PIC單片機有什么特點和優(yōu)勢？
二、PIC系列單片機有什么優(yōu)勢?
自從我95年接觸PIC單片機以來，便一直熱衷于這種單片機的開發(fā)與應(yīng)用。有不少朋友問我：PIC到底有什么優(yōu)勢?也許你也會有這樣的疑問，所以我在這里略談幾點自己的看法。
1) PIC最大的特點是不搞單純的功能堆積，而是從實際出發(fā)，重視產(chǎn)品的性能與價格比，靠發(fā)展多種型號來滿足不同層次的應(yīng)用要求。就實際而言，不同的應(yīng)用對單片機功能和資源的需求也是不同的。比如，一個摩托車的點火器需要一個I/O較少、RAM及程序存儲空間不大、可靠性較高的小型單片機，若采用40腳且功能強大的單片機，投資大不說，使用起來也不方便。PIC系列從低到高有幾十個型號，可以滿足各種需要。其中，PIC12C508單片機僅有8個引腳，是世界上最小的單片機.
該型號有512字節(jié)ROM、25字節(jié)RAM、一個8位定時器、一根輸入線、5根I/O線，市面售價在3-6元人人民幣。這樣一款單片機在象摩托車點火器這樣的應(yīng)用無疑是非常適合。PIC的高檔型號，如PIC16C74(尚不是最高檔型號)有40個引腳，其內(nèi)部資源為ROM共4K、192字節(jié)RAM、8路A/D、3個8位定時器、2個CCP模塊、三個串行口、1個并行口、11個中斷源、33個I/O腳。這樣一個型號可以和其它品牌的高檔型號媲美。
2) 精簡指令使其執(zhí)行效率大為提高。PIC系列8位CMOS單片機具有獨特的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位單片機相比，可以達到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OTP型芯片，可使單片機在其應(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單片機開發(fā)系統(tǒng)的實時性是一個重要的指標(biāo)，象普通51單片機的開發(fā)系統(tǒng)大都采用高檔型號仿真低檔型號，其實時性不盡理想。PIC在推出一款新型號的同時推出相應(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，實時性非常好。就我個人的經(jīng)驗看，還沒有出現(xiàn)過仿真結(jié)果與實際運行結(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) 自帶看門狗定時器，可以用來提高程序運行的可靠性。
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單片機的型號繁多，對初學(xué)者來說實在不好應(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：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是世界第一個八腳低價位單片機可用于簡單的智能控制等一些對單片機體積要求較高的地方，前景十分廣闊。
中檔8位單片機：PIC12C6XX/PIC16CXXX系列
PIC中檔產(chǎn)品是Microchip近年來重點發(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，指令周期可達到200ns，帶A/D，內(nèi)部E2PROM數(shù)據(jù)存儲器，雙時鐘工作，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)計中,價格適中，廣泛應(yīng)用在各類電子產(chǎn)品中。
高檔8位單片機：PIC17CXX系列
PIC17CXX是適合高級復(fù)雜系統(tǒng)開發(fā)的系列產(chǎn)品，其性能在中檔位單片機的基礎(chǔ)上增加了硬件乘法器，指令周期可達成160ns，它是目前世界上8位單片機中性價比最高的機種，可用于高、中檔產(chǎn)品的開發(fā)，如馬達控制
Particle-in-cell(PIC方法，質(zhì)點網(wǎng)格法)
計算二維非定？蓧嚎s理想流動問題的歐拉-拉格朗日混合方法,簡稱PIC法，它特別適用于計算具有多種介質(zhì)和大變形流動的問題。
在流體動力學(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，而且在各個區(qū)域進行物質(zhì)輸運時會產(chǎn)生嚴(yán)重的物質(zhì)擴散，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)點網(wǎng)格法。
基本要點 PIC法的基本要點是,把含有多種介質(zhì)的流動所通過的區(qū)域用歐拉法分成有限個網(wǎng)格，每個網(wǎng)格中的每種流體，用一組特定的離散化拉格朗日質(zhì)點表示。
