PIC16C745/765微控制器：功能、特性與應(yīng)用全解析

在電子工程領(lǐng)域，微控制器作為核心組件，廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備中。PIC16C745/765微控制器以其高性能、低功耗和豐富的外設(shè)功能，成為眾多工程師的首選。本文將深入剖析PIC16C745/765微控制器的各項(xiàng)特性、功能及應(yīng)用場景，為電子工程師提供全面的參考。

文件下載：PIC16C765-I/P.pdf

一、概述

PIC16C745/765屬于PIC16CXX中低端系列的8位微控制器，采用先進(jìn)的RISC架構(gòu)，具備增強(qiáng)的核心特性、8級深度堆棧和多個(gè)內(nèi)部及外部中斷源。哈佛架構(gòu)的獨(dú)立指令和數(shù)據(jù)總線，使得14位寬的指令字與8位寬的數(shù)據(jù)能夠高效運(yùn)行，大部分指令可在單周期內(nèi)執(zhí)行，僅程序分支指令需要兩個(gè)周期。該系列共有35條指令，寄存器集豐富，實(shí)現(xiàn)了高性能運(yùn)算。

PIC16C745擁有22個(gè)I/O引腳，PIC16C765則有33個(gè)I/O引腳，二者均配備256字節(jié)的RAM。此外，還具備多種外設(shè)功能，如三個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、兩個(gè)Capture/Compare/PWM模塊和兩個(gè)串口，適用于從安全和遠(yuǎn)程傳感器到家電控制和汽車等多種應(yīng)用場景。

二、架構(gòu)特點(diǎn)

2.1 哈佛架構(gòu)

PIC16C745/765采用哈佛架構(gòu)，程序和數(shù)據(jù)通過獨(dú)立的總線從不同的存儲器中訪問，相比傳統(tǒng)的馮·諾伊曼架構(gòu)，顯著提高了帶寬。14位寬的程序存儲器訪問總線可在單周期內(nèi)獲取14位指令，兩級指令流水線使大多數(shù)指令能在單周期內(nèi)執(zhí)行。

2.2 指令集

指令集高度正交，分為字節(jié)操作、位操作和字面值及控制操作三類。所有指令通常在一個(gè)指令周期內(nèi)執(zhí)行，除非條件測試為真或程序計(jì)數(shù)器發(fā)生改變，此時(shí)需要兩個(gè)指令周期。

2.3 ALU與工作寄存器

包含8位ALU和工作寄存器（W寄存器），ALU可執(zhí)行算術(shù)和布爾運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果可能影響STATUS寄存器中的C、DC和Z位。

三、存儲器組織

3.1 程序存儲器

具備13位程序計(jì)數(shù)器，可尋址8K x 14的程序存儲器空間，地址范圍為0000h - 1FFFh。復(fù)位向量位于0000h，中斷向量位于0004h。

3.2 數(shù)據(jù)存儲器

數(shù)據(jù)存儲器分為多個(gè)存儲體，包含通用寄存器（GPR）和特殊功能寄存器（SFR）。通過STATUS寄存器中的RP1和RP0位選擇存儲體，每個(gè)存儲體最大可達(dá)7Fh（128字節(jié)），低地址部分為SFR，上方為GPR，采用靜態(tài)RAM實(shí)現(xiàn)。

四、I/O端口

4.1 PORTA

6位鎖存器，RA4/T0CKI引腳為施密特觸發(fā)器輸入和開漏輸出，其余引腳為TTL輸入和CMOS輸出。通過TRISA寄存器控制引腳方向，可配置為模擬輸入或數(shù)字I/O。

4.2 PORTB

8位雙向端口，每個(gè)引腳有弱上拉電阻，可通過OPTION_REG寄存器的RBPU位控制。RB<7:4>引腳具備中斷變化功能，可喚醒設(shè)備。

4.3 PORTC

5位雙向端口，與多個(gè)外設(shè)功能復(fù)用。通過TRISC寄存器配置引腳方向，使用外設(shè)功能時(shí)需注意TRIS位的設(shè)置。

4.4 PORTD（僅PIC16C765）

8位端口，可配置為8位寬的并行從端口。通過TRISD寄存器控制引腳方向。

4.5 PORTE（僅PIC16C765）

3位端口，可作為微處理器端口的控制輸入。通過TRISE寄存器控制引腳方向，可配置為模擬輸入或數(shù)字I/O。

4.6 并行從端口（PSP，僅PIC16C765）

PORTD可作為8位寬的并行從端口，通過設(shè)置TRISE寄存器的PSPMODE位啟用。外部微處理器可通過RD和WR控制輸入引腳對PORTD鎖存器進(jìn)行讀寫操作。

