PIC系列單片機應用設計與實例

1.引言
在微控制器(Microcontroller)應用領域日益廣泛的今天，各個領域的應用也向微控制器廠商提出了更高要求，希望速度更快、功耗更低、體積更小、價格更廉以及組成系統時所需要的外圍器件更少；隨著越來越多的各種非電子工程技術人員的應用需求，他們想把微控制器作為嵌入式部件應用到自己熟悉的領域中，還提出簡單易學易用的要求。用戶的需求就是廠商的市場和動力，老的半導體廠商順應潮流不斷推出新品種，新的半導體廠商則后來居上，把越來越多的外圍接口器件集成到片內，功能越來越強、性能越來越高。迄今至少也有35家國外半導體廠商的微控制器進入中國市場。在這眾多的五彩繽紛的微控制器中，美國Microchip技術公司的PIC系列微控制器則異軍突起，獨一幟。它率先推出采用精簡指令集計算機(RISC--Reduced Instruction Set Computer)、哈佛(Harvard)雙總線和兩級指令流水線結構的高性能價格比的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15μA)、較大的輸入輸出直接驅動LED能力(灌電流可達25mA)、一次性編程(OTP--One Time Programmable)芯片的低價位、小體積、指令簡單易學易用(35--37條指令)等，都體現了微控制器工業發展的新趨勢。
這個系列的微控制器在市場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化設備、消費電子產品、電訊通信、智能儀器儀表到汽車電子、金融電子、工業控制等不同領域的廣泛應用。PIC系列微控制器在世界微控制器市場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。大家會發現，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歷史最長，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
系統擴展有兩類不同的方法，一類是并行擴展，另一類是串行擴展。
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結構，無論進行存儲器擴展還是I/O接口擴展，都是利用數據總線、地址總線和控制總線這三總線來擴展。因為這個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。但是可以利用接口電路仿真三總線。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8位I/O口作為8位I/O口仿真16位的地址線(實際上還可以根據需要擴展成任意位數據線和地址線)。當然這種方法占用I/O口資源太多，顯得不經濟。另外一種可用的方法就是模仿Intel的8031擴展方法，占用一個8位鎖存器將地址信號分離出來；再根據需要擴展器件尋址范圍的大小，用另外一個I/O口的若干位作為高位地址線。需要擴展的器件就可以與這三總線相應信號相連。當需要對擴展器件進行訪問時，即可以在高8位地址線的I/O口先輸出高位地址，再從分時復用的I/O口輸出低8位地址，并用另外一個I/O線作為地址鎖存允許信號線ALE去控制鎖存器，鎖存住8位的低位地址。這時就可對尋址單元進行訪問。下面的并行擴展都采用這個方案。

對于串行擴展，比較簡單，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系列芯片中沒有串行通信部件，但是可以用軟件仿真實現。　
PIC系列微控制器系統擴展技術有：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EEPROM和三總線EEPROM同串行EEPROM，PIC16C5X與24XXXX系列串行EEPROM的接口，擴展I2C總線協議所規定地址空間技術－16C54與24LC65的接口方法和編程，16C5X與四線制串行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（2）可編程并行接口擴展技術（3）用PIC16C5X實現數字電位器的功能（4）人機對話的鍵盤、LED數碼顯示、LCD驅動擴展，用PIC16C57直接擴展LED數碼管和鍵盤，用PIC16C54/56擴展LED數碼管和鍵盤，用PIC系列微控制器直接驅動LCD顯示器。3、中斷系統的擴展和實現，（1）軟件中斷技術（2）PORTB口作外部中斷。4、I2C總線接口與串行通信，（1）I2C總線軟件設計及其子程序（2）異步串行通信的軟件實現（3）PIC16CXX系列異步串行通信中斷驅動的軟件實現
3、PIC系列微控制器應用系統開發及其常用工具
單片機應用系統的開發，用單片機開發設計制作的應用系統或產品，與純粹用硬件電路實現的裝置不一樣。這是因為除了相應的硬件電路外，其關鍵在于應用系統軟件的開發，而單片機本身并沒有軟件開發功能。編寫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？這些需要相應的開發工具，稱為開發系統。主要包括單片機匯編語言編譯器、在線實時仿真器ICE(Incircuit Emulator) 、非在線仿真器(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。
　 系統開發常用工具有：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匯編語言。2、軟件仿真器MPSIM。3、實時在線硬件仿真器，（1）實時在線仿真器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集成開發環境(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、易學易用的集成開發環境(IDE--Intergrated Development Environment)。這種集成開發環境使應用系統開發工程師可以即方便又靈活地編輯、匯編、仿真、開發利用和調試查錯。
MPLAB集成開發環境軟件集成了下列開發工具。（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硬件在線仿真器(PICMASTER Emulator)，還有其它工具等。

5、PIC系列微控制器的應用實例
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、帶有世界時鐘的賓館移動式客房控制器 5、用PIC16C71控制的不間斷電源 6、用PIC單片機產生均勻分布的隨機數 7、用PIC17C42實現4階IIR數字濾波器 8、用PIC17C42實現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總線接口的應用。