PIC12C5单片机应用与设计样本.docx
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PIC12C5单片机应用与设计样本
前言面向应用嵌入式系统在国内方兴未艾
微控制器，也就是单片机（MCU），在80年代进入中华人民共和国。
由于微控制器容易学、容易用，倍受青眯。
这种把中央解决器、存储器、外设器件及I/O做在同一块芯片上器件总是作为应用系统中控制部件使用。
当前，做在微控制器芯片上外设部件越来越多，功能不断增强。
针对详细应用，运用微控制器可以设计出十分复杂系统，这种系统称作嵌入式系统。
在杭州召开’99全国单片微机学术交流会暨多国单片微机产品展览会上，许多专家呼吁要提高对嵌入式系统结识。
当前，在全世界，嵌入式系统带来工业年产值已超过1万亿美元。
预测在美国，单是使用嵌入式电脑全数字电视产品每年将产生1500亿美元新市场。
美国将来学家尼葛洛庞帝曾预言，四、五年后，嵌入式智能工具将是继PC和因特网后最伟大创造。
就当前国内微控制器应用状况，全国微机单片机学会理事长陈章龙专家说，从整体来讲，在中华人民共和国，微控制器应用水平还不高，重要是用8位微控制器，用量也不大，绝大多数是用于IC卡设备等仪器仪表和控制领域中。
嵌入式系统核心部件是各种类型嵌入式解决器，据不完全记录，全世界嵌入式解决器品种已通过千，流行构造有30各种，其中以咱们熟悉PIC系列构造产品为最多。
据中华人民共和国单片机公共实验室高档工程师吕京建简介，嵌入式解决器分为两大类，一类是以通用计算机中CPU为基本嵌入式微控制器，另一类是微控制器。
与微解决器相比，微控制器具备单片化、体积小、功耗低、可靠性高、芯片上个设资源丰富等特点，当前已成为嵌入式系统主流器件。
嵌入式微解决器软件是实现嵌入式系统功能核心，为了提高执行速度和系统可靠性，嵌入式系统中软件普通都固化在存储器芯片或微控制器中。
嵌入式系统是面向应用，因而它可以应用在当代化工业各个领域，如：
航天、航空、军事、家用消费商品、仪器仪表、各种控制系统及3C系统。
特别在国内重要应用于家电消费类产品、通信和计算机外设等。
而福州高奇电子科技有限公司正在对MCU广泛应用起着强大推动作用。
高奇电子科技有限公司开办于一九九三年十月，是一家专业半导体集成电路授权代理商和专业集成电路应用、设计公司。
当前代理、销售多家知名半导体厂商产品，如单片机、E2PROM、保安器件、电压检测器、LCD/VFD驱动器、电话来电辨认（CallerID）以及互换机用Switch、Codec芯片等等；同步，设有专业研发部门，已经研制了一系列电子产品整机方案，这些方案涉及完整软硬件设计资料及样机，可提供应整机厂商直接采用生产。
公司工程部门还可觉得客户量身定做，增长和删改功能以体现客户产品特色。
高奇公司坚持“以专业态度和水准，供优质产品、创名牌服务”经营理念，将所有资源专注于半导体IC应用设计、行业市场专用IC（ASIC）设计以及IC市场营销，并将不断开拓出电子产品新领域，并缩短研发时间，使产品与下面就简介一种简朴PIC单片机系列。
时代同步。
下面就简介一种简朴PIC单片机系列。
第一章 PIC12C5XX功能原理
PIC12C5XX是美国Microchip公司推出8位单片机，也是世界上第一种8脚封装8位单片机系列。
§1.1 功能特点
一、高性能RISC构造CPU
·精简指令集，仅33条单字节指令，易学易用
·除地址分支跳转指令为双周期指令外，别的所有指令皆为单周期指令
·执行速度：
DC～1μs
·二级硬件堆栈
·直接、间接、相对三种寻址方式
二、功能部件特性
·8位定期器/计数器TIMER0，带8位预分频器
·大驱动电流，I/O脚可直接驱动数码管（LED）显示
-每个I/O引脚最大控电流25mA
-每个I/O引脚最大灌电流20mA
·内置上电复位电路（POR）
·复位定期器，保障复位正常
·内部MCLR复位端加上拉电路，无需外接上拉
·内置自振式看门狗，防程序死锁
·程序保密位，可防止程序代码非法拷贝
·低功耗睡眠功能
·I/O引脚可唤醒睡眠
