Mikroprotsesorni-pristroyi (1)

пам'яті зчитуються на протязі такта Q2 (читання операнда), а запис виконується під час такту Q4 (запис результату). Всі команди виконуються за один цикл, крім команд розгалуження програми, які виконуються за два цикли, так як вибрана команда забирається із конвеєра, а нова команда вибирається і потім виконується. У РIС16/17 програмна пам'ять розташована усередині кристала. Виконувана програма може знаходитися тільки у вбудованому ПЗП.

Основні технічні характеристики мікроконтролерів РIС16С5ХХ:

∙ 33 команди і всі команди виконуються за один цикл, окрім команд переходу (2 цикли);

∙ робоча частота 4 … 20 Мгц ;

∙12-бітові команди і 8-бітові дані;

∙7 (8) спеціальних апаратних регістрів SFR

∙дворівневий апаратний стек;

∙пряма, безпосередня, непряма і відносна адресація даних і команд;

∙12 (20) ліній вводу-виводу з індивідуальною настройкою;

∙ максимальні вхідний/вихідний струми – 10 мА;

∙8-бітовий таймер/лічильник RТСС з 8-бітовим програмованим попереднім дільником;

∙автоматичне скидання при включенні;

∙таймер включення при скиданні;

∙сторожовий таймер (WDТ) з власнм вбудованим генератором, що забезпечує підвищену надійність;

∙ЕРRОМ біт секретності для захисту коду;

∙біти ідентифікації;

∙економічний режим SLЕЕР;

∙вибрані користувачем біти для установки режиму збудження вбудованого генератора;

∙RС генератор (RС);

∙звичайний кварцевий резонатор (ХТ);

∙високочастотний кварцевий резонатор (НS);

171

∙економічний низькочастотний кристал (LР);

∙вбудований пристрій програмування ЕРRОМ пам'яті програм (використовуються тільки два виведення);

∙економічна високошвидкісна КМОП ЕРRОМ технологія;

∙статичний принцип в архітектурі;

∙широкий діапазон напруг живлення і температур;

∙комерційний: 2,0...6,0 В; О...+70 O С;

∙ промисловий: 2,0...6,0 В; –40...+70 O С;

∙низьке енергоспоживання;

∙2 мА (типово для 5 В, 4 Мгц),

∙15 мкА (типово для 3 В, 32 кГц);

∙1 мкА (у режимі очікування при 3 В);

Регістри пам'яті даних (ОЗП) розділяються на дві функціональні групи: спеціальні регістри і регістри загального призначення. Спеціальні регістри включають регістр таймера/лічильника реального часу (ТМRО), лічильник команд (РС), регістр стану (STATUS), регістри вводу/виводу (РОRТ) , і регістр непрямої адресації (РSR). Крім того, спеціальні регістри управляють конфігурацією портів вводу/виводу і режимів попереднього дільника. Регістри загального призначення використовуються програмою для зберігання змінних по розсуду користувача. У мікроконтролерах сімейства РIС16С5Х існує пряма і непряма адресація всіх регістрів і елементів пам'яті. Всі спеціальні регістри і лічильник команд також відображаються на пам’яті даних.

Мікроконтролери РIС16С5Х мають ортогональну (симетричну) систему команд, що дозволяє виконувати будь-яку операцію з будь-яким регістром, використовуючи будь-який метод адресації. Це полегшує програмування для них, і значно зменшує час, необхідний на навчання роботи з ними.

