PIC单片机16F84的内部硬件资源

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　　成都　卫东

　　知识竞赛试题：
　　21根据本版左下文介绍，请以表的形式列出PIC16C8X单片机(有两个存储体和A、B两口)至少11个专用寄存器的名称和地址。

4 I/O口
　　单片机作为一个控制器件必定有数据输入和输出。输入量可能是温度、压力、转速等，而输出量可能是开关量和数据，以保证受控过程在规定的范围内运行。数据的输入和输出都需通过单片机内部有关电路，再与引脚构成输入/输出(I/O)端口。PIC16F84单片机芯片有两个I/O端口(PROTA和PORTB)。端口A为5位口，端口B为8位口，共占用13位引脚。每个端口由一个锁存器(即数据存储器中的特殊功能寄存器05H、06H单元)、一个输出驱动器和输入缓冲器等组成。当把I/O口作输出时，数据可以锁存；作输入口时，数据可以缓冲。
　　16F84 PORTA口中的RA4是斯密特触发输入、漏极开路输出。而其它的RA口引脚都是TTL电平输入和全CMOS驱动输出。端口PORTB是一个八位双向可编程I/O口。各端口虽然也由锁存器、驱动器、缓冲器等构成，但因功能略有不同而导致电路亦存在差别。现以PORTA口的RA0 ～RA3的电路(见左图)为例，说明其基本工作原理。
　　图中RA口的I/O引脚是由数据方向位(寄存器TRISA)来定义数据流向。当TRISA寄存器的位置为“1”时，其输出驱动器(由P沟道和N沟道MOS管串接而成)呈高阻态，即两个MOS管均截止，I/O口被定义为输入。此时，数据由I/O端输入，经TTL输入缓冲器到D触发器。当执行读指令时，此D触发器使能，数据经三态门进入数据总线。
　　当TRISA的位置为“0”时，I/O口被定义为输出，此时输出锁存器的输出电平就是I/O口的输出电平。
　　读PORTA寄存器的结果就是读取I/O引脚上的电平，而写PORTA寄存器的结果是写入I/O锁存器。所有的写I/O口的操作都是一个“读入/修改/写入”的过程，即先读I/O引脚电平，然后由程序修改(按要求给定一个值)，再置入I/O锁存器。
　　PIC16F84单片机的输出可提供20mA的电流，所以它可直接驱动LED。PORTA和PORTB各个位均可分别定义为输入和输出。下面以PORTA口初始化程序的实例，说明选择I/O口的方法。
　　CLRF PORTA；端口A被清零
　　BSF STATUS；状态寄存器STATUS的RPO位置为1，选BANK1。
　　MOVLW 0xCF；将定向值
　　　　　　　　；11001111置入W工作寄存器
　　MOVWF TRISA；置RA(3～0)位为输入
　　　　　　　　；RA 54位为输出
　　　　　　　　；TRISA 76位未用
　　在使用I/O口时应注意：
　　(1)当需要一个I/O口一会做输入、一会又做输出时，输出值会不确定。
　　(2)I/O引脚输出驱动电路为CMOS互补推挽输出。当其为输出状态时，不能与其它输出脚接成“线或”或“线与”，否则，会因电流过载烧坏单片机。
　　(3)当对I/O口进行写操作后不宜直接进行读操作，一般要求在两条连续的写、读指令间至少加入一条NOP指令。
　　例：MOVWF 6 ；写I/O
　　　NOP；稳定I/O电平
　　　 MOVF 6，W；读I/O
　　5堆栈
　　单片机执行程序时，常常要执行调用子程序。这样就产生了一个问题：如何记忆是从何处调用的子程序，以便执行子程序之后正确返回。此外，在程序执行过程中，还可能会发生中断，转而执行中断子程序，这时，又如何记忆从何处中断，以便返回呢?
　　满足上述功能的方法就是“堆栈”技术。
　　“堆栈”是一个用来保存临时数据的栈区。当主程序调用子程序时，单片机执行到CALL指令或发生中断时，就自动将下一条指令的地址“压栈”保存到栈区。当子程序结束，单片机执行返回指令时，就自动地把栈区的内容“弹出”，作为下步指令执行的新地址。
　　PIC16F84单片机芯片内有一个8级13位宽(与PC同宽)的硬件堆栈，此堆栈既不占用程序存储空间，也不占用数据存储空间。当执行一条CALL指令或一个中断被响应后，程序计数器PC中的断点地址就自动被压栈(PUSH)保护，而当执行RETURN、RETLW或者RETFIE指令时，堆栈中的断点地址会弹回(POP)程序计数器PC中。无论是PUSH还是POP操作，都不影响PCLATH寄存器的内容。　　成都　卫东　
　　知识竞赛试题：
　　19简述PIC单片机I/O口的功能。
　　20PIC16C64A/RL64与PIC16C65的管脚数相等，管脚功能相近，但PIC16C64A/RL64的{16}脚无CCP2、{25}脚无TX/CK、{26}脚无RX/DT等功能，试绘出PIC16C64A/RL64的管脚功能图。

