【pic单片机入门宝典】：零基础入门，掌握pic单片机核心技术

# 1. PIC单片机简介和基础知识

PIC单片机是一种由Microchip Technology公司生产的微控制器，以其低功耗、高性能和丰富的外设而著称。PIC单片机广泛应用于各种电子设备中，如汽车电子、工业控制、医疗设备和消费电子产品。

### 1.1 PIC单片机的特点

PIC单片机具有以下特点：

- **低功耗：**PIC单片机采用CMOS工艺制造，具有极低的功耗，非常适合电池供电的应用。
- **高性能：**PIC单片机采用RISC架构，具有较高的执行效率和指令周期。
- **丰富的外设：**PIC单片机集成了丰富的片上外设，如定时器、计数器、ADC、UART和I2C总线，简化了外围电路的设计。

# 2. PIC单片机编程基础

### 2.1 PIC单片机的寄存器和指令集

#### 2.1.1 寄存器概述

PIC单片机的寄存器是用来存储数据和控制程序执行的特殊存储单元。寄存器分为通用寄存器、特殊功能寄存器和程序计数器。

- **通用寄存器：**用于存储临时数据或地址，共有8个，分别为WREG、FSR0、FSR1、FSR2、INDF0、INDF1、PCL和STATUS。
- **特殊功能寄存器：**用于控制特定功能，如中断使能寄存器、时钟控制寄存器等。
- **程序计数器：**用于存储下一条要执行的指令的地址。

#### 2.1.2 常用指令介绍

PIC单片机的指令集丰富，常用指令包括：

- **MOVLW：**将字面值加载到WREG寄存器中。
- **MOVWF：**将WREG寄存器中的值存储到指定地址。
- **ADDWF：**将WREG寄存器中的值与指定地址中的值相加，结果存储在WREG中。
- **SUBWF：**将WREG寄存器中的值与指定地址中的值相减，结果存储在WREG中。
- **BTFSC：**测试指定位是否为0，为0则跳转到指定地址。
- **BTFSS：**测试指定位是否为1，为1则跳转到指定地址。

### 2.2 PIC单片机的程序设计

#### 2.2.1 程序结构和流程控制

PIC单片机的程序结构通常包括初始化、循环和中断处理部分。

- **初始化：**对寄存器、外围设备等进行初始化。
- **循环：**主程序循环，不断执行特定任务。
- **中断处理：**当发生中断事件时，程序会跳到中断服务程序中执行相应操作。

#### 2.2.2 I/O操作和中断处理

PIC单片机提供丰富的I/O操作和中断处理功能。

- **I/O操作：**通过TRIS寄存器设置引脚的输入/输出方向，通过PORT寄存器读写引脚电平。
- **中断处理：**PIC单片机支持多种中断源，如外部中断、定时器中断等。中断服务程序可以通过INTCON寄存器进行配置。

; I/O操作示例
; 将PORTB的第0位设置为输出，第1位设置为输入
TRISB = 0b10

; 中断处理示例
; 配置外部中断0
INTCON = 0b11000000 ; 启用外部中断0

; 外部中断0服务程序
interrupt 0 do
    ; 中断处理代码
end

# 3.1 PIC单片机的时钟电路

#### 3.1.1 时钟信号的产生和稳定

PIC单片机的时钟电路主要负责为单片机提供稳定可靠的时钟信号，保证单片机内部各模块正常工作。时钟信号的产生和稳定至关重要，直接影响着单片机的性能和可靠性。

时钟信号的产生方式主要有两种：内部时钟和外部时钟。内部时钟由单片机内部的振荡器产生，具有成本低、功耗小的优点。外部时钟由外部晶体或谐振器产生，具有精度高、稳定性好的特点。

对于不同的PIC单片机型号，其内部时钟的频率范围和外部时钟的输入范围有所不同。一般来说，内部时钟的频率范围在几十kHz到几十MHz之间，外部时钟的频率范围可以达到数百MHz。

