PIC16F57微控制器引腳圖及功能詳解

PIC16F57是Microchip公司推出的一款8位高性能、低功耗、基于閃存的CMOS微控制器。它屬于PIC16F系列，以其精簡指令集（RISC）架構(gòu)、豐富的片上外設(shè)和高性價比而廣受歡迎。該芯片通常采用18引腳PDIP、SOIC等封裝形式，廣泛應(yīng)用于消費電子、工業(yè)控制、汽車電子、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域，尤其適合那些對成本、功耗和尺寸有嚴格要求的應(yīng)用。

PIC16F57的核心優(yōu)勢在于其易于學(xué)習(xí)的指令集、強大的I/O能力以及內(nèi)置的看門狗定時器（WDT）和多種振蕩器選項。盡管它是一款相對簡單的微控制器，但其穩(wěn)定的性能和靈活的配置使其成為許多小型到中型嵌入式項目的理想選擇。理解其引腳圖是充分發(fā)揮其潛力的關(guān)鍵。

PIC16F57引腳概覽

PIC16F57通常采用18引腳封裝。以下是其引腳的概覽，后續(xù)將對每個引腳進行詳細闡述。

PIC16F57引腳功能詳細介紹

1. 電源引腳 (VDD, VSS)

VDD (引腳18):VDD是PIC16F57的正電源輸入引腳。微控制器內(nèi)部的所有數(shù)字邏輯電路、存儲器以及外設(shè)模塊的正常運行都需要穩(wěn)定的電源電壓。PIC16F57通常支持較寬的電源電壓范圍，例如2.0V至5.5V，這使得它能夠適應(yīng)多種供電環(huán)境，無論是電池供電的低功耗應(yīng)用，還是標準5V電源的系統(tǒng)。在實際電路設(shè)計中，為了確保電源的純凈和穩(wěn)定，通常會在VDD引腳附近并聯(lián)一個0.1μF（100nF）的去耦電容，這個電容應(yīng)盡可能靠近芯片的VDD和VSS引腳放置。它的作用是濾除電源線上的高頻噪聲，并為芯片在瞬時電流需求變化時提供快速的能量補充，從而避免因電源波動引起的芯片工作異?；驈?fù)位。一個穩(wěn)定的電源是微控制器可靠運行的基石，任何電源上的毛刺或電壓跌落都可能導(dǎo)致程序跑飛或數(shù)據(jù)錯誤。

VSS (引腳4):VSS是PIC16F57的接地引腳，即電源的負極。它是整個微控制器電路的參考地。所有信號電壓都相對于VSS進行測量。在電路板設(shè)計中，VSS通常連接到系統(tǒng)的公共地平面。與VDD類似，VSS的連接質(zhì)量也至關(guān)重要。一個良好的接地設(shè)計可以有效抑制噪聲，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。確保VDD和VSS之間有足夠的去耦電容，并提供低阻抗的接地路徑，是保證芯片穩(wěn)定工作的基本要求。在多層PCB設(shè)計中，通常會使用專門的地平面來提供最佳的接地效果。

2. 振蕩器引腳 (OSC1/CLKIN, OSC2/CLKOUT)

OSC1/CLKIN (引腳16):OSC1是PIC16F57的振蕩器輸入引腳，同時也可以作為外部時鐘輸入引腳（CLKIN）。這個引腳是微控制器內(nèi)部時鐘源的核心。PIC16F57支持多種振蕩器模式，以適應(yīng)不同的應(yīng)用需求：

• RC振蕩器模式（RC Oscillator）: 在這種模式下，OSC1引腳連接一個電阻（R）和一個電容（C），構(gòu)成一個簡單的RC振蕩電路。這種模式成本低、功耗低，但頻率精度和穩(wěn)定性相對較差，容易受溫度和電源電壓變化的影響。它適用于對時序精度要求不高的應(yīng)用。在這種模式下，OSC2引腳通常不連接任何外部元件，或者懸空。

• LP振蕩器模式（Low-Power Crystal Oscillator）: 適用于低頻晶體振蕩器（如32.768kHz），以實現(xiàn)極低的功耗。OSC1和OSC2引腳連接一個晶體諧振器，并在晶體兩端各并聯(lián)一個負載電容（通常為15pF-33pF）。這種模式常用于實時時鐘（RTC）或電池供電的長時間運行設(shè)備。

• XT振蕩器模式（Crystal/Resonator Oscillator）: 適用于中頻晶體振蕩器（如1MHz-4MHz）。與LP模式類似，OSC1和OSC2連接晶體和負載電容。提供比RC模式更高的頻率精度和穩(wěn)定性。

