时间: 2024-07-03 09:19:36 | 作者: 华体会app怎么样
1）哈佛结构－介绍哈佛结构通常要和冯.纽曼结构对比来介绍。我们熟悉的8086就是一种典型的冯.纽曼结构，它的程序和数据是共用同一个存储空间，CPU也是使用同一个来访问它们。那么，取指令和取数据势必分时来进行，这就限制了数据的流量。和它相对应的哈佛结构，则是不同。哈佛结构的典型特点是程序和数据是分立的空间，CPU对程序和数据的访问也是使用完全独立的两套总线。所以，相对于冯.纽曼结构，它可以同时从两个空间取指令和取数据，这就增加了数据流量。而且，因为两个总线互不相干，所以，程序总线和数据总线能做到不一样宽。在设计之初选择了哈佛结构，并基于程序总线位指令宽度的单片机系列，分别对应的是PIC低档系列，PIC16中档系列，以及PIC18系列单片机。这里要说明的是，数据总线位，所以不管它的指令宽度是多少，它仍然还是8位单片机。
2）指令流水线操作－大部分的单片机，取指令和执行的过程是顺序进行的。PIC单片机在设计时引入了指令流水线的设计，使得单片机的取指和执行可以同步进行。我们的角度来看下面的指令取指和执行过程图示。
从这个图示上，我们大家可以看到取指和执行是如何同步进行的，也可以理解到，指令可以在一个指令周期内执行。但是，当有程序分支时（如CALL，GOTO或直接修改PC）是例外的，需要多花一个指令周期。图示上标有*号的地方，你能够正常的看到，在执行CALL SUB_1这条指令时，同时预取了第4条指令BSF PORTA,3，程序是要调用SUB_1子程序，那么这条指令显然是错误预取的。但是不用担心，单片机的硬件会自动在下一个指令周期里刷掉被错误预取的指令4，同时在该指令周期内预取SUB_1标号处的指令，那么接下来的Tcy5就是执行子程序的指令了。从这个过程我们就能够理解，为什么程序分支时，需要两个指令周期了。
3）单字指令，长字指令－因为程序和数据是完全独立存储的，所以指令和数据的宽度可以不一样。PIC单片机的指令宽度有12位，14位和16位几种，分别对应低中高三档的系列。以中档PIC16系列单片机为例，它的指令字长是14位的，我们把它叫做长字指令。如何个“长”法，来看一个例子
PIC单片机指令示例：MOVLW0x55（解释，给W工作寄存器赋立即数55H）
从图示上，你可以清楚的看到PIC16的一条指令是一个14位的长字，这个长字的前面部分是操作码，后半部分是操作数。和其他单片机比较来看，同样功能操作的指令，会被翻译成操作码字节和操作数字节，两个字节。所以，从这里，你可以得到一个概念，就是，PIC的一条长字指令，大约等于其他单片机的两个字节的指令。反映到程序空间上，就是PIC的1K字的程序空间，大约相当于其他单片机的2K字节的程序空间。当然，这个比例不是绝对的，不同的代码会有不一样的比例结果，但是这个1:2的近似结果有助于你在选择PIC单片机型号时作为参考。对于长字指令，还有着另一个好处，就是：程序指针PC指向的任何地方都是一个指令长字，即使PC跑飞，所指向的也是一条合法的长字指令（因为操作码的设计覆盖了所有的二进制组合），这样你就可以方便地用“陷阱”或“填充”等手段来减小PC跑飞带来的误操作。相对应地，操作码和操作数分为两个字节的单片机，一定程序上，存在PC跑飞后把操作数当成操作码来译码的风险。尽管现在的单片机设计都有一定手段来克服这种PC错位，但是它还是没有PIC单片机这种单字指令来得方便。
上面就是PIC中档单片机的全部35条指令，这些指令可能对于初学者，显得很陌生，但是当你去看英文数据手册时，就会理解，这些指令，基本都是一句英文的首字母缩写，比如BTFSC，就是Bit Test File register Skip if Clear（位测试某f寄存器，如果为0则跳过一条指令）。一共就这35条指令，就算你一开始不习惯，要不断看指令表，但我想如果你开始写程序，一天下来应该就能记住所有的指令。想想别的单片机一百多条指令，某些日系的8位单片机竟有四百多条指令，不是那么容易背下来吧。
5)文档寄存器 － 英文的原文是file Register。在PIC单片机中只有两类寄存器，一类是W，Working Register工作寄存器，只有一个，相当于51的A累加器，其他的所有寄存器都是F寄存器，也就是文档寄存器。这里的“文档”，是一个形象的描述，你可以理解除了W之外的所有通用RAM和特殊功能寄存器都是一个个的文档，当需要操作的时候，取出某个文档，和W经过ALU中央运算单元运算后，结果既可以放到W里，也可以放到该文档寄存器里。这里要强调的是，所有的通用RAM和特殊功能寄存器（如端口，控制寄存器等）都是文档寄存器，所以对他们操作的指令都是一样的。象有些单片机，对端口访问，对普通RAM，对特殊功能寄存器的操作都要用不同的指令，相比起来，PIC单片机要方便得多。
下图是PIC单片机内部结构框图。当然在学习单片机时，不是必须要了解芯片内部究竟时如何工作的。但是，大略地看看这个图，可以对PIC的某些特点有个初步的印象。从图上你能够正常的看到程序总线和数据总线是相互独立的，在图的左下角你可以看到片内已经做好了上电复位，掉电复位，看门狗，振荡器起振延时器等为了增强单片机运行可靠性的模块，在程序指针（Program Counter）下面，你会看到一个和其他单片机不一样的地方，堆栈（Stack）。PIC单片机的堆栈是硬件堆栈，它和PC的宽度是一样的。当发生中断或者程序调用时，当前指令的PC＋1（要清楚，前面讲过流水线，执行某条指令时，同时在预取PC＋1处的指令）整个压入堆栈，返回时整个退栈。硬件堆栈和某些单片机在RAM空间里开辟的堆栈相比，有一个好处，就是不需要过多的担心因为堆栈的错误溢出而影响RAM区域，而且，你可以选择压栈后并不退栈，直接GOTO到其他处理。但是它也有自己的局限性，因为它是硬件的，所以堆栈的级数是有限的。对于PIC中档单片机，硬件堆栈只有8级，所以CALL的嵌套别超过7级；对于PIC18系列，硬件中断则有31级。或许，你会担心堆栈不够用，但是，实际上，一个程序CALL嵌套超过7级的实在很少，而且，可完全通过改变程序流程来保证堆栈不会溢出的。