У мікроконтролерах РIС16С5Х є 8-розрядний арифметико-логічний пристрій (АЛП) і робочий регістр W. АЛП виконує складання, віднімання, зміщення, бітові і логічні операції. У командах, що мають два операнди, одним з операндів є робочий регістр W. Другий операнд може бути константою або

172

вмістом будь-якого регістра ОЗП. У командах з одним операндом операнд може бути вмістом робочого регістра або вмістом будь-якого регістра ОЗП. Для виконання всіх операцій АЛП використовується робочий регістр W, який не може бути прямо адресований. Залежно від результату виконання операції можуть змінитися значення бітів перенесення С, десяткового перенесення DС і нуля Z в регістрі стану STATUS. При відніманні біти С і DС працюють, як біти займу і десяткового займу, відповідно. Регістр STATUS доступний для будьякої команди так само, як і будь-який інший регістр. У його склад входять так само біти Т0 і РD, які встановлюються апаратно і не можуть бути змінені програмно. Дані розряди встановлюються у відповідні стани при включенні живлення, скиданні і переході в режим SLЕЕР. Проводячи їх програмне опитування, можна визначити спосіб запуску програми.

Сімейство мікроконтролерів РIС16С5Х містить дворівневий апаратний стек. При виконанні команди звернення до підпрограми у вершину стека завантажується лічильник команд, заздалегідь збільшений на одиницю. Одночасно старе значення з вершини стека копіюється в стек рівня 2.

Однією з основних особливостей портів вводу/виводу є те, що програма може зчитувати і записувати дані в них аналогічно регістрам загального призначення. При читанні завжди прочитується дійсний стан виводів, незалежно від того, запрограмовані окремі розряди як входи або як виходи. Після скидання всі розряди програмуються як входи. Виходи портів є защіпки, і їх стан не міняється до наступного запису в порт. Установка режиму кожного розряду у всіх портах проводиться за допомогою установки відповідних розрядів в регістрах управління режимами портів ТRIS (ТRISА, ТRISВ або ТRISС).

Модуль таймера (ТМR0) в даних мікроконтролерах має наступні особливості:

∙8-розрядний таймер/лічильник, доступний по читанню і запису;

∙8-розрядний програмований попередній дільник, який може бути програмно підключений або до таймера, або до таймера WDТ;

173

∙внутрішнє або зовнішнє тактування, при цьому може бути вибраний фронт тактуючого імпульсу.

Таймер має два режими роботи: режим таймера і режим лічильника. У режимі таймера ТМR0 збільшується в кожному командному циклі (якщо немає попереднього дільника). У режимі лічильника ТМR0 збільшується по кожному перепаду 1/0 або 0/1 на виведенні ТОСК1. Перепад, що збільшує значення ТМR0, вибирається установкою відповідного біта в службовому регістрі ОРТION, який програмно доступний по запису. У цьому ж регістрі проводиться установка режиму роботи попереднього дільника (ТМR0/WDT) і значення коефіцієнта ділення.

Сімейство мікроконтролерів РIС16С5Х має набір спеціальних функцій, призначених для розширення можливостей системи, мінімізації вартості, виключення навісних компонентів, забезпечення мінімального енергоспоживання і захисту коду програми від прочитування. До складу даних функцій входять:

∙вибір типу генератора;

∙таймер скидання (DRТ);

∙сторожовий таймер (WDТ);

∙режим зниженого енергоспоживання (SLЕЕР);

∙захист коду програми від прочитування;

∙біти ідентифікації.

Мікроконтролери сімейства РIС16С5Х, окрім РIС16С52, мають вбудований сторожовий таймер WDТ, який може бути вимкнений тільки через біт конфігурації, що задається при програмуванні. Для підвищення надійності він працює від власного RСгенератора. Таймер скидання ВКТ призначений для підтримки контроллера в скинутому стані протягом 18 мс після включення живлення для стабілізації роботи генератора. Наявність цих таймерів дозволяє в багатьох застосуваннях відмовитися від схеми зовнішнього скидання.

Режим зниженого енергоспоживання SLЕЕР призначений для

174

забезпечення дуже малого струму споживання в режимі очікування (менше 1мкА при вимкненому сторожовому таймері). Вихід з режиму SLЕЕР можливий по зовнішньому сигналу скидання або по закінченню витримки сторожового таймера. Можливість вибору типу генератора дозволяє ефективно використовувати мікроконтролери сімейства в різних додатках. Використання RС-генератора дозволяє зменшити вартість системи, а LР-генератор на низькочастотному кварцевому резонаторі скорочує енергоспоживання. Захист коду програми і установка коду ідентифікації проводяться шляхом установки відповідних розрядів в слові конфігурації при програмуванні мікроконтролерів.