• HS振蕩器模式（High-Speed Crystal Oscillator）: 適用于高頻晶體振蕩器（如4MHz-20MHz）。同樣，OSC1和OSC2連接晶體和負載電容。提供最高的運行速度和最佳的頻率穩(wěn)定性，但功耗相對較高。

• 外部時鐘模式（External Clock Input）: 在這種模式下，OSC1引腳直接接收來自外部的時鐘信號（如方波或正弦波），而OSC2引腳則作為時鐘輸出（CLKOUT）或懸空。這種模式適用于需要與外部系統(tǒng)同步時鐘，或者外部已經(jīng)有高精度時鐘源的場合。外部時鐘源通常直接連接到OSC1引腳，不需要額外的RC或晶體元件。

在選擇振蕩器模式時，需要根據(jù)應(yīng)用的具體需求（如速度、功耗、精度、成本）進行權(quán)衡。配置位（Configuration Bits）用于選擇所需的振蕩器類型。

OSC2/CLKOUT (引腳15):OSC2是PIC16F57的振蕩器輸出引腳，同時也可以作為時鐘輸出引腳（CLKOUT）。

• 當PIC16F57使用內(nèi)部RC振蕩器、LP、XT或HS晶體振蕩器模式時，OSC2引腳會輸出一個與內(nèi)部時鐘頻率相關(guān)的方波信號。這個輸出信號可以用于調(diào)試，或者作為其他外部設(shè)備的同步時鐘源。輸出頻率通常是內(nèi)部振蕩器頻率的四分之一（Fosc/4），這對應(yīng)于指令周期頻率。

• 當PIC16F57配置為外部時鐘輸入模式時（即CLKIN模式），OSC2引腳可以被配置為時鐘輸出（CLKOUT）。在這種情況下，OSC2引腳會輸出一個與輸入時鐘頻率相同的信號，或者一個經(jīng)過分頻的信號，具體取決于配置。這對于需要將微控制器內(nèi)部時鐘提供給其他外設(shè)或芯片的系統(tǒng)非常有用。

在晶體振蕩器模式下，OSC1和OSC2引腳之間連接晶體，并且每個引腳到地之間連接一個負載電容。這些負載電容的值對于晶體的穩(wěn)定起振和頻率精度至關(guān)重要，通常根據(jù)晶體制造商的推薦值來選擇，范圍通常在15pF到33pF之間。不正確的負載電容可能導(dǎo)致晶體無法起振或頻率偏差。

3. 復(fù)位引腳 (MCLR/VPP)

MCLR/VPP (引腳17):MCLR是“Master Clear”的縮寫，意為主清除，它是一個低電平有效的主復(fù)位輸入引腳。當MCLR引腳被拉低時，微控制器會立即停止當前操作，所有內(nèi)部寄存器被復(fù)位到默認狀態(tài)（通常是上電復(fù)位狀態(tài)），程序計數(shù)器歸零，然后從程序存儲器的0000h地址開始執(zhí)行程序。這是一個非常重要的引腳，用于在系統(tǒng)出現(xiàn)異?；蛐枰匦聠訒r對微控制器進行硬復(fù)位。

MCLR引腳通常需要通過一個上拉電阻連接到VDD。上拉電阻的作用是在沒有外部信號驅(qū)動時，將MCLR引腳保持在高電平，從而防止芯片意外復(fù)位。典型的上拉電阻值在4.7kΩ到10kΩ之間。此外，為了增強抗干擾能力，通常會在MCLR引腳和地之間并聯(lián)一個小容量的去耦電容（例如0.1μF），這個電容可以濾除MCLR線上的高頻噪聲，并提供一個短暫的復(fù)位脈沖，確保芯片在電源上電時能夠可靠復(fù)位。

除了作為復(fù)位輸入，MCLR引腳還具有另一個非常重要的功能：VPP（編程電壓輸入）。在對PIC16F57進行**在線串行編程（ICSP）**時，編程器會通過MCLR引腳施加一個高于VDD的編程電壓（通常是12V到13V左右）。這個高電壓信號會使芯片進入編程模式，允許編程器寫入或讀取閃存程序和數(shù)據(jù)。因此，在設(shè)計電路時，必須確保MCLR引腳的外部電路不會干擾編程電壓的施加，例如，不應(yīng)直接連接到地或通過過大的電容連接到地，否則可能導(dǎo)致編程失敗。如果MCLR引腳直接連接到按鈕進行手動復(fù)位，需要確保按鈕在按下時能將MCLR拉低，松開時能通過上拉電阻恢復(fù)高電平，并且在編程時，編程器能夠覆蓋按鈕的連接。

