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高性价比的PIC16C71单片机简介

福州高奇电子科技公司 李东星 陈小牧


    美国Microchip公司推出的8位单片机PIC系列具有诸多的便于开发的优点,广受用户欢迎。笔者在本刊1993年第11期曾发表过一篇介绍PIC16C5X系列单片机的文章,引起广大读者的关注,下面再向读者介绍PIC家族中的另一个新成员-----PIC16C71单片机。
 

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    PIC16C71是一种性能高、价格低、小封装、采用CMOS工艺、全静态设计的8位单片机,它是PIC16C5X系列改进型的第一个新成员。对PIC16C5X系列有了解的读者将会看到它是和PIC16C5X向上兼容的,为PIC16C5X编写的程序很容易移植到PIC16C71中。与PIC16C5X系列相比,PIC16C71增加了4种硬件中断及4路的A/D转换,从而使它成为一种性价比很高的单片机,它所具备的特点可以减少设计中的很多外围部件,从而使设计更简洁、可靠、成本更低。PIC16C71同样具有OTP(一次性可编程型),开发起来很方便。

(一)主要功能特点

1、RISC特点的CPU
(1) 仅37条指令,全部为单字节(14位宽)。
(2) 除分支跳转指令为双周期指令外,其余指令都是单周期指令。
(3) 指令周期:4MHZ振荡频率下1us.20MHZ下200ns。
(4) 数据线和指令线独立分开,分别为8位宽和14位宽。
(5) 片内1024×14的程序存贮空间。
(6) 36个8位通用寄存器(SRAM)。15个特殊功能寄存器。
(7) 8级子程序堆栈。
(8) 直接、间接和相对三种寻址方式。
(9) 4个中断源:外部触发中断INT,定时器/计数器RTCC溢出中断,A/D转换结束中断和四个RB端口引脚电平变化引起的中断。

2、外围特点
(1) 13个双向可编程I/O口。
(2) I/O口驱动能力强,其灌/拉电流可直接驱动LED显示。
(3) 带有8位预设倍率的计数器RTCC。
(4) 4路A/D输入:能采样及保持;转换时间20us;8位分辨率,精度±1LSB;外部参考电压输入Vref(Vref<=vdd);模拟量输入范围:vss~vref。

3、微控制器特性
(1) 内置上电复位电路(POR)。
(2) 电源上升定时器,以利稳定电源的建立。
(3) 振荡起振定时器,以利稳定振荡的建立。
(4) 自振式看门狗(WDT)。
(5) 程序保密熔丝,保护片内程序代码不被非法拷贝。
(6) 低功耗模式(SleepMode)。
(7) 四种用户可选择振荡方式:低成本RC振荡;标准晶体/陶瓷振荡XT;高速晶体/陶瓷振荡HS;低功耗晶体振荡LP。
(8) 1024×14用户可编程程序存贮器。

4、CMOS功艺特点

(1) 低功耗:小于2mA,5V,4MHZ振荡;小于15uA,3V,32KHZ(A/D关闭);小于1uA,3V,Sleep模式。
(2) 工作电压范围3.0~6.0v。

(二)外部结构 PIC16C71外部结构很简洁,如下图所示


VDD:电源
VSS:地
OSC1:外部时钟输入腿/振荡器连接腿。
OSC2/CLKOUT 振荡器连接腿/RC振荡时的时钟输出腿。
:外部复位腿,低电平有效。

图2 内部结构图 ,如下图所示:
RA4/RTCC: 开漏输出/输入腿,它也是RTCC的时钟输入腿。
RA0/AIN0: 双向I/0腿/模拟输入通道0,作为数字输入腿时具有TTL输入电平。
RA1/AIN1:见RA0/AIN0。
RA2/AIN2:见RA0/AIN0。
RA3/AIN3:见RA0/AIN0。
RB0/RB7: 双向I/O脚/外部中断输入。 TTL输入电平。 RB1---RB7: 双向I/O腿,TTL输入电平。

(三)内部结构 PIC16C71内部结构如下图所示

它具备了精简指令集(RISC)结构微处理器的特点,首先它采用了“哈佛”结构,配备独立分开的数据总线和指令总线,从而使所有指令都是单字节,而且执行速度更快。

1、数据寄存器 PIC16C71可直接或间接访问它的48个通用和特殊功能寄存器。所有特殊功能寄存器都被映射到数据存贮器中,而且它能在任何寄存器上以任意的寻址方式进行任何一种操作,这使得PIC16C71的编程简单而高效,并且易学。

