PIC18系列单片机原理及实践
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PIC18F452单片机原理及编程实践(第二章)PIC结构体与汇编语言编程
2017/8/29
20
―快速访问RAM区”的映射示意图
0区 （256B）
000H 0FFH
GP RAM GP RAM
000H 07FH F80H FFFH
128B 14区 （256B）
GP RAM FSR
GP RAM
F00H F7FH
F80H FFFH
128B
―快速访问”存 储区的组成 （256B）
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2017/8/29
PIC18F452的“文件寄存器”结构示意图
4K RAM 000H 0FFH
GP RAM GP RAM
0 255
通用寄存器GPR 文件寄存器 特殊功能寄存器SFR
GP RAM
F00H F7FH F80H FFFH
3840
GP RAM SFR区域 （128B）
3967 3968 4095
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PIC文件寄存器（RAM）的空间分配
按照功能逻辑划分，文件寄存器（RAM）被分为： ① 通用寄存器 GPR：存储程序中的变量数据； ② 特殊功能寄存器 SFR：用于设定功能模块的工作 模式、工作状态等特殊信息。
GPR和SFR同在一个RAM存储阵列。 凡是没有分配给SFR的空间都可以作为通用寄存器GPR。 在18F系列中，SFR被“统一集中”在RAM的高地址空间 中（第15区的高128B）。 PIC18系列 RAM的大小随型号而不同，从32B～4KB。
―区选择寄存器”BSF的设定是可以通过指令： MOVLW k MOVWF BSR （k=0～15）
15区 （256B）
GP RAM SFR区域 （128B）
PIC18F452单片机原理及编程实践(第三章)分支、调用和延时循环
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（一）DECFSZ 指令在循环程序中的应用
指令格式： DECFSZ
f,d
----- decrease if f=0 then skip
说明：对文件寄存器f-1→f，如果f=0则跳一步（skip）， 否则顺序执行下一条指令。 编制固定次数循环程序时往往采用一个f 做“循环计数 器 ”： 选择一个文件寄存器 f 做“循环计数器”，该寄存器预先 装载一个初值N （N=循环次数）； 利用DECFSZ指令作为循环控制语句：每执行一次循环便 执行一次DECFSZ，当f=0时通过指令的skip操作跳出循 环体，结束整个循环。
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（二）无条件分支指令 BRA n ---- branch
格式：
BRA
n
;PC+2+2n→PC
功能：实现-1024～+1023范围内的转移； 说明：2B字节指令，其中高5位操作码、低11位为偏移量， 采用补码的形式。实际编程中使用“符号地址”替代偏移 量补码，以简化编程。
3.
BNZ只是对现在状态寄存器Z标志进行判断。而Z标志借 用前面的 DECF F,1 指令运行结果来影响的。
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练
习
试用DECFSZ和BNZ两种指令完成： 将PORTC口输入的数据乘以4，在通过PORTB口输出。 【提示】： 1. 首先要将端口的方向寄存器TRISC（F94H）置0xff、 TRISB（F93H）置0x00； 2. 方向寄存器 TRISC的地址=F94H， TRISB的地址=F93H； 3. 端口寄存器PORTC的地址=F82H, PORTB的地址=F81H.
