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2 一. 高性能的 RISC 结构 CPU 1. 哈佛双总线结构程序总线和数据总线独立, 避免了瓶颈现象. 2. RISC 指令集 ( 精简指令集 ) 具有指令 33/35/58 条, 因此易学易用. 3. 指令周期大部分为单周期指令 ( 分支指令除外 ).

3 4. 执行速度大部分指令周期在 (200ns-1us) PIC17XX 是目前执行速度最快的 8 位单片机 5. 多级硬件堆栈可为 级 6. 寻址方式直接 简接 相对等方式寻址 7. 功能完备的存储器 PIC 单片机均含有程序存储器和数据存储器有的还含有 E 2 PROM 数据存储器.

4 二. 丰富的功能部件 1. I/O 引脚驱动电流大 I/O 引脚驱动电流达 25mA, 可直接驱动 LED 2. I/O 脚可双向独立编程设置 3. 1~4 个 8/16 位的定时器 / 计时器 / 分频器 8 位预分频或后分频或 8 位周期寄存器一个自振式的看门狗定时器 WDT 4. 并行通信口中级以上 PIC 可以将某个双向 I/O 口当作 8 位并行口使用.

5 5. 多种串行通讯接口支持 I 2 C/SPI 及 SCI/USART 操作, 可以满足各种通信规程的要求. 6. 内置 A/D 转换器某些中级产品内置 4~8 通道 8 位 A/D 转换器, 有的高级产品具有 12 路 10 位 A/D 转换器. 7. 具有 1-2 个内置比较器. 8. CCP( 捕捉 / 比较 /PWM) 接口中高级产品具有 1~4 路 CCP 接口. 9. 某些产品具有 LCD 显示接口.

6 三. 微控制器特征 1. 内置上电复位 POR 电路上电延时时序, 复位定时器 种可选择的振荡方式 RC LP XT HS 3. 程序保密位可以防止程序代码的非法拷贝. 4. 低功耗睡眠方式耗电量小于 1uA. 可用几种方式唤醒 CPU. 5. 内置掉电复位锁定电路对供电电压进行检测, 避免了系统失控. 6. 内置上电定时器 PWRT 保障工作电压的稳定建立.

7 7. 内置振荡启动定时器保证建立稳定的振荡. 8. 多种中断源. 外部 INT 触发中断定时器 TMR0 溢出中断端口 B 电平变化中断 CCP 中断 SCI 中断 SSP 中断 A/D 中断 E 2 PROM 写完成中断

8 四.CMOS 电气工艺特性 1. 低功耗, 用于电池供电的产品中 5V,4MHz 3V,32kHz Sleep 摸式 2. 宽工作电压范围 2.5V~5V 3. 工作温度范围宽 商用级 0~70 0 C 工业级 -40~85 0 C 汽车级 -40~125 0 C

9 PIC 单片机的 4 种类型按程序存储器类型, 可划分为 OTP E 2 PROM FLASH 存储器及掩膜 ROM 等四种类型 PIC 单片机的三个层次 ( 按性能分 ) 1. 基本级 : 12 位指令系统,8 位数据线, 常用于嵌入式控制. 典型器件如 PIC16C57 等. 2. 中级 : 14 位指令系统,8 位数据线. 多级中断. 常用于各种高. 中. 低档电子产品, 典型器件如 PIC16C74 等. 3. 高级 : 16 位指令系统,8 位数据线, 多级中断. 常用于高精度电机控制. 工业过程控制等. 典型器件如 PIC17XX.PIC18XX 等.

10 一 PIC 单片机的硬件结构特点 : 1. 指令总线与数据总线分离的哈佛结构. 在 PIC 系列单片机中, 程序和数据是从不同的存储器中通过独立的总线存取的, 因此改善了冯. 诺伊曼结构的带宽 相互分离的指令总线和数据总线使得指令位宽可以不同于 8 位数据总线. 指令宽度为 (12/14/16) 位, 使得所有的指令都为单字节指令, 在一个机器周期内就可以完成操作.

11 2. 流水作业的指令运行方式指令周期由 4 个机器周期 Q1~Q4 组成, 执行指令贯穿在 Q1~Q4 四个节拍中, 取指和执行各占一个指令周期 由于采用了哈佛结构, 就有可能在执行一条指令的时候, 取出下一条指令, 即采用流水作业方式取出指令和执行指令. 这样以来, 每条指令执行时间等效为一个指令周期 PIC 单片机指令的流水作业方式, 也是 RISC 结构单片机的特点, 使 PIC 单片机的运行速度比一般单片机提高了数倍.

12 二 PIC16F874/877 的内部结构 程序存储器 程序总线 14 指令寄存器 指令译码及控制 OSC1/CLKIN OSC2/CLK OUT 时序发生器 13 程序计数器 8 级堆栈 (13bit) 上电定时器起振定时器上电复位看门狗掉电锁定 MCLR 直接寻址 VDD,VSS W 寄存器 数据总线 RAM 地址 RAM 文件寄存器 地址 MUX 9 间接寻址 FSR 寄存器 STATUS 寄存器 MUX ALU 8 8 A/D TIMER2 TIMER1 TIMER0 PA PB PC PD PE RA RB RC RD RE USART SSP CCP2 CCP1 E 2 PROM 并行从动口

13 一 程序存储器类型 1. 可重擦型 EPROM 型 : 紫外线可擦写存储器, 适用于开发过程中 E 2 PROM 型 : 电可擦写型存储器, 适用于那些可能会经常改动程序的应用场合 Flash memory 型 : 这种存储器允许无数次擦除及编程的能力, 支持在线擦写 2. OTP( 一次性编程 ) 型用编程器进行一次性编程, 适合中小批量生产采用 带 OTP 存储器的 PIC 芯片, 最少 384x12 位, 最大 16384x16 位 3. 掩膜型 (MASK) 当产品已经稳定, 程序无需进一步修改后, 可以选择掩膜型芯片以进一步降低成本.