为了保证时钟信号的稳定性，通常需要对时钟电路进行滤波和隔离处理。滤波可以抑制时钟信号中的噪声和干扰，隔离可以防止外部干扰信号对时钟信号的影响。

#### 3.1.2 时钟频率的配置和选择

时钟频率的配置和选择对于PIC单片机的性能和功耗至关重要。时钟频率越高，单片机的处理速度越快，但功耗也越大。时钟频率过低，则会影响单片机的性能。

PIC单片机提供了多种时钟频率配置选项，包括内部时钟频率、外部时钟频率和PLL倍频后的时钟频率。不同的时钟频率配置选项适用于不同的应用场景。

在选择时钟频率时，需要考虑以下因素：

* **应用场景：**不同的应用场景对单片机的处理速度要求不同，需要根据实际需求选择合适的时钟频率。
* **功耗：**时钟频率越高，功耗越大，需要根据实际应用场景权衡时钟频率和功耗之间的关系。
* **精度：**对于某些需要高精度时钟的应用场景，需要选择精度较高的时钟源，如外部晶体或谐振器。

### 3.2 PIC单片机的复位电路

#### 3.2.1 复位信号的类型和产生方式

复位信号是单片机启动和复位的重要控制信号，其作用是将单片机内部寄存器和状态机复位到初始状态。复位信号的类型和产生方式有多种，常见的有：

* **上电复位（POR）：**当单片机上电时，内部的POR电路会产生一个复位信号，将单片机复位到初始状态。
* **手动复位（MR）：**通过外部按键或开关触发单片机的MR引脚，产生一个复位信号，将单片机复位到初始状态。
* **看门狗复位（WDT）：**当单片机内部的看门狗定时器溢出时，会产生一个复位信号，将单片机复位到初始状态。
* **软件复位（SWR）：**通过单片机内部的软件指令，可以产生一个复位信号，将单片机复位到初始状态。

#### 3.2.2 复位电路的设计和调试

复位电路的设计和调试需要考虑以下因素：

* **复位信号的类型：**根据实际应用场景选择合适的复位信号类型。
* **复位信号的持续时间：**复位信号的持续时间需要满足单片机复位的要求，一般为几十ms到几百ms。
* **复位信号的稳定性：**复位信号必须稳定可靠，避免出现复位信号抖动或中断的情况。

复位电路的调试主要包括以下步骤：

* **检查复位信号的类型和持续时间：**使用示波器测量复位信号的波形，确保其类型和持续时间符合要求。
* **检查复位电路的稳定性：**在不同的工作条件下，如温度变化、电压波动等，检查复位信号的稳定性，确保其不会出现抖动或中断的情况。
* **检查单片机的复位响应：**通过观察单片机的启动和复位过程，检查单片机是否能够正常响应复位信号。

# 4. PIC单片机应用实例

### 4.1 PIC单片机的LED控制

#### 4.1.1 LED的驱动原理和电路设计

LED（Light Emitting Diode）是一种发光二极管，当正向偏置时会发光。PIC单片机可以通过其I/O口直接驱动LED，但需要考虑以下因素：

- **限流电阻：**LED需要限流电阻来限制流过它的电流，防止烧毁。电阻值根据LED的正向压降和所需电流计算。
- **正向压降：**LED在正向偏置时会产生一个正向压降，通常在1.8V至3.3V之间。
- **电流：**LED的正常工作电流通常在10mA至20mA之间。

以下是一个基本的LED驱动电路：

+5V --[R]-- LED -- GND

其中：

- R：限流电阻
- LED：发光二极管

#### 4.1.2 程序设计和调试

控制LED的PIC单片机程序非常简单：

#include <xc.h>

void main() {
    // 设置LED引脚为输出
    TRISC0 = 0;

    while (1) {
        // 点亮LED
        PORTC0 = 1;
        __delay_ms(1000); // 延迟1秒

        // 熄灭LED
        PORTC0 = 0;
        __delay_ms(1000); // 延迟1秒
    }
}

**代码逻辑分析：**

- 第6行：设置PORTC的第0位为输出，用于控制LED。
- 第10行：将PORTC的第0位置1，点亮LED。
- 第11行：延时1秒。
- 第13行：将PORTC的第0位置0，熄灭LED。
- 第14行：延时1秒。
- 第16行：无限循环，持续点亮和熄灭LED。

