PIC單片機(jī)有什么特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)_pic方法介紹 - 全文

　　PIC系列單片機(jī)有什么特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)？

　　自從我95年接觸PIC單片機(jī)以來，便一直熱衷于這種單片機(jī)的開發(fā)與應(yīng)用。有不少朋友問我：PIC到底有什么優(yōu)勢(shì)？也許你也會(huì)有這樣的疑問，所以我在這里略談幾點(diǎn)自己的看法。

　　1） PIC最大的特點(diǎn)是不搞單純的功能堆積，而是從實(shí)際出發(fā)，重視產(chǎn)品的性能與價(jià)格比，靠發(fā)展多種型號(hào)來滿足不同層次的應(yīng)用要求。就實(shí)際而言，不同的應(yīng)用對(duì)單片機(jī)功能和資源的需求也是不同的。比如，一個(gè)摩托車的點(diǎn)火器需要一個(gè)I/O較少、RAM及程序存儲(chǔ)空間不大、可靠性較高的小型單片機(jī)，若采用40腳且功能強(qiáng)大的單片機(jī)，投資大不說，使用起來也不方便。PIC系列從低到高有幾十個(gè)型號(hào)，可以滿足各種需要。其中，PIC12C508單片機(jī)僅有8個(gè)引腳，是世界上最小的單片機(jī)。

　　該型號(hào)有512字節(jié)ROM、25字節(jié)RAM、一個(gè)8位定時(shí)器、一根輸入線、5根I/O線，市面售價(jià)在3-6元人人民幣。這樣一款單片機(jī)在象摩托車點(diǎn)火器這樣的應(yīng)用無疑是非常適合。PIC的高檔型號(hào)，如PIC16C74（尚不是最高檔型號(hào)）有40個(gè)引腳，其內(nèi)部資源為ROM共4K、192字節(jié)RAM、8路A/D、3個(gè)8位定時(shí)器、2個(gè)CCP模塊、三個(gè)串行口、1個(gè)并行口、11個(gè)中斷源、33個(gè)I/O腳。這樣一個(gè)型號(hào)可以和其它品牌的高檔型號(hào)媲美。

　　2） 精簡指令使其執(zhí)行效率大為提高。PIC系列8位CMOS單片機(jī)具有獨(dú)特的RISC結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)總線和指令總線分離的哈佛總線（Harvard）結(jié)構(gòu)，使指令具有單字長的特性，且允許指令碼的位數(shù)可多于8位的數(shù)據(jù)位數(shù)，這與傳統(tǒng)的采用CISC結(jié)構(gòu)的8位單片機(jī)相比，可以達(dá)到2:1的代碼壓縮，速度提高4倍。

　　3） 產(chǎn)品上市零等待（Zero time to market）。采用PIC的低價(jià)OTP型芯片，可使單片機(jī)在其應(yīng)用程序開發(fā)完成后立刻使該產(chǎn)品上市。

　　4） PIC有優(yōu)越開發(fā)環(huán)境。OTP單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性是一個(gè)重要的指標(biāo)，象普通51單片機(jī)的開發(fā)系統(tǒng)大都采用高檔型號(hào)仿真低檔型號(hào)，其實(shí)時(shí)性不盡理想。PIC在推出一款新型號(hào)的同時(shí)推出相應(yīng)的仿真芯片，所有的開發(fā)系統(tǒng)由專用的仿真芯片支持，實(shí)時(shí)性非常好。就我個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)看，還沒有出現(xiàn)過仿真結(jié)果與實(shí)際運(yùn)行結(jié)果不同的情況。

　　5） 其引腳具有防瞬態(tài)能力，通過限流電阻可以接至220V交流電源，可直接與繼電器控制電路相連，無須光電耦合器隔離，給應(yīng)用帶來極大方便。

　　6） 徹底的保密性。PIC以保密熔絲來保護(hù)代碼，用戶在燒入代碼后熔斷熔絲，別人再也無法讀出，除非恢復(fù)熔絲。目前，PIC采用熔絲深埋工藝，恢復(fù)熔絲的可能性極小。

　　7） 自帶看門狗定時(shí)器，可以用來提高程序運(yùn)行的可靠性。

　　8） 睡眠和低功耗模式。雖然PIC在這方面已不能與新型的TI-MSP430相比，但在大多數(shù)應(yīng)用場合還是能滿足需要的。

　　PIC單片機(jī)的型號(hào)繁多，對(duì)初學(xué)者來說實(shí)在不好應(yīng)付，容易混淆，以下作一簡單分類，希望有助于初學(xué)者學(xué)習(xí)：初檔8位單片機(jī)：PIC12C5XXX/16C5X系列

　　PIC16C5X系列是最早在市場上得到發(fā)展的系列，因其價(jià)格較低，且有較完善的開發(fā)手段，因此在國內(nèi)應(yīng)用最為廣泛;而PIC12C5XX是世界第一個(gè)八腳低價(jià)位單片機(jī)可用于簡單的智能控制等一些對(duì)單片機(jī)體積要求較高的地方，前景十分廣闊。

