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PIC微控制器

PIC微控制器（PIC microcontroller），是一種使用哈佛結構的精簡指令集微控制器，由Microchip公司研發而成。

PIC microcontrollers

PIC的架構是明顯的最低限度。它具有以下特點：

  • 分離式的程式碼和資料空間（哈佛結構）
  • 少量的固定長度指令
  • 指令是單週期執行（4時鐘週期），僅流程轉移指令(call, goto, return, 成立時的條件跳躍)需兩個指令週期
  • 所有 RAM 位置均可當作作為算數或其他運算的源暫存器或目的暫存器使用
  • 一個硬體堆疊用於存放副程式呼叫的返回位址
  • 較小的資料定址空間，但使用多個 bank 的方式（每個 bank 通常為 128 位元組），來存取較大的 RAM
  • 暫存器、週邊輸入輸出埠等均對映在資料空間中
  • 程式計數器也是對映到資料空間和寫入（這是用來執行間接跳躍）

歷史

 
GI 的 PIC1655A, 於台灣封裝

PIC 微控制器源自於 1980 年代由通用儀器所推出的 PIC1650 系列，當時的 PIC 是周邊介面控制器（Peripheral Interface Controller）的簡稱。

GI 的微電子部門於 1987 年分拆成為 Microchip Technology (微晶) 公司。

PIC 產品系列

PIC 的產品線寬廣，型號眾多，現有數百種，各主要系列如下：

8-bit（資料寬度）微控制器

使用哈佛結構，指令碼與資料的位元寬度可以不同。但各指令的指令碼長度均相同。

  • Baseline 系列 (12-bit 指令碼)
  • PIC10F : 6 接腳
  • PIC12C5 , PIC12F5 : 8 接腳
  • PIC16C5 , PIC16F5 : 14 以上接腳
  • Midrange (中階) 系列 (14-bit 指令碼)
  • PIC12C6 , PIC12F6 : 8 接腳
  • PIC16 : 14 以上接腳
  • PIC16F1 : 新推出的 Enhanced Midrange (強化中階) 系列
  • PIC18 (8-bit 裡的高階) 系列 (16-bit 指令碼)
  • PIC18 : PIC18C , PIC18Fxxx , 少數早期的 PIC18Fxxxx
  • PIC18 Extended : 目前絕大多數的 PIC18Fxxxx, PIC18FxxJxx, PIC18FxxKxx
  • flash 產品：
  • microchip 收購SST，擁有flash 產品

16-bit（資料寬度）微控制器

相當於不具 DSP 相關功能的 dsPIC 微控制器

  • PIC24 系列
  • PIC24F
  • PIC24H

32-bit（資料寬度）微控制器

  • PIC32 : 採用 MIPS 的 M4K 核心，與其他 PIC 不同。

dsPIC 微控制器（16-bit 資料寬度）

  • dsPIC30F
  • dsPIC33F

8-bit PIC 的指令集

PIC的指令十分精簡，只有35個，簡單易學，故執行速度比8051快。其指令集又分成12-bit PIC instruction set，和14-bit PIC instruction set.

12-bit PIC instruction set
Opcode（二進制） 助記體 說明
0000 0000 0000 NOP No operation
0000 0000 0010 OPTION Load OPTION register with contents of W
0000 0000 0011 SLEEP Go into standby mode
0000 0000 0100 CLRWDT Reset watchdog timer
0000 0000 01ff TRIS f Move W to port control register (f=1..3)
0000 001 fffff MOVWF f Move W to f
0000 010 xxxxx CLRW Clear W to 0 (a.k.a CLR x,W)
0000 011 fffff CLRF f Clear f to 0 (a.k.a. CLR f,F)
0000 10d fffff SUBWF f,d Subtract W from f (d = f − W)
0000 11d fffff DECF f,d Decrement f (d = f − 1)
0001 00d fffff IORWF f,d Inclusive OR W with F (d = f OR W)
0001 01d fffff ANDWF f,d AND W with F (d = f AND W)
0001 10d fffff XORWF f,d Exclusive OR W with F (d = f XOR W)
0001 11d fffff ADDWF f,d Add W with F (d = f + W)
0010 00d fffff MOVF f,d Move F (d = f)
0010 01d fffff COMF f,d Complement f (d = NOT f)
0010 10d fffff INCF f,d Increment f (d = f + 1)
0010 11d fffff DECFSZ f,d Decrement f (d = f − 1) and skip if zero
0011 00d fffff RRF f,d Rotate right F (rotate right through carry)
0011 01d fffff RLF f,d Rotate left F (rotate left through carry)
0011 10d fffff SWAPF f,d Swap 4-bit halves of f (d = f<<4 | f>>4)
0011 11d fffff INCFSZ f,d Increment f (d = f + 1) and skip if zero
0100 bbb fffff BCF f,b Bit clear f (Clear bit b of f)
0101 bbb fffff BSF f,b Bit set f (Set bit b of f)
0110 bbb fffff BTFSC f,b Bit test f, skip if clear (Test bit b of f)
0111 bbb fffff BTFSS f,b Bit test f, skip if set (Test bit b of f)
1000 kkkkkkkk RETLW k Set W to k and return
1001 kkkkkkkk CALL k Save return address, load PC with k
101 kkkkkkkkk GOTO k Jump to address k (9 bits!)
1100 kkkkkkkk MOVLW k Move literal to W (W = k)
1101 kkkkkkkk IORLW k Inclusive or literal with W (W = k OR W)
1110 kkkkkkkk ANDLW k AND literal with W (W = k AND W)
1111 kkkkkkkk XORLW k Exclusive or literal with W (W = k XOR W)