### 4.2 PIC单片机的按键检测

#### 4.2.1 按键的类型和工作原理

按键有各种类型，如机械式、电容式和光电式。机械式按键通过物理接触闭合电路，而电容式和光电式按键则通过感应或光线变化来触发。

在PIC单片机中，通常使用机械式按键。当按键按下时，它会闭合一个电路，将一个低电平信号发送到单片机的I/O口。

#### 4.2.2 程序设计和抗抖动处理

检测按键的PIC单片机程序如下：

#include <xc.h>

void main() {
    // 设置按键引脚为输入
    TRISC1 = 1;

    while (1) {
        // 检测按键是否按下
        if (PORTC1 == 0) {
            // 按键按下，执行操作
            // ...
        }
    }
}

**代码逻辑分析：**

- 第6行：设置PORTC的第1位为输入，用于检测按键。
- 第10行：无限循环，持续检测按键。
- 第11行：如果PORTC的第1位为0，表示按键按下。
- 第13行：执行按键按下后的操作。

**抗抖动处理：**

机械式按键在按下和释放时会产生短暂的抖动，这可能会导致程序出现误触发。为了解决这个问题，需要对按键检测程序进行抗抖动处理。

一种常见的抗抖动方法是使用软件去抖动：

#include <xc.h>

void main() {
    // 设置按键引脚为输入
    TRISC1 = 1;

    // 变量用于存储按键状态
    unsigned char key_state = 0;

    while (1) {
        // 检测按键是否按下
        if (PORTC1 == 0) {
            // 按键按下，更新状态
            key_state = 1;
        } else {
            // 按键释放，延时去抖动
            __delay_ms(10);

            // 再次检测按键状态
            if (PORTC1 == 0) {
                // 按键仍按下，执行操作
                // ...
            } else {
                // 按键已释放，重置状态
                key_state = 0;
            }
        }
    }
}

**代码逻辑分析：**

- 第14行：引入一个变量`key_state`来存储按键状态。
- 第19行：如果按键按下，将`key_state`置1。
- 第24行：如果按键释放，延时10ms进行去抖动。
- 第27行：再次检测按键状态，如果仍按下，执行操作。
- 第30行：如果按键已释放，将`key_state`置0。

# 5.1 PIC单片机的通信接口

### 5.1.1 串口通信的原理和实现

串口通信是一种异步串行通信方式，其特点是数据一位一位地传输，不需要时钟信号同步。PIC单片机通常具有一个或多个串口模块，用于与外部设备进行数据交换。

串口通信的原理如下：

- **发送数据：**
- 将数据写入串口发送缓冲区。
- 串口模块将数据一位一位地发送出去，从最低有效位开始。
- 发送过程中，串口模块会自动添加起始位和停止位。

- **接收数据：**
- 当串口模块检测到起始位时，开始接收数据。
- 串口模块将数据一位一位地接收，从最低有效位开始。
- 接收过程中，串口模块会自动去除起始位和停止位。

PIC单片机串口通信的实现步骤：

1. **配置串口模块：**
- 设置波特率、数据位、停止位和校验位等参数。
- 使能串口模块。
2. **发送数据：**
- 将数据写入串口发送缓冲区。
- 等待发送完成标志位。
3. **接收数据：**
- 检测串口接收缓冲区是否有数据。
- 读取接收缓冲区中的数据。

### 5.1.2 I2C总线通信的原理和应用

I2C总线是一种串行通信协议，用于连接多个设备。其特点是使用两条线（SDA和SCL）进行通信，支持多主从模式。

I2C总线通信的原理如下：

- **主设备：**
- 发起通信，控制总线。
- 向从设备发送地址和数据。
- **从设备：**
- 响应主设备的请求。
- 接收或发送数据。

I2C总线通信的应用场景：

- 连接传感器、EEPROM、LCD显示器等外围设备。
- 实现多个单片机之间的通信。
- 构建小型嵌入式系统。

PIC单片机I2C总线通信的实现步骤：

1. **配置I2C模块：**
- 设置时钟频率、地址等参数。
- 使能I2C模块。
2. **发送数据：**
- 设置主设备模式。
- 向总线发送起始位、从设备地址和数据。
3. **接收数据：**
- 设置从设备模式。
- 响应主设备的请求，接收数据。