14 PIC 16F 874 程序存储器结构图 片内程序存储区 CALL, RETURN RETFIE, RETLW PC(13 位 ) 堆栈 1 堆栈 2 堆栈 8 复位矢量 中断矢量 0 页 1 页 未用 h 0004h 0005h 07FFh 0800h 0FFFh 1000h 1FFFh

15 二 程序计数器 PIC12C5XX 的程序计数器为 12 位宽, 可寻址 4K 空间 ; PIC16CXX 程序计数器为 13 位宽, 可寻址 8K 空间 ; PIC17CXX 程序计数器为 16 位长, 可寻址 64K 空间. 1.PIC12C5XX 的程序计数器 PIC12CXX 程序存储器以 512 个字节为单位进行分页管理, 例如, PIC12C509 有 2 个页面存储区, 由状态寄存器 STATUS 的第 5 位 PA0 指定存储区的页面 其 GOTO 指令的寻址方式如下图所示 : PC PCL Instruction Word STATUS 7 0 PA0

16 PIC12C5XX 的 CALL 指令码中仅包含目的地址的低 8 位, 即 PC<7:0>,PC<8> 总是会被硬件自动清零, 其页面地址也由 STATUS<5> 置入 PC<9>, 见下图. 由此可见, 子程序的起始地址必须放在每个页面的上半部, 即头 256 个字节内, 在执行 CALL 指令前, 也要把 PA0 置成的值. PC PCL STATUS Reset to 0 Instruction Word 7 0 PA0

17 2. 程序计数器 PC 及 PCLATH PIC16CXX 的 PC 是一个 13 位寄存器, 其低 8 位 PCL 是可读写的, 高 5 位 PCH 不能直接读写, 而要从 PCLATH 载入. 大多数指令的目的地址是 8 位或不足 8 位, 它们作为 ALU 的结果置入 PCL.CALL 和 GOTO 指令包含 11 位地址信息, 可以在 2K 空间内跳转, 所以 PIC16XX 的每页为 2K. 当要发生跨页的 CALL 或 GOTO 时, 应先预置 PCLATH<3>, 使其指向所需的页面. 当调用发生时,13 位的 PC 值全部压入堆栈保存, 调用结束执行 RETURN 指令时, 程序显然会返回原来的页面, 所以 RETURN 指令前不必考虑页面问题. 3. PIC17CXX 的 PC 及 PCLATH PIC17CXX 的 PC 是 16 位的, 它分成 8 位的 PCH, 其低 8 位 PCL 是可读写的, 高 8 位 PCH 不能直接读写, 而要从 PCLATH 载入, 其处理类似 PIC16CXX

18 三 堆栈 PIC 单片机的堆栈位宽与 PC 一致, 它们不占用户程序存储器.PIC12C5XX 基本级产品有 2 级堆栈, 因此只能容纳 2 层程序嵌套调用. PIC16XX 的堆栈有 16 级, 所以中高级 PIC 单片机具有很强的程序嵌套调用能力. 主程序调用一级嵌套二级嵌套三级嵌套

19 第三节 数据存储器 在 PIC 单片机中, 称内部数据存储器为文件存储器, 它被划分成若干个体 (Bank), 由状态寄存器中的 RP0 RP1 等位选定 每个体又由通用寄存器和专用寄存器两部分组成 每个体最大可扩充到 128 字节 在每个体中, 专用寄存器被安排在地址空间低端, 通用寄存器安排在地址空间高端 一个体中的某些专用寄存器可以映射到其它体中, 以压缩代码量, 提高访问速度一 通用数据寄存器通用数据寄存器是静态 RAM. PIC 基本级产品只有 25 个字节. 中级产品的通用数据寄存器稍多, 但除了 PIC16C66/76/77 有 368 个字节外, 多数只有 80, 或 128, 或 176, 或 192 个字节. 高级产品内部数据寄存器较多, 最多的 PIC17C756 多达 902 个字节.

20 由于数据存储器的低地址区是特殊功能寄存区, 所以通用数据寄存器的地址不是从 00H 开始的. 二 专用寄存器 ( 特殊功能寄存器 ) 特殊功能寄存器有两大类, 一类是用来控制 CPU 操作的, 另一类是控制功能部件操作的. PIC 单片机的所有特殊寄存器或数据存储器包括程序计数器都映射到数据存储器. PIC 单片机的指令系统支持用任何寻址方式对任何寄存器进行任何操作运算, 从而使编程变得十分简便.

21 与 CPU 有关的特殊功能寄存器 1. 状态寄存器 STATUS 状态寄存器包含了 ALU 的算术状态, 芯片复位状态及程序页面位. 不同型号的 PIC 单片机的状态寄存器虽然有不同, 但差别很小. 如下图是 PIC12CXX 的状态寄存器. GPW - PA0 T0 PD Z DC 如下图是 PIC16CXX 的状态寄存器, 仅仅是 6,7,8 三位与 PIC12CXX 的状态寄存器有所不同. IRP RP1 RP0 T0 PD Z DC PIC17CXX 状态寄存器的功能由 CPUSTA LUST 和存储器选择寄存器 BSR 一起来实现. C C

22 和其他寄存器一样, 状态寄存器也可以作为各种指令的目的操作数. 如果状态寄存器作为对 Z,DC 或 C 有影响的指令的目的操作数, 则对这几个状态位的写无效的, 这些位仅仅根据芯片的逻辑设定或清除. 因此, 以状态寄存器为目的操作数的指令的执行结果可能会与期望的不同. 建议用户使用 BCF BSF SWAPF 及 MOVWF 指令来改动 STATUS 寄存器, 因为这条指令对 Z, C, 或 DC 没有影响.

