PIC单片机16F84的内部硬件资源

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上期笔者介绍的PIC16F84单片机点亮一只发光二极管的源程序实例是为了说明PIC单片机16F84具体应用时的基本格式。
　　现在我们已经知道要单片机工作，就需用汇编语言编制程序。而对某个PIC单片机编程时，还需对选用的PIC单片机内部硬件资源有所了解。这里介绍PIC16F84单片机的内部结构，如图1所示的框图。由图1看出，其基本组成可分为四个主要部分，即运算器ALU和工作寄存器W；程序存储器；数据存储器和输入/输出(I/O)口；堆栈存储器和定时器等。现分别介绍如下。
　　1运算器ALU及工作寄存器W
　　运算器ALU是一个通用算术、逻辑运算单元，用它可以对工作寄存器W和任何通用寄存器中的两个数进行算术(如加、减、乘、除等)和逻辑运算(如与、或、异或等)。16F84是八位单片机，ALU的字长是八位。在有两个操作数的指令中，典型的情况是一个操作数在工作寄存器W中，而另一个操作数是在通用寄存器中，或者是一个立即数。在只有一个操作数的情况下，该数要么是在工作寄存器W中，要么是在通用寄存器中。W寄存器是一个专用于ALU操作的寄存器，它是不可寻址的。
　　根据所执行的指令，ALU还可能会影响框图中状态寄存器STATUS的进位标志C、全零标志Z等。
　　2程序存储器
　　单片机内存放程序指令的存储器称为程序存储器。PIC16F84的所有指令字长为14位。所以程序存储器的各存储单元是14位宽。一个存储单元存放一条指令。16F84的程序存贮器有1024(28)个存储单元(存储容量为1k)。这些程序存储器都是由FPEROM构成的。
　　程序存储器是由程序计数器PC寻址的。16F84的程序计数器为13位宽，可寻址8K(8×1024)的程序存储器空间，但16F84实际上只使用了1k的空间(单元地址为0～3FFH)。当访问超过这些地址空间的存储单元时，将导致循环回到有效的存储空间。
　　对于用过其它单片机的用户，可能会感到16F84的片内存储器容量太少了。实际上并非如此，因为16F84的指令系统都是由单字指令构成的，相应于其它由二字节、三字节甚至四字节指令的单片机而言，PIC单片机的程序存储器有效容量要比标称值扩大25倍到3倍。

成都　卫东

　　知识竞赛试题：
　　15简述PIC系列单片机助记符指令中操作数f、d、b、k取值的可能范围，并简要说明其依据。
　　16指出PIC16F84单片机框图(上文图1)中寄存器的类型和不能访问的寄存器名称?