　7 延时和定时
　　在设计单片机应用系统时，经常会遇到需要使某一过程（如加温、加压等）持续一段时间的情况，如连续加压1分钟，通电2分钟等。单片机如何正确确定这段时间呢？这里可通过两种方式，即延时和定时来实现。试看下例。
　　在应用系统中要求PIC16F84单片机的RAO端控制一个发光二极管按一定频率闪亮，可通过右图的电路来实现。同时还必须为16F84单片机编制一个程序。由电路图可知，要使发光二极管LED按一定的频率闪亮，只要使RAO端输出一个变化的高→低→高……电平即可。由此设计出如下的源程序（清单1）：
　　list P=16F84，F=INHX8M
　　；……
　　　　 ORG 　 0
　　　　 MOVLW 0 ；主程序开始
　　　　 TRIS　 5　　；置RA口为输出
　　　　 BCF 　 5，0 　；RA口0位清零
　　LOOP：CALL 　DELAY；闪动延时
　　　　 COMF 5　　；RA口求反，亮—灭交替
　　　　 GOTO LOOP 　；循环
　　；……
　　DELAY　　　　　；以下为延时子程序
　　　　　 MOVLW　　D′50
　　　　　 MOVWF 　　8
　　LOOP1：MOVWF 　　9
　　LOOP2：DECFSZ 　　9，F
　　　　　 GOTO 　　LOOP2
　　　　DECFSZ 　　8，F
　　　　　GOTO 　　　LOOP1
　　RETLW 　　　　　0
　　由清单1可知，当主程序开始时，首先将工作寄存器W清零，然后将W寄存器的内容送TRISA寄存器，使其清零，以设置RA口为输出。接着又将RA口的第5位清零，使LED开始时处于熄灭状态。随之持续一段时间，即执行延时子程序，再将RA口取反，变为高电平输出，LED发光，再延时，又使RA口取反，LED熄灭……。这样，LED就一暗一亮，持续交替进行。
　　在这里，使LED亮、暗持续一段时间是通过单片机执行延时子程序DELAY来实现的。此延时程序的核心就是让单片机的CPU反复执行使寄存器内容减1的指令DECFSZ。即将十进制数50分别装入通用寄存器F8、F9，以进行50×50=2500次的减1操作。如果执行一次DECFSZ指令需1个指令周期（跳转时需2个周期），若设振荡频率为100kHz，即指令周期为40μs，则延时时间为2500×40=100000μs=100ms，即01秒。实际上还略为大些。此延时时间已超过人眼的视觉保留时间。因而能看清LED的明、暗交替变化。
　　如果我们需要更长的延时时间，可仿照上例，装入更大的数或引入多重循环。因此，在原则上，延时时间可根据需要任意延长。
　　不过，采用延时程序来持续某一过程的方式有缺陷。延时就是使CPU在某几条指令上“转圈”，延时越长，“转圈”数越多，这时，CPU不能再去执行其它操作，如监视温度、湿度等。这在某些实时控制系统中，不允许这样做。为此，在单片机16F84单片机中，专门设置了一个“闹钟”——定时器TMR0。需要某过程延续多长时间，可将其“拨入”TMR0，到时它会发生“中断”，告诉CPU定时时间到。要CPU暂停其它工作，转过来执行“中断子程序”，完成输出开、关信号之类的任务后，再回去执行其中断的工作。这样，就使CPU的工作效率提高。因而，延时的使用有局限性，采用定时器TMR0则可用于各种场合中。8 中断
　　PIC单片机16F84具有实时处理功能，能对外界异常发生的事件由中断技术作及时处理。
　　当单片机的CPU正在处理某事件时，若外部发生了某一事件(如定时器溢出、引脚上电平变化)，请求CPU迅速去处理，于是CPU就暂时中止当前的工作，转去处理所发生的事件。中断处理完该事件后，再回到原来被中止的地方，继续执行原来的工作，如图1所示。实现这种功能的部件称为中断系统。产生中断的请求源称为中断源。中断源向CPU提出的处理请求，称为中断请求或中断申请。CPU暂时中断自身的事务，转去处理事件的过程，称为CPU的中断响应过程。对事件的整个处理过程，称为中断服务(或中断处理)。处理完毕，再回到原来被中止的地方，称为中断返回。
　　PIC16F84单片机芯片有4种中断源，其逻辑电路如图2所示。

　　9中断控制
　　中断主要由中断控制寄存器INTCON(图3)来控制。INTCON是一个可读/写寄存器，含有定时器TMRO溢出、RB口的变化和外部INT引脚中断等各种允许控制和标志位。
　　全局中断允许位GIE(D7)置1，将开放所有未被屏蔽的中断，如将该位清零，将禁止所有的中断。在响应中断时，GIE位将被清零，以禁止其它中断，返回的断点地址被压栈保护，接着把中断入口地址0004h装入程序计数器PC。在中断服务程序中，通过对中断标志位进行查询，确定中断标志位必须在重新开放中断之前用软件清零，以避免不断地中断申请而反复进入中断。
　　(1)INT中断。RBO/INT引脚上的外部中断由边沿触发，当INTEDG位(OPTION寄存器第6位)被置1时，选用上升沿触发，如该位被清零，则由下降沿触发。当检测到引脚上有规定的有效边沿时，便把INTE位(INTCON的D4位)置1。在重新开放这个中断之前，必须在中断服务程序中对INTE位清零。　　(2)TMRO中断。当定时器TMRO的计数器计满溢出(即由FFH变成00H)时，硬件自动把TOIF(INTCON的D2位)置1。其中断可以通过对TOIE(INTCOND的D5位)置1或清零来控制该中断是否开放。
　　(3)PORTB口引脚电平变化中断。在PORTB口的D7～D0引脚上一旦有电平变化，就会把RBIF(INTCON的D0位)置1。这个中断可以通过对RBIE(INTCON的D3位)置1或清零来控制该中断是否开放。
　　(4)中断的现场保护。在发生中断时，只有返回断点的地址被压栈保护。若用户还希望保护关键的寄存器(如W寄存器和STATUS寄存器)。这需要由软件来实现。有关中断的现场保护，请参看本报第15期有关PIC单片机指令识读中的实例。

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