PIC16C925/926微控制器：設(shè)計(jì)中的利器

在電子設(shè)計(jì)的領(lǐng)域里，一款性能卓越、功能豐富的微控制器往往是項(xiàng)目成功的關(guān)鍵。今天，我們就來深入探討Microchip的PIC16C925/926微控制器，看看它有哪些獨(dú)特之處，能為我們的設(shè)計(jì)帶來怎樣的便利。

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1. 器件概述

PIC16C925/926系列屬于PIC16CXXX中低端系列的低功耗、高性能、全靜態(tài)8位微控制器，集成了LCD驅(qū)動(dòng)模塊。該系列有兩種類型，“C”型工作在標(biāo)準(zhǔn)電壓范圍，“LC”型則能適應(yīng)更寬的電壓范圍。它們有64引腳和68引腳封裝，以及裸片形式，不同配置在功能上基本一致，只是PIC16C926在EPROM程序內(nèi)存和數(shù)據(jù)內(nèi)存上更具優(yōu)勢(shì)。

1.1 主要特性

這兩款微控制器具備諸多出色特性。高性能RISC CPU僅需學(xué)習(xí)35條單字指令，除程序分支需兩個(gè)周期外，其余指令均為單周期執(zhí)行，工作速度范圍為DC - 20 MHz時(shí)鐘輸入，DC - 200 ns指令周期。內(nèi)存方面，PIC16C925有4K x 14位的EPROM程序內(nèi)存和176字節(jié)數(shù)據(jù)內(nèi)存，PIC16C926則達(dá)到8K x 14位的EPROM程序內(nèi)存和336字節(jié)數(shù)據(jù)內(nèi)存。

外設(shè)功能也十分強(qiáng)大，擁有25個(gè)I/O引腳，具備獨(dú)立的方向控制，還有25 - 27個(gè)僅用于輸入的引腳。具備多個(gè)定時(shí)器模塊，如8位的Timer0、16位的Timer1和帶預(yù)分頻器和后分頻器的8位Timer2。還有捕獲/比較/PWM模塊、同步串行端口模塊（支持SPI和I2C模式）、10位5通道的模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及可編程的LCD時(shí)序模塊。

特殊功能同樣實(shí)用，包括上電復(fù)位、上電定時(shí)器、振蕩器啟動(dòng)定時(shí)器、看門狗定時(shí)器、可編程代碼保護(hù)、可選振蕩器選項(xiàng)和在線串行編程等。采用CMOS技術(shù)，低功耗、高速，工作電壓范圍寬，適用于商業(yè)和工業(yè)溫度范圍。

2. 內(nèi)存組織

2.1 程序內(nèi)存組織

PIC16C925/926的程序計(jì)數(shù)器為13位，可尋址8K x 14的程序內(nèi)存空間。PIC16C925僅物理實(shí)現(xiàn)了前4K x 14（0000h - 0FFFh），超出部分會(huì)回繞。復(fù)位向量位于0000h，中斷向量在0004h。

2.2 數(shù)據(jù)內(nèi)存組織

數(shù)據(jù)內(nèi)存分為四個(gè)存儲(chǔ)體，包含通用寄存器和特殊功能寄存器。通過STATUS寄存器的RP1和RP0位進(jìn)行存儲(chǔ)體選擇。部分通用寄存器未物理實(shí)現(xiàn)，用于跨存儲(chǔ)體的通用訪問。

2.3 特殊功能寄存器

特殊功能寄存器分為核心和外設(shè)兩類。核心相關(guān)的寄存器如STATUS、OPTION、INTCON等，用于控制CPU的狀態(tài)和操作；外設(shè)相關(guān)的寄存器則用于控制各個(gè)外設(shè)模塊的功能。

3. I/O端口

PIC16C925/926的I/O端口部分引腳與外設(shè)功能復(fù)用。當(dāng)外設(shè)啟用時(shí)，對(duì)應(yīng)引腳不能作為通用I/O引腳。

3.1 PORTA和TRISA寄存器

RA4/T0CKI引腳為施密特觸發(fā)輸入和開漏輸出，其他RA端口引腳為TTL輸入電平和全CMOS輸出驅(qū)動(dòng)器。TRISA寄存器控制RA引腳的方向，RA4還可作為Timer0模塊的時(shí)鐘輸入，其他RA引腳可作為模擬輸入和模擬VREF輸入。

3.2 PORTB和TRISB寄存器

PORTB是8位雙向端口，TRISB寄存器控制其方向。PORTB引腳有內(nèi)部弱上拉，可通過OPTION寄存器的RBPU位控制。部分PORTB引腳（RB7 - RB4）具有電平變化中斷功能，可用于喚醒設(shè)備。