五、定時(shí)器模塊

5.1 Timer0模塊

8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，具備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)產(chǎn)生中斷。預(yù)分頻器與看門狗定時(shí)器共享。

5.2 Timer1模塊

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T1CON寄存器控制。定時(shí)器溢出時(shí)可產(chǎn)生中斷。

5.3 Timer2模塊

8位定時(shí)器，具備預(yù)分頻器和后分頻器，可作為CCP模塊PWM模式的時(shí)基。TMR2寄存器可讀寫，在設(shè)備復(fù)位時(shí)清零。

六、Capture/Compare/PWM模塊

每個(gè)CCP模塊包含16位寄存器，可作為16位捕獲寄存器、16位比較寄存器或PWM主/從占空比寄存器。CCP1和CCP2模塊操作相同，特殊事件觸發(fā)功能略有差異。

6.1 捕獲模式

在捕獲模式下，CCPR1H:CCPR1L捕獲TMR1寄存器的16位值，中斷請求標(biāo)志位CCP1IF置位。

6.2 比較模式

在比較模式下，16位CCPR1寄存器值與TMR1寄存器對值進(jìn)行比較，匹配時(shí)RC2/CCP1引腳根據(jù)控制位進(jìn)行相應(yīng)操作，中斷標(biāo)志位CCP1IF置位。

6.3 PWM模式

在PWM模式下，CCPx引腳可產(chǎn)生最高10位分辨率的PWM輸出。

七、通用串行總線（USB）

PIC16C745/765的USB外設(shè)模塊僅支持低速控制和中斷（IN和OUT）傳輸，實(shí)現(xiàn)了3個(gè)端點(diǎn)號（0、1、2），共6個(gè)端點(diǎn)。

7.1 USB事務(wù)處理

USB傳輸或接收數(shù)據(jù)時(shí)，SIE首先檢查相應(yīng)端點(diǎn)和方向的緩沖區(qū)描述符UOWN位是否為1，完成TOKEN后更新BD狀態(tài)和UOWN位，設(shè)置TOK_DNE中斷。MCU處理中斷時(shí)讀取USTAT寄存器，處理數(shù)據(jù)并設(shè)置相應(yīng)UOWN位。

7.2 USB寄存器

USB控制寄存器、緩沖區(qū)描述符和緩沖區(qū)位于Bank 3，包括UIR、UIE、UEIR、UEIE、USTAT、UCTRL、UADDR、USWSTAT和端點(diǎn)寄存器等。

7.3 緩沖區(qū)描述符表（BDT）

USB通過BDT管理端點(diǎn)通信，每個(gè)端點(diǎn)需要4字節(jié)的緩沖區(qū)描述符。UOWN位用于區(qū)分MCU和USB對BD和緩沖區(qū)的訪問權(quán)限。

八、通用同步異步收發(fā)器（USART）

8.1 模式配置

USART可配置為全雙工異步系統(tǒng)或半雙工同步系統(tǒng)，支持異步、同步主模式和同步從模式。通過TXSTA和RCSTA寄存器進(jìn)行配置。

8.2 波特率發(fā)生器（BRG）

BRG是一個(gè)專用的8位波特率發(fā)生器，支持異步和同步模式。通過SPBRG寄存器控制波特率，異步模式下BRGH位也會影響波特率。

8.3 異步模式

采用標(biāo)準(zhǔn)的非歸零（NRZ）格式，使用片上專用的8位波特率發(fā)生器生成標(biāo)準(zhǔn)波特率。發(fā)送和接收功能獨(dú)立，可通過設(shè)置相關(guān)寄存器實(shí)現(xiàn)。

8.4 同步主模式

數(shù)據(jù)以半雙工方式傳輸，發(fā)送時(shí)禁止接收，反之亦然。通過設(shè)置SYNC和CSRC位進(jìn)入同步主模式。

8.5 同步從模式

與同步主模式類似，但時(shí)鐘由外部提供，可在SLEEP模式下傳輸或接收數(shù)據(jù)。

九、模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D）模塊

9.1 功能概述

8位A/D轉(zhuǎn)換器模塊，PIC16C745有5個(gè)輸入，PIC16C765有8個(gè)輸入?？蓪⒛M輸入信號轉(zhuǎn)換為8位數(shù)字值，參考電壓可軟件選擇。

