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§1.7  I/O 口

PIC12C5XX只有一个I/O口，对应的映像寄存器为GPIO（地址：06h），其中GPIO< 5:0> 对应GP5:GP0，GPIO<7:6>未用，永为“0”。注意，GP3仅可作为输入，是单向I/O口线。另外，GP5、GP4、GP3及GP2还可以由用户定义成各种特殊功能口线，一旦它们被用作特殊用途，则永远读为“0”。GP0、GP1和GP3还带有可编程的弱上拉和“电平变化唤醒功能”（即唤醒正处于睡眠状态下的芯片），关于这点请参阅OPTION寄存器的描述。如果GP3被用户定义为复位输入端（MCLR），则它的弱上拉自动有效，但“电平变化唤醒”特性被自动关闭。

GPIO口线的方向由TRIS寄存器控制，详情参见§1.6.1中有关TRIS寄存器的描述。

§1.7.1  I/O 口结构

一根I/O口线的结构如下图所示：

                               
图1.12  I/O口结构

除了GP3只能单向作为输入口外，其余的GPIO口皆可由用户定义为输入/输出态。作为输入口时没有锁存，外部信号必须保持到让CPU读入为止（例如：MOVF   GPIO，W）。作为输出则有锁存，可以保持直到被新的值取代为止。

I/O端的输入/输出态由TRIS寄存器的值控制，当TRIS将“1”置入I/O控制器时Q1和Q2 都处于截止态，所以I/O端即呈高阻态（输入态）。当执行I/O读指令（如MOVF          6，W），把当前I/O端的状态读入数据总线。当TRIS将“0”置入I/O控制器时，Q1和Q2的导通情况将要由数据锁存器Q端的状态来决定。当写入数据为“1”时，Q端为低电平0，则Q1导通，I/O输出为高电平。反之，当写入数据为“0”时，Q端为“1”，则Q2导通，I/O端输出为低电平。I/O读写时序如图1.13所示。

§1.7.2  I/O口使用注意事项

1、I/O方向转置的问题

某时候可能需要一个I/O口一会做输入，一会又做输出。这就是I/O方向的转置。在编写这种I/O转置程序时必须注意，有些指令如位设置指令（BSF、BCF）写I/O口时是先从I/O读入其状态，执行位操作后再将结果写回去覆盖原来的内容（输出的结果放在I/O口的数据锁存器）。

举个例子来说：“BSF   6，5” 这条指令的目的是要把B口的第6位置为高电平“1”。执行这条指令时，先把整个B口当前的状态内容读入到CPU，把第6位置成“1”后再把结果（8个位）重新输出到B口。如果B口中的有一个I/O端是需要方向转置的（比如说bit1），而这时是处于输入态，那么B口的状态值重新写入后，B口的数据锁存器1的锁存值就是当前B口Bit1的状态。 这可能和先前Bit1作为输出时所锁存的值不同，所以当Bit1 再转置成输出态时，出现在Bit1 端的状态就可能和先前的输出态不同了。

2、I/O的“线或”和“线与”

从图1.12看出PIC I/O端输出电路为CMOS互补推挽输出电路。因此与其他这类电路一样，当某个PIC I/O端设置为输出状态时，不能与其他电路的输出端接成“线或”或“线与”的形式，否则可能引起输出电流过载，烧坏PIC。如需要与其他电路接成“线或”电路时，PIC I/O 端必须置于“1”状态或输入状态，并外接下拉电阻。电阻的阻值根据实际电路和PIC I/O 端最大电流来决定。

3、I/O口的连续操作

一条写I/O的指令，对I/O真正写操作是发生在指令的后半周期（参照图1.13）。而读I/O的指令却是在指令的周期开始就读取I/O端状态。所以当你连续对一个I/O端写入再读出时，必须要让I/O端上的写入电平有一个稳定的时间，否则读入的可能是前一个状态，而不是最新的状态值。一般推荐在两条连续的写，读I/O口指令间至少加一条NOP指令。

例：           
          MOVWF       6                  ；写I/O
          NOP                                 ；稳定I/O电平
          MOVF        6，W         ；读I/O

