2.3.2. Структура мікроконтролерів типу ріс16f87x
В нинішній час МП з RISC - архітектурою є елементом однокристальних МПС – мікроконтролерів (МК), що містять в одному корпусі (кристалі) весь мінімальний набір вузлів, необхідних для функціонування МПС і достатньо розвинену периферію (див.п.2.6). В якості прикладу розглянемо структуру одного з самих розповсюджених МК типу PIC16F87Х (де Х – модифікація) фірми Microchip Technology Inс. Контролери даного типу є одним з характерних представників свого класу і надто ефективні як вбудовані недорогі прилади і знаходять застосування практично в усіх сферах. Їхні основні параметри:
робоча частота 0... 20 МГц (мінімальний цикл команди 200 нс);
команди -14 біт (розрядів), дані - 8 біт;
обсяг пам'яті програм, що перепрограмується – до 8К х 14;
обсяг пам'яті даних (ОЗП) до 368 х 8;
обсяг пам'яті даних, що перепрограмується – до 256х8;
діапазони напруги живлення і температури: 2.0... 6.0 В, - 40..+125°С;
корпус має 28/40 виводів.
Структурна схема МК наведена на рис.2.3. Для спрощення показані лише шина даних (ШД) і шина адреси (ША) без кіл керування. Розгляд почнемо з ядра МПС, що воно на схемі виділене пунктиром. Внутрішні периферійні пристрої (набір таймерів, аналогово-цифровий перетворювач (АЦП), набір портів (ПВВ) для обміну інформацією з зовнішніми приладами) будуть розглянуті нижче в п. 2.6.
Ядро МПС, в традиційному розумінні, можна поділити на процесор і пристрої пам'яті (ПП).
П
П
містять в собі пам'ять програм (постійний
запам’ятовуючий пристрій ПЗП - 14
розрядів) і пам'ять даних (8 розрядів) з
двох частин: оперативна (ОЗП) і постійна
(ПЗП). Така концепція розділення пам’яті
забезпечує просту, але потужну систему
команд, яка розроблена таким чином, що
всі операції виконуються з високою
швидкістю за рахунок перекриття за
часом вибірок команд і циклів їхнього
виконання. Окрім того, 14–бітова ширина
програмної пам'яті забезпечує вибірку
14-бітової команди за один цикл.
Двоступінчатий конвеєр забезпечує
одночасну вибірку і виконання команди.
Всі команди виконуються за один цикл,
виключаючи команди переходів. Виконувана
програма може знаходитися тільки в
вбудованому ПЗП.
Регістри пам'яті даних (ОЗП)
ОЗП має регістри загального призначення (РЗП), які використовуються програмою для зберігання змінних за розсудом користувача та набір регістрів спеціального призначення (РСП). До основних слідує віднести:
- робочий регістр W – виконує ту же функцію, що і акумулятор;
- лічильник команд (програмний лічильник - ПЛ) встановлює адресу комірки ПЗП пам’яті програм;
-регістр стану STATUS. В залежності від результату операції в АЛП у регістрі STATUS встановлюються значення бітів переносу – С, десяткового переносу – DC і нуля Z.
- регістр посередньої (непрямої) адресації FSR використовується для непрямої адресації ОЗП;
- регістри таймерів – лічильників TMR;
- регістри вводу-виводу PORT;
- регістри керування портом вводу-виводу TRIS.
До регістрів ОЗП можна адресуватися прямо або непрямо, через регістр указник FSR.
Арифметико-логічний пристрій (АЛП) має 8 розрядів.
Регістр команд – чотирнадцятирозрядний регістр, в якому міститься код поточної команди.
Дешифратор команди – схема, що розпізнає код команди.
Пристрій керування (ПК) – формує сигнали для керування вузлами МПС за сигналами від дешифратора команд і внутрішніх вузлів схеми, а також зовнішніх подій. ПК також забезпечує ряд спеціальних функцій: скидання по вмиканню живлення і таймерів, режими програмування, внутрішньо-схемного відлагоджувача і т.п.
Довгочасна пам'ять даних EEPROM дозволяє прочитати і записати байт інформації. При запису байта автоматично стирається попереднє значення і записуються нові дані (стирання перед записом). Всі ці операції виробляє вбудований автомат запису EEPROM. Вміст комірок цієї пам'яті зберігається при вимкненні живлення.