PIC18F452单片机原理及编程实践(第十章)PIC 18串行接口的汇编和C编程
计算机内部的数据是按字节存储、运算的； 计算机与外部设备之间的数据传输从理论上讲：采用并 行方式是效率最高的，因为并行传输数据的速度快； 如果两套设备之间距离变长，则不得不考虑下列因素： 数据传输设备的成本：并行设备至少要8条以上的线； 随着距离的加长，信号幅值将要衰减、干扰信号的影响 将显著增加。 因此长距离通信采用串行传输方式必然结果。
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波特率的物理概念
0 1 0 1 100 10 1 01 1 00 单位时间内传送二进制数据（bit）的个数
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10.3.1 PIC18的SPBRG和波特率B
PIC18的串行接口的异步通信支持不同的波特率，以满足 双方（不同的fosc）的通信的要求；
PIC18波特率的设定是由8位的寄存器SPBRG实现的；
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10.3.2 PIC18的TXREG寄存器
TXREG ----发送数据缓冲器。要想将数据发送出去，必须 事先将数据装载到TXREG中。例如；
MOVLW MOVWF 0x41 TXREG
当执行MOVWF TXREG 装载数据时，数据同时会被写入 “移位寄存器TSR”中，并开始通过TX引脚串行发送数据；
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10.1.5 RS-232串行电平标准
为了使不同厂家生产的通信设备彼此兼容，电子工业联 盟（EIA）在1960年制定了一个接口标准 --- RS232， 后续有修改为RS232B、RS232C。这里将其统称为 RS232； 在RS232标准中： 逻辑1的电平是-3～-25V； 逻辑0的电平是+3～+25V。
PIC18F452单片机原理及编程实践(第十一章)PIC 18的中断编程
3. 如果中断源属于第二梯队（外设中断），还需将PEIE置 一（如： BSF INTCON,PEIE）。
INTCON寄存器各位定义 GIE PEIE MSB
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TMR0IE
INNT0IF
RBIF LSB
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中断设置举例
编写出完成下列操作的指令： 允许定时器0的中断和外部以硬件引脚中断INT0；
主程序 断点 中断返回 中断响应 中断服 务程序
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6
编程者可对外设编写的ISR定义 在ROM的某一位置nnnn；
将与ISR地址相关的跳转指令存 放在ROM的特定单元 中，这些 单元称之-------中断向量 。 一旦CPU响应某一外设的中断申 请就首先跳到中断向量单元，并 从中获取跳转到ISR的指令、转 到真正的ISR中；
2017/8/29
8
在PIC18系统中只用一个中断向量单元。这就意味着不论 是谁引发的中断响应，CPU都会自动的跳转到0008H单元 中，那么如何实现不同中断源的ISR服务呢？ 在系统编程中，如果使用了两个或两个以上的中断源时， 就要在向量的单元（0008H）中编写一段中断源查询的程 序：判断是哪个中断源引发的中断。 当然查询程序也可以在ROM的其他位置，但要有中断向 量中的指令来引导。如：在0008H单元中写入
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PEIE
GIE
第一梯队的中断使能 与PEIE无关
返回前一次
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11.1.6 中断初始化的步骤（以TMR0为例）
使能任何一个中断，必须遵循下面的步骤： 必须将GIE置一 （BSF INTCON,GIE）； 将对应的中断使能为置一
1. 2.
（如使能TMR0： BSF INTCON,TMR0IE）；
INTCON寄存器各位定义 GIE PEIE MSB
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TMR0IE
INNT0IF
RBIF LSB
16
中断设置举例
编写出完成下列操作的指令： 允许定时器0的中断和外部以硬件引脚中断INT0；
主程序 断点 中断返回 中断响应 中断服 务程序
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6
编程者可对外设编写的ISR定义 在ROM的某一位置nnnn；
将与ISR地址相关的跳转指令存 放在ROM的特定单元 中，这些 单元称之-------中断向量 。 一旦CPU响应某一外设的中断申 请就首先跳到中断向量单元，并 从中获取跳转到ISR的指令、转 到真正的ISR中；
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在PIC18系统中只用一个中断向量单元。这就意味着不论 是谁引发的中断响应，CPU都会自动的跳转到0008H单元 中，那么如何实现不同中断源的ISR服务呢？ 在系统编程中，如果使用了两个或两个以上的中断源时， 就要在向量的单元（0008H）中编写一段中断源查询的程 序：判断是哪个中断源引发的中断。 当然查询程序也可以在ROM的其他位置，但要有中断向 量中的指令来引导。如：在0008H单元中写入
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PEIE
GIE
第一梯队的中断使能 与PEIE无关
返回前一次
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11.1.6 中断初始化的步骤（以TMR0为例）
使能任何一个中断，必须遵循下面的步骤： 必须将GIE置一 （BSF INTCON,GIE）； 将对应的中断使能为置一
1. 2.
