PIC單片機應用設計與實(shí)例

1.引言
在微控制器(Microcontroller)應用領(lǐng)域日益廣泛的今天，各個(gè)領(lǐng)域的應用也向微控制器廠(chǎng)商提出了更高要求，希望速度更快、功耗更低、體積更小、價(jià)格更廉以及組成系統時(shí)所需要的外圍器件更少；隨著(zhù)越來(lái)越多的各種非電子工程技術(shù)人員的應用需求，他們想把微控制器作為嵌入式部件應用到自己熟悉的領(lǐng)域中，還提出簡(jiǎn)單易學(xué)易用的要求。用戶(hù)的需求就是廠(chǎng)商的市場(chǎng)和動(dòng)力，老的半導體廠(chǎng)商順應潮流不斷推出新品種，新的半導體廠(chǎng)商則后來(lái)居上，把越來(lái)越多的外圍接口器件集成到片內，功能越來(lái)越強、性能越來(lái)越高。迄今至少也有35家國外半導體廠(chǎng)商的微控制器進(jìn)入中國市場(chǎng)。在這眾多的五彩繽紛的微控制器中，美國Microchip技術(shù)公司的PIC系列微控制器則異軍突起，獨一幟。它率先推出采用精簡(jiǎn)指令集計算機(RISC--Reduced Instruction Set Computer)、哈佛(Harvard)雙總線(xiàn)和兩級指令流水線(xiàn)結構的高性能價(jià)格比的8位嵌入式控制器(Embedded Controller)。其高速度（每條指令最快可達160ns）、低工作電壓（最低工作電壓可為3V）、低功耗(3V,32kHz時(shí)15μA)、較大的輸入輸出直接驅動(dòng)LED能力(灌電流可達25mA)、一次性編程(OTP--One Time Programmable)芯片的低價(jià)位、小體積、指令簡(jiǎn)單易學(xué)易用(35--37條指令)等，都體現了微控制器工業(yè)發(fā)展的新趨勢。
這個(gè)系列的微控制器在市場(chǎng)上極具強勁的競爭力，在全球都可以看到PIC微控制器在從辦公自動(dòng)化設備、消費電子產(chǎn)品、電訊通信、智能儀器儀表到汽車(chē)電子、金融電子、工業(yè)控制等不同領(lǐng)域的廣泛應用。PIC系列微控制器在世界微控制器市場(chǎng)份額排名中逐年提前，以至已成為一種新的8位微控制器的世界標準和最有影響力的主流嵌入式控制器。大家會(huì )發(fā)現，在國內目前仍然是Intel的MCS-51系列及其兼容的單片機占絕對主流地位，原因是該系列單片機引進(jìn)歷史最長(cháng)，在國內應用一直繁榮而面廣，參考資料相對豐富，使用慣性使然。

2.PIC系列微控制器系統擴展技術(shù)
系統擴展有兩類(lèi)不同的方法，一類(lèi)是并行擴展，另一類(lèi)是串行擴展。
對于并行擴展，目前使用的微處理器和微控制器絕大部分都采用總線(xiàn)結構，無(wú)論進(jìn)行存儲器擴展還是I/O接口擴展，都是利用數據總線(xiàn)、地址總線(xiàn)和控制總線(xiàn)這三總線(xiàn)來(lái)擴展。因為這個(gè)系列的微控制器的設計是基于真正的單片機應用，芯片引腳并未安排三總線(xiàn)。但是可以利用接口電路仿真三總線(xiàn)。任何一種微控制器，只要有足夠多的I/O接口可用，就可以用一個(gè)8位I/O口作為8位I/O口仿真16位的地址線(xiàn)(實(shí)際上還可以根據需要擴展成任意位數據線(xiàn)和地址線(xiàn))。當然這種方法占用I/O口資源太多，顯得不經(jīng)濟。另外一種可用的方法就是模仿Intel的8031擴展方法，占用一個(gè)8位鎖存器將地址信號分離出來(lái)；再根據需要擴展器件尋址范圍的大小，用另外一個(gè)I/O口的若干位作為高位地址線(xiàn)。需要擴展的器件就可以與這三總線(xiàn)相應信號相連。當需要對擴展器件進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)時(shí)，即可以在高8位地址線(xiàn)的I/O口先輸出高位地址，再從分時(shí)復用的I/O口輸出低8位地址，并用另外一個(gè)I/O線(xiàn)作為地址鎖存允許信號線(xiàn)ALE去控制鎖存器，鎖存住8位的低位地址。這時(shí)就可對尋址單元進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。下面的并行擴展都采用這個(gè)方案。

