前言：美国Microchip公司推出的PIC单片机系列产品，采用精简指令，易学易用；CMOS制造工艺，功耗极低；其I/O端口驱动能力强，可以带25mA的拉出电流。PIC单片机单周期/单字节指令及哈佛结构和RISC结构，为指令执行带来极快的速度，比一般单片机快四倍，并可达到2∶1的代码压缩。另外PIC单片机还具备看门狗定时器、内部/外部中断源、片内A/D转换器、片内比较器、E2PROM数据存储器、PWM输出、I2C和SPI接口和程序保密位等功能部件，所以PIC单片机已经被广泛应用在电脑外设、家电控制、电讯通信、智能仪器仪表、汽车电子到金融电子等各个领域。现今的PIC单片机已经是世界上具有影响力的嵌入式微控制器之一。从本期开始我刊将为您介绍PIC单片机的相关知识，前两期我们从理论的角度为您介绍PIC单片机的结构特点、分类和指令系统，接着，我们仍将以案例教学的形式为您介绍如何进行PIC单片机的开发设计。本文将介绍PIC 8位单片机的结构特点和产品分类。
一、PIC 8位单片机的结构特点
一般单片机采用CISC结构，即通常称为冯·诺依曼结构，这种结构是程序存储器和数据存储器在同一存储空间，片内只有一种总线，这种总线既要传送指令又要传送数据，如图1所示。因此，它不能同时访问程序存储器和数据存储器。单总线结构的单片机只能先取出指令再执行指令（在此过程中往往要取数据），然后待这条指令执行完毕，再取出下一条指令继续执行。这种结构方式降低了指令执行速度。
PIC单片机采用一种双总线结构，即所谓的哈佛结构。这种结构程序存储器和数据存储器是分开的，且具有两种总线，即程序总线和数据总线，如图2所示，两种总线可以采用不同的宽度。PIC的数据总线为8位宽度，程序总线为12位、14位和16位三种宽度。这样，取指令经程序总线，取数据经数据总线，互不干扰。而且由于PIC单片机的指令宽度不止8位，因此每条指令包含的信息量大，这种指令不仅功能强而且节省代码空间，所以相同功能的程序，PIC代码可节省大约一半的空间。
因为PIC单片机采用了哈佛结构，用了两种不同宽度的总线。因此取指令和取数据有可能同时交叠进行，所以在PIC单片机中取指令和执行指令就采用指令流水线结构，见图3。当第一条指令被取出后，随即进入执行阶段，这时可能会从某寄存器取数而送至另一寄存器，或从一端口向寄存器传送数据，但数据不会流经程序总线，而只是在数据总线中流动，因此，在这段时间内，程序总线有空，可以同时取出第二条指令，当第一条指令执行完毕，就可执行第二条指令，同时取出第三条指令……这样除第一条指令的取出外，其余各条指令的执行和下一条指令的取出是同时进行的，指令执行速度加快。PIC单片机除改变程序计数器PC值的分支指令（GOTO、CALL等）是两个周期外，其余全部是单周期指令。
3.高性能的功能部件
PIC单片机内部带有很多功能部件，如看门狗定时器、比较器、A/D转换器、E2PROM数据存储器、捕捉器/比较器/PWM输出、I2C和SPI接口、中断功能、硬件堆栈、串并口、温度传感器、不同大小的程序存储器和数据存储器、I/O口等，大大提高了PIC单片机的外围性能。PIC单片机的功能部件因不同型号而有差异，使得在设计时可以选择最适合的器件，避免了不必要的硬件资源浪费。PIC单片机还有多种封装形式，引脚数有8脚、18脚、20脚、28脚、40脚、44脚、64脚和68脚。
PIC的结构特点还体现在寄存器组上，如文件寄存器、I/O口、定时器和程序寄存器等都采用RAM结构方式，而且都只需要一个周期就可以完成访问和操作，而其他单片机常需要两个或两个以上的周期才能改变寄存器的内容。这样就大大提高了指令执行速度。
PIC单片机采用CMOS工艺制造，工作电流小，睡眠状态电流为μA级，功耗极低。工作电压最小可到2.0V。OTP（一次烧写型）技术的采用，降低了单片机的价格，几乎与掩膜型单片机接近。
二、 PIC单片机的分类
PIC单片机基本上分为三级产品，即基本级产品、中级产品、高级产品。详细的三级产品分类见附表。
1.基本级产品
基本级产品的最大特点是低价位，有两个系列：PIC12C5××系列和PIC16C5×系列。该级产品的指令宽度为12位，数据宽度为8位，33条指令。
PIC12C5××系列单片机是世界上最早的8脚单片机，因其体积很小，完全可以应用在以前不能使用单片机的家电产品和智能玩具产品中。
PIC16C5×系列单片机，适用于各种对成本要求严格的智能产品和电池供电的应用场合。
2.中级产品
这种是PIC单片机中品种最多的系列，它在基本级产品的基础上进行了改进，增加很多功能部件，并具兼容基本级产品，该级产品具有很高的性能，适用于各种高、中、低档的电子产品的设计。指令宽度14位，数据宽度为8位，35条指令，指令向下兼容。
中级产品包括PIC12C67×系列、PIC16C55×系列、PIC16C6×系列、PIC16C62×系列、PIC16CE62×系列、PIC16C64×系列、PIC16C66×系列、PIC16C7×系列、PIC16C8×系列、PIC16C9××系列和PIC14000可编程混合信号控制器。
3.高级产品
该级产品的特点是执行速度快，增强了指令系统集，如增加单周期的8×8位乘法指令，所以适用于高速数字运算的应用场合。增强了外围特性，可扩展EPROM和RAM，使它成为8位单片机中性能最高的机种之一，很适用于中高档的电子设备中。高级产品包括PIC17C4×系列和PIC17C75×系列，指令宽度为16位，数据宽度为8位，58条指令，指令向下兼容。
（陈伟）