23 2. 参数定义寄存器 OPTION OPTION 寄存器包含了对 TMR0/WDT 预分频, 设定外部中断 INT 和 TMR0 的触发极性,TMR0 的时钟源及 I/O 口弱上拉选择, 电平唤醒选择和 TMR0 的组态信息. 如下图是 PIC12CXX 的 OPTION 寄存器. GPWU GPUU T0CS SRT0 PSA PS2 PSIC PS0 值得注意的是,PIC12CXX 和 PIC16C5X 的 OPTION 寄存器是不可读写的, 必须执行 OPTION 指令把 W 寄存器的内容置入 OPTION 寄存器, 如下例 : MOVLW 7 ; W= OPTION ; W OPTION

24 在 PIC16CXX 中,OPTION 寄存器是可读的,PIC16CX 的 OPTION 寄存器如下图所示 : OPWU GPPU T0CS SRT0 PSA PS2 PSIC 其中低 6 位是与 PIC12CXX 的 OPTION 寄存器相同的. 3. 间址寄存器 INDF 和文件选择寄存器 FSR 间址寄存器并不是一个物理上存在寄存器. 利用间址寄存器 INDF 可以实现间接寻址. 任何使用 INDF 寄存器的指令实际上是存取由文件寄存器 FSR 的内容所指向的存储单元. 例 : 用间接寻址方式将 20H-2FH 的寄存器清零. MOVLW 0X20 MOVF FSR ; 首址 FSR PS0

25 NEXT CLRF INDF ; 清除 FSR 所指向的单元 INCF FSR ;FSR+1 BTFSS FSR,4 ;FSR=2FH? 等于则跳过下一语句 GOTO NEXT ;NO, 循环 CONTINUE ;YES, 程序向下址行 值得注意的是, 在直接寻址和间接寻址两种方式下, 包括寄存器体在内的 9 位有效地址的形成方式是不同的. 直接寻址方式下, 由 STATUS 寄存器的 RP1,RP0 加上指令中的 7 位操作数组成 ; 而在间接寻址方式下, 是由 STATUS 的第 7 位 IRP 加上 FSR 的 8 位数据形成 9 位有效地址的, 如下图

26 所示 : RP1:RP0 直接寻址 6 From opcode 0 间接寻址 IRP 7 FSR 0 存储器选择 存储单元选择 存储器选择 存储单元选择 00h 80h 100h 180h Data Memory 7F h FFh 17Fh 1FFh Bank0 Bank1 Bank2 Bank3

27 4. 电源控制寄存器 PCON PIC 单片机可以有多达五种不同的复位方式, 包括上电复位, 正常状态下的 MCLR 端复位,SLEEP 状态下 MCLR 复位, 正常状态下 WDT 溢出复位和 SLEEP 状态下 WDT 溢出复位.PIC 单片机的各种寄存器在不同的复位后的值是不同的. 例如, 在 SLEEP 状态下,WDT 的溢出不会改变寄存器的内容, 这显然有利于系统复位后的正常运行. 所以有多种复位状态是有益的, 但是发生复位后, 必须要能区分出是何种复位, 才能保证系统复位后正确运行. 各种 PIC 单片机的电源控制寄存器 PCON 不尽相同. 如图是 PIC16C62/64/65 的 PCON 寄存器, 只使用 bit POR -

28 如图是 PIC16C62A/63/64/65A PCON 寄存器, POR BOR 除了 POR 电源上电复位标志位外, 还有 BOR 掉电锁定复位标志位. 利用 PCON 寄存器和 STATUS 寄存器所提供的信息, 可以判断出发生了何种复位.

29 PIC 单片机有 (33/35/58) 条指令 三种类型的指令 面向字节操作类面向位操作类面向常数和控制操作类. 第一节 PIC 单片机的寻址方式 PIC 单片机的寻址方式分为寄存器简接寻址 立即数寻址 直接寻址和位寻址 4 种.

30 一. 寄存器间接寻址 MOVLW 05H ; W=5 MOVWF 4 ; W(=5) F4 (FSR) MOVLW 55H ; W=55H MOVWF 0 ; W(=55H) F5 上面这段程序把 55H 送入 F5 寄存器 间接寻址方式主要用于编写查表 写表程序 二. 立即数寻址这种寻址方式的操作数为立即数, 可以直接从指令中获取. 例 : MOVLW 16H ; 16H W

31 三. 直接寻址 对任何一个寄存器直接寻址访问. 例 : MOVWF 8 ; W F8 寄存器 MOVF 8,W ; F8 W 四. 位寻址 对寄存器中的某一位进行操作例 : BSF 11,0 ; 把 F11 的第 0 位置为 1

32 第二节 基本级和中级 PIC 单片机指令详解 PIC 单片机指令包括操作码和操作数 基本级指令 12 位, 中级指令 14 位 由于操作码是相同的, 所以中档机 14 位长的指令相对低档机指令而言, 多了两位操作数 指令码结构如下 : ( ) (5) (4----0) ( ) (7) ( ) OPCODE d ffff OPCODE d fffffff a.12 位指令 b.14 位指令 ( ) (7) ( ) OPCODE d fffff ff c.12/14 位指令

33 指令操作码说明 : f : 文件寄存器 ( 数据寄存器 ) W: 工作寄存器 ( 累加器 ) b : 数据寄存器位址 k : 常数 x : 不需要关心的位 d : 目标寄存器 d=0 W ;d=1 f s : 目标寄存器 s=0 W 和 f ;s=1 f p : 端口地址 ( 指 PIC17CXX) i : 指针控制 i=0 指针不变 ;i=1 执行后指针加 1 t : 字节高低位选择 u : 未使用的位

