美國微芯公司(Microchip Technology Inc.)開發的CMOS工藝PIC係列8位單片機(RISC微控製器)，特別是采用內置第二代Flash存儲器(40年存儲壽命)的微控製器在快速應用方麵具有獨到之處。由於其易用性和高可靠性，該係列微控製器穩居8位單片機全球出貨量之首。PIC係列單片機具有指令集簡潔、簡單易學、速度高、功能強、功耗低、價格低廉、體積小巧、適用性好及抗幹擾能力強等特點，大量應用於汽車電氣控製、電機控製、工業控製儀表和儀表、通信、家電、玩具、低功耗的測控應用等領域，在國內越來越受到廣大設計者的歡迎，微芯公司的單片機已經成為目前單片機世界的主流產品。
    PIC 8位單片機內已經包含運算器、存儲器、A/D、PWM、輸入和輸出I/O(灌電流可達25 mA)、通信等常用接口，自由靈活的定義功能可以適應不同的控製要求，而不必增加額外的IC芯片。這樣電路結構很簡單，開發周期將大為縮短。
    PIC16係列單片機屬於PIC 8位單片機的中級型產品，采用14位的RISC指令係統。筆者使用PIC16F716單片機設計了一個電動機保護器，在設計過程中遇到很多問題，通過多方查找資料以及向Microchip公司技術人員尋求支持，問題一一得到解決。現將部分問題記錄如下，與大家一起探討。

1 ICD2作為(wei) 程序燒寫(xie) 的使用
1.1 ICD2簡介
    MPLAB ICD2在線調試器是一款低價(jia) 位的PIC開發工具。它利用Flash工藝芯片的程序區自讀寫(xie) 功能來實現仿真器調試功能；使用的軟件平台是Microchip的MPLAB IDE(集成開發環境軟件包)，兼容Windows NT、Windows 2000和Windows XP等操作係統。其通信接口方式可以是USB(最高可達2 Mb/s)或RS-232串行接口方式；工作電壓範圍為(wei) 2.0～5.5 V，可支持最低2.0 V 的低壓調試.
    MPLAB ICD2可以支持大部分Flash工藝的芯片。它不僅(jin) 可以用作調試器，同時還可以作為(wei) 開發型的燒寫(xie) 器使用。

1.2 ICD2作為(wei) 燒寫(xie) 器時的配置
    燒寫(xie) 芯片的方式有兩(liang) 種：普通燒寫(xie) 和在線燒寫(xie) 。在線燒寫(xie) 是適合大批量生產(chan) 方式的燒寫(xie) 辦法。使用在線燒寫(xie) 時通常用戶都已經把芯片焊到了板上，此時就要求用戶板上有預留的燒寫(xie) 接口。用戶板上的接口是通過一條6芯的扁平電纜與(yu) ICD2主機上同樣的接口一一對應連接的。圖1顯示了MPLAB ICD2與(yu) 目標板上模塊連接插座的互連狀況。
  
    ICD連接插座有6個(ge) 引腳，但隻使用了其中的5個(ge) 引腳，分別是VDD(電源)、Vss(地)、Vpp(編程電壓)、PGC(同步時鍾)和PGD(數據)。

1.3 ICD2作為(wei) 燒寫(xie) 器時容易出現的問題及解決(jue) 方法
     盡管MPLAB ICD2與(yu) 目標板的互連非常簡單，但是一不小心就會(hui) 出現問題，基本上每一個(ge) PIC的入門者都會(hui) 碰到類似的問題。下麵就一些常見問題作簡要敘述。
    如圖1所示，在Vpp與(yu) VDD之間通常要串接一個(ge) 上拉電阻(通常約為(wei) 10 kΩ)，這樣Vpp線可置為(wei) 低電平來手動複位PICmicro單片機。但是對一般設計者來說，都是采用上電自動複位。如果在這裏采用集成器件DMP809，那麽(me) 就會(hui) 導致連接不上，程序沒有辦法燒入。
    對於(yu) PGC、PGD兩(liang) 根線，由於(yu) 在ICD2內(nei) 部已經進行了上拉，所以在外圍設計中，不要再進行上拉，否則會(hui) 造成分壓。對於(yu) PGC、PGD和Vpp三根線，不要對地接電容，因為(wei) 電容會(hui) 阻礙在數據和時鍾線上電平的快速轉換，從(cong) 而影響ICD2與(yu) 目標板的連接。同樣對於(yu) PGC、PGD，由於(yu) 數據或時鍾都是雙向傳(chuan) 輸的，這時如果在中間串一個(ge) 二極管，則會(hui) 影響ICD2與(yu) 單片機的雙向通信。
    但是，對PGC和PGD來說，在單片機上同時複用為(wei) 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。對於(yu) 這種情況，唯一的處理方式就是在燒寫(xie) 時從(cong) 芯片的PGC和PGD端口直接跳線到程序燒寫(xie) 口。