（如使能TMR0： BSF INTCON,TMR0IE）；
PIC18系列单片机原理及实践【精选】
采用掩模技术制造的芯片是“专用”的芯片，不能用于其 它项目。因此，掩模ROM工艺的单片机是针对某一产品 生产的。
2019/9/11
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18
1.5 PIC微控制器的数据RAM和E2PROM
RAM和E2PROM都是用来存储数据的。其中：
1. RAM用于存储程序的“变量”，如系统采集的输入数据、 处理运算的中间结果或者是程序的最终数据等。
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3
第一章 PIC微控制器的历史和特征
1989年Microchip公司开发了一种8位的微控制器： PIC（Peripheral Interface Controler ——— 外围接口控制器）；
将少量的RAM、ROM、一个定时器和一些I/O端口全 部集成在一个8脚的芯片上；
2. 将芯片内部所包含的ADC、定时器、同步/异步收发器、 E2PROM、看门狗WDT、I2C总线、CAN总线接口等统 称为“外围模块”。外围模块有两个特征：
①都是由对应的SFR进行初始化控制；
②在PIC18XXX系列中，不同的型号其配置各不相同。
2019/9/11
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RAM的大小影响着CPU处理数据的空间。一个大容量的 RAM还可以使高级语言运行更为流畅。
特点：存储速度快（与指令运行的速度同步）、掉电后 数据丢失。
2. E2PROM用于存储 “重要而不需经常修改的数据”。一 般是结果数据，如：水表的流量、汽车的行驶里程、远 端采集的遥感数据等。
特点：掉电后数据不丢失、存储数据速度慢（ms级）。
1. 16FXXX：具有丰富的内部模块、完整的指令系统和良 好的向下兼容性。适合初学入门的系列；
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1.5 PIC微控制器的数据RAM和E2PROM
RAM和E2PROM都是用来存储数据的。其中：
1. RAM用于存储程序的“变量”，如系统采集的输入数据、 处理运算的中间结果或者是程序的最终数据等。
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第一章 PIC微控制器的历史和特征
1989年Microchip公司开发了一种8位的微控制器： PIC（Peripheral Interface Controler ——— 外围接口控制器）；
将少量的RAM、ROM、一个定时器和一些I/O端口全 部集成在一个8脚的芯片上；
2. 将芯片内部所包含的ADC、定时器、同步/异步收发器、 E2PROM、看门狗WDT、I2C总线、CAN总线接口等统 称为“外围模块”。外围模块有两个特征：
①都是由对应的SFR进行初始化控制；
②在PIC18XXX系列中，不同的型号其配置各不相同。
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RAM的大小影响着CPU处理数据的空间。一个大容量的 RAM还可以使高级语言运行更为流畅。
特点：存储速度快（与指令运行的速度同步）、掉电后 数据丢失。
2. E2PROM用于存储 “重要而不需经常修改的数据”。一 般是结果数据，如：水表的流量、汽车的行驶里程、远 端采集的遥感数据等。
特点：掉电后数据不丢失、存储数据速度慢（ms级）。
1. 16FXXX：具有丰富的内部模块、完整的指令系统和良 好的向下兼容性。适合初学入门的系列；
PIC18F452单片机原理及编程实践(第四章)PIC的端口编程
端口A：RA（7线） 端口B：RB（8线） 端口C：RC（8线） 端口D：RD（8线） 端口E：RE（3线）
注： ①只列出引脚的基本功能； ②28脚芯片只有RA、 RB 和RC端口。
4
4.1 PIC 单片机的I/O端口编程
与其它单片机（如：MCS-51）不同：每一个端口都对 应三个SFR。其中： Out Data Latch x：--------------端口输出数据锁存器； TRIS Latch x： -------端口数据传送方向控制寄存器；
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4.1.1 TRIS x 寄存器的作用
1. 2.