·内置4MHzRC型振荡源，可省外接振荡
·可选外接振荡
-RC：
低成本阻容振荡
-XT：
原则晶体/陶瓷振荡
-LP：
低速晶体，低功耗振荡
三、CMOS工艺特性
·低功耗
＜2mA ＠5V，4MHz
-15μA ＠3V，32KHz
-＜1μA 低功耗睡眠（Sleep）模式下
·全静态设计
·宽工作电压范畴：
2.5V～5.5V
·宽工作温度范畴：
商用级：
0℃～＋70℃
-工业级：
－40℃～＋85℃
-汽车级：
－40℃～＋125℃
§1.2 型号及引脚简介
PIC12C5XX当前有二种型号，见下表：
型 号
振 荡
EPROM
RAM
定期器
输入线
I/O线
电压范畴
封装（DIP/SOIC）
12C508
DC~4Mhz
512×12
25×8
1
1
5
2.5V-5.5V
8
12C509
DC~4Mhz
1024×12
41×8
1
1
5
2.5V-5.5V
8
表1.1 PIC12C5XX型号功能表
各型号管脚图如下：
PDIP，SOIC，WindowedCERDIP
VDD——>
GP5/OSC1/CLKIN<——>
GP4/OSC2<——>
GP3/MCLR/VPP——>
<——VSS
<——>GP0
<——>GP1
<——>GP2/T0CK1
图1.1 12C508/509引脚
下表描述了各引脚功能。
引脚名
引脚序号
属性
缓冲类型
功能
GP0
7
I/O
TTL/ST
双向I/O口线，带可编程弱上拉，并具电平变化唤醒睡眠功能
GP1
6
I/O
TTL/ST
双向I/O口线，带可编程弱上拉，并具电平变化唤醒睡眠功能
GP2/T0CK1
5
I/O
ST
双向I/O口线，并可设立为计数器TIMER0外部信号输入端
GP3/MCLR
4
I
TTL
单向输入口线，也可设立为芯片复位端。
当设为复位端MCLR时，低电平有效。
当作为输入口线时，带可编程弱上拉及电平变化唤醒睡眠功能
GP4/OSC2
3
I/O
TTL
双向I/O口线，（使用片内RC振荡源时，也可作为晶振输出端）
GP5/OSC1/CLKIN
2
I/O
TTL/ST
双向I/O口线，（使用片内RC振荡源时，也可作为晶振输入端或外部振荡输入端）
VDD
1
电源
—
正电源
VSS
8
电源
—
地
注：
ST─斯密特触发器
表1.2 PIC12C5XX引脚功能
从上表可看出，PIC12C5XX最多可以有5根I/O口线和1根输入口线（GP3）。
§1.3 PIC12C5XX内部构造
PIC12C5XX总线构造采用是数据总线（8位）和指令总线（12位）独立分开”哈佛构造”，因此它具备精简指令集（RISC）特点，速度快，效率高，并且功耗很低。
PIC12C5XX在一种芯片上集成了8位算术逻辑运算单元（ALU），0.5K～1K12位程序存储器，25～41个8位数据寄存器以及8位计数器，上电复位电路，复位定期器，看门狗等等。
图1.2 PIC12C5XX内部构造
§1.4 指令周期和流水作业
PIC12C5XX指令周期被分频成4个不重叠节拍Q1～Q4，程序计数器PC在Q1节拍增1，而指令是在Q4节拍从程序存储器中取出并置入指令译码器，并在下一种指令周期被执行，如下图所示：
图1.3 指令周期
指令执行贯穿Q1～Q4节拍。
如上所述，当CPU在执行一条指令同步，下一条指令代码也同步被取出置入指令译码器，准备在下一指令周期执行，这就是PIC流水作业方式，也是RISC构造单片机特点，这种特点使单片机运营速度可以达到很高。
除了地址分支跳转指令执行周期是2个指令周期外，别的所有指令都是单周期指令，见下图：
图1.4 流水作业
§1.5 程序存储器和堆栈
PIC12C5XX程序存储器为12位长，其中PIC12C508为512字节，而PIC12C509为1024字节。
复位向量为地址0，由于最后一种字节（PIC12C508为地址1FFH，PIC12C509为地址3FFH）存储有片内RC实际振荡校正系数，其形式为指令MOVLWXX，顾客不要使用这个字节，因此顾客程序应从地址000H开始存储，注意这点和PIC16C5X有所不同。