PIC16C71寄存器(数据存贮器)的结构如下图所示。



2、程序存贮器
    PIC16C71片内有1024×14的程序存贮器,它不具备外接程序存贮器的机制,其组织结构如图4所示。
PIC16C71的程序计数器PC为13位长,可寻址8K的程序空间,但它只使用了第一个1K(0000-03FF)的空间,寻址大于03FF的单元将导致在第一个1K空间的回绕。复位向量在单元0000H(这点和PIC16C5X不同,应予注意),中断向量在单元0004H。程序存贮器结构如下图所示:

(四)I/O口
PIC16C71有13个I/O端腿,分成RA口和RB口,分别为5位和8位。 1、RA口 RA口(RA0-RA4),寄存器地址为05H,是双向、可编程复用I/0。除了作为可编程I/O外,还可用作4路A/D输入,RA3又进一步和外部参考电压Vref输入端复用,RA4是集电极开路输出,和RTCC输入端复用。RA口结构如下图所示。


、RB口
    RB口是8位双向可编程I/0口,其寄存器地址为06H。RB口的每一引脚均有一弱上拉(其典型电流为250uA),当引腿被置为输出时刚自动无效。也可通过编程位(RBPU)来关闭所有引腿的这个弱上拉。 RB0又与外部中断输入INT复用。
RB4-RB7具备电平变化中断功能。当这些端口置成输入时,引脚上的电平将被采样锁存,当新的采样值和旧的采样值不同时,将引起CPU中断。RB口结构如下图所示。


图8 A/D转换图


图9 PIC16C71用于手持遥控器电路




(五)中断
    PIC16C71有4个可屏蔽中断源,中断控制寄存器INTCON(0BH)的标志位中记录着各种中断请求的状态及屏蔽状态。唯一例外是A/D转换中断标志ADIF是寄存于ADCON寄存器中。
1、INT中断 外部信号触发中断,INT管脚边沿触发。 2、RTCC溢出中断 当RTCC定时器/计数器发生计满溢出时(即由FFH变成0),就产生RTCC中断。这点对PIC16C5X系列的重要改进。
3、RB中断 RB4--RB7腿的电平改变会引起中断。由于这种特性,以及RB口的弱上拉特性,使用户很容易在RB口上构造一个键盘。这种键盘可以通过按键来唤醒处于“SLEEP”状态下的单片机,使之进入工作状态,这在需要省电的场合,如手持遥控器等应用方面非常合适。
4、A/D中断 在一次A/D转换完成后产生的中断,中断逻辑图如图7所示。


(六)A/D转换
    PIC16C71的A/D转换部份有4个模拟量输入通道,这些模拟量输入通过复用一个采样的保持器进入到A/D转换器。参考电压Vref可以来自外部(RA2/AIN3/VREF脚输入)也可以来自内部的VDD。A/D转换器属逐次逼进型,转换结果(8位)存入ADRES寄存器(09H)。在A/D转换前必须选择适当的通道,设置足够的采样时间。转换时间是振荡周期的函数,最短转换时间为20us。用户可以通过设置A/D控制寄存器ADCON0(08H)和ADCON1(88H)来控制其转换过程,同时A/D转换的状态也会在ADCON0中体现出来。图8为一个模拟量输入的简图。 A/D转换模拟引脚必须置成输入态,模拟量必须在VSS和VDD之间,模拟源阻抗应在500¤和10K¤之间。任何连接到模拟输入引脚的外部元件,例如一个电容或稳压二极管,其漏电流应该非常小。

(七)指令系统
    PIC16C71共有37条指令,每条指令都是单字节,长度为14位,包括操作码和操作数。除分支跳转指令为双周期指令外,其余指令皆为单周期指令。在典型的4MHZ振荡下,每个指令周期为1us。 指令系统是和PIC16C5X向上兼容,指令表略。

(八)应用实例
    PIC16C71特别适合于汽车电子,电机马达控制,低功耗遥测传感器,定位设备,电信处理、高档家电控制、智能仪表等领域的应用。下面给出一个PIC16C71用于手持遥控器的例子,参见图9。

    在本例中利用PIC16C71 RB口的特性构成一个键盘,平时遥控器可使之进于低功耗状态(SLEEP),待有按键动作时把PIC16C71唤醒进行显示,红外发射等工作,这样对于使用干电池作为电源的手持机是很合适的。

    图10是程序简要框图,限于篇幅,程序清单省略。 PIC16C71的仿真开发工具有PICMASTER,PIC-POP等,其平台都是IBM PC或兼容机。
图10 程序简要框图

 

 

 

 

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