PIC 6F877單片機(jī)實(shí)驗(yàn)板介紹

1、第1章 PIC16F877單片機(jī)實(shí)驗(yàn)板介紹美國微芯公司推出的CMOS 8位PIC系列單片機(jī)，采用精簡指令集（RISC）、哈佛總線結(jié)構(gòu)、2級(jí)流水線取指令方式，具有實(shí)用、低價(jià)、指令集小、簡單易學(xué)、低功耗、高速度、體積小、功能強(qiáng)等特點(diǎn),體現(xiàn)了單片機(jī)發(fā)展的一種新趨勢，深受廣大用戶的歡迎，已逐漸成為單片機(jī)發(fā)展的新潮流。PIC16F87X是微芯公司的中檔產(chǎn)品。它采用14位的類RISC指令系統(tǒng)，在保持低價(jià)格的前提下，增加了A/D轉(zhuǎn)換器、內(nèi)部E2PROM存儲(chǔ)器、比較輸出、捕捉輸入、PWM輸出（加上簡單的濾波電路后還可以作為D/A輸出）、I2C總線和SPI總線接口電路、異步串行通信（USART）接口電路、模擬電

2、壓比較器、LCD驅(qū)動(dòng)、FLASH程序存儲(chǔ)器等許多功能，可以方便地在線多次編程和調(diào)試，特別適用于初學(xué)者學(xué)習(xí)和在產(chǎn)品的開發(fā)階段使用；它也可以作為產(chǎn)品開發(fā)的終極產(chǎn)品。微芯公司還將FLASH芯片做成與OTP芯片價(jià)格相近，以致可用FLASH芯片代替OTP芯片。微芯公司的單片機(jī)是品種最豐富的單片機(jī)系列之一，被廣泛地應(yīng)用于各種儀器和設(shè)備中。這種單片機(jī)具有如下顯著的特點(diǎn)：開發(fā)容易，周期短：由于PIC采用類RISC指令集，指令數(shù)目少（PIC16F87X 僅35條指令），且全部為單字長指令，易學(xué)易用；相對(duì)于采用CISC（復(fù)雜指令集）結(jié)構(gòu)的單片機(jī)可節(jié)省30 %以上的開發(fā)時(shí)間、2倍以上的程序空間。高速：PIC采用哈佛

3、總線和類精簡指令集，逐步建立了一種新的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，指令的執(zhí)行速度比一般的單片機(jī)要快45倍。低功耗：PIC采用CMOS電路設(shè)計(jì)，結(jié)合了諸多的節(jié)電特性，使其功耗很低；100 %的靜態(tài)設(shè)計(jì)可進(jìn)入休眠（Sleep）省電狀態(tài)，而不會(huì)影響激活后的正常運(yùn)行。微芯公司的單片機(jī)是各類單片機(jī)中低功耗設(shè)計(jì)最好的產(chǎn)品之一。低價(jià)實(shí)用：PIC配備有OTP（One Time Programmable）型、EPROM型及FLASH型等多種形式的芯片，其OTP型芯片的價(jià)格很低。PIC還提供程序監(jiān)視器（WDT）和程序可分區(qū)保密的保密位（Security Fuse）等功能；提供了基于Windows98/NT/2000的、方便易用的、

4、全系列產(chǎn)品開發(fā)工具及大量子程序庫和應(yīng)用實(shí)例，使產(chǎn)品開發(fā)更容易、快捷。為了更好地開展大學(xué)單片機(jī)的教學(xué)、實(shí)驗(yàn)及畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中單片機(jī)的應(yīng)用,提高PIC16F877開發(fā)的速度，我們采用PIC16F877單片機(jī)設(shè)計(jì)了一個(gè)功能齊全的通用模板。以后章節(jié)提供的大量應(yīng)用程序和接口程序樣例都是在這個(gè)實(shí)驗(yàn)板的基礎(chǔ)上編寫的。1.1 模板功能介紹在設(shè)計(jì)過程中，我們合理利用了PIC16F877單片機(jī)的幾乎所有內(nèi)部資源，設(shè)計(jì)了這塊功能齊全的模板。下面對(duì)這些功能作簡單的介紹。1.1.1 A/D轉(zhuǎn)換功能為了得到現(xiàn)場模擬信號(hào)，很多時(shí)候都需要A/D采集。PIC16F877單片機(jī)片內(nèi)有8路10位A/D轉(zhuǎn)換通道，在這里用了3路。其中V

