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第一章PIC16C5X硬件结构第一节PIC16C5X主要功能特点·采用精简指令集（RISC），仅33条指令。指令字长12位，全部指令都是单字节指令。除涉及PC值改变的指令外（如跳转指令等），其余指令都是单周期指令。·工作频率为DC～20MHZ。·系统为哈佛结构。数据总线和指令总线各自独立分开，数据总线宽度为8位，指令总线宽度为12位。·内部程序存储器（ROM）从384～2K字节不等。内部寄存器组（RAM）有25～72个。·7个特殊功能寄存器。·2级子程序堆栈。·工作电源-商用级：2.5V～6.25V-工业级：2.5V～6.25V-军工级：2.5V～6.0V·内部自振式看门狗（WDT）·低功耗模式（Sleep），耗电小于10uA。·内部复位电路·内带一个8位定时器/计数器（RTCC）·具备保密位。保密熔丝可在程序烧写时选择将其熔断，则程序不能被读出拷贝。·提供四种可选振荡方式-低成本的阻容（RC）振荡-RC-标准晶体/陶瓷振荡-XT-高速晶体/陶瓷振荡-HS-低功耗，低频晶体振荡─LP·12～20根双向可独立编程I/O口。每根I/O口都可由程序来编程决定其输入/输出方向。·低功耗2mA@5V，4MHz15uA@3V，32KHz3uA低功耗模式@3V，0°C～70°C第二节PIC16C5X型号介绍及引脚介绍PIC16C5X有五种型号，见下表：PIC16C5X管脚图如下：图1.1PIC16C5X管脚图表1.2描述了各引脚的功能：注：RTCC设置成内部定时器时（由程序设定），这时应将RTCC端接VSS或VDD，以避免干扰。采用RC振荡时，OSC2端输出一OSC1的4分频信号。第三节PIC16C5X内部结构PIC16C5X在一个芯片上集成了一个8位算术逻辑单元ALU和工作寄存器（W）；384～2K的12位程序存储器（ROM）；32～80个8位数据寄存器（RAM）；12～20个I/O口端；8位计数器及预分频器；时钟、复位、及看门狗计数器等。内部结构如图1.2所示：图1.2PIC16C5X内部结构从图中可以看到，PIC16C5X有个特点，就是把数据存储器RAM当作寄存器来寻址使用以方便编程。寄存器组按功能分成二部分，即特殊寄存器组和通用寄存器组。特殊寄存器组包括实时时钟计数器RTCC，程序计数器PC，状态寄存器Status，I/O口寄存器以及存储体选择寄存器FSR。这些寄存器稍后我们还要详细论述。PIC总线结构采取数据线（8位）和指令线（12位）独立分离的哈佛（Harvard）结构。这样可使单片机的指令速度得到提高。当一条指令在ALU中执行时，下一条指令已经被取出放到指令寄存器等待执行了。算术逻辑单元ALU和工作寄存器（W）承担算术逻辑操作任务。PIC16C5X提供二级堆栈（Stack），所以子程序调用只有二层。使用时一定要注意这点，否则程序运行将失去控制。第四节程序存储器及堆栈PIC16C5X内部有384～2K的只读程序存贮器，下面论述其结构和堆栈。§1.4.1程序存储器结构PIC16C5X程序存储器结构如图1.3所示：图1.2PIC16C5X内部结构从上图可看出，PIC程序存储器采用分页结构，每页长0.5K。因此对于PIC16C52程序存储器在1页之内，而对于PIC16C54和PIC15C55程序存储器容量为1页，PIC16C56和PIC16C57的容量则分别为2页和4页。页面地址由状态寄存器f3的第5位和第6位（PA0、PA1）确定。程序转移时，在本页内可直接进行；在需跨页跳转时（GOTO、CALL指令），则必须根据将要跳转去的页面，把f3中的PA0、PA1位置成相应的值。具体请参考f3寄存器描述及§2.7.2程序设计基础的程序技巧例子。§1.4.2堆栈PIC16C5X设有二层堆栈，堆栈1和堆栈2，供子程序调用。涉及堆栈操作的指令有二条。1、CALL--在主程序中第一次执行CALL指令时，将PC值加1后推入堆栈1，堆栈1原有的内容则被推入堆栈2中。