2 A/D轉換通道切換問題
    筆者所設計的電動機保護器需要進行很多A/D轉換，比如三相電流轉換、零序電流轉換以及各種定位器等。但是筆者所采用的PIC16F716單片機隻有5路A/D轉換通道，因此附加了一個(ge) 多位選擇開關(guan) 對一個(ge) A/D通道進行複用。而在調試中發現這樣一個(ge) 問題，就是A/D轉換值不準確，甚至有點亂(luan) ，但從(cong) 程序流程以及代碼角度均查不出任何問題。後查明PIC16F716單片機進行A/D轉換通道切換時，需要一定的延時，延時時間是毫秒級。解決(jue) 辦法是：在通道間切換時，當第一個(ge) 通道轉換完成後，先轉到另一個(ge) 通道；然後延時1 ms左右，再進行A/D轉換。而對同一個(ge) 通道信號切換時，要在第一個(ge) 信號轉換完成後，禁止信號輸入，延時1 ms左右；然後輸入信號，再進行A/D轉換。
    這種做法比較麻煩，也很占用時間，並且從(cong) 調試結果來看，問題並沒有解決(jue) 。在反複進行調試中，最後得到的優(you) 化解決(jue) 辦法是：對於(yu) 通道間轉換以及同一通道信號轉換，要對每一個(ge) 信號至少進行兩(liang) 次A/D轉換；第一次的轉換結果，舍棄不予處理，隻取第二次A/D轉換的結果。從(cong) 調試結果來看，很好地解決(jue) 了這一問題。

3 軟件開發小技巧
    PIC單片機采用精簡指令集，例如對於(yu) PIC16F716單片機，隻有35條單字節指令。要用這麽(me) 少的指令實現複雜的控製或計算，顯然要在軟件設計上多下功夫，並且PIC的指令係統與(yu) 51係列單片機有很大不同，這讓PIC初學者很不適應。下麵筆者就自己的體(ti) 會(hui) ，談一些軟件設計需要注意的問題。

3.1 指令的大小寫(xie) 問題
    編寫(xie) PIC單片機的源程序，除了源程序的開始處需要嚴(yan) 格的列表指令外，還須注意源程序中字母符號的大小寫(xie) 規則，否則在PC機上匯編程序時不會(hui) 成功。在源程序中都會(hui) 使用偽(wei) 指令INCLUDE。這條指令將列表中指定的單片機文件(在MPLAB中)讀入源程序作為(wei) 源程序的一部分，所以凡是MPLAB中有關(guan) 該單片機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(wei) 簡化。
    此外，由於(yu) 有了偽(wei) 指令INCLUDE，所以根據MPLAB軟件中的格式，在源程序中的操作數凡是涉及MPLAB已規定的寄存器名稱的，其字母一律隻能大寫(xie) ，不能小寫(xie) 。其餘(yu) 操作碼、符號字母可任意大小寫(xie) ，但0x中的X應小寫(xie) ，否則匯編不會(hui) 成功。鑒於(yu) 上述原因，為(wei) 了書(shu) 寫(xie) 方便，在使用MPLAB軟件時，PIC單片機的源程序均用大寫(xie) 字母為(wei) 宜(0x例外)。

3.2 振蕩器的配置以及時序的計算
    PIC係列單片機可以工作於(yu) 以下4種不同的振蕩器方式：LP(低功耗晶體(ti) 振蕩器)、XT(晶體(ti) 諧振器)、HS(高速晶體(ti) 諧振器)和RC(阻容振蕩器)。用戶可以根據其係統設計的需要，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，那麽(me) 根據用戶的配置，可以輕鬆地計算出程序運行的時間以及A/D轉換所占用的時間，這樣就會(hui) 很輕鬆地安排好單片機的時序。例如，如果采用4 MHz的HS振蕩模式，那麽(me) 單片機的時鍾頻率為(wei) Fosc/4，也就是說執行一條指令需要1us；對於(yu) 需要兩(liang) 個(ge) 指令周期的指令，需要2us。而對於(yu) A/D轉換，如果A/D轉換時鍾位選擇為(wei) Fosc/8，那麽(me) A/D轉換模塊轉換一個(ge) 位的時間Tad就為(wei) 2us。對一個(ge) 8位的轉換來說，需要的時間為(wei) 9.5Tad，也就是完成一次A/D轉換的時間為(wei) 19us。這樣隻需要查看源程序的行數並作簡要分析，就可以計算出程序運行的時間。

