PIC单片机的特点及应用

1 概述

Microchip公司生产的PIC16C72是一款基于EPROM的8位高性能微控制器。与其它价格相当的微控制器相比，它在执行速度和代码压缩方面都有很大的改进。由于随时可以买到需要的OPT（一次性编程）产品，因而缩短了利用PIC16C73进行产品设计开发的周期。

PIC16C73微控制器所具有的优越性能主要归功于它的精简指令集（RISC）和所采用的哈佛（Harvard）结构，它具有分离的程序储器空间（12位宽指令）和数据存储器空间（8位宽数据）。同时可运用两级流水线指令进行取数和执行，除了跳转指令需要两个周期外，其余所有的指令都可在单周期内执行。

PIC16C73分离的程序和数据空间可使指令字优化为任意宽度，从而使指令具有单字长的特性，且允许指令码的数据位数多于8位，这样，就可达到2：1的代码压缩和4：1的速度。

2 结构特点及工作原理

PIC16C73 PIC16xx系列微控制器中的一种，它由高性能RISC结构的CPU、存储器、I/O接口和复位电路等组成。其内部结构图如图1所示。



2.1 外部结构特点

PIC16C73是28脚双列直插式大规模集成芯片，其引脚排列如图2所示。各引脚功能如下：



OSC1/CLKIN：为晶体振荡器输入/外部时钟源输入引脚。
OSC2/CLKOUT：晶体振荡器输出/外部时钟源输出引脚。在晶体振荡器方式下，接晶体或陶瓷振荡器；在RC振荡方式，输出1/4fosc。   
MCLR/Vpp：芯片复位/编程电压输入脚，复位时，低电平有效。
RA0/AN0～RA5/AN4/SS：复用引脚，RA0～RA5为双向数据线；AN0～AN4为A/D输入输出通道；RA5～AN4/SS还可作为同步串口使用。
RB0～RB7：B口双向数据信号线，其引脚含有可控的弱上拉电阻。其中，RB4/INT可作为外部中断输入端；RB4～RB7可产生变化中断；RB6可作为串行编程的时钟端；RB7可作为串行编程的数据端。   
RC0～RC7：复用引脚，为C口双向数据信号线，C口引脚均为多功能复用引脚。
RC0/T1OS0/T1CK1可选择TMR1振荡器输出或TMR1时钟输入；
RC1/T1OS1/CCP2可作为TMR1振荡器输入或捕捉器2输入/比较器输出/PWH2输出；
RC2/CCP1可作为捕捉器1输入/比较器输出/PWH1输出；
RC3/SCK/SCL可作为同步串行时钟输入/SPI的I2C方式输入；
RC4/SDI/SDA可作为SPI数据输入（SPI）或数据I/O（I2C）；
RC6/SDO可作为SPI数据输出（SPI）；
RC6/TX/CK可以作为异步发送或SCI同步时钟线；
RC7/RX/DT可以作为异步接收或SCI同步数据线。

2.2 内部结构特点

a.高性能CPU

●仅35条单字指令，采用的时钟频率为20MHz，指令周期为200ns；
●具有8级深度的硬件堆栈；
●具有中断能力，有11个中断源；
●带有片内RC振荡器的看门狗（WDT）；
●具有程序保密位，可防止非法拷贝；
●具有低功耗SLEEP方式，功率低，采用高速CMOS EPROM工艺制造；
●可选择不同的振荡器方式；
●工作电压为3.0V～6.0V。

b.分离的程序和数据空间

该PIC器件带有13位程序存储器，最大寻址能力为8k×14位，用户存储空间（0000～0FFFh）共4k×14位。当访问大于以上地址范围的物理存储空间时，可采用滚动循环访问方式。

数据存储区分为每个存储体Bank0和Bank1，每个存储体又由通用寄存器和专用寄存器构成。当状态寄存器中的RP0位为0时，选中Bank0；RP0为1时选中Bank1。每个存储体最大可以扩展到7Eh（128个字节）。在每个存储体中，专用寄存器被安排在低空间，用SRAM实现的通用寄存器被安排在高地址空间。专用寄存器中含有A/D的寄存器。

c.完善的串行通信接口（SCI）

SCI利用RC6和RC7两个引脚来作为通信线的二线制串行通信接口。它们可被定义为三种方式：全双工异步方式、半双工同步主控方式和半双工同步从动方式。

SIC部件含有两个8位的可读写状态和控制寄存器，分别为发送和控制寄存器TXSTA、接收和控制寄存器RCSTA。

d.片内器件模块

●有3个定时/计数器和3个双向I/O口。
●含有16位捕捉/比较/PWM模块。其中捕捉器的最大分辨率为12.5ns；而比较器的最大分辨率为200ns；PWM的分辨率为10位。
●带有5路A/D转换器和A/D中断功能。

3 基于PIC16C73的智能售电系统

笔者在开发智能电表售电系统时，采用PIC16C73单片机设计了一个PIC通信通道来作为遥控器和PC机间的数据通信通道。将红外遥控器插入通信通道即可与PC机进行数据交换。首先，PIC通信通道取红外线遥控器中的用户识别码并送入PC机，由PC机的数据库管理模块完成用户的注册、注销和售电等工作；然后，再由PIC通信通道将PC机的RS232C串行通信接口输出的用户识别码及所售电量送入红外线遥控制中，最后再由红外线遥控器将售电量送入智能电表。该智能电表售电系统的功能结构框图如图3所示。



3.1 PIC通信通道的硬件系统设计

该智能电表售电系统的PIC通信通道的硬件电路结构如图4所示。PC机与PIC通信通道采用异步串行通信方式，但由于PC机的RS-232C串行通信接口传输的信号为CMOS电平，而PIC16C73的串行通信接口传输的信号为TTL电平，因而通信通道采用MAX-232芯片来完成信号电平的自动转换；而PIC通信通道与红外线遥控器则采用并行通信方式进行信息传输，此时，PIC16C73单片机使用RB口作为并行I/O口。为了能让用户认可售电信息，笔者专门设计了由MC14499芯片来完成7段显示器的硬件驱动显示电路。



3.2 PIC通信通道的软件设计

图5所示是PIC通信通道的软件系统功能框图。为确保PIC单片机与PC机之间以及PIC单片机与红外线遥控器之间能够准确的进行信息通信，双方制定了一个合理的、可行的通信协议。   



a.PIC16C73与PC机之间的通信协议

PIC16C73通信波特率为9600bps；通信采用查询方式，差错控制采用奇偶校验法；数据的帻格式为1位起止位、8位数据位、1位奇偶位、1位停止位；双方设置的握手信号如下：
“FFH”：为PC机请求接收信号；
“01H”：为PC机接收信号完毕；

b.PIC16C73与红外线遥控器的通信协议

PIC16C73与红外遥控器设置的握手信号为：
“00H”为红外线遥控器发送数据准备就绪；单片机接收数据准备就绪；
“FFH”为单片机发送数据准备就绪；红外线遥控器接收数据准备就绪；
“$”为数据传送结束标志。

4 结束语   

Microchip公司的PIC系列单片机具有实用、低价、易学、省电、高速和体积小等特点。该系列单片机不是单纯的功能堆积，而是以多型号来满足不同层次的需要，并可提供低价的OTP芯片。另外，该系列单片机还具有低功耗睡眠功能、掉电复位锁定、上电复位电路、看门狗电路等功能，而且外围器件少、占用空间小；成本低，保密技术也十分可靠，可最大限度地保护开发者的利益。因此，在工业控制、仪器仪表、计算机、家电等诸多领域具有极其广阔的发展前景。