5、IN0,VIN1（標(biāo)號(hào)介紹見1.3節(jié)）用來采集交流電壓和相應(yīng)的電流。由于PIC16F877單片機(jī)的片內(nèi)A/D為單極性，要將交流信號(hào)經(jīng)過放大、濾波、提升電位后，才能送入單片機(jī)。因此，對(duì)于任一需要采樣的交流信號(hào)，在接入實(shí)驗(yàn)板之前，要先用信號(hào)調(diào)理電路將其轉(zhuǎn)換為峰值為+2V的信號(hào)（此范圍可調(diào)），再在實(shí)驗(yàn)板上加2V的提升電壓，才可以得到幅值在+0+4V之間的信號(hào)。根據(jù)信號(hào)調(diào)理電路的衰減倍數(shù)以及提升電壓的數(shù)值，很容易通過軟件得出實(shí)際的A/D采樣值；通過采集這兩路電壓電流信號(hào)，可以通過該實(shí)驗(yàn)板對(duì)電網(wǎng)的一些重要參數(shù)進(jìn)行檢測，如電壓電流有效值、電網(wǎng)的有功無功、功率因數(shù)、諧波等，還可以進(jìn)行FFT運(yùn)算。另外，用VI

6、N2采集直流信號(hào)。由于直流信號(hào)種類多、量值范圍寬，所以采用增益可調(diào)的同相比例放大器對(duì)直流信號(hào)進(jìn)行初步處理后，再接入單片機(jī)的A/D輸入通道；由于產(chǎn)生直流信號(hào)的方式很多，所以沒有設(shè)計(jì)具體的電路，用戶可以搭建一些簡單的電路配合該實(shí)驗(yàn)板實(shí)現(xiàn)多種信號(hào)（如溫度、壓力等）的檢測。1.1.2 鍵 盤 在許多應(yīng)用中，都需要用鍵盤來輸入數(shù)據(jù)或?qū)Τ绦虻倪M(jìn)程進(jìn)行管理；因此在單片機(jī)的設(shè)計(jì)和調(diào)試實(shí)驗(yàn)中，鍵盤是一個(gè)不可缺少的部分。本設(shè)計(jì)中采用單片機(jī)的RB1、RB2、RB4、RB5 4個(gè)I/O口和若干按鍵構(gòu)成一個(gè)簡單的矩陣式鍵盤。其中RB4和RB5在引腳的電平發(fā)生變化時(shí)，產(chǎn)生“電平變化中斷”；因此，對(duì)鍵盤的輸入掃描可采用查詢

7、方式或中斷方式。鍵盤的詳細(xì)工作原理請(qǐng)參考本書相關(guān)章節(jié)。1.1.3 LED顯示通常情況下，需要用LED來顯示單片機(jī)的工作狀態(tài)、運(yùn)行結(jié)果和參數(shù)等，它是人機(jī)對(duì)話的重要環(huán)節(jié)；因此本模板設(shè)計(jì)了LED顯示部分。為了節(jié)約CPU的資源，同時(shí)為了利用該單片機(jī)強(qiáng)大的I/O口擴(kuò)展能力，采用PIC16F877單片機(jī)的SPI接口和移位寄存器芯片74HC595（該芯片可以把串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)輸出）實(shí)現(xiàn)LED的靜態(tài)顯示。通過級(jí)連的方式把8個(gè)74HC595芯片連在一起，形成一個(gè)64位的移位寄存器，同時(shí)每個(gè)74HC595芯片的并行輸出連接一個(gè)8段LED，這樣就可以通過簡單編程實(shí)現(xiàn)顯示功能。比如要在8個(gè)LED上分別顯示1、2