14-bit PIC instruction set
Opcode（二進制） 助記元 說明
00 0000 0000 0000 NOP No operation
00 0000 0000 1000 RETURN Return from subroutine, W unchanged
00 0000 0000 1001 RETFIE Return from interrupt
00 0000 0110 0010 OPTION Write W to OPTION register
00 0000 0110 0011 SLEEP Go into standby mode
00 0000 0110 0100 CLRWDT Reset watchdog timer
00 0000 0110 01ff TRIS f Write W to tristate register f
00 0000 1 fffffff MOVWF f Move W to f
00 0001 0 xxxxxxx CLRW Clear W to 0 (W = 0)
00 0001 1 fffffff CLRF f Clear f to 0 (f = 0)
00 0010 d fffffff SUBWF f,d Subtract W from f (d = f − W)
00 0011 d fffffff DECF f,d Decrement f (d = f − 1)
00 0100 d fffffff IORWF f,d Inclusive OR W with F (d = f OR W)
00 0101 d fffffff ANDWF f,d AND W with F (d = f AND W)
00 0110 d fffffff XORWF f,d Exclusive OR W with F (d = f XOR W)
00 0111 d fffffff ADDWF f,d Add W with F (d = f + W)
00 1000 d fffffff MOVF f,d Move F (d = f)
00 1001 d fffffff COMF f,d Complement f (d = NOT f)
00 1010 d fffffff INCF f,d Increment f (d = f + 1)
00 1011 d fffffff DECFSZ f,d Decrement f (d = f − 1) and skip if zero
00 1100 d fffffff RRF f,d Rotate right F (rotate right through carry)
00 1101 d fffffff RLF f,d Rotate left F (rotate left through carry)
00 1110 d fffffff SWAPF f,d Swap 4-bit halves of f (d = f<<4 | f>>4)
00 1111 d fffffff INCFSZ f,d Increment f (d = f + 1) and skip if zero
01 00 bbb fffffff BCF f,b Bit clear f (Clear bit b of f)
01 01 bbb fffffff BSF f,b Bit set f (Set bit b of f)
01 10 bbb fffffff BTFSC f,b Bit test f, skip if clear (Test bit b of f)
01 11 bbb fffffff BTFSS f,b Bit test f, skip if set (Test bit b of f)
10 0 kkkkkkkkkkk CALL k Save return address, load PC with k
10 1 kkkkkkkkkkk GOTO k Jump to address k (11 bits)
11 00xx kkkkkkkk MOVLW k Move literal to W (W = k)
11 01xx kkkkkkkk RETLW k Set W to k and return
11 1000 kkkkkkkk IORLW k Inclusive or literal with W (W = k OR W)
11 1001 kkkkkkkk ANDLW k AND literal with W (W = k AND W)
11 1010 kkkkkkkk XORLW k Exclusive or literal with W (W = k XOR W)
11 110x kkkkkkkk SUBLW k Subtract W from literal (W = k − W)
11 111x kkkkkkkk ADDLW k Add literal to W (W = k + W)

PIC燒錄器

燒錄晶片的方式有兩種：普通燒錄和線上燒錄。

早期的 PIC16C 系列需使用平行燒錄。 程式記憶體為 Flash 的版本使用方便的序列燒錄方式，稱為 ICSP。

開發環境

Microchip 公司提供免費的開發環境 (MPLAB IDE) 與組譯器，也出售付費與提供有條件免費版本的 C 語言編譯器。另有第三方軟體商開發各式 C, BASIC 等編譯器與開發環境可以選用。

MPLAB 的下一代多平台開發環境 MPLAB-X (基於 Java 技術) 目前尚處於 beta 階段。

外部連結

 
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