PIC單片機(jī)原理

 
據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國的單片機(jī)年容量已達(dá)1－3億片，且每年以大約16%的速度增長，但相對 于世界市場我國的占有率還不到1%。這說明單片機(jī)應(yīng)用在我國才剛剛起步，有著廣闊的前景。培養(yǎng)單片機(jī)應(yīng)用人才，特別是在工程技術(shù)人員中普及單片機(jī)知識有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　當(dāng)今單片機(jī)廠商琳瑯滿目，產(chǎn)品性能各異。針對具體情況，我們應(yīng)選何種型號呢？首先，我們來弄清兩個概念：集中指令集（CISC）和精簡指令集（RISC）。采用CISC結(jié)構(gòu)的單片機(jī)數(shù)據(jù)線和指令線分時(shí)復(fù)用，即所謂馮.諾伊曼結(jié)構(gòu)。它的指令豐富，功能較強(qiáng)，但取指令和取數(shù)據(jù)不能同時(shí)進(jìn)行，速度受限，價(jià)格亦高。采用RISC結(jié)構(gòu)的單片機(jī)數(shù)據(jù)線和指令線分離，即所謂哈佛結(jié)構(gòu)。這使得取指令和取數(shù)據(jù)可同時(shí)進(jìn)行，且由于一般指令線寬于數(shù)據(jù)線，使其指令較同類CISC單片機(jī)指令包含更多的處理信息，執(zhí)行效率更高，速度亦更快。同時(shí)，這種單片機(jī)指令多為單字節(jié)，程序存儲器的空間利用率大大提高，有利于實(shí)現(xiàn)超小型化。屬于CISC結(jié)構(gòu)的單片機(jī)有Intel8051系列、Motorola和M68HC系列、Atmel的AT89系列、臺灣Winbond(華邦)W78系列、荷蘭Pilips的PCF80C51系列等；屬于RISC結(jié)構(gòu)的有Microchip公司的PIC系列、Zilog的Z86系列、Atmel的AT90S系列、韓國三星公司的KS57C系列4位單片機(jī)、臺灣義隆的EM-78系列等。一般來說，控制關(guān)系較簡單的小家電，可以采用RISC型單片機(jī)；控制關(guān)系較復(fù)雜的場合，如通訊產(chǎn)品、工業(yè)控制系統(tǒng)應(yīng)采用CISC單片機(jī)。不過，RISC單片機(jī)的迅速完善，使其佼佼者在控制關(guān)系復(fù)雜的場合也毫不遜色。
　　根據(jù)程序存儲方式的不同，單片機(jī)可分為EPROM、OTP（一次可編程）、QTP（掩膜）三種。我國一開始都采用ROMless型單片機(jī)（片內(nèi)無ROM，需片外配EPROM），對單片機(jī)的普及起了很大作用，但這種強(qiáng)調(diào)接口的單片機(jī)無法廣泛應(yīng)用，甚至走入了誤區(qū)。如單片機(jī)的應(yīng)用一味強(qiáng)調(diào)接口，外接I/O及存儲器，便失去了單片機(jī)的特色。目前單片機(jī)大都將程序存儲體置于其內(nèi)，給應(yīng)用帶來了極大的方便。值得一提的是，以往OTP型單片機(jī)的價(jià)格是QTP的3倍，而現(xiàn)在已降至1.5－1.2倍，選用OTP型以免訂貨周期、批量的麻煩是可取的。
二、PIC系列單片機(jī)有什么優(yōu)勢？
　　自從我95年接觸PIC單片機(jī)以來，便一直熱衷于這種單片機(jī)的開發(fā)與應(yīng)用。有不少朋友問我：PIC到底有什么優(yōu)勢？也許你也會有這樣的疑問，所以我在這里略談幾點(diǎn)自己的看法。
　　1) PIC最大的特點(diǎn)是不搞單純的功能堆積，而是從實(shí)際出發(fā)，重視產(chǎn)品的性能與價(jià)格比，靠發(fā)展多種型號來滿足不同層次的應(yīng)用要求。就實(shí)際而言，不同的應(yīng)用對單片機(jī)功能和資源的需求也是不同的。比如，一個摩托車的點(diǎn)火器需要一個I/O較少、RAM及程序存儲空間不大、可靠性較高的小型單片機(jī)，若采用40腳且功能強(qiáng)大的單片機(jī)，投資大不說，使用起來也不方便。PIC系列從低到高有幾十個型號，可以滿足各種需要。其中，IC12C508單片機(jī)僅有8個引腳，是世界上最小的單片機(jī)，該型號有512字節(jié)ROM、25字節(jié)RAM、一個8位定時(shí)器、一根輸入線、5根I/O線，市面售價(jià)在3－6元人人民幣。這樣一款單片機(jī)在象摩托車點(diǎn)火器這樣的應(yīng)用無疑是非常適合。PIC的高檔型號，如PIC16C74（尚不是最高檔型號）有40個引腳，其內(nèi)部資源為ROM共4K、192字節(jié)RAM、8路A/D、3個8位定時(shí)器、2個CCP模塊、三個串行口、1個并行口、11個中斷源、33個I/O腳。這樣一個型號可以和其它品牌的高檔型號媲美。
　　2) 精簡指令使其執(zhí)行效率大為提高。PIC系列8位CMOS單片機(jī)具有獨(dú)特的RISC結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)總線和指令總線分離的哈佛總線（Harvard）結(jié)構(gòu)，使指令具有單字長的特性，且允許指令碼的位數(shù)可多于8位的數(shù)據(jù)位數(shù)，這與傳統(tǒng)的采用CISC結(jié)構(gòu)的8位單片機(jī)相比，可以達(dá)到2:1的代碼壓縮，速度提高4倍。
　　3) 產(chǎn)品上市零等待（Zero time to market）。采用PIC的低價(jià)OTP型芯片，可使單片機(jī)在其應(yīng)用程序開發(fā)完成后立刻使該產(chǎn)品上市。
　　4) PIC有優(yōu)越開發(fā)環(huán)境。OTP單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性是一個重要的指標(biāo)，象普通51單片機(jī)的開發(fā)系統(tǒng)大都采用高檔型號仿真低檔型號，其實(shí)時(shí)性不盡理想。PIC在推出一款新型號的同時(shí)推出相應(yīng)的仿真芯片，所有的開發(fā)系統(tǒng)由專用的仿真芯片支持，實(shí)時(shí)性非常好。就我個人的經(jīng)驗(yàn)看，還沒有出現(xiàn)過仿真結(jié)果與實(shí)際運(yùn)行結(jié)果不同的情況。
　　5) 其引腳具有防瞬態(tài)能力,通過限流電阻可以接至220V交流電源,可直接與繼電器控制電路相連,無須光電耦合器隔離，給應(yīng)用帶來極大方便。
　　6) 徹底的保密性。PIC以保密熔絲來保護(hù)代碼，用戶在燒入代碼后熔斷熔絲，別人再也無法讀出，除非恢復(fù)熔絲。目前，PIC采用熔絲深埋工藝，恢復(fù)熔絲的可能性極小。
　　7) 自帶看門狗定時(shí)器，可以用來提高程序運(yùn)行的可靠性。
　　8) 睡眠和低功耗模式。雖然PIC在這方面已不能與新型的TI－MSP430相比，但在大多數(shù)應(yīng)用場合還是能滿足需要的。