图1.5 程序存储器和堆栈
PIC12C5XX把程序存储器以512字节为单位进行分页管理，这样PIC12C508有一种页面程序区，而PIC12C509有2个页面程序区，由状态寄存器STATUS中PA0位（STATUS<5>）拟定程序区页面。
这是由于PIC是RISC构造，所有指令都是单字节，在PIC12C5XX中，一条指令中所包括地址信息只有9位，只能直接寻址一种页面（512字节）；对于12C509，则还要由PA0位来辅助寻址2个页面（1024字节）程序空间，即程序当需从一种页面跳转到另一种页面时（CALL、GOTO指令），应事先依照要跳转去页面，把PA0位置为相应值，请参阅状态寄存器描述。
PIC12C5XX堆栈有2层，有自己独立空间，不占用程序存储器。
注意它只能容纳二层子程序嵌套调用。
堆栈长度是12位，和PC长度一致，可以存储子程序调用时PC值。
对堆栈压入操作由子程序调用指令CALL完毕，出栈操作则由子程序返回指令RETLW完毕，请参阅第二章中这二条指令详介。
§1.6 数据存储器
PIC12C5XX数据存储器（RAM）由某些寄存器构成，分为特殊寄存器和通用寄存器二种。
在PIC单片机中，对任何部件操作都体现为对某一寄存器操作，因此编程非常简朴明了。
*：
非实际存在寄存器，参见§1.6.1中详介。
图1.6 寄存器构造
从上图可看到，00h～06h为特殊寄存器，别的为通用寄存器。
PIC12C508有25个通用寄存器，而PIC12C509则有41个通用寄存器，其中25个在Bank0，另16个在Bank1，关于寄存器Bank方式，请参阅§1.6.1FSR寄存器描述。
§1.6.1 特殊寄存器
一、INDF（地址：
00h）──间址寄存器
INDF是一种物理上不存在寄存器，只是一种逻辑寄存器，用来进行间接寻址，实际寻址地址为FSR<4:
0>值。
例：
MOVLW 10h
MOVWF FSR ；实际地址10h（F10寄存器）→FSR
MOVLW 55h
MOVWF INDF ；数据55h→F10
INCF FSR ；FSR增1（FSR=11h）
MOVWF INDF ；数据55h→F11
参阅背面FSR寄存器描述。
二、TMR0（地址：
01h）──定期器/计数器寄存器
二、TMR0（地址：
01h）──定期器/计数器寄存器
TMR0相应于TIMER0，它是一种8位定期器/计数器（在PIC16C5X中称其为RTCC），请参阅§1.8详介。
三、PCL（地址：
02h）──程序计数器PC<7:
0>
PIC12C5XX程序计数器PC最多可寻址1K（1024）程序区：
型 号
PC长度
寻址空间
PC复位值
PIC12C508
9
512
1FFh
PIC12C509
10
1024
3FFh
单片机一复位，PC值被置为全“1”指向程序区最后一种字节。
前面咱们提过，这个地址存储是芯片出厂时已放入MOVLWXX指令（其中XX是片内振荡校正系数），因此单片机复位后会执行这条指令，然后PC立即翻转到000h，开始执行顾客程序代码。
注意，页面选取位PA0复位时也被清零，因此这时页面处在0页，请参阅关于状态寄存器STATUS描述。
对于“GOTO”指令，它指令码中具有跳转地址低9位，即PC<8:
0>，对于PIC12C509来说，状态寄存器第5位（STATUS<5>）还会被置入PC<9>，以选取程序页面，从而寻址1K程序空间。
图1.7 GOTO指令寻址方式
对于“CALL”指令或其她涉及会修改PCL指令，它们指令码中仅包括目地址低8位，即PC<7:
0>，而PC<8>总是会被硬件自动清零，状态寄存器第5位（STATUS<5>）也会被置入PC<9>以选取程序页面（对于PIC12C509而言）。
见下图：
图1.8 CALL指令或修改PCL指令寻址方式
从上图可看出，由于执行这些指令硬件总会清PC<8>=0，因此它们起始地址都必要限于放在每个程序页面上半区，即头上256个字节空间内（0h～FFh或200h～2FFh）。
四、STATUS（地址：
03h）──状态寄存器