Для розробки і відладки програмних модулів вільно розповсюджується асемблер МРАSМ, емулятор МPSIМ, інтегрована система відладки для Windows МРLАВ, а також велике число добре документованих прикладів застосування мікроконтролерів РIС в різних областях з вихідними текстами.

Для апаратної підтримки режиму програмування мікросхем є різні типи програматорів, що підключаються до комп'ютерів типу IВМ РС. Існують типи програматорів, які можна підключати безпосередньо до робочої плати контроллера, що значно прискорює відладку. Програмування мікроконтролерів проводиться через послідовний канал, який використовує два розряди порту вводу-виводу. Режим програмування задається шляхом установки на виводі скидання мікроконтролера напруги +12 В.

МК сімейства РIС16СХХ в порівнянні з іншими 8-розрядними мікроконтролерами такого ж класу дозволяють зменшити програму 2:1, збільшити швидкодію 4:1 і ідеально підходять для дешевих додатків, що вимагають аналоговий інтерфейс.

РIС16Х7ХХ – сімейство дешевих, високоефективних, 8-розрядних КМОП мікроконтролерів з вбудованим аналого-цифровим (аnalog-to-digital (А/D)) перетворювачем. Серед мікроконтролерів РIС16СХХ дане сімейство займає середнє положення.

Для того, щоб зменшити кількість зовнішніх компонентів і таким чином понизити вартість, підвищити надійність системи і зменшити споживання,

175

сімейство мікроконтролерів РIС16Х7ХХ володіє додатковими можливостями.

УМК РIС16Х7ХХ є чотири режими генератора:

∙RС-генератор на одному контакті забезпечує дешеве рішення;

∙LР-генератор забезпечує мінімальне споживання;

∙ХТ-генератор – стандартне рішення;

∙НS-генератор – для високочастотних додатків.

Режим остановки дозволяє різко зменшити споживання. Пробудження з режиму остановки може здійснюватися за допомогою зовнішніх і внутрішніх переривань і скидань.

Високонадійний сторожовий таймер з своїм RС-генератором забезпечує захист від зациклення програми.

Варіант мікросхем СЕRDIR з ультрафіолетовим стиранням ідеально підходить для розробки і відладки програми, тоді як одноразово програмовані варіанти рентабельні для випуску продукції в будь-якому об'ємі. Мікросхеми з FLASH-пам'яттю програм дозволяють здійснювати розробку і відладку програм на готовому пристрої і не вимагають заміни мікроконтролера після закінчення відладки. Сімейство мікроконтролерів РIС16Х7ХХ пристосоване для застосування у віддалених пристроях захисту і датчиках, для приладів управління і автомобілів.

Технологія програмованого ПЗП робить настройку прикладних програм швидкою і надзвичайно зручною. Малогабаритні корпуси мікросхем роблять це сімейство мікроконтролерів досконалим для всіх додатків без обмежень.

Низька ціна, мала споживана потужність, висока ефективність, зручність при використанні і гнучкість I/O роблять РIС16Х7ХХ універсальним навіть в областях, де використання мікроконтролерів раніше не розглядалося (наприклад, функції таймера, послідовний зв'язок, збір і порівняння даних, функції ШІМ і додатки із співпроцесором).

Cімейство мікроконтролерів РIС16Х7ХХ є версією, розширеної архітектури МК РIС16С5Х. Всі мікроконтролери сімейства РIС16СХХ, що випускаються в однакових корпусах, сумісні по контактах.