34 一. 面向字操作类指令 共 18 条, 包括数据传送, 算术和逻辑运算, 数据移位和交换等操作 这些操作都是在工作寄存器 W 和数据寄存器 f 之间进行的 NOP 空操作 MOVWF w 送 f MOVF f,d f 送 d CLRW 清 W CLRF f 清 f ADDWF f,d f 加 W SUBWF f,d f 减 W INCF f,d f 递加 DECF f,d f 递减 INCFSZ f,d f 递增, 为 0 跳 DECFSZ f,d f 递减, 为 0 跳 ANDWF f,d f 按位与 IORWF f,d f 按位或 COMF f,d f 按位取反 XORWF f,d f 按位异或 RRF f,d 循环右移 RLF f,d 循环左移 SWAPE f,d 半字节交换

35 1. 寄存器加 格式 ADDWF f,d 指令码 d fffff ff 指令周期 : 1 操作 : W+f d 影响状态位 : C, DC, Z 说明 : 将 f 和 W 相加, 结果存入 f(d=1) 或 W(d=0). 例 : ADDWF 8,0 ; F8+W W

36 2. 寄存器与指令 格式指令码 ANDWF f, d d ffff ff 指令周期 : 1 操作 : W^f d 影响状态位 : Z 说明 : 将 f 和 W 做逻辑与运算, 结果存入 f(d=1) 或 W(d=0). 例 : ANDWF 10,0 ; F10^W W ANDWF 10,1 ; F10^W F10

37 3. 寄存器清零指令 格式 CLRF f 指令码 fffff ff 指令周期 : 1 操作 : 0 f, 1 z 影响状态位 : Z 说明 : 将 f 寄存器清零. 例 : CLRF 8 ; F8 清零 (0 F8)

38 4.W 清零指令 格式 CLRW(DT) 指令码 指令周期 : 1 操作 : 0 W, 1 z 影响状态位 : Z 说明 : 将 W 寄清零, 状态位 Z 将被置为 1.

39 5. 寄存器取反指令 格式 COMF f,d 指令码指令周期 : d fffff ff 操作 : f d 影响状态位 : Z 说明 : 将 f 寄存器内容组做逻辑求反运算, 结果 存入 f(d=1) 或 W(d=0). 例 : COMF 12,0 ;F12 取反 F12 COMF 12,1 ;F12 取反 W

40 6. 寄存器减 1 指令格式 DECF f,d 指令码 d 指令周期 : 1 操作 : f - 1 d 影响状态位 : Z 说明 : 将 f 寄存器内容减 1, 结果存入 f(d=1) 或 W(d=0). 例 : fffff DECF 15,1 ; F15-1 F15 DECF 15,0 ; F15-1 W ff

41 7. 寄存器减 1, 结果为零则跳指令格式 DECFSZ f,d d fffff 指令码指令周期 : 1 或 2 操作 : f-1 d, 结果为零则间跳 (PC+1 PC) 影响状态位 : 无说明 : 将 f 内容减 1 结果存入 f(d=1) 或 W(d=0), 如果结果为零, 则跳过下一条指令, 否则顺序执行下一条指令. 例 : MOVWF 8 LOOP DECFSZ 8,1 GOTO LOOP ff

42 8. 寄存器加 1 格式 INCF f,d d fffff 指令码指令周期 : 1 或 2 操作 : f + 1 d, 结果为零则跳 (PC+1 PC) 影响状态位 : 无说明 : 将 f 内容加 1 结果存入 f(d=1) 或 W(d=0). 例 : MOVWF 8 LOOP DECFSZ 8,1 GOTO LOOP ff

43 9. 寄存器加 1, 结果为零则跳指令格式 INCFSZ f,d d fffff 指令码指令周期 : 1 或 2 操作 : f + 1 d, 结果为零则间跳 (PC+1 PC) 影响状态位 : 无说明 : 将 f 内容加 1 结果存入 f(d=1) 或 W(d=0), 如果结果为零, 则跳过下一条指令, 否则顺序执行下一条指令. 例 : MOVWF 8 LOOP INCFSZ 8,1 GOTO LOOP ff

44 10. 寄存器或指令格式 IORWF f,d 指令码 d fffff ff 指令周期 : 1 操作 : W V f d 影响状态位 : Z 说明 : 将 f 和 W 做逻辑或运算, 结果存入 f(d=1) 或 W(d=0). 例 : IORWF 10,0 ;F10 V W W IORWF 10,1 ;F10 V W F10

45 11. f 寄存器传送指令格式 MOVF f,d 指令码 d fffff ff 指令周期 : 1 操作 : f d 影响状态位 : Z 说明 : 将 f 内容传送至本身 f(d=1) 或 W(d=0), 如果是传送至本身, 一般是用来影响状态位 Z, 用 来判断 f 是否为零. 例 : MOVF 10,1 ;F10 F10 BTFSS 3,2 ; 判断 F3 的第 2 位, 即 Z 状态位, 若 Z=1, 即 F10=0, 则跳过 CLRW 执 CLRW 行 ANDLW 55H ANDLW 55H

46 12.W 寄存器传送指令格式 MOVWF f 指令码 fffff ff 指令周期 : 1 操作 : W f 影响状态位 : 无 说明 : 将 W 寄存器内容传送至 f 寄存器. 例 : MOVWF 6 ; W F6(B 口 )

47 13. 空操作指令格式 NOP 指令码 指令周期 : 1 操作 : 无任何操作影响状态位 : 无说明 : 不做任何操作, 仅仅使 PC 加 1.