STATUS寄存器包括了ALU算术状态、芯片复位状态、程序页面位等信息。
STATUS可以被读/写，但是其中复位状态位TO、PD不能由软件设立，它们状态如何决定§1.12.7会有详细描述。
图1.9 状态寄存器
在加法运算时，C是进位位；在减法运算时，C是借位反。
例a：
CLRF F10 ；F10=0
MOVLW 1 ；W=1
SUBWF F10 ；F10-W=-1（FFH），C=0（运算成果为负）
例b：
MOVLW 1 ；W=1
MOVWF F10 ；F10=1
CLRW ；W=0
SUBWF F10 ；F10-W=1，C=1（运算成果为正）
PD和TO两位可用来判断芯片复位因素，GPWUF位也是用来判断芯片复位类型，请参阅§1.12.7描述。
五、FSR（地址：
04h）──选取寄存器
FSR和INDF寄存器（地址：
00h）配合完毕间接寻址，请参阅前面关于INDF寄存器描述。
FSR寄存器宽度为5位，FSR<4:
0>用来间接寻址32个寄存器，FSR<5>则用来选取寄存器体（Bank），见下图：
图1.10 直接/间接寻址方式
a、PIC12C508：
不存在寄存器体选，FSR<5>恒为“1”。
b、PIC12C509：
FSR<5>=1 Bank1，
FSR<5>=0 Bank0。
六、OSCCAL（地址：
05h）──内部振荡校正系数寄存器
PIC12C5XX内部集成有RC振荡供顾客选取使用，OSCCAL<7:
4>包括了该振荡电路校正系数，其上电初始值为“0111”，请参阅§1.11.4关于内部RC振荡描述。
七、GPIO（地址：
06h）──I/O寄存器
PIC12C5XX有一种6位I/O口，它在寄存器中映像就是GPIO寄存器，GPIO<5:
0>相应于I/O口线GP5:
GP0，GPIO<7:
6>未用，恒为“0”。
八、TRIS──I/O方向控制寄存器
TRIS是GP口线方向控制寄存器，顾客不能直接寻址，必要通过执行“TRIS 6”指令来设立它。
当执行“TRIS 6”指令后，W寄存器内容即会被置入TRIS中。
“1”将相应I/O口线设为输入态（高阻态），“0”则被设为输出态。
但是有二点例外，即GP3永远是输入态而GP2有也许由OPTION寄存器设立为输入态（T0CKI），而不理睬TRIS中设立内容。
请参阅§1.2关于I/O口描述。
例：
MOVLW 0Fh ；W=“00001111”
TRIS 6 ；TRIS=“001111”，GP0:
GP3为输入态
GP4:
GP5为输出态
各种复位都会置TRIS为全“1”。
九、OPTION──参数定义寄存器
OPTION用来定义某些芯片工作参数，见下图所示：
图1.11 OPTION寄存器
OPTION也是不能由顾客直接寻址，必要由执行“OPTION”指令来把W寄存器中内容置入OPTION寄存器，如下例：
MOVLW 7 ；W=“00000111”
OPTION ；W→OPTION
各种复位都会置OPTION为全“1”。
注意虽然TRIS中相应GP2方向位是“0”，如果将TOCS置为“1”，则GP2也会被强置为输入态，即为T0CKI输入线。
关于OPTION各位定义，请参阅各自相应章节。
十、W──工作寄存器
W寄存器用来存储指令中第二个操作数，或用来进行内部数据传送，或存储运算成果，是最惯用寄存器。
§1.6.2 通用寄存器
PIC12C508：
07h─1Fh ；Bank0
PIC12C509：
07h─1Fh ；Bank0
30h─3Fh ；Bank1
通用寄存器在上电后值是随机，因此它属RAM性质。
§1.7 I/O口
PIC12C5XX只有一种I/O口，相应映像寄存器为GPIO（地址：
06h），其中GPIO<5:
0>相应GP5:
GP0，GPIO<7:
6>未用，永为“0”。
注意，GP3仅可作为输入，是单向I/O口线。
此外，GP5、GP4、GP3及GP2还可以由顾客定义成各种特殊功能口线，一旦它们被用作特殊用途，则永远读为“0”。
GP0、GP1和GP3还带有可编程弱上拉和“电平变化唤醒功能”（即唤醒正处在睡眠状态下芯片），关于这点请参阅OPTION寄存器描述。