9.2 操作步驟

進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，需配置A/D模塊、中斷（可選），等待采集時(shí)間，啟動轉(zhuǎn)換，等待轉(zhuǎn)換完成，讀取結(jié)果。

9.3 特殊功能

A/D模塊可在SLEEP模式下運(yùn)行，但需將A/D轉(zhuǎn)換時(shí)鐘源設(shè)置為專用內(nèi)部RC振蕩器。

十、CPU特殊功能

10.1 配置位

配置位位于程序存儲器位置2007h，可選擇設(shè)備配置，如代碼保護(hù)、電源定時(shí)器、看門狗定時(shí)器和振蕩器選擇等。

10.2 振蕩器配置

支持EC、E4、HS和H4四種振蕩器模式，可通過配置位選擇。

10.3 復(fù)位

包括上電復(fù)位（POR）、MCLR復(fù)位、看門狗定時(shí)器復(fù)位（WDT）和欠壓復(fù)位（BOR）等，不同復(fù)位情況下寄存器狀態(tài)不同。

10.4 中斷

中斷控制寄存器（INTCON）記錄中斷請求，全局中斷使能位GIE控制所有未屏蔽的中斷。不同中斷源的中斷標(biāo)志位在相應(yīng)條件下置位，需在軟件中清除。

10.5 看門狗定時(shí)器（WDT）

WDT是一個(gè)獨(dú)立的片上振蕩器，可在設(shè)備時(shí)鐘停止時(shí)運(yùn)行?？赏ㄟ^配置位永久禁用，超時(shí)可產(chǎn)生設(shè)備復(fù)位或喚醒設(shè)備。

10.6 低功耗模式（SLEEP）

通過執(zhí)行SLEEP指令進(jìn)入低功耗模式，WDT可繼續(xù)運(yùn)行，I/O端口保持狀態(tài)。可通過外部復(fù)位、WDT喚醒或中斷喚醒設(shè)備。

10.7 程序驗(yàn)證/代碼保護(hù)

未編程代碼保護(hù)位時(shí)，可讀取片上程序存儲器進(jìn)行驗(yàn)證。

10.8 ID位置

四個(gè)內(nèi)存位置（2000h - 2003h）可存儲校驗(yàn)和或其他代碼識別號，正常執(zhí)行時(shí)不可訪問，編程/驗(yàn)證時(shí)可讀寫。

10.9 在線串行編程（ICSP）

PIC16CXX微控制器可在應(yīng)用電路中進(jìn)行串行編程，通過兩根線進(jìn)行時(shí)鐘和數(shù)據(jù)傳輸，三根線提供電源、地和編程電壓。

十一、開發(fā)支持

Microchip為PIC微控制器提供了全面的硬件和軟件開發(fā)工具，包括集成開發(fā)環(huán)境（MPLAB IDE）、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。

十二、電氣特性

12.1 絕對最大額定值

規(guī)定了設(shè)備在不同條件下的最大電壓、電流和溫度范圍，超出這些范圍可能導(dǎo)致設(shè)備永久損壞。

12.2 DC特性

包括電源電壓、RAM數(shù)據(jù)保持電壓、欠壓復(fù)位電壓、電源電流、功耗電流等參數(shù)。

12.3 AC特性

包括外部時(shí)鐘頻率、指令周期時(shí)間、時(shí)鐘輸出和I/O引腳的時(shí)序要求等。

十三、封裝信息

PIC16C745/765提供多種封裝形式，如28引腳SOIC、PDIP、JW，40引腳PDIP、CERDIP，44引腳TQFP、PLCC等，并詳細(xì)說明了封裝標(biāo)記信息和尺寸規(guī)格。

PIC16C745/765微控制器憑借其豐富的功能、高性能和低功耗特性，為電子工程師提供了強(qiáng)大的設(shè)計(jì)選擇。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師可根據(jù)具體需求選擇合適的配置和外設(shè)功能，充分發(fā)揮該微控制器的優(yōu)勢。同時(shí)，Microchip提供的全面開發(fā)支持工具，也為開發(fā)過程提供了便利。希望本文能為電子工程師在使用PIC16C745/765微控制器時(shí)提供有價(jià)值的參考。