48 14. 带进位左移指令 格式 RLF f,d 指令码 d fffff ff 指令周期 : 1 操作 : f(n) d(n+1), f(7) c,c d(0) 影响状态位 : C 说明 : 将 f 寄存器内容左移, 结果存入 f(d=1) 或 W(d=0). 左移时, 其最高位移入状态位, 如下图所 示. C D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 例 :RLF 8,1 ;F8 左移 RLF 8,0 ;F8 左移 F8 W

49 15. 带进位位右移指令格式 RRF f,d 指令码 d fffff ff 指令周期 : 1 操作 : f(n) d(n-1), f(0) c, c d(7) 影响状态位 : C 说明 : 将 f 寄存器内容右移, 结果存入 f(d=1) 或 W(d=0). 右移时, 其最抵位移入状态位 C, 而原来的状态位 C 移入 F 最高位, 如下图所示. C D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 例 : RRF 8,1 ;F8 右移 F8 RRF 8,0 ;F8 右移 W

50 16. 寄存器减法指令格式 SUBWF f,d 指令码 d fffff ff 指令周期 : 1 操作 : f - W d 影响状态位 : C, DC, Z 说明 : 将 f 寄存器内容减去 W 内容, 结果存入 f(d=1) 或 W(d=0). 例 : CLRF 20 ; F20=0 MOVLW 1 ; W=1 SUBWF 20,1 ; F20-W=0-1=1 F20, C=0, 结果为负.

51 17. 寄存器交换指令格式 SWAPF f,d 指令码 d fffff ff 指令周期 : 1 操作 : f(0-3) d(4-7), f(4-7) d(0-3) 影响状态位 : 无说明 : 将 f 寄存器内容的高 4 位和抵 4 位交换, 结果存入 f(d=1) 或 W(d=0). 例 : MOVLW 56H MOVWF 8 ; F8=56 SWAPF 8, 1 ; F8 交换, 结果存 F8,F8=65H

52 18. 寄存器异或运算指令格式 : XORWF f,d 指令码 d fffff ff 指令周期 : 1 操作 : W f d 影响状态位 : Z 说明 : 将 f 寄存器内容与 W 进行异或运算, 结果存入 f(d=1) 或 W(d=0). 例 : XORWF 5,1 ; F5 W F5 XORWF 5,0 ; f5 W W

53 二. 面向位操作类指令共 4 条, 其指令码的基本结构为 : 操作码 bbb fffff ff 高 4 位操作码, 操作码之后是 3 位位地址, 然后是 5 位或 7 位寄存器地址. BCF f, b BSF f, b BTFSC f, b BTFSS f, b ; 清 f 的 b 位 ; 置 f 的 b 位 ;f 的 b 位为 0 间跳 ;f 的 b 位为 1 间跳

54 19. 位清零指令格式 BCF f,b 指令码 0100 bbb fffff ff 指令周期 : 1 操作 : 0 f(b) 影响状态位 : 无 说明 : 将 f 寄存器的 b 位清为 0. 例 : BCF 8,2 ; 将 F8 的第 2 位清为 0.

55 20. 位置 1 指令格式 : BSF f,b 指令码 : 指令周期 : bbb fffff 操作 : 1 f(b) 影响状态位 : 无 ff 说明 : 将 f 寄存器的 b 置为 1 例 : BSF 8,2 ; 将 F8 的第 2 位置为 1.

56 21. 位测试, 为零则间跳指令格式 : BTFSC f,b 指令码 : 0110 bbb fffff ff 指令周期 : 1 或 2 操作 : 如果 f(b)=0 则间跳 (PC+1 PC) 影响状态位 : 无说明 : 测试 f 寄存器的 b 位, 如果 b 位为零则跳过下一条指令, 否则顺序执行程序 例 : BTFSC 8,2 ; 测试 F8 的第 2 位, 如果为 0 则跳到 INCF9,1 执行 MOVF 5,0 INCF 9,1

57 22. 位测试, 为 1 则间跳指令格式 : BTFSS f,b 指令码 : 0111 bbb fffff ff 指令周期 : 1 或 2 操作 : 如果 f(b)=1 则跳 (PC+1 PC) 影响状态位 : 无说明 : 测试 f 寄存器的 b 位, 如果 b 位为 1 则跳过下一条指令, 否则顺序执行程序. 例 : BTFSS 8,2 ; 测试 F8 的第 2 位, 如果为 1 则跳到语句 INCF9,1 执行 MOVF 5,0 INCF 9,1

58 三 常数和控制操作类指令 这类指令共 11 条, 由于 12 位与 14 位指令的操作码不尽相同, 所以指令码分别列出. OPTION ; 写 OPTION SLEEP ; 置睡眠状态 CLRWDT ; 清 WDT TRIS f ; 置 I/O 状态 MOVLW k ; 置 W 常数 IORLW k ;W 或常数 ANDLW k ;W 与常数 XORLW k ;W 异或常数 RETLW k ; 子程序带参返回 CALL k ; 调子程序 GOTO k ; 跳转

59 23. 常数与指令格式 : ANDLW K 指令码 : 1110 kkkkkkkk kkkk kkkk 指令周期 : 1 操作 : W^ K W 影响状态位 : Z 说明 : W 寄存器和常数 k 按位逻辑与运算, 结果存入 W. 例 : ANDLW 55H,0 ; W 与 55H W

60 24. 子程序调用指令格式 : CALL k 指令码 : 1001 kkkkkkkk 01 0kkk kkkk kkkk 操作 : 12 位指令 : PC+1 堆栈,K PC(0-7), 0 PC(8), PA1.PA0 PC(10-9). 14 位指令 : PC+1 堆栈,K PC(10,0), PCLATH(4,3) PC(12,11) 指令周期 : 2 影响状态位 : 无

61 说明 : 将 PC 加 1 后推入堆栈, 将入口地址 K 置入 PC, 同时修改页面地址即 PCLATH(14 位指令 ) 或 STATUS 的 PA1 和 PA0(12 位指令 ), 从而在 PC 中形成子程序的入口地址. 对于 12 位指令的单片机, 还要注意虽然子程序可以放在任何一个页面, 但是必须放在页面的上半部, 因为执行 CALL 指令会将 PC 的第九位清 为零. 例 : CALL DELAY ; 调用子程序 DELAY : : DELAY MOVLW 80H ; 子程序 : : RETLW 0

