Microchip PIC 单片机在 IO 引脚功能复用选择上具备灵活性，但同时存在硬件层面的固有限制。本文以 SPI 外设为例展开说明，重点讲解单片机的外设引脚选择模块（PPS）。
本文破除一个常见误区：并非所有引脚都能映射至全部外设。在单片机选型与印刷电路板（PCB）设计阶段，这一点至关重要。一旦引脚分配出错，你只能被迫切割电路板走线、临时飞线补救，最终还得为下一版PCB 增加版本号。
PIC 单片机引脚分配入门
Microchip PIC 单片机的 IO 引脚分配有两种配置方式：一是手动向特殊功能寄存器（SFR）写入配置参数；二是通过Microchip 配置器（MCC）可视化配置。图 1 展示了 QFN40 封装PIC16F17576 单片机中，MCC 工具对 SPI 外设的引脚分配界面：
1.MSSP1 外设可映射至 B 口、C 口
2.MSSP2 外设可映射至 B 口、D 口
图 1：PIC16F17576 单片机 SPI 外设的 MCC 引脚分配界面
数据手册中的 IO 引脚分配说明
引脚复用规则完整记录在PPS 输入选择表与PPS 输出选择表中，图 2 为示例（高亮标注 SDO2 输出通道）。以 40 引脚型号为例，表格标明 SDO2 信号可路由至 B 口、D 口；同理 SDO1 信号对应 B 口、C 口，该配置与图 1 中 MCC 工具显示结果完全一致。
图 2：PIC16F17576 单片机 PPS 输出选择表（SDO2 通道高亮）
外设引脚选择模块（PPS）原理详解
图 3 为单片机 PPS 模块原理框图，核心分为输入、输出两部分：
1.输入侧：多路选择器接入多路 IO 引脚输入信号，由 PPS 相关特殊功能寄存器控制，选定某一路物理引脚信号接入外设。
2.输出侧：每一路 IO 引脚对应独立多路选择器，由 PPS 寄存器控制，选定某一路外设输出信号送至物理引脚输出。
若 SPI 硬件配置为主机模式：MISO 信号需占用 1 路输入多路选择器；MOSI、SCK 两路时钟数据信号各占用 1 路输出多路选择器；低电平有效片选信号―――𝐶𝑆则通过通用 GPIO 引脚单独配置。
图 3：PPS 模块原理框图
多路选择器的硬件资源限制
通过 PPS 输入 / 输出选择表，可推算芯片内部多路选择器的数量与通道规模，以 PIC16F17576 为例：
1.输入侧：若开放全部 36 个引脚作为外设输入，单路外设需搭配 36 通道多路选择器；多路选择器总数量由外设总数决定。
2.输出侧：若 36 个引脚全部支持外设输出，则需要 36 个独立多路选择器；每个多路选择器的通道数量由外设输出信号总数决定。
若完全放开引脚映射能力，会大幅消耗芯片硅片面积，同时带来时序约束恶化、芯片内部布线复杂度飙升等问题。可类比PCB 设计：线路数量翻倍，布线工作量远不止翻倍，每一根走线都需要考量与其他线路的干扰、间距关系。芯片设计工程师会面临同类非线性布线难题。基于以上因素，芯片厂商在硬件设计时，在芯片成本与引脚复用灵活性之间做了折中平衡。
结语
倘若能旁听 PIC 芯片研发团队讨论硬件限制的内部会议，想必十分有趣。而当你基于 PIC 单片机开展 PCB 设计时，也必将反复权衡各类引脚与外设的取舍。
来源：DigiKey得捷
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