　　中檔8位單片機(jī)：PIC12C6XX/PIC16CXXX系列

　　PIC中檔產(chǎn)品是Microchip近年來重點(diǎn)發(fā)展的系列產(chǎn)品，品種最為豐富，其性能比低檔產(chǎn)品有所提高，增加了中斷功能，指令周期可達(dá)到200ns，帶A/D，內(nèi)部E2PROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，雙時(shí)鐘工作，比較輸出，捕捉輸入，PWM輸出，I2C和SPI接口，異步串行通訊（USART），模擬電壓比較器及LCD驅(qū)動(dòng)等等，其封裝從8腳到68腳，可用于高、中、低檔的電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，價(jià)格適中，廣泛應(yīng)用在各類電子產(chǎn)品中。

　　高檔8位單片機(jī)：PIC17CXX系列

　　PIC17CXX是適合高級(jí)復(fù)雜系統(tǒng)開發(fā)的系列產(chǎn)品，其性能在中檔位單片機(jī)的基礎(chǔ)上增加了硬件乘法器，指令周期可達(dá)成160ns，它是目前世界上8位單片機(jī)中性價(jià)比最高的機(jī)種，可用于高、中檔產(chǎn)品的開發(fā)，如馬達(dá)控制。

? ? ? PIC方法——質(zhì)點(diǎn)網(wǎng)格法

　　Particle-in-cell（PIC方法，質(zhì)點(diǎn)網(wǎng)格法）

　　計(jì)算二維非定?？蓧嚎s理想流動(dòng)問題的歐拉-拉格朗日混合方法，簡稱PIC法，它特別適用于計(jì)算具有多種介質(zhì)和大變形流動(dòng)的問題。

　　在流體動(dòng)力學(xué)中，通?？捎脷W拉和拉格朗日兩種不同坐標(biāo)系來求解流體動(dòng)力學(xué)問題，即所謂歐拉法和拉格朗日法。歐拉法可用于求解流體大畸變問題，但精度不高，而且在各個(gè)區(qū)域進(jìn)行物質(zhì)輸運(yùn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的物質(zhì)擴(kuò)散，使界面和自由面的位置不能精確確定。拉格朗日法正好相反，計(jì)算精度較高，能精確確定界面和自由面，但不能處理流體大畸變和在各種介質(zhì)之間有剪切間斷的滑移現(xiàn)象。針對(duì)這種情況，美國F.H.哈洛等人于1955年成功地把歐拉法和拉格朗日法結(jié)合起來，提出了質(zhì)點(diǎn)網(wǎng)格法。

　　基本要點(diǎn) PIC法的基本要點(diǎn)是，把含有多種介質(zhì)的流動(dòng)所通過的區(qū)域用歐拉法分成有限個(gè)網(wǎng)格，每個(gè)網(wǎng)格中的每種流體，用一組特定的離散化拉格朗日質(zhì)點(diǎn)表示。

　　只包含一種流體質(zhì)點(diǎn)的格子稱為純單元，兩種流體質(zhì)點(diǎn)同時(shí)存在的格子稱為混合單元，不存在任何流體質(zhì)點(diǎn)的格子稱為空單元。每個(gè)質(zhì)點(diǎn)具有一定的質(zhì)量，每個(gè)網(wǎng)格單元內(nèi)的質(zhì)點(diǎn)數(shù)目和質(zhì)點(diǎn)分布都以流體流動(dòng)的初始狀態(tài)為依據(jù)，而且這些質(zhì)點(diǎn)具有一定的速度和能量。計(jì)算開始后，質(zhì)點(diǎn)在歐拉網(wǎng)格之間遷移，表示流體在運(yùn)動(dòng)。

　　在每個(gè)時(shí)間步長內(nèi)，計(jì)算分兩步：第一步用歐拉法計(jì)算，即忽略偏微分方程中的輸運(yùn)效應(yīng)，用差分方法計(jì)算由壓力分布所引起的歐拉網(wǎng)格上速度（或動(dòng)量）和能量的變化。若一個(gè)網(wǎng)格內(nèi)含有多種流體，就應(yīng)按一定的規(guī)則把能量的改變量適當(dāng)分配給不同的質(zhì)點(diǎn)。第二步是質(zhì)點(diǎn)遷移計(jì)算，它是在第一步的基礎(chǔ)上，按一定的加權(quán)平均方法計(jì)算出每個(gè)質(zhì)點(diǎn)的速度和在時(shí)間步長結(jié)束時(shí)的新位置。一個(gè)質(zhì)點(diǎn)從一個(gè)網(wǎng)格遷移到另一個(gè)網(wǎng)格，就把所攜帶的質(zhì)量以及相應(yīng)的動(dòng)量和能量從原來的網(wǎng)格輸送到新的網(wǎng)格中去。這一步實(shí)質(zhì)上是對(duì)第一步計(jì)算中忽略的輸運(yùn)效應(yīng)計(jì)算的補(bǔ)償。

