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PIC24架构与工作原理
引言
PIC24系列单片机是Microchip公司推出的一款高性能16位单片机，广泛应用于工业控制、汽车电子、消费电子等领域。本节将详细介绍PIC24的架构和工作原理，包括其内部结构、寄存器配置、指令集以及中断系统等方面。通过本节的学习，读者将能够对PIC24单片机有更深入的了解，为后续的编程和应用打下坚实的基础。
内部结构
1.CPU架构
PIC24系列单片机采用哈佛架构，具有独立的指令总线和数据总线，可以同时访问指令和数据，从而提高处理器的执行效率。其主要特点如下：
指令总线和数据总线分离：指令和数据存储在不同的存储空间中，指令总线和数据总线独立运行，可以同时读取指令和数据。
16位数据路径：PIC24支持16位数据处理，提高了数据处理能力和精度。
单周期指令执行：大多数指令可以在一个时钟周期内完成，提高了处理器的执行速度。
2.存储器架构
PIC24系列单片机的存储器架构包括程序存储器和数据存储器两部分：
程序存储器：通常为闪存（FLASH），用于存储程序代码。程序存储器的大小根据不同的型号有所不同，常见的有64KB、128KB等。
数据存储器：通常为SRAM，用于存储数据和变量。数据存储器的大小也根据不同的型号有所不同，常见的有4KB、8KB等。
3.寄存器配置
PIC24系列单片机的寄存器配置是其操作的基础，主要寄存器包括：
程序计数器（PC）：用于存储下一条指令的地址。
累加器（WREG0-WREG15）：用于存储中间计算结果，PIC24有16个16位累加器。
状态寄存器（SR）：用于存储处理器的状态信息，如零标志、进位标志等。
堆栈寄存器：用于存储中断返回地址和函数调用返回地址。
指令集
1.指令格式
PIC24的指令集采用16位固定长度格式，每条指令占用一个16位字。指令格式如下：
操作码（OPCODE）：指示处理器执行的具体操作，通常占用6位。
操作数（OPERAND）：指示操作的具体数据或地址，占用剩余的10位。
2.基本指令
2.1算术逻辑指令
算术逻辑指令用于执行基本的算术和逻辑运算，常见的算术逻辑指令包括：
ADD：加法指令
SUB：减法指令
AND：按位与指令
OR：按位或指令
XOR：按位异或指令
示例代码：
;将WREG0和WREG1相加，结果存入WREG2
ADDWREG2,WREG0,WREG1
2.2位操作指令
位操作指令用于对寄存器中的特定位进行操作，常见的位操作指令包括：
BSF：设置位
BCF：清除位
BTG：位翻转
BTFSS：位测试，若位清零则跳过下一条指令
BTFSC：位测试，若位置位则跳过下一条指令
示例代码：
;设置WREG0的第5位
BSFWREG0,#5
;清除WREG0的第5位
BCFWREG0,#5
2.3控制指令
控制指令用于改变程序的执行流程，常见的控制指令包括：
GOTO：无条件跳转
CALL：调用子程序
RETURN：从子程序返回
BRANCH：条件分支
示例代码：
;无条件跳转到标号LABEL1
GOTOLABEL1
;调用子程序SUBROUTINE
CALLSUBROUTINE
;从子程序返回
RETURN
;条件分支，如果WREG0的第5位为1，则跳转到LABEL2
BTFSCWREG0,#5
GOTOLABEL2
3.高级指令
3.1乘法和除法指令
PIC24支持16位乘法和除法指令，常见的高级指令包括：
MULU：无符号乘法
MULS：有符号乘法
DIVU：无符号除法
DIVS：有符号除法
示例代码：
;无符号乘法，将WREG0和WREG1相乘，结果存入WREG2和WREG3
MULUWREG2,WREG3,WREG0,WREG1
;有符号除法，将WREG0和WREG1相除，商存入WREG2，余数存入WREG3
DIVSWREG2,WREG3,WREG0,WREG1
中断系统
1.中断源
PIC24系列单片机支持多种中断源，常见的中断源包括：
定时器中断：由定时器溢出触发。
外部中断：由外部引脚的电平或边沿变化触发。
USART中断：由USART通信事件触发。
ADC中断：由ADC转换完成触发。
I2C中断：由I2C通信事件触发。
SPI中断：由SPI通信事件触发。
2.中断向量表
中断向量表是中断系统的核心部分，用于存储中断服务程序的入口地址。PIC24的中断向量表通常位于程序存储器的固定地址，每个中断源对应一个中断向量。
3.中断优先级
PIC24支持中断优先级，可以根据需要配置不同中断源的优先级。中断优先级分为高优先级和低优先级，高优先级