PIC系列單片機簡介
一、引言
據(jù)統(tǒng)計,我國的單片機年容量已達(dá)1-3億片,且每年以大約16%的速度增長,但相對于世界市場我國的占有率還不到1%。這說明單片機應(yīng)用在我國才剛剛起步,有著廣闊的前景。培養(yǎng)單片機應(yīng)用人才,特別是在工程技術(shù)人員中普及單片機知識有著重要的現(xiàn)實意義。
當(dāng)今單片機廠商琳瑯滿目,產(chǎn)品性能各異。針對具體情況,我們應(yīng)選何種型號呢?首先,我們來弄清兩個概念:集中指令集(CISC)和精簡指令集(RISC)。采用CISC結(jié)構(gòu)的單片機數(shù)據(jù)線和指令線分時復(fù)用,即所謂馮.諾伊曼結(jié)構(gòu)。它的指令豐富,功能較強,但取指令和取數(shù)據(jù)不能同時進(jìn)行,速度受限,價格亦高。采用RISC結(jié)構(gòu)的單片機數(shù)據(jù)線和指令線分離,即所謂哈佛結(jié)構(gòu)。這使得取指令和取數(shù)據(jù)可同時進(jìn)行,且由于一般指令線寬于數(shù)據(jù)線,使其指令較同類CISC單片機指令包含更多的處理信息,執(zhí)行效率更高,速度亦更快。同時,這種單片機指令多為單字節(jié),程序存儲器的空間利用率大大提高,有利于實現(xiàn)超小型化。屬于CISC結(jié)構(gòu)的單片機有Intel8051系列、Motorola和M68HC系列、Atmel的AT89系列、臺灣Winbond(華邦)W78系列、荷蘭Pilips的PCF80C51系列等;屬于RISC結(jié)構(gòu)的有Microchip公司的PIC系列、Zilog的Z86系列、Atmel的AT90S系列、韓國三星公司的KS57C系列4位單片機、臺灣義隆的EM-78系列等。一般來說,控制關(guān)系較簡單的小家電,可以采用RISC型單片機;控制關(guān)系較復(fù)雜的場合,如通訊產(chǎn)品、工業(yè)控制系統(tǒng)應(yīng)采用CISC單片機。不過,RISC單片機的迅速完善,使其佼佼者在控制關(guān)系復(fù)雜的場合也毫不遜色。
根據(jù)程序存儲方式的不同,單片機可分為EPROM、OTP(一次可編程)、QTP(掩膜)三種。我國一開始都采用ROMless型單片機(片內(nèi)無ROM,需片外配EPROM),對單片機的普及起了很大作用,但這種強調(diào)接口的單片機無法廣泛應(yīng)用,甚至走入了誤區(qū)。如單片機的應(yīng)用一味強調(diào)接口,外接I/O及存儲器,便失去了單片機的特色。目前單片機大都將程序存儲體置于其內(nèi),給應(yīng)用帶來了極大的方便。值得一提的是,以往OTP型單片機的價格是QTP的3倍,而現(xiàn)在已降至1.5-1.2倍,選用OTP型以免訂貨周期、批量的麻煩是可取的。
二、PIC系列單片機有什么優(yōu)勢?
自從我95年接觸PIC單片機以來,便一直熱衷于這種單片機的開發(fā)與應(yīng)用。有不少朋友問我:PIC到底有什么優(yōu)勢?也許你也會有這樣的疑問,所以我在這里略談幾點自己的看法。
1) PIC最大的特點是不搞單純的功能堆積,而是從實際出發(fā),重視產(chǎn)品的性能與價格比,靠發(fā)展多種型號來滿足不同層次的應(yīng)用要求。就實際而言,不同的應(yīng)用對單片機功能和資源的需求也是不同的。比如,一個摩托車的點火器需要一個I/O較少、RAM及程序存儲空間不大、可靠性較高的小型單片機,若采用40腳且功能強大的單片機,投資大不說,使用起來也不方便。PIC系列從低到高有幾十個型號,可以滿足各種需要。其中,PIC12C508單片機僅有8個引腳,是世界上最小的單片機,如圖1所示:
圖1 PIC12C508單片機外型
該型號有512字節(jié)ROM、25字節(jié)RAM、一個8位定時器、一根輸入線、5根I/O線,市面售價在3-6元人人民幣。這樣一款單片機在象摩托車點火器這樣的應(yīng)用無疑是非常適合。PIC的高檔型號,如PIC16C74(尚不是最高檔型號)有40個引腳,其內(nèi)部資源為ROM共4K、192字節(jié)RAM、8路A/D、3個8位定時器、2個CCP模塊、三個串行口、1個并行口、11個中斷源、33個I/O腳。這樣一個型號可以和其它品牌的高檔型號媲美。
2) 精簡指令使其執(zhí)行效率大為提高。PIC系列8位CMOS單片機具有獨特的RISC結(jié)構(gòu),數(shù)據(jù)總線和指令總線分離的哈佛總線(Harvard)結(jié)構(gòu),使指令具有單字長的特性,且允許指令碼的位數(shù)可多于8位的數(shù)據(jù)位數(shù),這與傳統(tǒng)的采用CISC結(jié)構(gòu)的8位單片機相比,可以達(dá)到2:1的代碼壓縮,速度提高4倍。
3) 產(chǎn)品上市零等待(Zero time to market)。采用PIC的低價OTP型芯片,可使單片機在其應(yīng)用程序開發(fā)完成后立刻使該產(chǎn)品上市。
4) PIC有優(yōu)越開發(fā)環(huán)境。OTP單片機開發(fā)系統(tǒng)的實時性是一個重要的指標(biāo),象普通51單片機的開發(fā)系統(tǒng)大都采用高檔型號仿真低檔型號,其實時性不盡理想。PIC在推出一款新型號的同時推出相應(yīng)的仿真芯片,所有的開發(fā)系統(tǒng)由專用的仿真芯片支持,實時性非常好。就我個人的經(jīng)驗看,還沒有出現(xiàn)過仿真結(jié)果與實際運行結(jié)果不同的情況。
5) 其引腳具有防瞬態(tài)能力,通過限流電阻可以接至220V交流電源,可直接與繼電器控制電路相連,無須光電耦合器隔離,給應(yīng)用帶來極大方便。
6) 徹底的保密性。PIC以保密熔絲來保護(hù)代碼,用戶在燒入代碼后熔斷熔絲,別人再也無法讀出,除非恢復(fù)熔絲。目前,PIC采用熔絲深埋工藝,恢復(fù)熔絲的可能性極小。
7) 自帶看門狗定時器,可以用來提高程序運行的可靠性。
8) 睡眠和低功耗模式。雖然PIC在這方面已不能與新型的TI-MSP430相比,但在大多數(shù)應(yīng)用場合還是能滿足需要的。
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