Состав и назначение семейства PIC-контроллеров

Небольшой класс команд образует логические и арифметические операции с аргументом данных и рабочим регистром W. Команд с двумя аргументами данных не существует, в чем заключается один из недостатков структуры команд.

Память данных

Для адресации файловых регистров в расположении имеется ограниченное число разрядов в словах команд (в базовой серии PIC – 5 разрядов, с помощью которых можно адресовать 32 файловых регистра). Файловые регистры от 0 до 7 применяются для специальных целей. Их называют Spesial Funcion Register (SFR) – регистрами специального назначения. Таким образом, для использования в качестве пользовательских переменных остается еще 24 разряда.

В среднем подсемействе микроконтроллеров PIC используется 7 разрядов, которых достаточно уже для 128 файловых регистров. Файловые регистры специального назначения (SFR), так что для переменных остается 96 байт.

Косвенная адресация данных

Именно в малом размере адресного пространства заключается главный недостаток сжатых команд. Хотя большинство микросхем предоставляют до 4 банков по 32 и 128 файловых регистров, операции по переключению банков не совместимы с удобством программирования. При каждом обращении к файловому регистру необходимо обращать внимание на то, правильно ли выбран банк.

Косвенная адресация подразумевает, что указатель на аргумент размещен не явно в аргументе, а в регистре-указателе. В базовой серии, а также в среднем подсемействе микроконтроллеров PIC этот регистр называется FSR (File Select Register – регистр выбора файла). Команды с косвенной адресацией не требует аргумента, поскольку он загружается заранее в FSR.

Без косвенной адресации микроконтроллер немыслим. Поскольку код операции имеет ограниченный размер, в PIC применили следующее: команды для косвенной адресации имеют такой же код операции, что и команды для прямой адресации. Указание на то, что речь о косвенной адресации, содержится в аргументе.

Это означает, что должен задаваться какой-то особенный аргумент, который не является “правильным" аргументом данных. В базовой серии и среднем подсемействе микроконтроллеров PIC это — адрес 0, следовательно, с таким адресом не может быть задан физический файловый регистр.

Порты ввода-вывода

Выводы портов связаны с регистрами портов и сгруппированы по восемь и меньше. Каждый вывод порта может включаться как выход или как вход (третье состояние).

Регистры портов обозначаются, как правило, PORTA, PORTB, PORTC и т. д. Количество портов разнообразно. У самых маленьких микроконтроллеров PIC, оснащенных всего лишь несколькими выводами поргов, выходной регистр называется GPIO.

Каждому регистру PORT поставлен в соответствие регистр направления передачи данных, который поразрядно определяет, какие выводы (по номеру разряда)

-гтся входами (1), а какие - выходами (0). Это можно легко запомнить по за- - ым буквам английского алфавита (1: Input — вход, 0: Output — выход). Регистры направления передачи данных обозначаются как “TRIS”, т.е. TRISA, ;В и т. д. Регистр TRJS включает или выключает связанные с выводами выход- : ил ител и-формировател и.

Когда значение W записывают в регистр PORT (командой MOVWF), это значение . -тлея на соответствующие выводы, если соответствующие им выходные усили- •-формирователи включены.

По команде чтения из регистра PORT те- _ ге физическое состояние выводов порта -~ывается в регистр PORT. Таким образом, команде movf portb,w необязательно -ывается именно то значение, которое бы- залисано в регистр PORTB.

Если выходной усилитель формирователь очен, то, как правило, исходят из того, что •иное значение появляется также и на вы- е, однако есть случаи, в которых это не Например, светодиод включается по ко- . чле BCF LED, и может случиться, что све- иод так сильно нагружает порт, что

Прерывания

3 базовой серии микроконтроллеров  PIC прерывания не используются. В бы- ремена это означало необходимость творческого подхода в программ ирова- Мы и по сей день пользуемся стратегиями, разработанными для реализации - :ой многозадачности без прерываний (даже если они присутствуют).

Позже мы опишем структуру прерываний в среднем подсемействе микрокон- леров PIC, которая по причине совместимости образует также основу структу- -рерываний в микроконтроллерах старшего подсемейства. Что касается старше- ~: дсемейства PIC, то с прерываниями в нем стало работать намного удобнее, о у подробно рассказано в главе “PIC18”.

Первые три источника прерываний одинаковы у всех представителей среднего ^семейства PIC:

переполнение таймера 0 (флаг прерывания TOIF);

внешние импульсы на выводе 0 порта В (флаг прерывания INT0IF);

изменение в старшем полубайте порта В (флаг прерывания RBIF).

Все последующие прерывания называются “прерываниями периферии”. Для гждого аппаратного модуля имеется, по крайней мере, одно прерывание.

Каждому прерыванию соответствует флаг прерывания (флаг оповещения), ко- рый, за некоторыми исключениями, должен сбрасываться программно.