8、、3、4、5、6、7、8，可以通過SPI口連續(xù)發(fā)送8個(gè)數(shù)據(jù)的顯示段碼，發(fā)送完畢后通過瑣存信號(hào)線LACK發(fā)出一個(gè)鎖存信號(hào)，便可以實(shí)現(xiàn)靜態(tài)顯示。LED的詳細(xì)工作原理請(qǐng)參考本書相關(guān)章節(jié)。1.1.4 液晶顯示器（LCD）顯示在各種智能型儀器和便攜式產(chǎn)品中，除了能顯示字符、數(shù)字之外，通常能夠顯示各種圖形、曲線及漢字，并且可以實(shí)現(xiàn)屏幕上下左右滾動(dòng)、動(dòng)畫、閃爍及文本特征顯示等功能。為此，我們設(shè)計(jì)了LCD顯示電路來實(shí)現(xiàn)這一功能。本模板采用SED1520F0A驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的MG_1223液晶顯示器，并且用有外部擴(kuò)展接口的并行從動(dòng)口D復(fù)用為其數(shù)據(jù)總線。用戶可以查閱相關(guān)資料對(duì)其性能進(jìn)行了解，在后面的章節(jié)也提供了相應(yīng)的

9、接口程序。1.1.5 8路開關(guān)量輸入和8路開關(guān)量輸出在單片機(jī)應(yīng)用現(xiàn)場經(jīng)常需要采集開關(guān)量信號(hào)，而且也常常需要用開關(guān)量輸出作控制信號(hào)。因此在設(shè)計(jì)過程中，我們利用PIC16F877單片機(jī)的SPI串行外設(shè)口和74HC165芯片擴(kuò)展了8路開關(guān)量輸入通道。74HC165是一種可將8位并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)的芯片，利用單片機(jī)的SPI串行外設(shè)接口的數(shù)據(jù)線和時(shí)鐘控制線很容易將74HC165轉(zhuǎn)換后的串行數(shù)據(jù)送入單片機(jī)。在設(shè)計(jì)過程中，為了實(shí)驗(yàn)的需要，每一個(gè)輸入引腳在留有外部接口的同時(shí)，都在實(shí)驗(yàn)板上接了一個(gè)單刀雙擲開關(guān)，實(shí)驗(yàn)時(shí)可根據(jù)不同的需要將相應(yīng)的開關(guān)接到高電平或低電平上，從而模擬實(shí)際控制過程中的一些開關(guān)量輸入。另

10、外，還用一個(gè)8位的撥動(dòng)開關(guān)與D口相連，把開關(guān)撥向ON位置，可以使板上的8個(gè)發(fā)光二極管與D口相連，從而進(jìn)行簡單的開關(guān)量輸出操作和邏輯控制輸出。1.1.6 D/A輸出 工業(yè)現(xiàn)場中，常常需要用到D/A轉(zhuǎn)換器輸出模擬信號(hào)；因此在本模板的設(shè)計(jì)中，采用了MAX518和單片機(jī)的I2C總線接口，擴(kuò)展出2路D/A輸出。值得注意的是，在擴(kuò)展D/A輸出時(shí)，用的是I2C總線；開關(guān)量輸入時(shí)，用的是SPI總線。這兩個(gè)總線在PIC16F877單片機(jī)上的數(shù)據(jù)輸入線和時(shí)鐘線是相同的，因此需要在硬件設(shè)計(jì)上將SPI總線和I2C總線加以區(qū)分，具體方式見后面的章節(jié)。1.1.7 串行通信接口SCI 在實(shí)際應(yīng)用中，單片機(jī)和PC機(jī)之間經(jīng)常需