如果GP3被顾客定义为复位输入端（MCLR），则它弱上拉自动有效，但“电平变化唤醒”特性被自动关闭。
GPIO口线方向由TRIS寄存器控制，详情参见§1.6.1中关于TRIS寄存器描述。
§1.7.1 I/O口构造
一根I/O口线构造如下图所示：
图1.12 I/O口构造
除了GP3只能单向作为输入口外，别的GPIO口皆可由顾客定义为输入/输出态。
作为输入口时没有锁存，外部信号必要保持到让CPU读入为止（例如：
MOVF GPIO，W）。
作为输出则有锁存，可以保持直到被新值取代为止。
I/O端输入/输出态由TRIS寄存器值控制，当TRIS将“1”置入I/O控制器时Q1和Q2都处在截止态，因此I/O端即呈高阻态（输入态）。
当执行I/O读指令（如MOVF 6，W），把当前I/O端状态读入数据总线。
当TRIS将“0”置入I/O控制器时，Q1和Q2导通状况将要由数据锁存器Q端状态来决定。
当写入数据为“1”时，Q端为低电平0，则Q1导通，I/O输出为高电平。
反之，当写入数据为“0”时，Q端为“1”，则Q2导通，I/O端输出为低电平。
I/O读写时序如图1.13所示。
§1.7.2 I/O口使用注意事项
1、I/O方向转置问题
某时候也许需要一种I/O口一会做输入，一会又做输出。
这就是I/O方向转置。
在编写这种I/O转置程序时必要注意，有些指令如位设立指令（BSF、BCF）写I/O口时是先从I/O读入其状态，执行位操作后再将成果写回去覆盖本来内容（输出成果放在I/O口数据锁存器）。
举个例子来说：
“BSF 6，5”这条指令目是要把B口第6位置为高电平“1”。
执行这条指令时，先把整个B口当前状态内容读入到CPU，把第6位置成“1”后再把成果（8个位）重新输出到B口。
如果B口中有一种I/O端是需要方向转置（例如说bit1），而这时是处在输入态，那么B口状态值重新写入后，B口数据锁存器1锁存值就是当前B口Bit1状态。
这也许和先前Bit1作为输出时所锁存值不同，因此当Bit1再转置成输出态时，出当前Bit1端状态就也许和先前输出态不同了。
2、I/O“线或”和“线与”
从图1.12看出PICI/O端输出电路为CMOS互补推挽输出电路。
因而与其她此类电路同样，当某个PICI/O端设立为输出状态时，不能与其她电路输出端接成“线或”或“线与”形式，否则也许引起输出电流过载，烧坏PIC。
如需要与其她电路接成“线或”电路时，PICI/O端必要置于“1”状态或输入状态，并外接下拉电阻。
电阻阻值依照实际电路和PICI/O端最大电流来决定。
3、I/O口持续操作
一条写I/O指令，对I/O真正写操作是发生在指令后半周期（参照图1.13）。
而读I/O指令却是在指令周期开始就读取I/O端状态。
因此当你持续对一种I/O端写入再读出时，必要要让I/O端上写入电平有一种稳定期间，否则读入也许是前一种状态，而不是最新状态值。
普通推荐在两条持续写，读I/O口指令间至少加一条NOP指令。
例：
MOVWF 6 ；写I/O
NOP ；稳定I/O电平
MOVF 6，W ；读I/O
4、噪声环境下I/O操作
在噪声环境下（如静电火花），I/O控制寄存器也许因受干扰而变化。
例如I/O口也许会从输入态自己变成输出态，对于这种情形，WDT也是无法检测出来。
因而如果你应用环境是较恶劣，建议你每隔一定间隔，都重新定义一下I/O控制寄存器。
最保险办法固然是对I/O读写前都定义一下I/O控制寄存器（但是实践证明对于大多数应用都不必做到这样，只是提请你注意噪声干扰）。
图1.13 I/O口持续读/写时序
§1.8 定期器/计数器TIMER0
TIMER0是一种8位定期器/计数器，其相应映像寄存器是TMR0（地址：
01h），可由顾客程序直接读写，并且可带有8位预分频器。
它用于对外加在GP2/T0CKI引脚上外部信号进行计数（计数器）或对内部指令时钟进行计时（定期器），在PIC16C5X中
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