3.3 PORTC和TRISC寄存器

PORTC是6位雙向端口，每個(gè)引腳可通過TRISC寄存器獨(dú)立配置為輸入或輸出。PORTC引腳與多個(gè)外設(shè)功能復(fù)用，使用時(shí)需注意TRIS位的設(shè)置。

3.4 PORTD和TRISD寄存器

PORTD是8位端口，前五個(gè)引腳可配置為通用I/O引腳或LCD段驅(qū)動(dòng)器，RD5、RD6和RD7可作為數(shù)字輸入、LCD段或公共驅(qū)動(dòng)器。TRISD控制PORTD作為數(shù)字端口時(shí)引腳的方向。

3.5 PORTE、PORTF和PORTG

這三個(gè)端口均為僅數(shù)字輸入端口，每個(gè)引腳與LCD段驅(qū)動(dòng)器復(fù)用。要將引腳配置為數(shù)字端口，需清除LCDSE寄存器的相應(yīng)位。

3.6 I/O編程注意事項(xiàng)

在使用I/O端口時(shí)，讀寫操作實(shí)際上是先讀再寫，因此在對(duì)既有輸入又有輸出的端口使用讀 - 修改 - 寫指令時(shí)需謹(jǐn)慎。連續(xù)對(duì)I/O端口進(jìn)行寫和讀操作時(shí)，要確保引腳電壓穩(wěn)定，必要時(shí)可插入NOP指令。

4. 定時(shí)器模塊

4.1 Timer0模塊

Timer0是8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，可讀可寫，具有8位軟件可編程預(yù)分頻器，可選擇內(nèi)部或外部時(shí)鐘源，溢出時(shí)可產(chǎn)生中斷。在定時(shí)器模式下，每指令周期遞增；計(jì)數(shù)器模式下，根據(jù)RA4/T0CKI引腳的邊沿變化遞增。預(yù)分頻器可在Timer0和看門狗定時(shí)器之間共享。

4.2 Timer1模塊

Timer1是16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，由TMR1H和TMR1L兩個(gè)8位寄存器組成?？晒ぷ髟诙〞r(shí)器或計(jì)數(shù)器模式，通過TMR1CS位選擇。在定時(shí)器模式下，每指令周期遞增；計(jì)數(shù)器模式下，在外部時(shí)鐘輸入的上升沿遞增。還可通過T1OSCEN位啟用內(nèi)部振蕩器，該振蕩器在SLEEP模式下可繼續(xù)運(yùn)行。

4.3 Timer2模塊

Timer2是8位定時(shí)器，帶有預(yù)分頻器和后分頻器，可作為CCP模塊PWM模式的時(shí)基，也可作為主模式SPI時(shí)鐘的時(shí)基。TMR2寄存器可讀可寫，在設(shè)備復(fù)位時(shí)清零。

5. 捕獲/比較/PWM（CCP）模塊

CCP模塊包含一個(gè)16位寄存器，可作為捕獲寄存器、比較寄存器或PWM主/從占空比寄存器。

5.1 捕獲模式

在捕獲模式下，CCPR1H:CCPR1L捕獲TMR1寄存器的16位值，可選擇不同的觸發(fā)邊沿。捕獲時(shí)，中斷請(qǐng)求標(biāo)志位CCP1IF置位，需軟件清除。

5.2 比較模式

比較模式下，16位CCPR1寄存器值與TMR1寄存器對(duì)的值不斷比較，根據(jù)CCP1M3:CCP1M0位的設(shè)置，對(duì)RC2/CCP1引腳進(jìn)行相應(yīng)操作，并產(chǎn)生比較中斷。

5.3 PWM模式

PWM模式下，CCP1引腳可產(chǎn)生最高10位分辨率的PWM輸出。PWM周期由PR2寄存器設(shè)置，占空比由CCPR1L寄存器和CCP1CON<5:4>位指定。

6. 同步串行端口（SSP）模塊

SSP模塊可用于與其他外設(shè)或微控制器通信，支持SPI和I2C兩種模式。

6.1 SPI模式

SPI模式可同步傳輸和接收8位數(shù)據(jù)，通常使用三個(gè)引腳（SDO、SDI、SCK），在從模式下還可使用第四個(gè)引腳（SS）。通過配置SSPCON和SSPSTAT寄存器的控制位，可指定主/從模式、時(shí)鐘極性、時(shí)鐘邊沿、時(shí)鐘速率和從選擇模式。