Кроме того, для каждого прерывания присутствует разряд, с помощью которого прерывание можно разрешить (англ.: enable) или запретить (англ.: disable).

Таймеры

Таймеры относятся к аппаратным модулям, поскольку они работают без непо- . редственного вмешательства центрального процессора. Таймеры могут функционировать как счетчики командных циклов или как счетчики фронтов внешних импульсов. Первая функция обозначается как “режим таймера”, а вторая — как “режим счетчика”.

Каждый таймер содержит счетный регистр (один или два байта) и регистр конфигурации. Все таймеры микроконтроллеров PIC используют предварительные делители частоты, которые инициализируются с помощью соответствующих регистров конфигурации. Содержимое таймера увеличивается на единицу только тогда, когда возникает переполнение в соответствующем регистре предварительного делителя.

Регистры предварительных делителей не адресуются — они недоступны для чтения/записи и обнуляются при каждом доступе к таймерам на запись. Для критичных по времени задач следует применять технику программирования, в которой минимизирован регулярный доступ к таймерам на запись.

В базовой серии микроконтроллеров PIC используется только один таймер (TimerO), а в среднем подсемействе — до трех таймеров (TimerO, Timer 1, Timer2). Для всех таймеров присутствует прерывание по переполнению.

Кроме того, каждый микроконтроллер PIC располагает сторожевым таймером, который можно отключить или активировать с помощью регистра конфигурации.

 Аналого-цифровой преобразователь

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) обслуживается двумя регистрами: ADCONO и ADCON1. Регистр результата называется ADRES, если речь идет о восьмиразрядном преобразователе. Если же разрешение составляет больше восьми разрядов, то используют два регистра результата: ADRESH:ADRESL — выравнивание в которых может быть выбрано как по правому, так и по левому краю.

Первые АЦП имели разрешение 8 разрядов, а в более новых разрешение составляет 10 разрядов. Также есть представители с 12-тиразрядными АЦП, например, l6F77xx. Чем выше разрешение, тем выше точность измерений, однако высокое разрешение АЦП не является гарантией точных результатов измерений. Если входная схема неточная, то пользы не будет даже от 12-тиразрядного АЦП. Если на входе присутствует шум или другие стохастические помехи, то улучшение результатов зачастую достигается четырехкратным измерением с помощью 10-тиразрядного АЦП с последующим усреднением результата.

МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ МЛАДШЕГО ПОДСЕМЕЙСТВА

Микроконтроллеры младшего подсемейства имеют 12-разрядное процессорное ядро. Они изготавливаются в корпусах с двухрядным расположением выводов, при этом назначение выводов микроконтроллеров с однотипными корпусами одинаковое. Корпуса могут быть планарными, рассчитанными на технологию поверхностного монтажа или технологию, ориентированную на использование сквозных отверстий (рис. 3.1-3.4).

Младшее подсемейство PIC-микроконтроллеров включает:

PIC 12С5хх;

PIC 16С5х;

PIC 16С50х;

Рис. 5.1 Функциональная схема арифметико-логического устройства

Символ «х» соответствует целому числу, обозначающему конкретный тип микроконтроллера.

Под стартовые адреса программ (стартовые векторы), с которых начинает свою работу микроконтроллер при перезапуске, обычно резервируются последние адреса памяти программ.

На практике в стартовых подпрограммах выполняются только самые необходимые действия (например, считывание значения регистра калибровки генератора 0SCCAL в регистр w) на этапе подготовки счетчика команд к обращению по адресу 0x0000. Аналогичные Рекомендации справедливы и для других подсемейств Р1С-микро- контроллеров. Адресное пространство включает четыре банка регистров. Первые 8 адресов каждого банка используются для адресации одних и тех же управляющих регистров. Назначение следующих 8 регистров зависит от конкретного типа микроконтроллера. Последние 16 адресов банка соответствуют 16 «индивидуальным» регистрам. Подобная организация оперативной памяти, разрешающая доступ в каждый конкретный момент времени только к 16 байтам, не позволяет использовать в программах сложные структурированные данные (матрицы, массивы и др.) размером более 16 байт.

Обращение к банку 0 может осуществляться непосредственно с помощью соответствующих полей команды. Обращение к другим банкам производится только с помощью индексных регистров FSR и INDF. В табл. 5.4 представлены адресные смещения для обращения к различным банкам регистров.

Следует отметить, что содержимое индексного регистра FSR в PIC- микроконтроллерах никогда не равно нулю, так как нулевому адресу соответствует регистр данных индексной адресации INDF, являющийся виртуальным. В табл. 5.5 указано значение старших разрядов

 

МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ СРЕДНЕГО ПОДСЕМЕЙСТВА

Микроконтроллеры среднего подсемейства имеют 14-разрядное процессорное ядро. Номенклатура корпусов микроконтроллеров среднего подсемейства гораздо шире номенклатуры корпусов младшего подсемейства (рис. 3.5-3.10). Как правило, основное назначение выводов микроконтроллеров с однотипными корпусами одинаково, однако во многих микроконтроллерах выводы имеют альтернативное назначение. Конкретные функциональные назначения каждого электрического вывода даны в спецификациях фирмы Microchip.