11、要進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。們采用MAX232驅(qū)動(dòng)PIC16F877單片機(jī)的SCI接口與標(biāo)準(zhǔn)RS232電平接口，使單片機(jī)和PC機(jī)之間能方便地進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，也可以方便地進(jìn)行兩個(gè)或多個(gè)單片機(jī)之間的通信。1.1.8 主從單片機(jī)多機(jī)并行通信 PIC16F877單片機(jī)模板可以和另一塊PIC16F877單片機(jī)模板進(jìn)行主從并行多機(jī)通信，提供中斷方式和查詢方式；因此把從動(dòng)口PORTD留有外部接插頭。該從動(dòng)口與液晶的數(shù)據(jù)總線復(fù)用；但可以通過軟件使二者互不干擾。1.1.9 捕捉方式，PWM方式 PIC16F877單片機(jī)可以對(duì)外部信號(hào)的邊緣進(jìn)行捕捉，特別適用于轉(zhuǎn)速測量、脈沖計(jì)量等應(yīng)用場合。PWM輸出方式在工程中的應(yīng)用就更為廣泛

12、，在精度要求不是很高的場合，用戶還可以在外部接上簡單的低通濾波器，利用PWM實(shí)現(xiàn)簡單的D/A輸出。該實(shí)驗(yàn)?zāi)０逡呀?jīng)留有CCP1和CCP2口供用戶使用。1.1.10 多種復(fù)位方式 PIC16F877單片機(jī)可以有上電復(fù)位、掉電鎖定復(fù)位、程序監(jiān)視器復(fù)位等多種復(fù)位方式。1.1.11 時(shí)鐘信號(hào) PIC16F877單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)由外部4MHz晶振或RC諧振電路提供。定時(shí)器1由外部頻率為32.768kHz的晶振提供時(shí)鐘，從而使得定時(shí)器1在單片機(jī)進(jìn)入SLEEP狀態(tài)時(shí)也能繼續(xù)計(jì)數(shù)；在計(jì)數(shù)時(shí)間到時(shí)，將單片機(jī)從SLEEP狀態(tài)喚醒，運(yùn)行日歷時(shí)，鐘程序更新日歷記錄。1.1.12 其他功能為了方便調(diào)試，在模板上配有PIC

13、16F877單片機(jī)的仿真頭，可實(shí)現(xiàn)在線調(diào)試，而不需將芯片從實(shí)驗(yàn)板上來回拔插。在模板上置有復(fù)位按鍵，在實(shí)驗(yàn)時(shí)可方便地進(jìn)行手動(dòng)復(fù)位。另外，還留有雙電源，用戶可以將實(shí)驗(yàn)板上的J1接線頭接入+5V電源；也可以接上跳針J10后，用專用的+9V插頭電源（MPLAB_ICD的電源）從J6接入供電。1.2 實(shí)驗(yàn)板的硬件布局圖1.1 是實(shí)驗(yàn)板相應(yīng)位置圖。在圖上給出了外部接線口位置、跳針位置、各種測量點(diǎn)的位置及在調(diào)試中要用到的其他硬件的位置。圖1.1 實(shí)驗(yàn)板元件位置圖1.3 測試點(diǎn)及主要器件介紹表1.1 測試點(diǎn)功能介紹編 號(hào)符 號(hào)功 能T1+2V測試穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值T2VIN0外部交流模擬量0輸入測試T3VIN1外

14、部交流模擬量1輸入測試T4VIN2外部直流模擬量輸入測試T5VOUT2直流模擬量經(jīng)過運(yùn)放電路處理、進(jìn)入單片機(jī)的測試T6VOUT1交流模擬量1經(jīng)過運(yùn)放電路處理、進(jìn)入單片機(jī)的測試T7VOUT0交流模擬量0經(jīng)過運(yùn)放電路處理、進(jìn)入單片機(jī)的測試T8VREF交流信號(hào)提升電壓測試T9TX通信數(shù)據(jù)電平經(jīng)過MAX232變換后的測試T10RXT11TXD從單片機(jī)輸出的通信數(shù)據(jù)電平的測試T12RXDT13TMR1振蕩器電路的晶振振蕩波形測試T14R/W并行從動(dòng)端口的RD信號(hào)的測試T15A0并行從動(dòng)端口的WR信號(hào)的測試T16CS并行從動(dòng)端口的CS信號(hào)的測試T17CLKIN單片機(jī)工作晶振的振蕩波形測試T18CCP1CC

