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會員注冊PIC 8位單片機(jī)內(nèi)已經(jīng)包含運(yùn)算器、存儲器、A/D、PWM、輸入和輸出I/O(灌電流可達(dá)25 mA)、通信等常用接口，自由靈活的定義功能可以適應(yīng)不同的控制要求，而不必增加額外的IC芯片。這樣電路結(jié)構(gòu)很簡單，開發(fā)周期將大為縮短。
PIC16系列單片機(jī)屬于PIC 8位單片機(jī)的中級型產(chǎn)品，采用14位的RISC指令系統(tǒng)。筆者使用PIC16F716單片機(jī)設(shè)計(jì)了一個電動機(jī)保護(hù)器，在設(shè)計(jì)過程中遇到很多問題，通過多方查找資料以及向Microchip公司技術(shù)人員尋求支持，問題一一得到解決�，F(xiàn)將部分問題記錄如下，與大家一起探討。
1 ICD2作為程序燒寫的使用
1.1 ICD2簡介
MPLAB ICD2在線調(diào)試器是一款低價位的PIC開發(fā)工具。它利用Flash工藝芯片的程序區(qū)自讀寫功能來實(shí)現(xiàn)仿真器調(diào)試功能；使用的軟件平臺是Microchip的MPLAB IDE(集成開發(fā)環(huán)境軟件包)，兼容Windows NT、Windows 2000和Windows XP等操作系統(tǒng)。其通信接口方式可以是USB(最高可達(dá)2 Mb/s)或RS-232串行接口方式；工作電壓范圍為2.0～5.5 V，可支持最低2.0 V 的低壓調(diào)試.
MPLAB ICD2可以支持大部分Flash工藝的芯片。它不僅可以用作調(diào)試器，同時還可以作為開發(fā)型的燒寫器使用。
1.2 ICD2作為燒寫器時的配置
燒寫芯片的方式有兩種：普通燒寫和在線燒寫。在線燒寫是適合大批量生產(chǎn)方式的燒寫辦法。使用在線燒寫時通常用戶都已經(jīng)把芯片焊到了板上，此時就要求用戶板上有預(yù)留的燒寫接口。用戶板上的接口是通過一條6芯的扁平電纜與ICD2主機(jī)上同樣的接口一一對應(yīng)連接的。圖1顯示了MPLAB ICD2與目標(biāo)板上模塊連接插座的互連狀況。
ICD連接插座有6個引腳，但只使用了其中的5個引腳，分別是VDD(電源)、Vss(地)、Vpp(編程電壓)、PGC(同步時鐘)和PGD(數(shù)據(jù))。
1.3 ICD2作為燒寫器時容易出現(xiàn)的問題及解決方法
盡管MPLAB ICD2與目標(biāo)板的互連非常簡單，但是一不小心就會出現(xiàn)問題，基本上每一個PIC的入門者都會碰到類似的問題。下面就一些常見問題作簡要敘述。
如圖1所示，在Vpp與VDD之間通常要串接一個上拉電阻(通常約為10 kΩ)，這樣Vpp線可置為低電平來手動復(fù)位PICmicro單片機(jī)。但是對一般設(shè)計(jì)者來說，都是采用上電自動復(fù)位。如果在這里采用集成器件DMP809，那么就會導(dǎo)致連接不上，程序沒有辦法燒入。
對于PGC、PGD兩根線，由于在ICD2內(nèi)部已經(jīng)進(jìn)行了上拉，所以在外圍設(shè)計(jì)中，不要再進(jìn)行上拉，否則會造成分壓。對于PGC、PGD和Vpp三根線，不要對地接電容，因?yàn)殡娙輹璧K在數(shù)據(jù)和時鐘線上電平的快速轉(zhuǎn)換，從而影響ICD2與目標(biāo)板的連接。同樣對于PGC、PGD，由于數(shù)據(jù)或時鐘都是雙向傳輸?shù)模@時如果在中間串一個二極管，則會影響ICD2與單片機(jī)的雙向通信。
但是，對PGC和PGD來說，在單片機(jī)上同時復(fù)用為普通I/O 口，而有些使用上必須要接對地電容或者是串接二極管。對于這種情況，唯一的處理方式就是在燒寫時從芯片的PGC和PGD端口直接跳線到程序燒寫口。
2 A/D轉(zhuǎn)換通道切換問題
筆者所設(shè)計(jì)的電動機(jī)保護(hù)器需要進(jìn)行很多A/D轉(zhuǎn)換，比如三相電流轉(zhuǎn)換、零序電流轉(zhuǎn)換以及各種定位器等。但是筆者所采用的PIC16F716單片機(jī)只有5路A/D轉(zhuǎn)換通道，因此附加了一個多位選擇開關(guān)對一個A/D通道進(jìn)行復(fù)用。而在調(diào)試中發(fā)現(xiàn)這樣一個問題，就是A/D轉(zhuǎn)換值不準(zhǔn)確，甚至有點(diǎn)亂，但從程序流程以及代碼角度均查不出任何問題。后查明PIC16F716單片機(jī)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換通道切換時，需要一定的延時，延時時間是毫秒級。解決辦法是：在通道間切換時，當(dāng)?shù)谝粋�通道轉(zhuǎn)換完成后，先轉(zhuǎn)到另一個通道；然后延時1 ms左右，再進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。而對同一個通道信號切換時，要在第一個信號轉(zhuǎn)換完成后，禁止信號輸入，延時1 ms左右；然后輸入信號，再進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。