62 25. 看门狗计数器清零指令格式 CLRWDT 指令码 指令周期 : 1 操作 : 0 WDT,0 WDT 预分频器影响状态位 :1 T0,1 PD 说明 : 清除 WDT, 使其不能计时溢出, 如果已将预分频器分配给 WDT, 则预分频器也清为零

63 26 无条件跳转指令 格式 : GOTO k 指令码 : 101k kkkkkkkk 10 1kkk kkkk kkkk 指令周期 :2 操作 :K PC(8-0),PA1 PA0 PC(10 9) 或 K PC(10-0),PALATH(4 3) PC(12 11) 影响状态位 : 无

64 说明 : 无条件跳转, 将常数 k 置入 PC, 同时把 14 位指令的页面地址即 PCLATH(4,3) PC(12,11). 12 位指令的 PIC 单片机有的有 4 个页面, 则把程序页面位即 STATUS 的 PA1 和 PA0 PC(10,9); 有的有 2 个页面, 就把 PA0 PC(9), 因此 GOTO 指令可以跳转到程序的任何地方. 例 : LOOP MOVLW 80H : GOTO LOOP ; 无条件跳转 : :

65 27. 常数或指令格式 IORLW k 指令码 1101 kkkkkkkk kkkk kkkk 指令周期 : 1 操作 : W 或 K W 影响状态位 : Z 说明 : 将 W 寄存器和常数 k 做逻辑或运算, 结果存入 W 例 : IORLW 80H ;W 或 80H W

66 28. 常数传送指令格式 MOVLW k 指令码 1100 kkkkkkkk 11 00xx kkkk kkkk 指令周期 : 1 操作 : k W 影响状态位 : 无说明 : 将常数 k 置入 W 寄存器, 这条指令不会影响任何状态位. 例 : MOVLW 0 ; 0 W, 状态位 Z 保持原来的值. MOVLW 88H ; 88H W

67 29. 写 OPTION 寄存器指令格式 OPTION 指令码 指令周期 : 1 操作 : W OPTION 寄生器影响状态位 : 无说明 : 将 W 内容置入 OPTION 寄存器. 例 : MOVLW 07H ; 7 W OPTION ; OPTION=W=7

68 30. 子程序返回指令格式 RETLW K 指令码 1000 kkkkkkkk 11 01xx kkkk kkkk 指令周期 : 2 操作 : K W, 栈顶 PC 影响状态位 : 无说明 : 子程序带参数返回, 栈顶内容到 PC,8 位常数 K W 例 : RETLW 0 ; 返回, 0 W

69 31 进入低功耗状态指令 格式 SLEEP 指令码 指令周期 : 1 操作 : 0 PD,1 T0,00 WDT, 0 WDT 预分频器影响状态位 : PD,T0 说明 : 停止芯片振荡, 使 PIC 进入低功耗睡眠状态这条指令还会清零 WDT 和预分频器, 并将 STATUS 的 PD 位清零,TO 位置 1. 进入低功耗模式后,I/O 状态保持不变,WDT 清零后重新计时, 一旦计时溢出即把 PIC 从 SLEEP 模式中唤醒

70 32. 设置 I/O 控制寄存器指令 格式 TRIS f 指令码 ffff fff 指令周期 : 1 操作 : W I/O 控制寄存器 TRISf(f 为某端口寄存器 ) 影响状态位 : 无说明 : 将 W 寄存器内容置入 GP 口控制寄存器, 以设定 GP 口的输入 / 输出方向. f=6, 对应于 GP 口. 例 : MOVLW 0FH TRIS 6 ; 指定 I/O 口高 4 位为输出, 低四位为输入在 PIC16\17 系列中,TRIS 寄存器可直接读写

71 33. 常数异或指令 格式 XORLW k 指令码 1111 kkkk kkkk kkkk kkkk 指令周期 : 1 操作 : W k W 影响状态位 : Z 说明 : 将 W 寄存器内容与常数 k 异或运算, 结果存入 W. 例 : XORLW 33H ;W 33 W

72 四.PIC16 和 PIC17 独有的指令 下面是 PIC16CXX 等中级单片机具有的 4 条常数和控制类操作指令 : ADDLW ; 立即数加法 RETFIE ; 中断返回 RETURN ; 子程序不带参数返回 SUBLW ; 常数减法

73 34. 立即数加法指令格式 ADDLW K 指令码 X kkkk kkkk 指令周期 : 1 操作 : W+K W 影响状态位 : C,DC,Z 说明 : 将 W 寄存器内容与会代表位立即数 K 相加, 结果存入 W. 例 : ADDLW 60H ; W+60H W

74 35. 中断返回指令格式 RETFIE 指令码 指令周期 : 2 操作 : 栈顶 PC,1 GIE 位影响状态位 : GIE 位说明 : 中断服务子程序返回指令. 栈顶为返回地址, 弹回 PC. 同时总中断使能位 ( INTCON 中的 GIE 位被置为 1.

75 36. 子程序不带参数返回 格式 : RETURN 指令码 : 11 01xx kkkk kkkk 指令周期 : 2 操作 : 栈顶 PC 影响状态位 : 无说明 : 子程序返回, 栈顶内容弹回 PC, 返回到子程序调用处, 但是不带回任何参数.

76 37. 常数减法指令格式 SUBLW K 指令码 x kkkk kkkk 指令周期 : 1 操作 : K W W 影响状态位 : C DC Z 说明 : 8 位常数 K 减 W 寄存器内容, 结果放入 W.PIC 的减法运算是用补码加法实现的. 例 :MOVLW 01H ;1 W SUBLW 02H ;2-W=2-1= 1 W C=1, 结果为正 MOVLW 2 ;2 W SUBLW 1 ;1-W=1-2=-1=FEH W C=0, 结果为负

77 第三节 高级产品具有功能更强大的指令系统 PIC 单片机高级产品具有乘法指令, 求反指令, 读表 / 写表指令, 各种比较指令, 长调用指令等等, 不但方便了编程, 而且提高了运行速度, 增加了单片机的功能.