176

Програма для РIС16С5Х може бути легко перенесена в пристрої сімейства РIС16Х7ХХ. Щоб перетворити програму, написану для РIС16С5Х, в програму для РIС16Х7ХХ, необхідно виконати наступні кроки:

1)видалити всі операції вибору сторінок пам'яті програми (операції над бітами РА2, РА1, РАО) для команд САLL і GОТО;

2)повторно проглянути всі обчислені операції для переходів (запис в РС, складання з РС і т.ін..), щоб переконатися, що біти сторінки встановлені вірно згідно новій структурі;

3)виключити всі перемикання сторінок пам'яті даних. Перевизначити змінні в даних, щоб перерозподілити їх;

4)перевірити всі записи в регістри STATUS, ОРТION і SFR, оскільки вони змінилися;

5)замінити вектор скидання, оскільки він став 0000h.

Варіанти пристроїв РIС16Х7ХХ

Мікроконтролери сімейства РIС16Х7ХХ випускають для різних частотних діапазонів і в різних варіантах корпусів. Залежно від додатку і промислових вимог, користуючись табл. 5.12, можна вибрати необхідний варіант пристрою.

Для сімейства РIС16Х7ХХ існує декілька типів позначення пристроїв в номері:

1.С – як, наприклад, РIС16С74. Ці пристрої мають програмований ПЗП пам'яті програм і функціонують в стандартному діапазоні напруг живлення.

2.LС – як, наприклад, РIС16LС74. Ці пристрої мають програмований ПЗП пам'яті програм і функціонують в розширеному діапазоні напруг живлення.

3.CR – як, наприклад, РIС16СR72. Ці пристрої мають масочне ПЗП пам'яті програм і функціонують в стандартному діапазоні напруг живлення.

4.F – як, наприклад, РIС16F73. Ці пристрої мають FLASH-пам'ять

програм, що допускає до 100 циклів стирання і запису.

177

178

Продовження табл. 5.12

179

Пристрої з ультрафіолетовим стиранням. Варіант пристрою з ультрафіолетовим стиранням, що випускається в корпусах СЕRDIР, оптимальний для розробки макету і відладки програмного забезпечення. Записаний в ПЗП варіант програми може бути знищений, і пристрій перепрограмований для будь-якого з режимів генератора.

Програматори РIСSTARТ® Рlus і РRО МАТІ® II здійснюють програмування всіх мікрокристалів РIС16Х7ХХ.

Одноразово програмовані пристрої випускаються в пластмасових корпусах і дозволяють користувачу програмувати їх один раз. На додаток до пам'яті програми необхідно також програмувати слово конфігурації.

Пристрої з FLASH пам'яттю програм випускаються за ціною одноразово програмованих пристроїв. Їх доступність особливо корисна, коли необхідна гнучкість при частих модифікаціях програми і малих об'ємах виробів.

Пристрої з масковим ПЗП програмуються заводом-виготовником в процесі виробництва. Пристрої з масковим ПЗП виготовляються для користувачів, які випускають велику кількість продукції без додаткових операцій програмування, оскільки програма відпрацьована і не вимагає змін. Ці пристрої ідентичні одноразово програмованим, але вся пам'ять програм і слово конфігурації вже запрограмовані виготовником.

Структурна схема мікроконтролерів Р1С16С710/71/711/715

представлена на рис. 5.13.

Пристрої РIС16С710/71 мають 36 байтів пам'яті даних (RАМ), РIС16С711 – 68 байтів і РIС16С715 – 128 байтів. У кожного з цих пристроїв по 13 контактів I/О (РОRТА і РОRТВ). Пристрої РIС16С712/716 мають: 13 контактів I/О (РОRТА і РОRТВ); два 8 розрядних таймери (TMR0 i TMR2) і один 16-розрядний (TMR1); модуль порівняння/накопичення ШІМ (CCPI); 8-розрядний АЦП з 4-ма мультиплексованими вхідними каналами.

Крім того, до складу мікроконтролерів входять наступні периферійні пристрої:

•8- розрядний лічильник/таймер (ТМR0)

•8- розрядний А/D перетворювач з 4 мультиплексованими вхідними каналами.

180