3 数据存储器
　　在单片机PIC16F84中，除了有存放程序的程序存储器外，还有数据存储器。单片机在执行程序过程中，往往需要随时向单片机输入一些数据，而且有些数据还可能随时改变。在这种情况下就需用数据存储器。由于数据存储器不但要能随时读取存放在其各个单元内的数据，而且还需随时写进新的数据，或改写原来的数据。因此，数据存储器需由随机存储器RAM构成。RAM存储器在断电时，所存数据随即丢失，这在实际应用中有时会带来不便。但是，在16F84单片机中有64×8位E2PROM数据存储器。存放在E2PROM中的数据在断电时不会丢失。
　　16F84单片机中的RAM数据存储器如表1所示，该RAM分为两个存储体：即存储体0(Bank0)和存储体1(Bank1)。每个存储体均可以直接用内部总线传送信息，所以它们都是以寄存器方式工作和寻址。这些八位寄存器，又可分为通用寄存器和专用寄存器两个部分。通用寄存器存放数据，专用寄存器存放控制单片机运作的信息。每个存储体最大可扩展到7FH(128个字节)。在每个存储体中，专用寄存器被安排在低位地址空间，通用寄存器被安排在高位地址空间。
　　通用寄存器用法单一，但专用寄存器却各有各的用处，现将较基本的专用寄存器作一简单介绍。
　　(1)程序计数器(PCL、PCLATH)。程序计数器PC是对程序进行管理的计数器。PIC16F84的程序计数器为13位宽，最大可寻址的存储空间为8k×14位。实际上16F84只使用前1k×14位(0000～03FFH)存储空间。因程序计数器有13位宽，而专用寄存器只有8位。因此PC由两个专用寄存器构成。其低八位PCL是一个可读/写寄存器(地址为02H或82H)，而高字节PCH(有效位5位)不能直接进行读/写操作，它是通过一个8位的保持寄存器PCLATH(地址为0A或8AH)把高5位地址传送给程序计数器的高字节。当执行CALL、GOTO指写PCL时，PC值的高字节就从PCLATH寄存器中装入。
　　(2)状态寄存器STATUS。状态寄存器STATUS含有算术逻辑单元ALU运算结果的状态(如有无进位等)、复位状态及数据存储体选择位。有关位位的设定如表2所示，功能如下：
　　1)第0位。进位/借位位C。执行加、减运算指令
表2　　
　IRP　RP1　RP0　TO　PD　Z　DC　C
后，若结果有进位或借位，则C被置1，否则置0。在执行移位指令时，也要用到这一位。
　　2)第1位。辅助进位/借位位DC。执行加、减运算指令后，若结果的低四位向高四位有进位或借位，则DC置1，否则置0。
　　3)第2位。零标志位运算结果为零，Z被置1；运算结果不为零，Z被清零。
　　4)第3位。低功耗标志位PD。上电复位或执行CLRWDT指令后置1，执行SLEEP指令后被清零。
　　5)第4位。定时时间到标志位TO。上电复位或执行CLRWDT、SLEEP指令后被置1，监视定时器的定时时间到被清零。
　　6)第5位和第6位(RP0、RP1)。这两位是用于直接寻址时的寄存器体选择位。即00——选中Bank0(00H～7FH)；01——选中Bank1(80H～FFH)，16F84只有两个存储体。故10、11不用。
　　7)第7位IRP。这是间接寻址的寄存体选择位。0——选中Bank0、1(00H～FFH)，1——选中Bank2、3。16F84只有Bank0、1，所以此IRP位应被置为0。
　　(3)间接寻址INDF和FSR寄存器
　　INDF寄存器不是一个物理寄存器，而是一个逻辑功能的寄存器(地址为00H或80H)，当对INDF寄存器进行寻址时，实际上是访问FSR寄存器内容所指的单元，即把FSR寄存器作为间接寄存器使用。FSR称为“寄存器选择”寄存器，地址为(04H或84H)。对INDF寄存器本身进行间接寻址访问，将读出FSR寄存器的内容，例如当FSR=00H时，间接寻址读出INDF的数据将为00H。用间接寻址方式写入INDF寄存器时，虽然写入操作可能会影响STATUS中的状态字，但写入的数据是无效的。 6定时器/计数器TMRO
　　PIC单片机16F84中有一个定时器，此定时器也可用于计数，因此称为定时器/计数器，符号为TMRO。TMRO可用于定时控制、延时、对外部事件计数和检测等场合。TMRO是一个8位增量(加1)计数器。它在数据存贮器中的地址为01。定时器所用的时钟源可以是内部系统时钟(OSC/4，即四倍振荡周期)，也可以是外部时钟。若TMRO对内部系统时钟的标准脉冲系列进行计数时，就成为定时器；对外部脉冲进行计数时TMRO就成为计数器。
　　不管是定时还是计数方式，TMRO在对内部时钟或对外部事件计数时，都不占用CPU时间，除非TMRO溢出，才可能中断CPU的当前操作。可见，定时器是单片机16F84中效率高且工作灵活的部件。
　　为了扩大定时或计数的范围，配合TMRO的使用，还有一个可编程预定标器。此定标器实际上是一个可编程分频器。
　　TMRO的内部结构示意图如附图所示。其工作方式由数据存储器中的项选寄存器OPTION控制。OPTION是一个可读/写的寄存器，如附表所示。它含有配置TMRO/WDT预定标器、外部INT中断、TMRO等的各种控制位。
　　TMRO的定时、计数方式是由OPTION寄存器中的D5(即TOCS位)确定。当TOCS=0时，工作于定时器方式；当TOCS=1时，工作于计数器方式。作定时器时，每个指令周期加1(无预分频时)；而作计数器时，则在每个RA4/TOCKI引脚上电平变化时加1。OPTION寄存器的位4(TOCS位)决定外部脉冲的触发方式，当TOSE=1，下降沿触发；TOSE=0，上升沿触发。当TMRO内部计数器发生计数溢出(从FFh→00h)时，溢出位送入中断控制寄存器INTCON。
　　由附图可知，预分频器也是一个8位计数器。其分频数是由OPTION寄存器中的PS2～PS0三位值来改变。分频数可以是以下8种之一：1∶1、1∶2、1∶4、1∶8、1∶16、1∶32、1∶64和1∶128。
　　当分频器用于TMRO时，所有写入TMRO的指令，如CLRF 1、MOVWF 1、BSF 1、等都将对预分频器清零。需要注意的是，预分频器是不能读写的。此分频器可用于TMRO，也可用于WDT，其切换由软件控制。为了避免意外的芯片复位，当需要切换时，必须执行相应的一段程序，以下是从WDT切换到TMRO时所需执行的程序：
　　CLRWDT　　　　；
　　　　　　　　　　　　对WDT和预定标器清零
　　BSF 　STATUS，RP0 ；选中存储体1
　　MOVLWB′xxxx0xxx′；PSA=0，选中TMRO
　　MOVWFOPTION　　；送入OPTION寄存器
　　BCF　STATUS，RP0；复位存储体0

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