Общие сведения. Краткое описание однокристальных микроконтроллеров PIC

“Логічні пристрої”

Виконав: ст. гр. КІТ-21б

Карабут Д. В.

Перевірив: Скородєлов В. В.

Харків - 2002

Краткое описание однокристальных микроконтроллеров PIC.

Общие сведения

В зависимости от разрядности команд, архитектурных особенностей и функциональных возможностей однокристальные микроконтроллеры (ОМК) PIC делятся на четыре основные группы (семейства):

1. Семейство простейших ОМК – PIC 12CXX.

2. Базовое семейство – PIC 16 C5X.

3. Расширенное семейство – PIC 16CXX.

4. Высокопроизводительное семейство – PIC 17СXX.

Подавляющее число ОМК, также как и микроконтроллеры серии К1816, имеет традиционную (Фон-Неймановскую или Принстонскую) архитектуру в которой команды и данные передаются по одной шине [1]. Архитектура же ОМК PIC основана на концепции раздельных шин и областей памяти для данных и команд (Гарвардская архитектура) [3]. Шина и память данных (ОЗУ) имеет ширину 8 бит, а программная шина и память (ПЗУ или ППЗУ) имеет ширину 12, 14 или 16 бит в зависимости от семейства ОМК. Такая концепция обеспечивает простую, но мощную систему команд, а двухступенчатый конвейер обеспечивает их одновременную выборку и исполнение. Все команды состоят из одного слова (шириной 12, 14 или 16 бит) и исполняются за один цикл (200 нс при тактовой частоте 20МГц), кроме команд перехода, которые выполняются за два цикла. За счет этого ОМК с RISC-архитектурой типа PIC 16/17 имеют самое высокое быстродействие по сравнению с большинством наиболее распространенных 8-битовых микроконтроллеров аналогичного класса и обеспечивают более чем в 5-10 раз лучшую производительность.

Контрольные испытания показывают [2], что применение ОМК серии PIC позволяют уменьшить время отладки в 1,5-2 раза по сравнению с обычными 8- разрядными микроконтроллерами.

Система команд PIC 12/16/17 включает только 33/37/57 команд и может быть легко и быстро изучена. В конструкцию PIC включено много энергосберегающих особенностей, делающих их на сегодняшний день самыми микропотребляющими (в режиме SLEEP потребляемый ток менее 1 мкА), самым низковольтным по напряжению питания (2В) программируемыми пользователем микроконтроллерами.

Простейшие типы таких ОМК содержат 8-битный таймер-счетчик с 8-битным программируемым предварительным делителем (фактически 16-битный таймер) и 6(20) линий двунаправленного ввода/вывода. Корпус таких ОМК имеет 8(18) выводов. Микроконтроллеры расширенного и высокопроизводительного семейств содержат кроме этого целый ряд дополнительных функциональных узлов и блоков таких, например, как: многоканальные аналого-цифровые преобразователи, разветвленную систему прерываний, блоки управления жидкокристаллическими индикаторами, компараторы, широтно-импульсные модуляторы, параллельные и последовательные интерфейсы типа I2C, RS-232 и т.д., цифровые умножители, дополнительные таймеры-счетчики, увеличенное количество портов ввода/вывода дискретных сигналов и прочее [3,4].

Таким образом, PIC 16/17 имеют существенные преимущества по сравнению с другими типами микроконтроллеров такого же класса.

В настоящее время выпускаются микроконтроллеры с различным объемом постоянной и оперативной памяти, с различными типами тактовых генераторов, с различными быстродействием и конструктивным исполнением, а также с различными функциональными возможностями. Конкретный тип микроконтроллера для решения определенной задачи можно выбрать используя информацию приведенную в приложении А[2,3,4].

В зависимости от технологии изготовления ПЗУ все типы МК разделяются на пять групп:

1. Микроконтроллеры, многократно программируемые пользователем, которые, в свою очередь могут быть разделены также на две следующие группы:

1) Микроконтроллеры с ультрафиолетовым стиранием. Эти МК оптимальны для экспериментальных разработок и отладки программ.

2) Микроконтроллеры с многократно электрически программируемым пользователем ППЗУ (EEPROM) программ и данных. Эти МК позволяют легко подстраивать программу и данные под конкретные требования даже после завершения ассемблирования и тестирования. Эта возможность может быть использована как для тиражирования, так и для занесения калибровочных данных уже после окончательного тестирования разработанного МКУ.

Однако, данные МК имеют ограниченное количество циклов пе-

репрограммирования (не более 100).

2. Однократно программируемые микроконтроллеры (ОТР).

Эти МК могут быть однократно запрограммированы пользователем и применяются в тех случаях, когда нет необходимости часто менять содержание программы или конфигурацию микроконтроллера в разработанном МКУ.

3. Микроконтроллеры, программируемые изготовителем (QTP). Эти МК являются заказными и полностью программируемыми на заводе-изготовителе по заранее предоставленной пользователем информации.

4. Микроконтроллеры, последовательно программируемые изготовителем (SQTP). Это так же заказные однократно программируемые на заводе-изготовителе МК типа QTP, в которых несколько задаваемых пользователем ячеек в каждом микроконтроллере программируются различными серийным номерам.

5. Масочные микроконтроллеры (ROM).

Эти МК также являются заказными и обеспечивают максимально низкую стоимость при крупносерийных заказах (например, такими МК являются PIC16CR54, PIC16CR56, PIC16CR57, PIC16CR58 и т.д.).

Для микроконтроллерных устройств (МКУ) или систем (МКС), программа которых может изменяться, либо содержит какие-либо переменные части (таблицы, параметры калибровки, ключи и т.д.), выпускаются микроконтроллеры типа PIC 16C84(16F84) с многократно электрически перепрограммируемыми памятью программ и данных – констант. Именно этот МК будет в основном использован в примерах, которые будут рассмотрены далее. Это позволит (при желании или необходимости) проверить работу написанной и отлаженной программы с помощью специальной макетной платы (универсальной – PICDEM-1, PICDEM-2, PICDEM-3 или самодельной – созданной самим пользователем).