78 第四章. 中断 第一节 PIC 单片机的丰富的中断功能在计算机中, 中断 是一个很重要的概念. 中断功能的强弱已成为衡量一台计算机尤其是用于控制场合的计算机功能完善与否的重要标志. PIC 单片机是世界上最有影响力的主要嵌入式控制器之一, 具有丰富中断功能. 第二节. 中断的开放禁止和响应标志对每个中断, 其开放和禁止是由中断控制寄存器 INTCON 和外设中断使能寄存器 PIE 的某一位控制的. 当某个中断条件满足时, 中断标志寄存器相应的位就会被置位.

79 一 中断控制器寄放器 I NTCON I NTCON 中断控制寄存器包括 TMR0 B 口 外部中断 INT 引脚的中断使能位和标志位, 它还包括外设中断使能位和所有中断的总使能位. 它也是一个可读写的寄存器.PIC16C6X 和部分 PIC16C7X 的 INTCON 寄存器如图. GIE PEIE TOI E INTE RBIE T0IF INTF 其他 PIC16C7X 产品, 如 PIC1670/71/71A 增加了 A/D 转换器, 因此其 INTCON 中的第 6 位为 A/D 转换中断使能位, 其他各位与 PIC16C6X 的 INTCON 相同, 如图 GIE ADIE T0IE INTE RBIE T0IF INTF RBIF RBIF

80 PIC16C8X 有 64*8 个字节的 E 2 PROM 数据存储器, 由于 E 2 PROM 写操作需要 10ms 时间, 所以提供了 E 2 PROM 写操作完成中断.PIC16C8X 的 INTCON 把第 7 位用作 E 2 PROM 写完成中断使能位. E 2 PROM 的中断标志位在 EECON1 中. PIC16C8X 的 INTCON 寄存器的如下图 : GIE EEIE T0IE INTE RBIE T0IF INTE RBIF PIC17CXX 也具有丰富的中断功能, 完成相当于 PIC16C6X 的 INTCON 寄存器的功能是 INTSTA 寄存器, 其结果与 INTCON 类似, 不再枚举.

81 二 外设中断使能寄存器 PIE1 PIE1 包括各个外设即各个功能模块的中断使能位, 如图 : PSPIE RCIE TXTE SSPIE CCP1IF TMR2IE TMR1IE PIC16C6X 的 PIE1 中末使用的第 6 位在 PIC16C7X 中用作 A/D 中断使能位即 ADIE. 三 外设中断标志寄存器 PIR1 该寄存器包括了各个外设, 即各个功能模块的中断标志位, 如图 : PSPIE - RCIF TXIF SSPIF CCP1IF TMR2IF TMR1IF

82 PIC16C6X 的 PIR1 中末使用的第 6 位在 PIC16C7X 中用作 A/D 中断标志位 ADIF. 在 PIC16C8X 的 E 2 PROM 写操作完成中断标志位是 E 2 PROM 的控制寄存器 EECON1 的第 4 位 EEIF. 四 CCP2 中断使能寄存器 PIE2 PIC16C63/65/73/74,PIC17C42/43/44 等有两个捕捉 / 比较 / 脉宽调制模块.PIC17C52/56 有 4 个 CCP 模块, 所以功能更强大.CCP2 由 PIE2 寄存器使能, 如图 CCP2IE 五 CCP2 中断标志寄存器 PIE2 PIR2 是 CCP2 的中断标志寄存器, 如图 : CCP2IF

83 在有关中断的寄存器 IINTCON,PIE1,PIE2,PIR1 PIR2 中包括了各种中断的使能位和标志以及中断总使能位 GIE. 芯片复位后硬件自动置 GIE=0 关闭所有中断, 而中断返回指令 RETFIE 执行后将置 GIE=1 重新开放中断. 不管各种中断使能位或中断总使能位 GIE 是什么状态, 中断条件满足时都会发出中断请求, 相应的中断标志会被置位, 但是 CPU 是否响应中断则要根据其使能位的状态而定.CPU 响应中断后, 硬件自动清 GIE=0 关闭所有中断以免发生重复中断, 然后把当前 PC 值压入堆栈,PC 寄存器置以中断向量地址而开始执行中断服务程序. 进入中断服务程序后, 程序必须检查中断源, 这是通过检查中断标志位实现的.

84 一旦确定了中断源, 就用软件把该中断标志位清零, 以免执行中断返回指令 RETFIE 后, 由于中断标志位仍为 1 而引起重复中断.PIC16C62 的中断请求逻辑电路如图 PSPIF PSPIE RCIF RCIE SSPIF SSPIE CCP1IF CCP1IE TMR2IF TMR1F CCP2IE TMR1IE CCP2IF CCP2I E TXIF TXIE T0IE T0IF INTF INTE RBIF RBIE PEIE GIE 唤醒 请求 CPU 中断

85 中断响应过程当然要引起一定的延时, 对于外部触发中断, 如 INT 和 RB 口中断, 由于中断请求发生的时机不同, 延时时间稍有差别, 为 3~4 个指令周期.