这时子程序中还可再做一次子程序嵌套，即再执行一次CALL指令。如果子程序调用多于二层时，堆栈中只存放最近的二个返回地址。当执行一条CALL指令时，状态寄存器f3中的将页面寻址位PA1、PA0将被置入到PC的最高二位（第11位和第10位），而PC的第9位总是被置为0，如图1.3所示。所以这时PC值将是这意味着在PIC16C5X中，子程序起始地址只能放在每个程序存储页面的上半页，即低地址的那一半（000－0FF、200－2FF、400－4FF、600－6FF）。注意，这里指的是子程序的起始地址，即子程序头。而子程序体是可以延伸到下半页去的。对于PIC16C56和PIC16C57，由于程序空间分别为1K和2K，可能存在跨页面子程序调用。所以调用子程序前必须先把f3中的PA0、PA1设置成该子程序所在的页面地址。返回后再将其恢复成当前的页面值。当然如果这时子程序是在同一页面，则可省去这一过程。2、RETLW--该指令把栈顶（堆栈1）的值写入PC，同时还把堆栈2的值拷贝到堆栈1去。子程序总是返回到调用它时所在的地方，不管它是处在什么页面，也不管f3寄存器中的PA0、PA1这时是指在什么页面。但是执行RETLW（子程序返回）指令并不会改变f3中PA0、PA1的值，所以当你从一次跨页面的子程序调用返回时，不要忘了恢复f3中的原先的PA0和PA1值。请参考上面关于CALL指令的叙述。由于堆栈和PC的宽度是相同的，所以你可以在程序的任何地方执行一条CALL指令来调用子程序。但是对于跨页面的调用，你要小心处理f3中的页面地址位PA0和PA1，请参考第二章指令详解中的CALL实例。第五节数据存储器PIC16C5X把数据存储器RAM都当作寄存器来使用以使寻址简单明洁，它们功能上可分为操作寄存器、I/O寄存器、通用寄存器和特殊功用寄存器。它们的组织结构如图1.4所示：这些寄存器用代号F0～F79来表示。F0～F4是操作寄存器，F5－F7是I/O寄存器，其余为通用寄存器。特殊功用寄存器地址对用户不透明。§1.5.1操作寄存器1、F0间址寄存器寻址F0实际上意味着间址寻址。实际地址为寄存器选择寄存器F4的内容。例：MOVLW10MOVWFf4；10→f4MOVLW55MOVWFf0；55→f102、F1实时时钟/计数寄存器（RTCC）此寄存器是一个8位计数器。和其他寄存器一样可由程序进行读写操作。它用于对外加在RTCC引脚上的脉冲计数，或对内部时钟计数（起定时器作用）。图1.5RTCC方块图上图中可看出RTCC工作状态由OPTION寄存器控制（参见§1.5.4），其中OPTION寄存器的RTS位用来选择RTCC的计数信号源，当RTS为1时，信号源为内部时钟，RTS为0时，信号源为来自RTCC引脚的外部信号。OPTION寄存器的PSA位控制预分频器（Prescaler）分配对象，当PSA位为1，8位可编程预分配给RTCC，即外部或内部信号经过预分频器分频后再输出给RTCC。预分频器的分频比率由OPTION内的PS0～PS2决定。这时涉及写f1（RTCC）寄存器的指令均同时将预分频器清零。但要注意OPTION寄存器内容仍保持不变，即分配对象、分频比率等均不变。OPTION的RTE位用于选择外部计数脉冲触发沿。当RTE为1时为下降沿触发，为0时为上升沿触发。RTCC计数器采用递增方式计数，当计数至FFH时，在下一个计数发生后，将自动复零，重新开始计数，以此一直循环下去。RTCC对其输入脉冲信号的响应延迟时间为2个机器周期，不论输入脉冲是内部时钟、外部信号或是预分频器的输出。响应时序见图1.6。RTCC对外部信号的采样周期为2个振荡周期。因此当不用预分频器时，外加在RTCC引脚上的脉冲宽度不得小于2个振荡周期，即1/2指令周期。同理，当使用预分频器时，预分频器的输出脉冲周期不得小于指令周期，因此预分频器最大输入频率可达N.fosc/4，N为预分频器的分频比，但不得大于50MHZ。