6.2 I2C模式

I2C模式采用兩線串行接口，遵循全面的協(xié)議確保數(shù)據(jù)可靠傳輸。設(shè)備有地址，主設(shè)備發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸，產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)。SSP模塊實(shí)現(xiàn)了除通用調(diào)用支持外的所有從功能，并在硬件上提供START和STOP位中斷，方便實(shí)現(xiàn)主功能。

7. 模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D）模塊

A/D轉(zhuǎn)換器模塊有五個(gè)輸入，通過逐次逼近產(chǎn)生10位數(shù)字結(jié)果。可在SLEEP模式下工作，但A/D時(shí)鐘需來自內(nèi)部RC振蕩器。通過ADCON0和ADCON1寄存器控制操作和端口引腳功能。

8. LCD模塊

LCD模塊可驅(qū)動(dòng)靜態(tài)或多路復(fù)用LCD面板，支持最多32段和4個(gè)公共端。通過LCDCON、LCDSE和LCDPS控制寄存器定義LCD面板的時(shí)序要求，通過LCDD00 - LCDD15寄存器控制像素?cái)?shù)據(jù)。

9. 特殊功能

9.1 配置位

配置位可選擇設(shè)備的各種配置，如振蕩器類型、是否啟用上電定時(shí)器、看門狗定時(shí)器和欠壓復(fù)位等。

9.2 振蕩器配置

支持四種振蕩器模式：LP（低功耗晶體）、XT（晶體/諧振器）、HS（高速晶體/諧振器）和RC（電阻/電容）。不同模式下，需根據(jù)晶體或諧振器的特性選擇合適的外部元件。

9.3 復(fù)位

PIC16C925/926可區(qū)分多種復(fù)位類型，如上電復(fù)位、MCLR復(fù)位、看門狗定時(shí)器復(fù)位和欠壓復(fù)位。部分寄存器在復(fù)位時(shí)不受影響，部分寄存器會(huì)復(fù)位到特定狀態(tài)。

9.4 中斷

該系列有九個(gè)中斷源，包括外部中斷、定時(shí)器溢出中斷、端口變化中斷等。中斷控制寄存器記錄中斷請(qǐng)求，通過全局中斷使能位GIE控制所有未屏蔽的中斷。

9.5 看門狗定時(shí)器（WDT）

WDT是片上自由運(yùn)行的RC振蕩器，可在設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生復(fù)位，在SLEEP模式下喚醒設(shè)備。可通過配置位WDTE永久禁用。

9.6 掉電模式（SLEEP）

執(zhí)行SLEEP指令進(jìn)入掉電模式，此時(shí)看門狗定時(shí)器清零但繼續(xù)運(yùn)行，PD位清零，TO位置位，振蕩器驅(qū)動(dòng)器關(guān)閉。設(shè)備可通過外部復(fù)位、看門狗定時(shí)器喚醒或中斷喚醒。

9.7 程序驗(yàn)證/代碼保護(hù)

未編程代碼保護(hù)位時(shí)，可讀取片上程序內(nèi)存進(jìn)行驗(yàn)證。

9.8 ID位置

四個(gè)內(nèi)存位置（2000h - 2003h）可用于存儲(chǔ)校驗(yàn)和或其他代碼標(biāo)識(shí)號(hào)，正常執(zhí)行時(shí)不可訪問，編程/驗(yàn)證時(shí)可讀可寫。

9.9 在線串行編程

PIC16CXXX微控制器可在最終應(yīng)用電路中進(jìn)行串行編程，只需兩條時(shí)鐘和數(shù)據(jù)線，以及電源、地和編程電壓線。

10. 開發(fā)支持

Microchip為PIC微控制器提供了豐富的硬件和軟件開發(fā)工具，包括集成開發(fā)環(huán)境、匯編器/編譯器/鏈接器、模擬器、仿真器、在線調(diào)試器、設(shè)備編程器和低成本演示板等，方便開發(fā)者進(jìn)行開發(fā)和調(diào)試。

PIC16C925/926微控制器憑借其豐富的功能、高性能和低功耗等特點(diǎn)，在電子設(shè)計(jì)中具有廣泛的應(yīng)用前景。無論是工業(yè)控制、消費(fèi)電子還是其他領(lǐng)域，它都能為我們的設(shè)計(jì)帶來更多的可能性。作為電子工程師，我們可以充分利用其特性，開發(fā)出更加優(yōu)秀的產(chǎn)品。大家在使用過程中有什么問題或者經(jīng)驗(yàn)，歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。