PIC系列单片机应用设计与实例

1.引言
在微控制器(Microcontroller)应用领域日益广泛的今天，各个领域的应用也向微控制器厂商提出了更高要求，希望速度更快、功耗更低、体积更小、价格更廉以及组成系统时所需要的外围器件更少；随着越来越多的各种非电子工程技术人员的应用需求，他们想把微控制器作为嵌入式部件应用到自己熟悉的领域中，还提出简单易学易用的要求。用户的需求就是厂商的市场和动力，老的半导体厂商顺应潮流不断推出新品种，新的半导体厂商则后来居上，把越来越多的外围接口器件集成到片内，功能越来越强、性能越来越高。迄今至少也有35家国外半导体厂商的微控制器进入中国市场。在这众多的五彩缤纷的微控制器中，美国Microchip技术公司的PIC系列微控制器则异军突起，独一帜。它率先推出采用精简指令集计算机(RISC--Reduced Instruction Set Computer)、哈佛(Harvard)双总线和两级指令流水线结构的高性能价格比的8位嵌入式控制器(Embedded Controller)。其高速度（每条指令最快可达160ns）、低工作电压（最低工作电压可为3V）、低功耗(3V,32kHz时15µA)、较大的输入输出直接驱动LED能力(灌电流可达25mA)、一次性编程(OTP--One Time Programmable)芯片的低价位、小体积、指令简单易学易用(35--37条指令)等，都体现了微控制器工业发展的新趋势。
这个系列的微控制器在市场上极具强劲的竞争力，在全球都可以看到PIC微控制器在从办公自动化设备、消费电子产品、电讯通信、智能仪器仪表到汽车电子、金融电子、工业控制等不同领域的广泛应用。PIC系列微控制器在世界微控制器市场份额排名中逐年提前，以至已成为一种新的8位微控制器的世界标准和最有影响力的主流嵌入式控制器。大家会发现，在国内目前仍然是Intel的MCS-51系列及其兼容的单片机占绝对主流地位，原因是该系列单片机引进历史最长，在国内应用一直繁荣而面广，参考资料相对丰富，使用惯性使然。

2.PIC系列微控制器系统扩展技术
系统扩展有两类不同的方法，一类是并行扩展，另一类是串行扩展。
对于并行扩展，目前使用的微处理器和微控制器绝大部分都采用总线结构，无论进行存储器扩展还是I/O接口扩展，都是利用数据总线、地址总线和控制总线这三总线来扩展。因为这个系列的微控制器的设计是基于真正的单片机应用，芯片引脚并未安排三总线。但是可以利用接口电路仿真三总线。任何一种微控制器，只要有足够多的I/O接口可用，就可以用一个8位I/O口作为8位I/O口仿真16位的地址线(实际上还可以根据需要扩展成任意位数据线和地址线)。当然这种方法占用I/O口资源太多，显得不经济。另外一种可用的方法就是模仿Intel的8031扩展方法，占用一个8位锁存器将地址信号分离出来；再根据需要扩展器件寻址范围的大小，用另外一个I/O口的若干位作为高位地址线。需要扩展的器件就可以与这三总线相应信号相连。当需要对扩展器件进行访问时，即可以在高8位地址线的I/O口先输出高位地址，再从分时复用的I/O口输出低8位地址，并用另外一个I/O线作为地址锁存允许信号线ALE去控制锁存器，锁存住8位的低位地址。这时就可对寻址单元进行访问。下面的并行扩展都采用这个方案。

对于串行扩展，比较简单，因为在PIC16CXX系列芯片中已有同步串行口部件SSP，可以直接进行I²C方式、SPI方式串行通信，另外还有异步通信接口USART。在PIC16C5X系列芯片中没有串行通信部件，但是可以用软件仿真实现。　
PIC系列微控制器系统扩展技术有：1、数据存储器扩展，（1）并行数据存储器扩展（2）串行数据存储器扩展，例如，二总线EEPROM和三总线EEPROM同串行EEPROM，PIC16C5X与24XXXX系列串行EEPROM的接口，扩展I²C总线协议所规定地址空间技术－16C54与24LC65的接口方法和编程，16C5X与四线制串行EEPROM芯片93LC46的接口方法和编程，16CXX SPI接口和93LCXX的接口。2、PIC系列微控制器的I/O口扩展（1）74系列TTL集成电路芯片扩展技术（2）可编程并行接口扩展技术（3）用PIC16C5X实现数字电位器的功能（4）人机对话的键盘、LED数码显示、LCD驱动扩展，用PIC16C57直接扩展LED数码管和键盘，用PIC16C54/56扩展LED数码管和键盘，用PIC系列微控制器直接驱动LCD显示器。3、中断系统的扩展和实现，（1）软件中断技术（2）PORTB口作外部中断。4、I²C总线接口与串行通信，（1）I²C总线软件设计及其子程序（2）异步串行通信的软件实现（3）PIC16CXX系列异步串行通信中断驱动的软件实现
3、PIC系列微控制器应用系统开发及其常用工具
单片机应用系统的开发，用单片机开发设计制作的应用系统或产品，与纯粹用硬件电路实现的装置不一样。这是因为除了相应的硬件电路外，其关键在于应用系统软件的开发，而单片机本身并没有软件开发功能。编写的应用程序如何调试和修改？怎么能高效率地找出应用系统硬件和软件中的错误？又如何把最后调试好的程序固化到单片机片内程序存储器中？这些需要相应的开发工具，称为开发系统。主要包括单片机汇编语言编译器、在线实时仿真器ICE(Incircuit Emulator) 、非在线仿真器(软件模拟仿真器Simulator)、编程器、EPROM擦除器等。硬件调试还可能用到逻辑分析仪等。
　 系统开发常用工具有：1、PIC汇编器（1）PICASM汇编程序（2）MPALC汇编程序（3）MPASM宏汇编程序（4）MPASM汇编语言。2、软件仿真器MPSIM。3、实时在线硬件仿真器，（1）实时在线仿真器PICMATE（2）EasyPack-PIC 16F高级仿真器。4、单片机内置程序存储器编程器，（1）PICPROG编程器（2）PRO MATE编程器

4、MPLAB集成开发环境(IED)软件
MPLAB是适用于Microchip Technology公司PIC16/17微控制器系列的、基于Windows的、易学易用的集成开发环境(IDE--Intergrated Development Environment)。这种集成开发环境使应用系统开发工程师可以即方便又灵活地编辑、汇编、仿真、开发利用和调试查错。
MPLAB集成开发环境软件集成了下列开发工具。（1）工程项目管理程序(Project Manager)（2）MPLAB编辑程序(MPLAB Editor)（3）MPLAB汇编程序(MPLAB Assembler)（4）MPLAB－SIM软件模拟程序(MPLAB-SIM Software Simulator)（5）PICMASTER硬件在线仿真器(PICMASTER Emulator)，还有其它工具等。

5、PIC系列微控制器的应用实例
PIC系列微控制器的应用范围很广，例如：1、交流数字电压表 2、电力周波表 3、闪光报警器 4、带有世界时钟的宾馆移动式客房控制器 5、用PIC16C71控制的不间断电源 6、用PIC单片机产生均匀分布的随机数 7、用PIC17C42实现4阶IIR数字滤波器 8、用PIC17C42实现FFT算法 9、即热式热水器温度控制器 10、标准并行接口汉字热敏微型打印机 11、PIC16CXX片内I²C总线接口的应用。