当RTCC使用内部时钟信号时，如果没有预分频器，则RTCC值随指令节拍增1。当一个值写入RTCC时，接下来的二个指令节拍RTCC的值不会改变，从第三个指令节拍才开始递增，见下图。图1.6ARTCC时序图:内部时钟/无预分频器图1.6BRTCC时序图:内部时钟/预分频比1:2应注意的是尽管PIC对外部加于RTCC信号端上的信号宽度没有很严格的要求，但是如果高电平或低电平的维持时间太短，也有可能使RTCC检测不到这个信号。一般要求信号宽度要大于是10nS。3、F2程序计数器（PC）程序计数器PC可寻址最多2K的程序存储器。表1.3列出了PIC16C5X各种型号的PC长度和堆栈的长度。表1.3PC及堆栈的宽度单片机一复位（RESET），F2的值全置为1。除非执行地址跳转指令，否则当执行一条指令后，F2（PC）值会动加1指向下一条指令。下面这些指令可能改变PC的值：a、GOTO指令。它可以直接写（改变）PC的低9位。对于PIC16C56/57/58，状态寄存器F3的PA1、PAO两位将置入PC的最高二位。所示GOTO指令可以跳转到程序存储器的任何地方。b、CALL指令。它可以直接写PC低8位，同时将PC的第9位清零。对于PIC16C56/57/58，状态寄存器F3的PA1、PAO两位将置入PC的最高二位（第10、11位）。c、RETLW指令。它把栈项（堆栈1）的值写入PC。d、MOVWFF2指令。它把W寄存器的内容置入PC。e、ADDWFF2指令。它把PC值加1后再和W寄存器的值相加，结果写入PC。在以上b、d和e中，PC的第9位总是被清为零。所以用这三条指令来产生程序跳转时，要把子程序或分支程序放在每页的上部地址（分别为000-0FF、200-2FF、400-4FF、600-6FF）。4、F3状态寄存器（STATUS）如图1.7所示F3包含了ALU的算术状态、RESET状态、程序存储器页面地址等。F3中除PD和TO两位外，其他的位都可由指令来设置或清零。注意，当你执行一条欲改变F3寄存器的指令后，F3中的情况可能出乎你的意料。例：CLRFF3；清F3为零你得到的结果是F3=000UU100（U为未变）而不是想像中的全零。UU两位是PD和TO，它们维持不变，而2位由于清零操作被置成1。所以如果你要想改变F3的内容，建议你使用BCF、BSF和MOVWF这三条指令，因为它们的执行不影响其他状态位。例：MOVLW0；0→WMOVWFF3；把F3除PD和TO以外的位全部清零，则你可得到F3=000UU000。有关各条指令对状态位的影响请看第二章介绍。在加法运算（ADDWF）时，C是进位位。在减法运算（SUBWF）时，C是借位的反（Borrow）。例：CLRFF10；F10=0MOVLW1；1→WSUBWFF10；F10-W=0-1=FFH→F10C=0:运算结果为负例：MOVLW1；1→WMOVWFF10；F10=1CLRW；W=0SUBWFF10；F10-W=1-0=1→F10C=1:运算结果为正PD和TO两位可用来判断RESET的原因。例如判断RESET是由芯片上电引起的，或是由看门狗WDT计时溢出引起的，或是复位端加低电平引起的，或是由WDT唤醒SLEEP引起的。表1.4列出了影响TO、PD位的事件。表1.5列出了在各种RESET后的TO、PD位状态。判断RESET从何处引起有时是很必要的。例如在对系统初始化时，经常需判断这次复位是否是上电引起的。如果不是上电复位，则不再进行初始化。页面选择位PA1、PA0的作用前面已描述过，RESET时清PA0-PA2位为零，所以复位后程序区页面自动选择在0页。5、F4寄存器选择寄存器（FSR）a、PIC16C52/54/55/56F4的0－4位在间接寻址中用来选择32个数据寄存器。5－7位为只读位，并恒为1。请参考F0寄存器描述。b、PIC16C57/58FSR6:5位用来选择当前数据寄存器体（Bank）。PIC16C57有80个数据寄存器，如图1.4所示。80个寄存器分为4个体（Bank0～Ban