TRISx寄存器控制对应端口、 对应位 数据传送的方向； TRIS x寄存器的宽度（bit）与PORT x的宽度一致； TRIS x寄存器某一位=1，对应PORT x对应位为输入； TRIS x寄存器某一位=0，对应PORT x对应位为输出。
TTL 电平输 入缓冲器
CK /Q
Tris Latch
RD TRIS
Q
RD PORT
D
Data Input Latch
EN
返回上次
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PIC18端口的两类主要操作
数据的输出：来自内部的数据总线送至Data Latch的D端， 再经/Q端输出经门电路和场效应管送至I/O引脚。 数据的输入：来自I/O引脚的数据经TTL电平输入缓冲器送 到Input Latch的D端，由Q端经三态门送内部数据总线。
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4.0 PIC18单片机的I/O端口简介
以DIP40脚的PIC18F458/452为例。具有5个并行端口、 共占据34个芯片引脚： PORTA ------ 7bit PORTB ------ 8bit
PIC18系列单片机原理及实践
通过两个引脚可进行在线串行编程（ICSP）；
通过2个脚在线调试器。
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（，高速度FLASH/EEPROM技术； 全静态设计； 宽范围的工作电压：2.0-5.5V； 工业级和扩展级温度范围； 低功耗： —在5V、4MHz下典型值1.6mA；
1.6 PIC微控制器的I/O引脚 1.7 PIC微控制器的外围设备
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第一章 PIC微控制器的历史和特征
1989年Microchip公司开发了一种8位的微控制器： PIC（Peripheral Interface Controler ——— 外围接口控制器）；
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1.6 PIC微控制器的I/O引脚
PIC18XXX系列单片机的引脚为18～80不等，其中可做 I/O引脚的数量为16～72不等。很明显，I/O引脚的数量受 到芯片引脚的约束。 Microchip公司对产品开发采用了“面向应用”的设计理 念，产品种类多而细，从8脚的简约型到80脚高档型。这 种设计使用户可以根据工程项目的需要有“针对性”的进 行选型，做到系统设计的“最优性价比”。 引脚的减少意味着芯片功能的简化，降低成本。相反，80 脚的产品意味着芯片内部模块的增加、功能的强大（因为 许多模块都需要借助于引脚进行数据交换的）。
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目
1. 2. 3. 4. 5. 6.
录
第一章 PIC微控制器的历史和特征 1.1 PIC微控制器的产品系列 1.2 PIC18系列微控制器的特性 1.3 PIC微控制器的产品局限性 1.4 PIC微控制器的程序ROM 1.5 PIC微控制器的数据RAM和
pic18实验指导书
6、 键盘控制 LED 显示程序
要使用 SW2 和 SW3 两个按键，必须先将其对应的端口用下面的代码初始化为输入：
TRISBbits.TRISB0=1; //sw2 input pin TRISAbits.TRISA4=1; //sw3 input pin
然后通过下面的代码读取按键：
if(PORTAbits.RA4==0){ //开发板上已有硬件去抖动处理 //这里执行 SW3 按下时的动作
// Set b0 of LED is On // Enable Interrupt Priority bit，中断优先级位 // Timer2 设为高优先级，对应的中断向量地址地址为 0x08H // Enable High Priority Interrupt，允许高优先级中断
OpenTimer2 (TIMER_INT_ON&T2_PS_1_16 &T2_POST_1_10);
while(1);
// Loop Here!