86 中断现场保护是中断技术的重要组成部分, 由于在 PIC 单片机指令系统中没有 PUSH,POP 指令, 所以要用一段程序来实. 由于这段程序可能会影响 W 寄存器和 STATUS 寄存器, 所以首先要把这两个寄存器保护起来, 然后再保存用户认为应保留的其他寄存器. 由于没有 PUSH,POP 指令, 这些中断现场数据并不是保留在堆栈中的, 而是保留在用户自己选择的寄存器中的, 一般应选择通用寄存器来保护现场. 下面两段程序分别是 PIC16C61 和其他 PIC16C6X 的中断现场保护程序. 1.PIC16C6X 的中断现场保护程序 : MOVWF W-TEMP ; 将 W 保护到 W-TEMP SWAPF STATUS,W ;STATUS W MOVWF STATUS-TEMP

87 : : 中断服务程序 : : SWAPF STATUS_TEMP,M MOVWF STATUS SWAPF W-TEMP,F SWAPF W-TEMP,W 2.PIC16C6X 的中断现场保护程序 : MOVWF W-TEMP; 保护 W 和 STATU S SWAPF STATUS,W

88 BCF STATUS,RP0 MOV STATUS-TEMP : : 中断服务程序 : : SWAPF STATUS-TEMP,W MOVWF STATUS SWAPE W-TEMP,F SWAPE W-TEMP,W 与第一段程序相比, 第二段程序多了 BCF STATUS,PR0

89 这条指令, 因为在有的 PIC 单片机如 PIC16C61 中,BANK1 是完成映射到 BANR0 的, 而其他 PIC16C6X 的寄存器体由于有 BANK0 和 BANK1 的区别, 要通过设定 RP0 规定使用哪个存储器, 在编制中断现场保护程序时要注意 : 一是 W-TEMP 必须同时定义在 BANK0 和 BANK1, 例如若 W- TEMP 定义在 0X20, 则 0XA0 也必须分配给它, 二是 STATUS 必须定义在 BANK0.

90 下面是一个利用按电唤醒 CPU 的简单的例子, 用来说明如何设置和响应中断. 1. 电路设计采用的是 PIC16C71 单片机.CPU 平时处在睡眠状态, 当按下或松开某个 Swi 时, 由于 RB 口电平变化引起中断,CPU 就被唤醒并且相应的 LEDi 点亮或熄灭, 然后 CPU 又回到省电睡眠状态. 2. 程序流程图采用 PIC16C71 单片机, 利用按键唤醒 CPU 程序如图 :

91 利用按键唤醒 CPU 流程图 主程序 设置 A 口,B 口工作方式 中断服务程序 输出 A 口 B 口初值清中断控制寄存器开 B 口中断省电睡眠 清 B 口中断标志 RB4-RB7 取反后送给 RB0~RB3 中断返回

92 3. 程序清单本程序演示 PIC16C71 的按键唤醒特性.B 口的 RB4-RB7 设置成带内部上拉电阻的输入方式,RB4-RB7 上由电平变化引起的中断把芯片从睡眠状态中唤醒. 中断向量地址为佳 而 RB0-RB3 设置成输出方式驱动 4 个 LED 显示器, 每 LED 和相应的按钮相对应, 既 RB0 对应 RB4 执行 SLEEP 指令处理器进入睡眠状态后, 按下任何一个按钮, 处理器就会被唤醒并且转到中断向量地址执行中断服务程序, 使相应的 LED 点亮. 当按钮释放后,LED 熄灭, 系统又进入等待状态, 等待下一次唤醒.

93 2.1 信号运算 比例放大电路 反相输入比例放大电路 Rf Vi R1 Vo = - Fr/R1 Vi R 约束条件 : R = R1 // Rf 性能 : Ac = - Rf/R1 Ri = R1 Ro = 0

94 2.1 信号运算 比例放大电路 同相输入比例放大电路 Rf Vi R1 R Vo = (1+ Rf/R1) Vi 约束条件 : R = R1 // Rf 性能 : Ac = 1+ Rf/R1 Ri = Ro = 0

95 2.1 信号运算 比例放大电路 基本差动放大电路 ( 单运放 ) Rf1 V1 V2 R1 R2 Rf2 Vo= (Rf/R)Vid Vid=V2-V1 约束条件 : R1=R2=R Rf1=Rf2=Rf 性能 : Ac = Rf/R Rid= R1+R2 =2R Ric= (R+Rf)/2 Ro = 0

96 2.1 信号运算 比例放大电路 同相串联差动放大电路 ( 双运放 ) R2 RG Vi1 R1 R'1 R2 R1 Vid=Vi2-Vi1 Vo= (1+R1/R2+ Vi2 R'2 2R1/RG)Vid 约束条件 : R 1=R 2 =R1//R2 性能 : Ac = 1+R1/R2+2R1/RG Rid= 2Rc Ric= Rc/2 Ro = 0

97 2.1 信号运算 比例放大电路 同相并联差动放大电路 (3 运放 ) Vi1 R2 Rf R1 RG Rf R1 Vo= (1+2Rf/RG)xR2/R1 Vid Vi2 Vid=V2-V1 约束条件 : 运放 CMMR 匹配 性能 : Ac= (1+2Rf/RG)R2/R1 Rid= 2Rc Ric= Rc/2 Ro = 0

98 2.1 信号运算 加 减运算电路 同相输入加法电路 Rf Vi1 Vi2 Vi3 R R1 R2 R3 Vo 约束条件 : R//Rf =R1//R2//R3 性能 : Vo = Rf(Vi1/R1+ Vi2/R2+ Vi3/R3)

99 2.1 信号运算 比例放大电路 反相输入加法电路 Vi1 Vi2 Vi3 R1 R2 R3 Rf Vo R 约束条件 : 性能 : R =R1//R2//R3//Rf Vo = Rf(Vi1/R1+ Vi2/R2+ Vi3/R3)

100 2.1 信号运算 积分 微分电路 基本积分电路 R 1 C Vi R Vo = -1/RC Vidt R 约束条件 : R =R//R1 说明 : R1 引入负反馈抑制漂移

101 2.1 信号运算 积分 微分电路 基本微分电路 R Vi R1 C Vo= -RC dvi/dt R 约束条件 : 说明 : R =R//R1 引入 R1 抑制高频噪声提高输入阻抗