4、噪声环境下的I/O操作

在噪声环境下（如静电火花），I/O控制寄存器可能因受干扰而变化。比如I/O口可能会从输入态自己变成输出态，对于这种情形，WDT也是无法检测出来的。因此如果你的应用环境是较恶劣的，建议你每隔一定的间隔，都重新定义一下I/O控制寄存器。最保险的方法当然是对I/O读写前都定义一下I/O控制寄存器（但是实践证明对于大多数的应用都不必做到这样，只是提请你注意噪声干扰）。

图1.13  I/O口连续读/写时序

§1.8  定时器/计数器TIMER0

TIMER0是一个8位的定时器/计数器，其对应的映像寄存器是TMR0（地址：01h），可由用户程序直接读写，并且可带有8位的预分频器。它用于对外加在GP2/T0CKI引脚上的外部信号进行计数（计数器）或对内部指令时钟进行计时（定时器），在PIC16C5X中它被称为RTCC。

TIMER0及其相关电路如图1.14所示。从图中可看出TIMER0工作状态由OPTION寄存器控制，其中OPTION寄存器的T0SC位用来选择TIMER0的计数信号源，当T0SC为“1”时，信号源为内部时钟，T0SC为“0”时，信号源为来自T0CKI引脚的外部信号。OPTION寄存器的PSA位控制预分频器（Prescaler）分配对象，当PSA位为“1”， 分配给TIMER0，即外部或内部信号经过预分频器分频后再输出给TIMER0。 预分频器的分频比率由OPTION内的PS0～PS2决定。这时涉及写TMR0寄存器的指令均同时将预分频器清零，OPTION 寄存器内容保持不变，即分配对象、分频比率等均不变。OPTION的T0SE 位用于选择外部计数脉冲触发沿。当T0SE为“1”时为下降沿触发，为“0”时则上升沿触发。

                          图1.14  TIMER0 方块图

TIMER0计数器采用递增方式计数，当计数至FFH时，在下一个计数发生后，将自动复零，重新开始计数，从此一直循环下去。TIMER0对其输入脉冲信号的响应延迟时间为2个机器周期，不论输入脉冲是内部时钟、外部信号或是预分频器的输出。响应时序见图1.15。

TIMER0对外部信号的采样周期为2个振荡周期，因此当不用预分频器时，外加在T0CKI 引脚上的脉冲宽度不得小于2个振荡周期即1/2指令周期。同时，当使用预分频器时，预分频器的输出脉冲周期不得小于指令周期，因此预分频器最大输入频率可达N，fosc/4，N 为预分频器的分频比，但不得大于50MHz。

图1.15a.  TIMER0时序图：内部时钟/无预分频器

图1.15b.  TIMER0时序图：内部时钟/预分频比1：2

应注意的是尽管PIC对外部加于T0CKI信号端上的信号宽度没有很严格的要求，但是如果高电平或低电平的维持时间太短，也有可能使TIMER0检测不到这个信号。一般要求信号宽度要大于10ns。

§1.9  预分频器

预分频器是一个分频倍数可编程的8位计数器。其结构如图1.14 所示上节对预分频参数已有描述，这里不再赘述。

预分预器的分配对象完全由程序控制，可以在程序中改变Prescaler分配对象。

1、从TIMER0到WDT的改变

                                   MOVLW    B'XX0X0XXX'   ；选择内部时钟和新的预分频值
          OPTION                          ；如果新的预分频值='000'或者
          CLRF          1                 ；='001'，则暂时先选一个另外的值
          MOVLW    B'XXXX1XXX'     ；清零TMR0和预分频器
          OPTION                         ；选择WDT为对象，但不要改变预分频值
          CLRWDT                             ；清WDT和预分频器
          MOVLW      B'XXXX1XXX'     ；选择新的预分频器
          OPTION

2、从WDT到TIMER0的改变

          CLRWDT                         ；清WDT 及Prescaler
          MOVLW    B'XXXX0XXX'     ；选择TIMER0
          OPTION