}
#pragma code isrhighcode = 0x0008 void isr_high_direct(void) {
_asm goto isr_high _endasm } #pragma code
//伪指令告诉编译器中断函数的入口地址是 0x008h
TD7=0;
};
}
将顶部图标工具栏中的编译选项选择为 Debug,
,
再用 Project->Build All 来编译这个程序，Output 窗口应该显示编译成功。
连接硬件，将 App001 开发板和 ICD2 仿真器用 6 芯电缆连接起来，将 ICD2 和 PC
机用 USB 电缆连接起来，再为 App001 开发板上电。
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2014-4-19
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第一章 PIC微控制器的历史和特征
1989年Microchip公司开发了一种8位的微控制器： PIC（Peripheral Interface Controler ——— 外围接口控制器）；
将少量的RAM、ROM、一个定时器和一些I/O端口全 部集成在一个8脚的芯片上；
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（四）PIC单片机的掩模版本
所谓“掩模”技术是指：将编写好并调试成功的源程序代 码直接交给生产微控制器的厂家，由芯片制造厂家在制造 芯片的过程中将用户程序一同烧入的模式；
在所有ROM的制造工艺模式中，“掩模”工艺是制造成 本最低的一种方式，非常适合工厂对设备的批量生产。 采用掩模技术制造的芯片是“专用”的芯片，不能用于其 它项目。因此，掩模ROM工艺的单片机是针对某一产品 生产的。
最大拉/灌电流可达25mA； 3个外部中断引脚； 4个定时器TMR0、TMR1、TMR2、TMR3； 捕捉/比较/脉宽调制（CCP）模块/增强型CCP模块； 两种工作方式的主同步串行通讯（MSSP）： ① SPI主控方式（支持所有4种SPI工作模式）；
② I2C主控/从动方式；
可寻址的USART模块：支持RS-485和RS-232串口,并 行从动口模式,支持中断支持位。
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1.5 PIC微控制器的数据RAM和E2PROM
1.
2.
RAM和E2PROM都是用来存储数据的。其中： RAM用于存储程序的“变量”，如系统采集的输入数据、 处理运算的中间结果或者是程序的最终数据等。 RAM的大小影响着CPU处理数据的空间。一个大容量的 RAM还可以使高级语言运行更为流畅。 特点：存储速度快（与指令运行的速度同步）、掉电后 数据丢失。 E2PROM用于存储 “重要而不需经常修改的数据”。一 般是结果数据，如：水表的流量、汽车的行驶里程、远 端采集的遥感数据等。 特点：掉电后数据不丢失、存储数据速度慢（ms级）。
与其他厂家的微控制器一样，用于存储程序代码或常数 的程序ROM其结构、特点决定了其实用的环境和应用的 价值。 其大小决定了系统程序的容量。在广泛使用C语言编程 的今天，采用大容量结构设计显得尤为重要； ROM的制造工艺决定了微控制器的使用特点和制造成本， 这也与半导体工艺的发展水平相关；
1.
2.
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1.
2. 3.
12XXX的指令宽度为12位，指令系统为33条；
16XXX系列的指令宽度为14位，指令系统为35条； 18XXX系列的指令宽度为16为，指令系统为58条。 这种特点决定了不同系列的产品其指令系统没有很好的 兼容性。
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1.4 PIC微控制器的程序ROM
可编程的锁定复位（BOR）；
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（四）特殊的单片机特性
增强功能的FLASH可经受100,000次擦/写操作； EEPROM可经受1,000,000次擦/写操作； FLASH/数据EEPROM数据保存期可超过40年； 软件控制自动可改编程序（在线升级）；
上电复位电路（POR）、上电延迟定时器（PWRT） 和振荡器起振定时器（OST）；
片内RC振荡的看门狗定时器（WDT）保证可靠运行；
低功耗睡眠模式（Sleep）；
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可选择不同的振荡器工作方式： ① 4锁相环（主振荡器）； ② 2路振荡器（32KHz）时钟输入；
16FXXX：具有丰富的内部模块、完整的指令系统和良 好的向下兼容性。适合初学入门的系列； 18FXXX：高效的16位指令系统、大容量的ROM和RAM 结构使其更适合C语言编程。更为丰富的内部某块和8位 的硬件乘法器使其具备DSP的性能。学习的高级阶段。
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1. 2.