　　在具有激波間斷的流動(dòng)中，處理激波間斷是一個(gè)難題（見激波數(shù)值處理）。 PIC法由于有非線性的耗散效應(yīng)，不僅可以減少差分格式所引起的起伏現(xiàn)象，而且起著類似于人工粘性的作用。因此，PIC法能自動(dòng)處理流動(dòng)中的激波間斷。但在低速流動(dòng)和固壁條件的計(jì)算中，這個(gè)耗散效應(yīng)很弱，為了使計(jì)算穩(wěn)定，還須引入人工粘性。

　　PIC17CXX是適合高級(jí)復(fù)雜系統(tǒng)開發(fā)的系列產(chǎn)品，其性能在中檔位單片機(jī)的基礎(chǔ)上增加了硬件乘法器，指令周期可達(dá)成160ns，它是目前世界上8位單片機(jī)中性價(jià)比最高的機(jī)種，可用于高、中檔產(chǎn)品的開發(fā)，如馬達(dá)控制要得到較好的計(jì)算結(jié)果，除應(yīng)考慮滿足一定的穩(wěn)定性條件外，還須考慮每個(gè)單元內(nèi)的質(zhì)點(diǎn)數(shù)目和分布以及它們的內(nèi)能等。

　　方法的推廣 在PIC法基礎(chǔ)上，人們提出了流體網(wǎng)格法（fluid-in-cell method），簡稱FLIC法。它和PIC法一樣采用歐拉網(wǎng)格，不同的只是在第二步計(jì)算中不計(jì)算質(zhì)點(diǎn)的遷移，而計(jì)算連續(xù)流體的遷移，即先算出通過網(wǎng)格邊界的質(zhì)量輸送量，得出每個(gè)網(wǎng)格的新密度，再算出通過網(wǎng)格的質(zhì)量所攜帶的動(dòng)量和能量的輸送量，最后得到每個(gè)網(wǎng)格的新速度和能量。FLIC法還有一套局部網(wǎng)格單元的計(jì)算格式，能計(jì)算一些邊界形狀比較復(fù)雜的問題。

　　計(jì)算二維不可壓縮粘性流動(dòng)的 PIC法后來還發(fā)展成為所謂標(biāo)記網(wǎng)格法（marker-and-cell method），簡稱MAC法。此法仍然采用歐拉矩形網(wǎng)格單元，對(duì)納維-斯托克斯方程則用差分近似，而把壓力和速度分量作為基本未知量。此外，這種方法還在網(wǎng)格中布置適量的標(biāo)記點(diǎn)，但這種標(biāo)記點(diǎn)和PIC法中的質(zhì)點(diǎn)不同，本身并不帶有質(zhì)量。在每一個(gè)時(shí)間步長上，只用PIC法中確定質(zhì)點(diǎn)速度的方法來確定每個(gè)標(biāo)記的速度，并在整個(gè)計(jì)算中跟蹤每個(gè)標(biāo)記，以判定網(wǎng)格里有哪種流體存在。 因此MAC法能用于計(jì)算多種流體和帶有自由面的問題。近年來，在研究爆炸和高速碰撞的現(xiàn)象中還發(fā)現(xiàn)介質(zhì)會(huì)經(jīng)歷從固體（彈性、塑性、斷裂）到流體的各個(gè)階段，因而在計(jì)算時(shí)必須考慮固體強(qiáng)度效應(yīng)，為此在PIC、FLIC和MAC等方法的基礎(chǔ)上又導(dǎo)出一種計(jì)算流體-彈塑性流動(dòng)的方法（computational method of hydro-elastic-plastic flow）其中最典型的是HELP編碼（HELP code）計(jì)算方法。HELP編碼包括三個(gè)步驟：第一步計(jì)算壓力效應(yīng);第二步計(jì)算輸運(yùn)效應(yīng);第三步計(jì)算應(yīng)力偏量效應(yīng)。此外在多種介質(zhì)界面和自由表面上引入一些沒有質(zhì)量的標(biāo)記點(diǎn)，用以確定界面和自由面的位置。此外，近年來還廣泛采用其他一些類型的歐拉-拉格朗日的混合方法。 最常用的是任意拉格朗日-歐拉方法（Arbitrary lagrangian-Eulerian Method），簡稱ALE法。它將離散化的方程建立在既非歐拉，又非拉格朗日的任意活動(dòng)的網(wǎng)格上，以達(dá)到不斷重分網(wǎng)格，適應(yīng)大變形計(jì)算的目的。

　　質(zhì)點(diǎn)網(wǎng)格法以及由它演變出來的其他方法都具有數(shù)值模擬的特點(diǎn)。這些方法大都直接來源于對(duì)物理問題的描述，受數(shù)學(xué)方程的約束較小，因此能廣泛應(yīng)用于流體動(dòng)力學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域，如爆炸、燃燒高速碰撞以及物理-化學(xué)流體動(dòng)力學(xué)、液體動(dòng)力學(xué)等方面，甚至還可應(yīng)用于電流體動(dòng)力學(xué)、磁流體力學(xué)和相對(duì)論流體力學(xué)等方面。但是，對(duì)上述的研究還很不夠，許多問題還只處于實(shí)驗(yàn)階段。