图1.16  预分频器方块图

注意，预分频器只能分配给TIMER0或WDT其中之一使用，而不能同时分配给二者。

§1.10  看门狗WDT

看门狗计时器（Watch Dog Timer）是一个片内自振式的RC振荡计时器，无需任何的外接元件。这意味着即使芯片振荡停止了（例如执行指令SLEEP后），WDT照样保持计时。WDT计时溢出将产生RESET。在PIC12C5XX芯片内有一个特殊的谓之“系统定义字”（Configuration EPROM）的单元，其中的一个位是用于定义WDT的，可以将其置“0”来抑制WDT使之永远不起作用。这将在第六章的烧写器介绍部分详细说明。

1、WDT周期

WDT有一个基本的溢出周期18ms（无预设倍数），如果需要更长的WDT周期，可以把预分频器分配给WDT，最大分频比可达1：128，这时的WDT溢出周期约为2.5S。WDT溢出周期和环境温度、VDD等参数有关系，请参阅附录的图表。

“CLRWDT”和“SLEEP”指令将清除WDT计时器以及预分频器（当预分频器分配给WDT时）。WDT一般用来防止系统失控或者说防止单片机程序“失控”。在正常情况下，WDT应在计时溢出前被CLRWDT指令清零，以防止产生RESET。如果程序由于某种干扰而失控，那么不能在WDT溢出前执行一条CLRWDT指令，就会使WDT溢出而产生RESET，使系统重新启动运行而不至失去控制。若WDT溢出产生RESET，则状态寄存器F3的“TO”位会被清零，用户可藉此判断复位是否由WDT溢时所造成。

2、WDT编程注意事项

如果使用WDT，一定要仔细在程序中的某些地方放一条“CLRWDT”指令，以保证在WDT在溢出前能被清零，否则会造成芯片不停地产生RESET，使系统无法正常工作。

在噪声工作环境下，OPTION寄存器可能会因受干扰而改变，所以最好每隔一段时间就将其重新设置一下。

§1.11  振荡

PIC12C5XX可以运行在以下四种振荡方式下：

        a、LP                    低功耗低速晶体振荡
        b、XT            标准晶体/陶瓷振荡
        c、INTRC        内部4MHz RC振荡
        d、EXTRC        外部RC振荡

以上四种振荡方式可由“系统定义字”中的Fosc1：Fosc2 两位来选择，请读者参阅后面§1.12.9的详述。

§1.11.1  晶体/陶瓷振荡

这种振荡包括XT和LP，其电路连接是在GP5/OSC1/CLKIN和GP4/OSC2两端加一晶体/陶瓷振荡，如下图所示：

                               
图1.17  晶体/陶瓷振荡电路

下表是使用各种频率的晶体和陶瓷振荡所需的C1、C2电容值。

               a. 陶瓷振荡                               b.晶体振荡

表1.3  各种振荡下的C1和C2值

§1.11.2  外部RC振荡

这种振荡类型成本最低，但频率的精确性较差，适用于时间精确度要求不高的应用场合。RC振荡的频率是VDD、RC值以及环境温度的函数。请参阅附录的RC频率函数图。RC 振荡的连接如图1.18所示。

                              
图1.18  RC振荡电路

RC振荡是在OSC1端连接一个串联的电阻电容。这个电阻如果低于2.2K，振荡不稳定，甚至不能振荡，但是电阻高于1M时，则振荡又易受干扰。所以电阻值最好取5K～100K之间。尽管电容C为0时，电路也能振荡，但也易受干扰且不稳定，所以电容值应取20P以上。RC值和频率关系如表1.4所示。RC振荡时OSC2端输出一OSC1的4分频脉冲（f=1/4OSC1）。

表1.4  RC与频率的关系

§1.11.3  外部振荡

PIC12C5XX也可以接受外部振荡源（仅适合于XT和LP类型振荡），连接时将外部振荡接入GP5/OSC1/CLKIN端，见下图：

                            
图1.19  外部振荡源输入电路

§1.11.4  内部RC振荡

PIC12C5XX内部提供有4MHz的RC振荡源供用户选择使用，选择振荡方式和振荡源的方法见§1.12.9详介。

在PIC12C5XX的程序区最顶端（12C508：1FFh，12C509：3FFh）放了一条MOVLW XX的指令， XX是内部RC振荡的校正系数。芯片上电后，PC指针指向程序区最顶端，执行完这条指令后PC 值加1变为000h。这时W寄存器中存放即是内部RC振荡的校正系数，用户可以把这个系数置入OSCCAL寄存器（05h）以便使其起校正作用，也可以忽略不管它。