15、P模塊1的測試T19SCKSPI或I2C工作方式時(shí)的時(shí)鐘測試T20SDOSPI工作方式時(shí)輸出數(shù)據(jù)電平的測試T21SDISPI工作方式時(shí)輸入數(shù)據(jù)電平的測試表1.2 主要操作器件的功能簡介編 號(hào)符 號(hào)功能介紹J1+5V GND外部+5V直流工作電壓輸入J2RS233RS-232串行通信接口J5SIM仿真器接口J6+9V外部+9V直流工作電壓輸入S1-S 8SW-SPDT8個(gè)鈕子拔動(dòng)開關(guān),可在實(shí)驗(yàn)板上模擬8位開關(guān)量的輸入S9-S12SW-PB4個(gè)自由鍵盤RESET1SW-PB手動(dòng)復(fù)位鍵S13SW-DIP88位DIP撥碼開關(guān)，撥動(dòng)它可以把PORTD接在8個(gè)LED上 該實(shí)驗(yàn)板中的跳針 (除LCD的插座J

16、9)引腳的序號(hào)定義均為如圖1.2所示，焊盤為方形的引腳為第1腳。引腳的具體意義見表1.3。圖1.2 跳針定義實(shí)驗(yàn)裝置如下圖：表1.3 跳針或插座引腳設(shè)置編號(hào)符號(hào)及功能跳針引腳的功能設(shè)置(用字母符號(hào)表示,在該表的備注中將詳細(xì)說明)J3PORTD并行從動(dòng)口引腳號(hào)1 23-1011121314功能VCCGND數(shù)據(jù)D0D7GNDRDWRCSJ4A/D、D/A、IN，D/A輸出A/D輸入外部開關(guān)量輸入引腳號(hào)123、5、7、94689功能D/A0D/A1AGNDVIN0VIN1VIN2GND引腳號(hào)101718、19、25、26202122功能IN0IN7GNDCCP2CCP1B5引腳號(hào)2324功能T1CK

17、IINTB0 注：上表中的VCC為+5V電壓；GND為數(shù)字地；AGND為模擬地；D0D7為并行從動(dòng)口的8根數(shù)據(jù)線；RD為并行從動(dòng)口的讀操作輸入；WR為并行從動(dòng)口的寫操作輸入；D/A0、D/A1分別為MAX518的兩路D/A輸出；VIN0、VIN1、VIN2見測試點(diǎn)功能介紹表，IN0IN7為外部的8路開關(guān)量輸入；CCP2和CCP1為單片機(jī)的兩個(gè)CCP模塊與外部的接口；B5與單片機(jī)的B口的bit5引腳相連（可以引入變位中斷信號(hào)）；T1CKI為TMR1計(jì)數(shù)器輸入；INTB0與單片機(jī)的B口的bit0引腳相連，可以引入外部中斷信號(hào)。其它跳針及可變電阻使用說明：（1） J9：用于液晶接口，引腳的含義詳見原理圖。插上液晶時(shí)，必須保證液晶的顯示屏向左。（2） J7：在調(diào)試I2C功能之前，應(yīng)把該跳針的引腳1和2短接，引腳3和4短接，即接上上拉電阻。（3） J8：該跳針只有兩只引腳，調(diào)試液晶顯示程序之前，應(yīng)該短接這兩只引腳，使液晶的E1信號(hào)與單片機(jī)B口的bit0引腳相連。（4） J10：該跳針只有兩只引腳。若要從J1接入+5V工作電壓，則需斷開該跳針；若要從J6接入+9V的工作電壓，則需短接該跳針。（5） J11：該跳針引腳3、