通过两个引脚可进行在线串行编程（ICSP）；
通过2个脚在线调试器。
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（五）CMOS芯片工艺性能
低电压，高速度FLASH/EEPROM技术； 全静态设计； 宽范围的工作电压：2.0-5.5V； 工业级和扩展级温度范围； 低功耗： —在5V、4MHz下典型值1.6mA；
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（三）高级模/数转换特性
10位、8通道的模/数（A/D）转换模块： 可利用休眠状态进行转换，以减少系统干扰、提高精度； 模拟比较模块：可编程多路输入/输出技术；
比较器参考电压模块；
可编程的低电压探测模块（PLVD）：支持低电压检测时 产生中断；
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目
录
第一章 PIC微控制器的历史和特征 1.1 PIC微控制器的产品系பைடு நூலகம் 1.2 PIC18系列微控制器的特性 1.3 PIC微控制器的产品局限性 1.4 PIC微控制器的程序ROM 1.5 PIC微控制器的数据RAM和E2PROM
1.6 PIC微控制器的I/O引脚
1.7 PIC微控制器的外围设备
在不到10年的时间内，Microchip公司已经把这个如 此简陋的产品发展成主流的8位微控制器这是一个奇 迹；
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1.1 PIC微控制器的产品系列
1. 2. 3. 4. 5.
10XXX 12XXX 14XXX 16XXX：应用最广泛的8位机产品，14位指令宽度 18XXX：8位机中的高档产品，16位指令宽度。 它们全部都是8位机系列（内部的数据总线为8位），8 位机的特点：CPU每次处理数据的能力为8位，如果超 过8位就必须事先将其截为8位后再分别处理。
在PIC产品中是以F为来表示的，如：PIC18F458等；
当使用程序烧写器烧写程序时，首先要擦除旧程序然后烧 写新程序。擦除和写入的过程是由编程器自动进行的。
这类芯片适用于产品的研制阶段，需要不断修改、调试程 序的场合。
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（三）PIC单片机的OPT版本
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（一）UV—EPROM的PIC微控制器
早期微控制器ROM的工艺结构。需配合“紫外线擦除器” 和“程序烧写器”完成程序的写入； 1. 2. 使用“紫外线擦除器”中的紫外线照射芯片大约20分钟， 利用“光—化学”反应将芯片中的旧程序擦除； 再使用“程序烧写器”将新程序烧写到芯片中。 早期产品，用于产品的研制阶段。这类芯片的最大缺点 是擦除时间长，目前已经被淘汰。 芯片本身有一个明显的特征：在芯片正面的中央有一个 大约直径10mm透明窗口，为紫外线照射提供一个入射 的光路通道。
① ②
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（一）高性能RISC CPU
C编译器优化体系结构/指令设置； 兼容PIC16和PIC17指令源代码； 高达2MB的程序存储器； 高达4KB的数据存储器；
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（二）优越的外围功能模块特征
OPT（one time programmable）—— 一次性编程技术。 在PIC产品中是以C为来表示OPT结构的，如： PIC16C432等; 与闪存flash工艺结构的芯片相比，具有较低的制造成本。 因此，适合当程序调试成功后进行大规模的生产的情况， 这样可有效降低生产成本； OPT芯片只能进行一次编程，一旦程序烧写进去就永远无 法修改。因此此类芯片不适合开发阶段的使用。
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1.2 PIC18系列单片机的特性
与其它PIC系列单片机一样，采用精简指令集RISC、流 水作业、丰富的内部模块、低功耗大电流驱动等。为了 更适合单片机的C语言开发，18系列设计成较大的信息 存储空间。如： 2M的程序存储器空间； 4K的数据存储空间； 这种设计极大的方便了C语言的设计与编程。
1.
2.
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2014-4-19 大连理工大学 电工电子实验中心 陈育斌 15
（二）带闪存flash的PIC18FXXX
与UV—EPROM相比，flash闪存程序存储器采用“电擦除” 技术，具有速度快，擦除次数多的优点。因此闪存ROM 已经取代UV—EPROM，是当前广泛采用的模式；
PIC18FXXX系列微控制器采用闪存ROM结构。擦除程序 不用外加“擦除器”，但烧写程序时需要“程序烧写器”。
—在3V、32KHz下典型值25uA；
—待机电流典型值0.2uA。
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1.3 PIC微控制器的产品局限性
由于历史原因：PIC单片机的产品是逐渐从低向高发展。 其中最明显的特征是：随着产品性能的提高其内部的硬 件结构也在变化。如程序存储器ROM的宽度会随着产品 性能的升级而加宽，且指令系统也在扩充。
2014-4-19
大连理工大学 电工电子实验中心 陈育斌