     例：                
          0                   ；定义存储区地址0
          MOVWF      OSCCAL             ；把W中的校正系数置入OSCCAL。

§1.12  复 位（RESET）

PIC12C5XX有各种各样原因造成的芯片复位：

         1、芯片上电
         2.、MCLR端加低电平
         3、看门狗WDT超时溢出
         4、睡眠中某些I/O口线电平发生变化

当芯片处于复位状态时，所有I/O口线都处于输入状态（高阻态），看门狗WDT和预分频器都被清零。

图1.20  片内复位电路（暂缺）

§1.12.1  复位定时器（DRT）

复位定时器DRT（在PIC16C5X 中我们称其为OST）是为了使芯片的复位可靠安全而设计。在PIC12C5XX中，对于XT和LP振荡方式，上电后它们还需要一定的时间来建立稳定的振荡。有鉴于此，PIC12C5XX内部设计了一个复位定时器DRT。DRT在MCLR端到达高电平（VIHMC）后，即启动计时18ms，这样可以使芯片保持在复位状态约18ms以便让振荡电路起振及稳定下来，然后芯片即脱离复位状态进入正常运行状态。DRT的振荡源是芯片内专有的RC振荡电路，所以外围电路并不能改变其18ms的计时时间。

当WDT计时溢出后，DRT也是启动18ms使芯片保持在复位状态，然后再重新开始运行程序。

注意，在振荡方式是外部RC或内部RC时，DRT都关闭不起作用。

§1.12.2  芯片上电复位（POR）

PIC12C5XX在芯片内集成有上电复位电路，见图1.20所示。当芯片电源电压VDD上升到一定值时（1.5V-2.1V），检测电路即会发出复位脉冲使芯片复位。

§1.12.3  MCLR复位

PIC12C5XX的GP3/MCLR端可以由用户定义为普通输入口GP3或复位端MCLR，如下图：

图1.21  GP3/MCLR端电路（暂缺）

具体方法参见§1.12.9有关描述。

一旦用户选择MCLR功能，则该端输入低电平会使芯片进入复位状态。

§1.12.4  外部复位电路

在某种情况下，DRT计时18ms后，芯片的振荡电路还不能稳定或供电电压（VDD）还不能达到标准值，这时如果芯片脱离复位状态进入运行，则芯片就有可能失控或运行不正常。为了使芯片脱离复位状态时各部分都处于正常，可以在MCLR端上加外部RC复位电路来延长复位时间，如下图：

图1.22  外部复位电路  

这个电路可以使VDD上升到标准值一段时间后，MCLR才会上升到高电平，从而启动DRT计时18ms后才进入运行。这样可以延长整个复位过程，保障芯片复位后进入正常运行。

§1.12.5  掉电复位锁定

当单片机的供电电压掉到最小标准值以下后，可能会使芯片的运行出现异常，从而扰乱整个控制系统，所以在某些应用中，我们希望一旦VDD掉到某个值时使芯片自动进入复位状态（所有I/O口都变成高阻态）以免扰乱系统，下面是一个PIC12C5XX掉电复位锁定的电路：

图1.23  掉电复位锁定

 当VDD电压恢复上升到标准值以上后，MCLR端恢复为高，从而使芯片恢复正常运行。

§1.12.6  复位对寄存器的影响

对于通用寄存器来说，上电复位后它们的值是随机不定的，其他类型的复位后则保持原值不变。

对于特殊寄存器，各种复位后它们都会等于一个固定的复位值，见以下二表：

u： 未变；       x： 随机值；        -： 未用；         ?： 其值取决于复位方式

注1：由于在复位向量处存放着MOVLW    XX指令，其中XX为内部RC振荡校正系数，所以复位后W<7:4>即会等于这个值。

注2：参见表1.6。

a.  各特殊寄存器复位后的值

     u：未变；      x：随机.