3.3 存儲(chu) 體(ti) 的選擇
    PIC單片機的數據存儲(chu) 器通常分為(wei) 兩(liang) 個(ge) 存儲(chu) 體(ti) ，即存儲(chu) 體(ti) O(Bank0)和存儲(chu) 體(ti) 1(Bank1)。每個(ge) 存儲(chu) 體(ti) 都是由專(zhuan) 用寄存器和通用寄存器兩(liang) 部分組成的。兩(liang) 個(ge) 存儲(chu) 體(ti) 中的一些寄存器單元實際上是同一個(ge) 寄存器單元，卻又具有不同的地址。
    不同型號的PIC單片機，其數據存儲(chu) 器的組成(即功能)是不完全相同的，所以設計人員一旦選用了某個(ge) PIC單片機的型號後，就要查找該單片機的數據存儲(chu) 器資料，以便編程使用。
    筆者所采用的PIC16F716單片機的存儲(chu) 區，是通過STATUS寄存器的RP1位和RP0位來選擇的。當配置為(wei) 00時，表示選擇存儲(chu) 區0；當配置為(wei) 01時，表示選擇存儲(chu) 區1。因為(wei) 存儲(chu) 區的改變隻須改變RP0位，所以通常在程序編寫(xie) 時，隻改變RP0位來選擇存儲(chu) 區。但是這樣容易造成程序的混亂(luan) ，因此，筆者建議在每次更換存儲(chu) 區時，要分別對RP0和RP1進行置位。在程序初始化時，最好將寄存器的初始化分為(wei) 兩(liang) 部分：第一部分為(wei) 存儲(chu) 區0；第二部分為(wei) 存儲(chu) 區1。然後將每個(ge) 需要初始化的寄存器分別在對應的存儲(chu) 區進行初始化即可。

3.4 GOTO和CALL指令的不同使用
    在PIC的匯編程序中，CALL與(yu) GOTO 指令使用的場合不同。CALL是用來調用子程序的，在調用完子程序後返回到調用前的程序；而GOTO是無條件轉移，即由此狀態進入另外一個(ge) 狀態而不需要返回。
    為(wei) 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計，即將程序按照功能分成不同的子程序，而主程序則相當簡潔，隻須采用CALL 指令對子程序進行調用。
    由於(yu) PIC單片機的堆棧有限，在程序中不能無止境地使用GOTO指令，否則會(hui) 使堆棧溢出，程序無法正常運行。但是在有些時候，例如當程序出現分支時，則不得不使用GOTO指令。對於(yu) PIC16F7x係列單片機，程序出現分支時隻能通過STATUS寄存器的Z位或C位進行判斷。這時在兩(liang) 種情況.的前一種情況下，必須使用GOTO指令進行轉移；否則在執行完第一種情況後，緊接著又執行第二種情況。程序如下：
BTFSS STATUS,Z
GOTO A
GOTO B
    在跳轉到A時，必須使用GOTO指令；否則執行完這條語句以後，緊接著執行GOTO B。這樣無論Z為(wei) 何值，程序都將跳轉到B。而對於(yu) GOTO B，則可以不必使用GOTO指令。
    在上麵這種情況下，由於(yu) GOTO隻在子程序內(nei) 部進行跳轉，小程序內(nei) 部循環占用堆棧的級數不多，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用前的下一條指令。
    因此，筆者建議，在使用匯編語言進行程序設計時，應該將程序分解成一級級的子程序；然後在程序之間進行調用，盡量將GOTO指令跳轉的範圍縮小。

3.5 對芯片的重複燒寫(xie)
    對沒有硬件仿真器的設計者來說，總是選用帶有EPROM 的芯片來調試程序，通過反複的修改來觀看運行結果，以便對程序進行調試。每更改一次程序，都是將原來的內(nei) 容先擦除，再編程，浪費了相當多的時間，又縮短了芯片的使用壽命。如果後一次編程較前一次，僅(jin) 是對應的機器碼字節的相同位由1變為(wei) 0，那麽(me) 就可在前一次編程芯片上再次寫(xie) 入數據，而不必擦除原片內(nei) 容。
    在程序調試過程中，經常遇到常數的調整。如果常數的改變能保證對應位由1變0，則都可在原片內(nei) 容的基礎上繼續編程。另外，由於(yu) 指令NOP對應的機器碼為(wei) 00，調試過程中指令的刪除，可先用NOP指令替代，編譯後也可在原片內(nei) 容上繼續編程。

結語
    在采用PIC單片機進行設計過程中，注意到PIC單片機自身的特點，可盡量少走彎路，從(cong) 而縮短開發周期。同樣在軟件設計上采用合適的方法，可以使整個(ge) 程序運行穩定，而且程序空間的使用也將有所減少，避免了調試中的Bug。以上隻是筆者在實際設計過程中一些小小的體(ti) 會(hui) 。希望與(yu) 大家一起探討，並在共同學習(xi) 中為(wei) PIC單片機的普及和推廣做出貢獻。