這種做法比較麻煩，也很占用時間，并且從調(diào)試結(jié)果來看，問題并沒有解決。在反復(fù)進(jìn)行調(diào)試中，最后得到的優(yōu)化解決辦法是：對于通道間轉(zhuǎn)換以及同一通道信號轉(zhuǎn)換，要對每一個信號至少進(jìn)行兩次A/D轉(zhuǎn)換；第一次的轉(zhuǎn)換結(jié)果，舍棄不予處理，只取第二次A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果。從調(diào)試結(jié)果來看，很好地解決了這一問題。
3 軟件開發(fā)小技巧
PIC單片機(jī)采用精簡指令集，例如對于PIC16F716單片機(jī)，只有35條單字節(jié)指令。要用這么少的指令實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制或計(jì)算，顯然要在軟件設(shè)計(jì)上多下功夫，并且PIC的指令系統(tǒng)與51系列單片機(jī)有很大不同，這讓PIC初學(xué)者很不適應(yīng)。下面筆者就自己的體會，談一些軟件設(shè)計(jì)需要注意的問題。
3.1 指令的大小寫問題
編寫PIC單片機(jī)的源程序，除了源程序的開始處需要嚴(yán)格的列表指令外，還須注意源程序中字母符號的大小寫規(guī)則，否則在PC機(jī)上匯編程序時不會成功。在源程序中都會使用偽指令I(lǐng)NCLUDE。這條指令將列表中指定的單片機(jī)文件(在MPLAB中)讀入源程序作為源程序的一部分，所以凡是MPLAB中有關(guān)該單片機(jī)已有的寄存器在源程序中無需再用賦值指令(EQU)賦值，這就使所建立的源程序大為簡化。
此外，由于有了偽指令I(lǐng)NCLUDE，所以根據(jù)MPLAB軟件中的格式，在源程序中的操作數(shù)凡是涉及MPLAB已規(guī)定的寄存器名稱的，其字母一律只能大寫，不能小寫。其余操作碼、符號字母可任意大小寫，但0x中的X應(yīng)小寫，否則匯編不會成功。鑒于上述原因，為了書寫方便，在使用MPLAB軟件時，PIC單片機(jī)的源程序均用大寫字母為宜(0x例外)。
3.2 振蕩器的配置以及時序的計(jì)算
PIC系列單片機(jī)可以工作于以下4種不同的振蕩器方式：LP(低功耗晶體振蕩器)、XT(晶體諧振器)、HS(高速晶體諧振器)和RC(阻容振蕩器)。用戶可以根據(jù)其系統(tǒng)設(shè)計(jì)的需要，通過對配置位(FOSC1和FOSC2)編程，選擇其中一種工作模式。
而一旦振蕩器配置完成，那么根據(jù)用戶的配置，可以輕松地計(jì)算出程序運(yùn)行的時間以及A/D轉(zhuǎn)換所占用的時間，這樣就會很輕松地安排好單片機(jī)的時序。例如，如果采用4 MHz的HS振蕩模式，那么單片機(jī)的時鐘頻率為Fosc/4，也就是說執(zhí)行一條指令需要1us；對于需要兩個指令周期的指令，需要2us。而對于A/D轉(zhuǎn)換，如果A/D轉(zhuǎn)換時鐘位選擇為Fosc/8，那么A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換一個位的時間Tad就為2us。對一個8位的轉(zhuǎn)換來說，需要的時間為9.5Tad，也就是完成一次A/D轉(zhuǎn)換的時間為19us。這樣只需要查看源程序的行數(shù)并作簡要分析，就可以計(jì)算出程序運(yùn)行的時間。
3.3 存儲體的選擇
PIC單片機(jī)的數(shù)據(jù)存儲器通常分為兩個存儲體，即存儲體O(Bank0)和存儲體1(Bank1)。每個存儲體都是由專用寄存器和通用寄存器兩部分組成的。兩個存儲體中的一些寄存器單元實(shí)際上是同一個寄存器單元，卻又具有不同的地址。
不同型號的PIC單片機(jī)，其數(shù)據(jù)存儲器的組成(即功能)是不完全相同的，所以設(shè)計(jì)人員一旦選用了某個PIC單片機(jī)的型號后，就要查找該單片機(jī)的數(shù)據(jù)存儲器資料，以便編程使用。