只包含一種流體質(zhì)點的格子稱為純單元，兩種流體質(zhì)點同時存在的格子稱為混合單元，不存在任何流體質(zhì)點的格子稱為空單元。每個質(zhì)點具有一定的質(zhì)量，每個網(wǎng)格單元內(nèi)的質(zhì)點數(shù)目和質(zhì)點分布都以流體流動的初始狀態(tài)為依據(jù)，而且這些質(zhì)點具有一定的速度和能量。計算開始后,質(zhì)點在歐拉網(wǎng)格之間遷移,表示流體在運動。
在每個時間步長內(nèi)，計算分兩步：第一步用歐拉法計算，即忽略偏微分方程中的輸運效應(yīng)，用差分方法計算由壓力分布所引起的歐拉網(wǎng)格上速度(或動量)和能量的變化。若一個網(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。第二步是質(zhì)點遷移計算，它是在第一步的基礎(chǔ)上，按一定的加權(quán)平均方法計算出每個質(zhì)點的速度和在時間步長結(jié)束時的新位置。一個質(zhì)點從一個網(wǎng)格遷移到另一個網(wǎng)格，就把所攜帶的質(zhì)量以及相應(yīng)的動量和能量從原來的網(wǎng)格輸送到新的網(wǎng)格中去。這一步實質(zhì)上是對第一步計算中忽略的輸運效應(yīng)計算的補償。
在具有激波間斷的流動中，處理激波間斷是一個難題(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法能自動處理流動中的激波間斷。但在低速流動和固壁條件的計算中，這個耗散效應(yīng)很弱，為了使計算穩(wěn)定，還須引入人工粘性。
PIC17CXX是適合高級復(fù)雜系統(tǒng)開發(fā)的系列產(chǎn)品，其性能在中檔位單片機的基礎(chǔ)上增加了硬件乘法器，指令周期可達成160ns，它是目前世界上8位單片機中性價比最高的機種，可用于高、中檔產(chǎn)品的開發(fā)，如馬達控制要得到較好的計算結(jié)果，除應(yīng)考慮滿足一定的穩(wěn)定性條件外，還須考慮每個單元內(nèi)的質(zhì)點數(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算中不計算質(zhì)點的遷移，而計算連續(xù)流體的遷移，即先算出通過網(wǎng)格邊界的質(zhì)量輸送量，得出每個網(wǎng)格的新密度，再算出通過網(wǎng)格的質(zhì)量所攜帶的動量和能量的輸送量，最后得到每個網(wǎng)格的新速度和能量。FLIC法還有一套局部網(wǎng)格單元的計算格式，能計算一些邊界形狀比較復(fù)雜的問題。
計算二維不可壓縮粘性流動的 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,但這種標(biāo)記點和PIC法中的質(zhì)點不同，本身并不帶有質(zhì)量。在每一個時間步長上,只用PIC法中確定質(zhì)點速度的方法來確定每個標(biāo)記的速度，并在整個計算中跟蹤每個標(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)會經(jīng)歷從固體(彈性、塑性、斷裂)到流體的各個階段，因而在計算時必須考慮固體強度效應(yīng)，為此在PIC、FLIC和MAC等方法的基礎(chǔ)上又導(dǎo)出一種計算流體-彈塑性流動的方法(computational method of hydro-elastic-plastic flow)其中最典型的是HELP編碼(HELP code)計算方法。HELP編碼包括三個步驟：第一步計算壓力效應(yīng);第二步計算輸運效應(yīng);第三步計算應(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,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的網(wǎng)格上，以達到不斷重分網(wǎng)格，適應(yīng)大變形計算的目的。
質(zhì)點網(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。這些方法大都直接來源于對物理問題的描述，受數(shù)學(xué)方程的約束較小，因此能廣泛應(yīng)用于流體動力學(xué)的各個領(lǐng)域,如爆炸、燃燒高速碰撞以及物理-化學(xué)流體動力學(xué)、液體動力學(xué)等方面，甚至還可應(yīng)用于電流體動力學(xué)、磁流體力學(xué)和相對論流體力學(xué)等方面。但是，對上述的研究還很不夠，許多問題還只處于實驗階段。
編輯：admin 最后修改時間：2018-05-18