b.        复位对STATUS和PC的影响
表1.5  各种复位对特殊寄存器的影响

§1.12.7  复位的鉴别

PIC12C5XX有多种原因都可引起芯片复位。在程序中判断芯片复位的原因有时是非常必要的，例如上电复位后程序一般都要做一些寄存器初始化工作，而别的复位后则可以不做初始化而直接进入控制运行。

在状态寄存器STATUS有三个位（GRWUF、TO、PD）可用来标识各种复位状态，见下表：     

u：未变

a.           复位后TO、PD及GPWUF的状态

    u：未变

b.   影响TO、PD及GPWUF位状态的事件
表1.6  复位对STATUS的影响

     例：要判断是否芯片上电。

          BTFSS        STATUS，TO          ；TO=1 ?
          GOTO           NO_POWERUP
          BTFSS               STATUS，PD         ；PD=1 ?
          GOTO         NO_POWERUP
         INIT    …                                   ；TO=1，PD=1。芯片上电，做初始化。

§1.12.8  睡眠模式（Sleep）

1、进入SLEEP

执行一条“SLEEP”指令即可进入低功耗睡眠模式。当进入SLEEP后，WDT被清零，然后重新开始计数。状态寄存器STATUS中的PD位被置成“0”，TO位置成“1”，同时振荡停止（指OSC1端的振荡电路）。所有的I/O口保持原来的状态。这种工作模式功耗最低。为使耗电流最小，进入SLEEP前，应使所有的I/O口处于高电平VDD或低电平VSS，而不应使其处于高阻态，以免产生开关电流损耗。可以在I/O口加上拉或下拉电阻，或者把I/O口都置成输出态来避免其处于高阻态（浮态）。

RTCC端亦应置为VDD或VSS（通过上拉或下拉）。

MCLR必须处于高电平状态。

2、唤醒SLEEP

SLEEP可被WDT溢出唤醒，或在MCLR端加低电平唤醒SLEEP或GP0、GP1、GP3电平发生变化。第二种唤醒方法经常用在以下应用场合：在系统主电源掉电，并由后备电源（电池）供电后，执行“SLEEP”指令进入低功耗模式，这样电池就可长时间保持系统数据。当主电源恢复供电时，让其在MCLR产生一低电平唤醒SLEEP，并重新复位。这样需在MCLR端加一外部复位电路。第三种方法则在需要使用系统时唤醒睡眠中的单片机，它常通过按键输入来实现。系统上电时，STATUS的PD被置为“1”，而执行“SLEEP”指令后，PD位被置成“0”。所以通过PD位可以判断系统是从SLEEP模式唤醒而复位，还是上电后的复位。STATUS中的TO位则可判断当处于SLEEP状态的系统是由WDT溢时唤醒或是由外界给MCLR端一个低电平唤醒。这些区别有时是很重要的，特别是对系统的一些初始化工作来说。

§1.12.9  系统定义字（Configuration）

在PIC12C5XX中有一个12位长的系统定义字单元，其中只用了前5位（bit0～bit4），用来定义单片机的一些系统性能选择，如下图：     

图1.24 系统定义字

系统定义字属特殊的空间，不占用芯片的程序存储器，不能由程序指针（用户程序）访问，用户可以用烧写器对其进行编程，参见烧写器章节中的描述。

程序保密位被置为“0”后，程序存储区中的程序代码（12位）中的高8位将被遮没。具体地说，就是加密后再用烧写器读该芯片的程序区时，每一个程序代码都呈现00X的形式，这样别人就无法恢复这些被加密的代码，因此也就无法进行复制拷贝。加密后的单片机的功能不会受任何影响，加密后的程序代码并不影响其在芯片内的运行，而只是不能再被还原读出来。

§1.12.10 ID码

PIC12C5XX芯片中有一个16位的标识码（称为ID码），用来作芯片标识。ID码仅起芯片识别作用，用户可在烧写器上将其烧入和读出作芯片识别（如烧入日期等），但不会对芯片功能产生任何影响，即不使用它也没有关系。