筆者所采用的PIC16F716單片機(jī)的存儲區(qū)，是通過STATUS寄存器的RP1位和RP0位來選擇的。當(dāng)配置為00時，表示選擇存儲區(qū)0；當(dāng)配置為01時，表示選擇存儲區(qū)1。因?yàn)榇鎯^(qū)的改變只須改變RP0位，所以通常在程序編寫時，只改變RP0位來選擇存儲區(qū)。但是這樣容易造成程序的混亂，因此，筆者建議在每次更換存儲區(qū)時，要分別對RP0和RP1進(jìn)行置位。在程序初始化時，最好將寄存器的初始化分為兩部分：第一部分為存儲區(qū)0；第二部分為存儲區(qū)1。然后將每個需要初始化的寄存器分別在對應(yīng)的存儲區(qū)進(jìn)行初始化即可。
3.4 GOTO和CALL指令的不同使用
在PIC的匯編程序中，CALL與GOTO 指令使用的場合不同。CALL是用來調(diào)用子程序的，在調(diào)用完子程序后返回到調(diào)用前的程序；而GOTO是無條件轉(zhuǎn)移，即由此狀態(tài)進(jìn)入另外一個狀態(tài)而不需要返回。
為了使程序更加具有可讀性，使流程更加清晰、合理，通常程序都采用模塊化程序設(shè)計(jì)，即將程序按照功能分成不同的子程序，而主程序則相當(dāng)簡潔，只須采用CALL 指令對子程序進(jìn)行調(diào)用。
由于PIC單片機(jī)的堆棧有限，在程序中不能無止境地使用GOTO指令，否則會使堆棧溢出，程序無法正常運(yùn)行。但是在有些時候，例如當(dāng)程序出現(xiàn)分支時，則不得不使用GOTO指令。對于PIC16F7x系列單片機(jī)，程序出現(xiàn)分支時只能通過STATUS寄存器的Z位或C位進(jìn)行判斷。這時在兩種情況.的前一種情況下，必須使用GOTO指令進(jìn)行轉(zhuǎn)移；否則在執(zhí)行完第一種情況后，緊接著又執(zhí)行第二種情況。程序如下：
BTFSS STATUS,Z
GOTO A
GOTO B
在跳轉(zhuǎn)到A時，必須使用GOTO指令；否則執(zhí)行完這條語句以后，緊接著執(zhí)行GOTO B。這樣無論Z為何值，程序都將跳轉(zhuǎn)到B。而對于GOTO B，則可以不必使用GOTO指令。
在上面這種情況下，由于GOTO只在子程序內(nèi)部進(jìn)行跳轉(zhuǎn)，小程序內(nèi)部循環(huán)占用堆棧的級數(shù)不多，因此使用GOTO指令是可行的。但是在大的程序中使用GOTO指令，將有可能無法返回到調(diào)用前的下一條指令。
因此，筆者建議，在使用匯編語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)時，應(yīng)該將程序分解成一級級的子程序；然后在程序之間進(jìn)行調(diào)用，盡量將GOTO指令跳轉(zhuǎn)的范圍縮小。
3.5 對芯片的重復(fù)燒寫
對沒有硬件仿真器的設(shè)計(jì)者來說，總是選用帶有EPROM 的芯片來調(diào)試程序，通過反復(fù)的修改來觀看運(yùn)行結(jié)果，以便對程序進(jìn)行調(diào)試。每更改一次程序，都是將原來的內(nèi)容先擦除，再編程，浪費(fèi)了相當(dāng)多的時間，又縮短了芯片的使用壽命。如果后一次編程較前一次，僅是對應(yīng)的機(jī)器碼字節(jié)的相同位由1變?yōu)?，那么就可在前一次編程芯片上再次寫入數(shù)據(jù)，而不必擦除原片內(nèi)容。
在程序調(diào)試過程中，經(jīng)常遇到常數(shù)的調(diào)整。如果常數(shù)的改變能保證對應(yīng)位由1變0，則都可在原片內(nèi)容的基礎(chǔ)上繼續(xù)編程。另外，由于指令NOP對應(yīng)的機(jī)器碼為00，調(diào)試過程中指令的刪除，可先用NOP指令替代，編譯后也可在原片內(nèi)容上繼續(xù)編程。
結(jié)語
在采用PIC單片機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)過程中，注意到PIC單片機(jī)自身的特點(diǎn)，可盡量少走彎路，從而縮短開發(fā)周期。同樣在軟件設(shè)計(jì)上采用合適的方法，可以使整個程序運(yùn)行穩(wěn)定，而且程序空間的使用也將有所減少，避免了調(diào)試中的Bug。以上只是筆者在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中一些小小的體會。希望與大家一起探討，并在共同學(xué)習(xí)中為PIC單片機(jī)的普及和推廣做出貢獻(xiàn)。
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