4. 通用輸入/輸出端口 (RA, RB, RC)

PIC16F57擁有三個獨立的通用輸入/輸出（GPIO）端口：端口A (RA)、端口B (RB)和端口C (RC)。每個端口都由多個獨立的引腳組成，這些引腳可以被軟件配置為輸入或輸出模式。這是微控制器與外部世界進行交互的主要途徑。

每個GPIO引腳都具有以下基本特性：

• 雙向性： 每個引腳都可以獨立地配置為輸入或輸出。當配置為輸入時，它可以讀取外部信號的電平（高電平或低電平）；當配置為輸出時，它可以輸出高電平（VDD）或低電平（VSS），從而驅(qū)動外部設(shè)備，如LED、繼電器、蜂鳴器等。

• 數(shù)字輸入/輸出： 這些引腳主要用于處理數(shù)字信號，即高電平或低電平。

• 弱上拉電阻（可選）： 某些PIC微控制器的端口引腳（通常是PORTB）具有可編程的內(nèi)部弱上拉電阻。這意味著當引腳配置為輸入時，可以通過軟件啟用一個內(nèi)部電阻將其拉高。這對于連接按鈕或開關(guān)等需要上拉的應(yīng)用非常方便，可以省去外部上拉電阻。PIC16F57的具體端口是否支持弱上拉需要查閱其詳細數(shù)據(jù)手冊，但這是PIC系列常見的特性。

• 高灌/拉電流能力： PIC微控制器的GPIO引腳通常具有一定的電流驅(qū)動能力，可以直接驅(qū)動小電流負載（如LED）。然而，對于需要較大電流的負載（如電機、大功率LED），則需要通過外部驅(qū)動電路（如晶體管、MOSFET）進行驅(qū)動，以避免損壞芯片。

以下是PIC16F57的各個端口引腳的詳細介紹：

端口A (PORTA):PIC16F57的端口A通常包含3個引腳：RA0 (引腳3)、RA1 (引腳2)、RA2 (引腳1)。 這些引腳是通用的數(shù)字輸入/輸出引腳。它們可以通過TRISA寄存器進行配置：

• 如果TRISA寄存器的相應(yīng)位設(shè)置為'1'，則該引腳被配置為輸入。此時，程序可以通過PORTA寄存器讀取該引腳的電平狀態(tài)。例如，可以連接一個按鈕，當按鈕按下時，引腳電平變化，微控制器檢測到這一變化。

• 如果TRISA寄存器的相應(yīng)位設(shè)置為'0'，則該引腳被配置為輸出。此時，程序可以通過向PORTA寄存器的相應(yīng)位寫入'1'或'0'來控制該引腳輸出高電平或低電平。例如，可以連接一個LED，通過控制引腳的輸出電平來點亮或熄滅LED。

端口B (PORTB):PIC16F57的端口B通常包含4個引腳：RB0 (引腳5)、RB1 (引腳6)、RB2 (引腳7)、RB3 (引腳8)。 這些引腳也是通用的數(shù)字輸入/輸出引腳，功能與端口A類似。它們通過TRISB寄存器進行配置。PORTB的一些引腳可能具有額外的功能，例如外部中斷（RB0/INT）或弱上拉功能，這需要查閱具體的PIC16F57數(shù)據(jù)手冊來確認。如果RB0支持外部中斷，那么它可以在外部信號變化時觸發(fā)中斷，從而響應(yīng)外部事件而無需CPU不斷輪詢。

端口C (PORTC):PIC16F57的端口C通常包含6個引腳：RC0 (引腳9)、RC1 (引腳10)、RC2 (引腳11)、RC3 (引腳12)、RC4 (引腳13)、RC5 (引腳14)。 端口C是PIC16F57上引腳數(shù)量最多的一個端口，提供了更多的通用I/O資源。它們通過TRISC寄存器進行配置。與PORTA和PORTB一樣，這些引腳可以作為簡單的數(shù)字輸入或輸出。在某些PIC型號中，PORTC的引腳也可能復(fù)用為其他外設(shè)功能，如SPI、I2C、UART等通信接口，或PWM輸出、定時器輸入等。對于PIC16F57這種較簡單的型號，其主要功能是通用I/O，但查閱數(shù)據(jù)手冊確認是否存在復(fù)用功能仍然是最佳實踐。

I/O引腳的使用注意事項：

• 方向寄存器（TRISx）： 在使用任何I/O引腳之前，必須先配置其對應(yīng)的方向寄存器（TRISA、TRISB、TRISC）。將位設(shè)置為'1'表示輸入，'0'表示輸出。如果忘記配置或配置錯誤，可能導(dǎo)致引腳無法正常工作，甚至可能在輸入和輸出之間產(chǎn)生沖突，損壞芯片。

