变频调速恒压供水系统设计 PIC系列单片机的特点
随着大规模集成电路（LSI）制造技术的飞速发展，电脑正朝着两个明显的方向（即两大分支）发展：一是微型计算机系统的性能不断提高，以满足高速度大容量的“数据处理”；二是单片微机的功能日益完善，以满足诸多领域各种错综复杂的“现场控制”。
在1975年德克萨斯仪器公司发明的世界上第一个4位单片机TMS－1000诞生后，一些大型微电子公司竞相研制开发了各种单片机系列产品。从字长方面划分，单片机有4位、8位、16位、32位四大类，其中前三类占据了单片机市场的主要份额，在这三类单片机当中，8位机又一直为主流产品。
较具有代表性的4位单片机有美国德克萨斯仪器公司的TMS－1000，日本电气公司（NEC）的μPD75××系列，美国国家半导体公司（NS）的COP400系列，美国洛克威尔公司（ROCKWELL）的PPS/1系列，日本松下公司的MN1400系列，日本富士通公司的MB88系列以及日本夏普公司的SM××系列等等。
较具有代表性的8位单片机有美国微芯片公司的PIC16C××系列、PIC17C××系列、PIC1400系列，美国英特尔公司的MCS－48和MCS－51系列，美国摩托罗拉公司的MC68HC05系列和MC68HC11系列，美国齐洛格公司的Z8系列，日本电气公司的μPD78××系列，美国莫斯特克公司和仙童公司合作生产的F8(3870)系列等。 较具有代表性的16位单片机有美国莫斯特克公司的MC68200，美国英特尔公司的MCS－96系列，日本电气公司的μPC14040系列，美国国家半导体公司（NS）的783××系列等。
目前，单片机正朝着片内存储器RAM和ROM容量大、I/O端口功能多、电源电压范围宽、功率消耗低、操作速度快的方向发展。
在上述各种单片机中，本讲座为什么选用微芯片公司的PIC系列中的PIC16F873单片机作为样板介绍呢?
(1)PIC系列单片机的硬件系统设计简洁，指令系统设计精炼。在所有的单片机品种当中，它是最容易学习、最容易应用的单片机品种之一。对于单片机的初学者来说，若选择PIC单片机作为攻入单片机王国的“突破口”，将是一条最轻松的捷径，定会取得事半功倍的功效。目前已有好几家著名半导体公司仿照PIC系列单片机，开发出与之引脚兼容的系列单片机，比如美国SCENIX公司的SX系列、台湾EMC公司的EM78P系列、台湾MDT公司的MDT系列等。 PIC系列单片机具有以下特点：（1）采用哈佛结构。在国内最常见的单片机中，PIC系列单片机是唯一一种在芯片内部采用哈佛结构的机型。这里所说的“哈佛结构”就是，在芯片内部将数据总线和指令总线分离，并且采用不同的宽度。这样做的好处是，便于实现“流水作业”，也就是在执行一条指令的同时对下一条指令进行取指操作，而在一般的单片机中，指令总线和数据总线是共用的。
（2）指令的“单字节化”。因为数据总线和指令总线是分离的，并且采用了不同的宽度，所以程序存储器ROM和数据存储器RAM的寻址空间是互相独立的，而且两种存储器宽度也不同。这样设计不仅可以确保数据的安全性，还能提高运行速度和实现全部指令的“单字节化”。在此所说的“字节”，特指PIC单片机的指令字节，而不是常说的8比特字节。例如，PIC12C50×/ PIC16C5×系列单片机的指令字节为12比特；PIC16C6×/ PIC16C7×/ PIC16C8×系列的指令字节为14比特；PIC17C××系列的指令字节为16比特。它们的数据存储器全为8位宽。而MCS－51系列单片机的ROM和RAM宽度都是8位，指令长度从1个字节（8位）到3个字节长短不一。
（3）精简指令集（RISC）技术。PIC系列单片机的指令系统只有35条指令。这给指令的学习、记忆、理解带来很大的好处，也给程序的编写、阅读、调试、修改、交流带来极大的便利，真可谓“易学好用”。而MCS－51单片机的指令系统共有111条指令，MC68HC05单片机的指令系统共有89条指令。PIC系列单片机不仅全部指令均为单字节指令，而且绝大多数指令为单周期指令，以利于提高执行速度。
（4）寻址方式简单。寻址方式就是寻找操作数的方法。PIC系列单片机只有4种寻址方式（即寄存器间接寻址、立即数寻址、直接寻址和位寻址，以后将作详细解释），容易掌握，而MCS－51单片机则有7种寻址方式，68HC05单片机有6种。
（5）代码压缩率高。 1K字节的存储器空间，对于像MCS－51这样的单片机，大约只能存放600条指令，而对于PIC系列单片机则能够存放多达1024条指令条数。从图1中可以看出，与几种典型的单片机相比，PIC16C5×是一种最节省程序存储器空间的单片机。也就是说，完成相同功能的一段程序所占用的空间，MC68HC05是PIC16C5×的2.24倍。
参考文献
[1] 袁任光.可编程控制器选用手册,北京:机械工业出版社,2002。
[2] 陈宇.可编程控制器基础及编程技巧,广州:华南理工大学出版社,1999。
[3] 李景学、金广业.可编程控制器应用系统设计方法,北京:电子工业出版社,1998。
[4] 韩焱青.PLC控制变频调速恒压供水系统，武汉化工学院学报 2000年04期。
[5] 高惠芳.恒压供水系统的自动控制,广州:广东工业大学电信工程系，2002。
[6] OMRON CPM1A可编程控制器操作手册及编程手册，2000。
[7] Schneider ATV38变频器用户手册、产品目录、编程手册，2001。
[8] 滑海穗、郎宏仁.可编程控制全自动恒压供水系统,哈尔滨市自来水公司， 1999。
[9] 陈少波.带PID功能的变频器在恒压供水系统中的应用,汕头大学机电系，2000。
[10] 马云峰.PLC的PID功能在恒压供水系统中的应用,潍坊高等专科学校，1999。