Так, микроконтроллер PIC 14000, предназначеный для работы с сигналами смешанного типа (аналоговыми и цифровыми), изготавливается в 28-контактных корпусах, назначение его выводов проиллюстрировано на рис. 3.11.

PIC-микроконтроллеры, снабженные схемой управления жидкокристаллическим дисплеем -ЖКД(Liquid Crystal Display - LCD), имеют достаточно большое число выводов. На рис. 3.12 показан 64-контактный корпус с двухрядным расположением выводов (корпус типа DIP). Для таких микроконтроллеров могут также использоваться корпуса типа PLCC и TQFP.

Среднее подсемейство PIC-микроконтроллеров включает следующие группы микроконтроллеров:

PIC 12С6хх;

PIC 14000;

PIC 16С55х;

PIC 16С6х(х);

PIC 16С7х(х);

PIC 16С8х;

PIC 16F8x(x);

PIC 16С9хх.

 

МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ PIC 17СХХ

Микроконтроллеры PIC 17Схх относятся к старшему подсемейству PIC-микрокоитроллеров, имеющему 16-разрядное процессорное ядро. Микроконтроллеры PIC 17Схх изготавливаются в 40- или 64-контактных корпусах типа DIP (рис. 3.13-3.14) или корпусах типа PLCC и TQFP

К данному подсемейству относятся микроконтроллеры с обозначениями типа PIC 17Схх(х).

Это подсемейство имеет целый ряд особенностей по сравнению с другими подсемействами PIC-микроконтроллеров, в частности:

Возможность работы с внешним запоминающим устройством (внешней памятью).

Использование до семи портов ввода/вывода данных.

Встроенный блок умножения 8-разрядных чисел.

Большая оперативная память, которая содержит до 902 регистров, соответствующих 16 различным банкам.

Большой объем программной памяти (до 64 Кб).

Возможность записи в программное запоминающее устройство и считывания из него.

Наличие нескольких векторов прерывания,.

Структурная схема процессора, который применяется в микроконтроллерах PIC 17Схх, показана на рис. 5.6.

Рис. 5.6

Архитектура процессора микроконтроллеров PIC 17Схх

Существенные отличия архитектуры этого процессора от процессоров, используемых в микроконтроллерах младшего и среднего подсемейств, состоят в следующем:

1. Обращения к регистру-аккумулятору WR EG (иначе - рабочему регистру) может осуществляться через адресное пространство регистров.
2. Функции регистров STATUS и OPTION распределяются между несколькими регистрами.
3. Счетчик программ здесь функционирует несколько иначе, чем в других вышеупомянутых архитектурах.

4.       Доступ к регистрам  может обеспечиваться и без  обращения к регистру WREG.

 

МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ PIC 18СХХ

Микроконтроллеры PIC 18Схх также относятся к старшему подсемейству (16-разрядное процессорное ядро). Разводка их выводов представлена на рис. 3.17-3.20.

В состав подсемейства PIC 18 входят микроконтроллеры, имеющие обозначения типа PIC 18Схх2*.

Дополнительные возможности микроконтроллеров PIC 18Схх по сравнению с другими подсемействами состоят в следующем:

Наличие аппаратного умножителя 8-разрядных чисел.

Оперативная память, которая содержит до 3840 регистров, образующих 16 банков регистров.

Адресное пространство программной памяти объемом до 1048576 командных слов.

Возможность считывания и записи данных в программное запоминающее устройство.

Возможность задания приоритетов прерываний.

Упрощенная структурная схема процессорного ядра микроконтроллеров PIC 18Схх, иллюстрирующая особенности их архитектуры, показана на рис. 5.8.

Адресное пространство регистров

Рис. 5.8

Структурная схема микроконтроллеров PIC 18Схх

* Устаревшие сведения. - Прим. ред.

 

 

Существенные отличия архитектуры микроконтроллеров PIC 18Схх от архитектур младшего и среднего подсемейств таковы:

Обращение к регистру-аккумулятору WR EG может осуществляться через адресное пространство регистров.

Доступ к первым 128 регистрам оперативной памяти и регистрам спецфункций, относящимся к периферийным модулям, возможен без привлечения регистра BSR через так называемый банк доступа (Access Bank).

Иначе работает счетчик команд.

Изменен порядок обращения к регистрам, причем доступ к ним возможен без привлечения регистра WREG.

Стартовый адрес перезапуска д ля микроконтроллеров PIC 18Схх -

0x00000.