• 輸入/輸出電平： PIC16F57的I/O引腳通常是CMOS兼容的，這意味著其輸入高電平閾值接近VDD，低電平閾值接近VSS。輸出高電平接近VDD，低電平接近VSS。在連接外部設(shè)備時，需要確保外部設(shè)備的信號電平與PIC16F57的I/O電平兼容。

• 灌電流與拉電流： 每個I/O引腳都有最大允許的灌電流（Sink Current）和拉電流（Source Current）限制。灌電流是指引腳輸出低電平時，從外部流入引腳的電流；拉電流是指引腳輸出高電平時，從引腳流向外部的電流。這些電流限制在數(shù)據(jù)手冊中有明確規(guī)定。如果超過這些限制，可能會永久性損壞芯片。因此，在驅(qū)動LED或其他負載時，通常需要串聯(lián)合適的限流電阻。

• 靜電防護（ESD）： 所有的I/O引腳都容易受到靜電放電（ESD）的損害。在操作微控制器或包含微控制器的電路板時，應(yīng)采取適當?shù)腅SD防護措施，如佩戴防靜電腕帶，在防靜電工作臺上操作。

PIC16F57典型應(yīng)用電路中的引腳連接

為了讓PIC16F57正常工作，除了電源和振蕩器外，還需要對MCLR引腳進行正確的連接。以下是一個非?；A(chǔ)的PIC16F57應(yīng)用電路中關(guān)鍵引腳的連接示例：

1. 基本電源連接:

• VDD (引腳18): 連接到穩(wěn)定的正電源（例如+5V或+3.3V）。

• VSS (引腳4): 連接到系統(tǒng)地。

• 去耦電容: 在VDD和VSS之間并聯(lián)一個0.1μF的陶瓷電容，并盡可能靠近芯片。

2. 復(fù)位電路連接:

• MCLR/VPP (引腳17):

• 通過一個4.7kΩ到10kΩ的上拉電阻連接到VDD，以保持MCLR引腳在高電平，防止意外復(fù)位。

• 可以并聯(lián)一個0.1μF的電容到地，以增強抗干擾能力和提供上電復(fù)位延遲。

• 如果需要手動復(fù)位按鈕，可以將一個常開按鈕連接在MCLR引腳和地之間，按下按鈕時MCLR被拉低。但請注意，在編程時，這個按鈕可能會干擾編程電壓的施加，需要確保編程器能夠克服這一點，或者在編程時斷開按鈕連接。

3. 振蕩器電路連接 (以HS晶體振蕩器為例):

• OSC1/CLKIN (引腳16): 連接到晶體諧振器的一端。

• OSC2/CLKOUT (引腳15): 連接到晶體諧振器的另一端。

• 負載電容: 在OSC1到地和OSC2到地之間各并聯(lián)一個負載電容（例如22pF），這些電容的值應(yīng)根據(jù)所選晶體的規(guī)格書來確定。

• 晶體諧振器: 選擇合適的頻率（例如4MHz、8MHz、20MHz等），并將其連接在OSC1和OSC2之間。晶體通常需要放置在靠近芯片的位置，并盡量遠離噪聲源，以保證振蕩的穩(wěn)定性。

4. 通用I/O引腳的使用:

• 連接輸入設(shè)備（如按鈕）: 將按鈕的一端連接到I/O引腳，另一端連接到地。為了確保引腳在按鈕未按下時有確定的電平，通常需要通過一個上拉電阻將引腳連接到VDD（如果芯片內(nèi)部沒有弱上拉功能）。當按鈕按下時，引腳被拉低；松開時，通過上拉電阻恢復(fù)高電平。

• 連接輸出設(shè)備（如LED）: 將LED的陽極通過一個限流電阻連接到I/O引腳，陰極連接到地。當I/O引腳輸出高電平時，LED點亮；輸出低電平時，LED熄滅。限流電阻的阻值應(yīng)根據(jù)LED的正向電壓和額定電流以及PIC的輸出電壓來計算，以保護LED和芯片。

編程與調(diào)試中的引腳使用

PIC16F57的編程通常通過**在線串行編程（ICSP）**接口完成。ICSP接口利用了芯片的幾個現(xiàn)有引腳來傳輸編程數(shù)據(jù)和控制信號，而無需將芯片從電路板上取下。這大大簡化了開發(fā)和生產(chǎn)過程。