對于串行擴展，比較簡(jiǎn)單，因為在PIC16CXX系列芯片中已有同步串行口部件SSP，可以直接進(jìn)行I2C方式、SPI方式串行通信，另外還有異步通信接口USART。在PIC16C5X系列芯片中沒(méi)有串行通信部件，但是可以用軟件仿真實(shí)現?！?
PIC系列微控制器系統擴展技術(shù)有：1、數據存儲器擴展，（1）并行數據存儲器擴展（2）串行數據存儲器擴展，例如，二總線(xiàn)EEPROM和三總線(xiàn)EEPROM同串行EEPROM，PIC16C5X與24XXXX系列串行EEPROM的接口，擴展I2C總線(xiàn)協(xié)議所規定地址空間技術(shù)－16C54與24LC65的接口方法和編程，16C5X與四線(xiàn)制串行EEPROM芯片93LC46的接口方法和編程，16CXX SPI接口和93LCXX的接口。2、PIC系列微控制器的I/O口擴展（1）74系列TTL集成電路芯片擴展技術(shù)（2）可編程并行接口擴展技術(shù)（3）用PIC16C5X實(shí)現數字電位器的功能（4）人機對話(huà)的鍵盤(pán)、LED數碼顯示、LCD驅動(dòng)擴展，用PIC16C57直接擴展LED數碼管和鍵盤(pán)，用PIC16C54/56擴展LED數碼管和鍵盤(pán)，用PIC系列微控制器直接驅動(dòng)LCD顯示器。3、中斷系統的擴展和實(shí)現，（1）軟件中斷技術(shù)（2）PORTB口作外部中斷。4、I2C總線(xiàn)接口與串行通信，（1）I2C總線(xiàn)軟件設計及其子程序（2）異步串行通信的軟件實(shí)現（3）PIC16CXX系列異步串行通信中斷驅動(dòng)的軟件實(shí)現
3、PIC系列微控制器應用系統開(kāi)發(fā)及其常用工具
單片機應用系統的開(kāi)發(fā)，用單片機開(kāi)發(fā)設計制作的應用系統或產(chǎn)品，與純粹用硬件電路實(shí)現的裝置不一樣。這是因為除了相應的硬件電路外，其關(guān)鍵在于應用系統軟件的開(kāi)發(fā)，而單片機本身并沒(méi)有軟件開(kāi)發(fā)功能。編寫(xiě)的應用程序如何調試和修改？怎么能高效率地找出應用系統硬件和軟件中的錯誤？又如何把最后調試好的程序固化到單片機片內程序存儲器中？這些需要相應的開(kāi)發(fā)工具，稱(chēng)為開(kāi)發(fā)系統。主要包括單片機匯編語(yǔ)言編譯器、在線(xiàn)實(shí)時(shí)仿真器ICE(Incircuit Emulator) 、非在線(xiàn)仿真器(軟件模擬仿真器Simulator)、編程器、EPROM擦除器等。硬件調試還可能用到邏輯分析儀等。
　 系統開(kāi)發(fā)常用工具有：1、PIC匯編器（1）PICASM匯編程序（2）MPALC匯編程序（3）MPASM宏匯編程序（4）MPASM匯編語(yǔ)言。2、軟件仿真器MPSIM。3、實(shí)時(shí)在線(xiàn)硬件仿真器，（1）實(shí)時(shí)在線(xiàn)仿真器PICMATE（2）EasyPack-PIC 16F高級仿真器。4、單片機內置程序存儲器編程器，（1）PICPROG編程器（2）PRO MATE編程器

4、MPLAB集成開(kāi)發(fā)環(huán)境(IED)軟件
MPLAB是適用于Microchip Technology公司PIC16/17微控制器系列的、基于Windows的、易學(xué)易用的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境(IDE--Intergrated Development Environment)。這種集成開(kāi)發(fā)環(huán)境使應用系統開(kāi)發(fā)工程師可以即方便又靈活地編輯、匯編、仿真、開(kāi)發(fā)利用和調試查錯。
MPLAB集成開(kāi)發(fā)環(huán)境軟件集成了下列開(kāi)發(fā)工具。（1）工程項目管理程序(Project Manager)（2）MPLAB編輯程序(MPLAB Editor)（3）MPLAB匯編程序(MPLAB Assembler)（4）MPLAB－SIM軟件模擬程序(MPLAB-SIM Software Simulator)（5）PICMASTER硬件在線(xiàn)仿真器(PICMASTER Emulator)，還有其它工具等。

5、PIC系列微控制器的應用實(shí)例
PIC系列微控制器的應用范圍很廣，例如：1、交流數字電壓表 2、電力周波表 3、閃光報警器 4、帶有世界時(shí)鐘的賓館移動(dòng)式客房控制器 5、用PIC16C71控制的不間斷電源 6、用PIC單片機產(chǎn)生均勻分布的隨機數 7、用PIC17C42實(shí)現4階IIR數字濾波器 8、用PIC17C42實(shí)現FFT算法 9、即熱式熱水器溫度控制器 10、標準并行接口漢字熱敏微型打印機 11、PIC16CXX片內I2C總線(xiàn)接口的應用。