模ROM工艺的单片机是针对某一产品生产的。11/21/202240大连理工大学电工电子实验中心陈育斌（四）PIC单片机的掩模版本所谓“掩模”技术是指：将编写好并1.5PIC微控制器的数据RAM和E2PROMRAM和E2PROM都是用来存储数据的。其中：RAM用于存储程序的“变量”，如系统采集的输入数据、处理运算的中间结果或者是程序的最终数据等。 RAM的大小影响着CPU处理数据的空间。一个大容量的RAM还可以使