ICSP通常需要以下幾個引腳：

• VPP/MCLR (引腳17): 用于施加編程電壓，使芯片進入編程模式。

• VDD (引腳18): 提供芯片工作電源。

• VSS (引腳4): 接地。

• PGD (Program Data) / ICSPDAT: 通常是某個I/O引腳復(fù)用，用于傳輸編程數(shù)據(jù)。對于PIC16F57，這通常是RB0或RC0等引腳，具體取決于數(shù)據(jù)手冊。

• PGC (Program Clock) / ICSPCLK: 同樣是某個I/O引腳復(fù)用，用于提供編程時鐘信號。

在進行ICSP編程時，編程器會通過這些引腳與PIC16F57進行通信。因此，在設(shè)計電路時，需要確保這些ICSP引腳上的外部電路不會干擾編程器的正常工作。例如，如果PGD和PGC引腳連接了LED或其他負載，它們可能會在編程時產(chǎn)生干擾，導(dǎo)致編程失敗。通常的解決方案是在這些引腳上串聯(lián)小電阻（如100Ω-470Ω）或使用跳線帽，以便在編程時斷開外部負載。

PIC16F57的優(yōu)勢與局限性

優(yōu)勢：

• 成本效益高： PIC16F57是一款價格非常親民的微控制器，非常適合大批量生產(chǎn)的成本敏感型應(yīng)用。

• 低功耗： 采用CMOS技術(shù)，具有多種低功耗模式（如睡眠模式），適合電池供電的應(yīng)用。

• 易于學(xué)習(xí)和使用： 采用精簡指令集（RISC）架構(gòu)，指令數(shù)量少，易于理解和編程。Microchip提供了完善的開發(fā)工具鏈（MPLAB IDE、MPLAB X IDE、XC8編譯器等）和豐富的應(yīng)用筆記。

• 穩(wěn)定性高： PIC微控制器以其強大的抗干擾能力和穩(wěn)定性而聞名，內(nèi)置看門狗定時器（WDT）可以有效防止程序跑飛。

• 閃存程序存儲器： 閃存允許在系統(tǒng)內(nèi)進行多次擦寫和編程，方便程序的開發(fā)和更新。

• 內(nèi)置振蕩器選項： 提供了多種內(nèi)部和外部振蕩器選項，簡化了外部電路設(shè)計。

• 豐富的通用I/O： 盡管引腳數(shù)量不多，但其提供的I/O引腳足以滿足許多小型嵌入式項目的需求。

局限性：

• 資源有限： 相對于更高級的PIC或ARM微控制器，PIC16F57的程序存儲器（閃存）和數(shù)據(jù)存儲器（RAM）容量較小，外設(shè)功能也相對簡單。這限制了它在復(fù)雜應(yīng)用中的使用。

• 速度相對較低： 最高時鐘頻率通常在20MHz左右，對于需要高速數(shù)據(jù)處理或復(fù)雜算法的應(yīng)用可能不夠。

• 沒有硬件乘法器/除法器： 對于需要大量數(shù)學(xué)運算的應(yīng)用，可能需要通過軟件模擬，這將消耗更多的CPU時間和程序空間。

• 外設(shè)功能簡單： 缺乏高級通信接口（如USB、以太網(wǎng)）、高精度ADC/DAC、DMA控制器等。如果項目需要這些功能，則需要選擇更高級的PIC型號或其他系列的微控制器。

• 引腳復(fù)用： 某些引腳具有多重功能，這意味著在設(shè)計時需要仔細規(guī)劃，避免功能沖突。例如，如果某個引腳被用作通用I/O，就不能同時用作ICSP編程引腳的特殊功能，除非在編程時斷開通用I/O的連接。

總結(jié)

PIC16F57是一款經(jīng)典的8位微控制器，以其簡單、可靠和高性價比的特點，在許多嵌入式應(yīng)用中扮演著重要角色。深入理解其引腳圖，包括電源、振蕩器、復(fù)位以及通用I/O端口的每一個引腳的功能和特性，是成功進行硬件設(shè)計和軟件編程的基礎(chǔ)。

在實際應(yīng)用中，正確的引腳連接、合理的去耦、穩(wěn)定的時鐘源以及對ICSP編程接口的兼容性考量，都是確保PIC16F57能夠穩(wěn)定、高效運行的關(guān)鍵。盡管其資源和功能相對有限，但對于許多對成本和功耗敏感的簡單控制任務(wù)而言，PIC16F57仍然是一個非常優(yōu)秀的選擇。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，Microchip也推出了更多功能更強大、性能更高的PIC系列微控制器，但PIC16F57作為入門級和特定簡單應(yīng)用的優(yōu)選，其價值依然存在。