PIC單片機原理

據(jù)統(tǒng)計，我國的單片機年容量已達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%。這說明單片機應用在我國才剛剛起步，有著廣闊的前景。培養(yǎng)單片機應用人才，特別是在工程技術人員中普及單片機知識有著重要的現(xiàn)實意義。

當今單片機廠商琳瑯滿目，產(chǎn)品性能各異。針對具體情況，我們應選何種型號呢？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結構的單片機數(shù)據(jù)線和指令線分時復用，即所謂馮.諾伊曼結構。它的指令豐富，功能較強，但取指令和取數(shù)據(jù)不能同時進行，速度受限，價格亦高。采用RISC結構的單片機數(shù)據(jù)線和指令線分離，即所謂哈佛結構。這使得取指令和取數(shù)據(jù)可同時進行，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，這種單片機指令多為單字節(jié)，程序存儲器的空間利用率大大提高，有利于實現(xiàn)超小型化。屬于CISC結構的單片機有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結構的有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、臺灣義隆的EM-78系列等。一般來說，控制關系較簡單的小家電，可以采用RISC型單片機；控制關系較復雜的場合，如通訊產(chǎn)品、工業(yè)控制系統(tǒng)應采用CISC單片機。不過，RISC單片機的迅速完善，使其佼佼者在控制關系復雜的場合也毫不遜色。

根據(jù)程序存儲方式的不同，單片機可分為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（片內無ROM，需片外配EPROM），對單片機的普及起了很大作用，但這種強調接口的單片機無法廣泛應用，甚至走入了誤區(qū)。如單片機的應用一味強調接口，外接I/O及存儲器，便失去了單片機的特色。目前單片機大都將程序存儲體置于其內，給應用帶來了極大的方便。值得一提的是，以往OTP型單片機的價格是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系列單片機有什么優(yōu)勢？

自從我95年接觸PIC單片機以來，便一直熱衷于這種單片機的開發(fā)與應用。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自己的看法。

1) PIC最大的特點是不搞單純的功能堆積，而是從實際出發(fā)，重視產(chǎn)品的性能與價格比，靠發(fā)展多種型號來滿足不同層次的應用要求。就實際而言，不同的應用對單片機功能和資源的需求也是不同的。比如，一個摩托車的點火器需要一個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，若采用40腳且功能強大的單片機，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單片機僅有8個引腳，是世界上最小的單片機，該型號有512字節(jié)ROM、25字節(jié)RAM、一個8位定時器、一根輸入線、5根I/O線，市面售價在3－6元人人民幣。這樣一款單片機在象摩托車點火器這樣的應用無疑是非常適合。PIC的高檔型號，如PIC16C74（尚不是最高檔型號）有40個引腳，其內部資源為ROM共4K、192字節(jié)RAM、8路A/D、3個8位定時器、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單片機具有獨特的RISC結構，數(shù)據(jù)總線和指令總線分離的哈佛總線（Harvard）結構，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結構的8位單片機相比，可以達到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OTP型芯片，可使單片機在其應用程序開發(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單片機開發(fā)系統(tǒng)的實時性是一個重要的指標，象普通51單片機的開發(fā)系統(tǒng)大都采用高檔型號仿真低檔型號，其實時性不盡理想。PIC在推出一款新型號的同時推出相應的仿真芯片，所有的開發(fā)系統(tǒng)由專用的仿真芯片支持，實時性非常好。就我個人的經(jīng)驗看，還沒有出現(xiàn)過仿真結果與實際運行結果不同的情況。

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，給應用帶來極大方便。

6) 徹底的保密性。PIC以保密熔絲來保護代碼，用戶在燒入代碼后熔斷熔絲，別人再也無法讀出，除非恢復熔絲。目前，PIC采用熔絲深埋工藝，恢復熔絲的可能性極小。

7) 自帶看門狗定時器，可以用來提高程序運行的可靠性。

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)應用場合還是能滿足需要的