8.2 Мікроконтролери фірми microchip

Мікроконтролери фірми Microchip поєднують в собі високу швидкодію, низьку ціну, малий розмір і взагалі найкраще співвідношення ціна/швидкодія серед виробників . Більше 120 мільйонів чіпів фірма щорічно продукує на ринок для комп’ютерної периферії, офісної автоматики, систем автоматизованого контролю, систем безпеки та телекомунікацій.

Фірма Microchip пропонує чотири родини 8-бітних мікроконтролерів для задоволення будь-яких потреб: PIC16C5X 12-бітне програмне слово, PIC16CXXX 14-бітне програмне слово, PIC17CXXX 16-бітне програмне слово, PIC18CXXX розширене 16-бітне програмне слово і PIC12CXXX з 12-бітним або 14-бітним програмним словом(табл.8.19). Всі родини мають низьковольтне живлення , не потребують великої потужності і виконані в різноманітних корпусах.

Такі широко застосовані родини мікроконтролерів як PIC16C5X, PIC16CXXX і PIC17CXXX зроблені на RISC архітектурі. Сьогодні перша родина мікроконтролерів PIC12CXXX, також приєднуєься до вище згаданих, використовуючи в собі 8-бітну високошвидкісну RISC-архітектуру. Microchip є піонером у використанні RISC-архітектури, яка допомагає досягти високої швидкості і ефективності.

Коротка загальна характеристика родин .

PIC12CXXX

Родина PIC12CXXX випускається фірмою Microchip на базі RISC-архітектури у восьмививідному корпусі . Чіпи PIC12CXXX випускаються 12-бітн і або 14-бітні , з низьковольтним живленням ( 2.5V) , керуванням переривань (interrupt handling) і апаратним стеком (hardware stack). Дана родина чіпів хоч і є швидкодійними але широко не застосовуються через ціну або розміри.

PIC16C5X Дана родина навпаки від попередньої широко застосовується. PIC16C5X-контролери є 12-бітними і часто пропонуються в 18-, 20- і 28-вивідних корпусах. Низьковольтне живлення(до 2.0V), робить цю родину ідеальною для систем з гальванічним елементом. Крім того, чіп PIC16HV5XX може працювати безпосередньо від батарейки до 15 вольт.

PIC16CXXX Ця родина є самою швидкодійною з всіх 14-бітних і з 8-бітними аналого-цифровими перетворювачами, які випускає фірма Microchip. PIC16CXXX-чіпи мають цілий ряд конфігурацій – від 18 до 68-вивідних корпусів, від низького до високого рівня периферійної інтеграції. Чіпи є 14-бітними, мають можливість керування перериваннями і 8-рівневий апаратний стек.

PIC17CXXX Родина PIC17CXXX є найшвидкодійнішою зі всіх 8-бітних мікроконтролерів даної фірми. Родина PIC17CXXX зроблена на базі швидкої RISC-архітектури з 16-бітним програмним словом, розширеною структурою , потужним керування перериваннями та 16-рівневим стеком.

PIC18CXXX

PIC18Cxxх – це родина швидких , статично захищених , 16-бітних мікроконтролерів з інтегрованими аналого-цифровими перетворювачами. Дана родина розроблена на базі розширеної RISC-архітектурі. PIC18Cxxx має розширені функції ядра, 32 рівневий стек і внутрішні і зовнішні джерела переривань. Розділені шини керування і даних архітектури Harvard дозволяють функціонувати 16-бітному слову разом з 8-бітними даними. Дворівнева шина керування дозволяє виконувати дію за один такт, окрім програм, які виконуються за два такти. Всього є 68 інструкцій(розширений набір). Крім того, великий регістр, який є архітектурною інновацією, дає великий приріст швидкодії. Також у функції цієї родини входять програмовані - Low Voltage Detect (LVD) і Brown-Out Detect (BOR).

Таблиця 8.19 -Технічна характеристика окремих представників родин РІС-процесорів

Тип	ЕРROM Prog/Data Слів/байт	Data RAМMБ	Такто- ва частота MHz	Порт I/O	АЦП 8-біт	Стан- дартні I/O	PWM	Brown Out	Компаратор	Таймер
12СЕ518	512x12 768	25	4	6	-	-	-	-	-	1 + WDT
12СЕ519	1024х14 1536	41	4	6	-	-	-	-	-	1 + WDT
12С671	1024х14 1792	128	10	6	4	-	-	-	-	1 + WDT
12С672	2048х14 3584	128	10	6	4	-	-	-	-	1 + WDT
12СЕ673	1024х14 1536	128	10	6	4	-	-	-	-	1 + WDT
12СЕ674	2048x14 3584	128	10	6	4	-	-	-	-	1 + WDT
16С505	1024х12 1536	72	20	12	-	-	-	-	-	1 + WDT
16С52	384х12 572	25	4	12	-	-	-	-	-	1
16С54	512х12 768	25	20	12	-	-	-	-	-	1 + WDT
16С642	4096х14 7168	176	20	22	-	-	-	+	2	1 + WDT
16С61	1024х14 1792	36	20	13	-	-	-	-	-	1 + WDT
16С620	512х14 896	80	20	13	-	-	-	+	2	1 + WDT
16С71	1024х14	128	20	13	4	-	-	+	-	1 + WDT
1 17С42	2048х16 4096	232	33	33	-	USART	2	-	-	4 + WDT
17С552	8192х16 16384	454	33	50	12	USART(2), I²C/SPI	3	+	-	4 + WDT
17C756	16384х1632768	902	33	50	12	USART(2), I²C/SPI	3	+	-	4 + WDT
18С242	8192х16 16384	512	40	23	10	USART(2), I²C/SPI	2	+	-	4 + WDT
18С252	16384х16 32768	1536	40	23	10	USART(2), I²C/SPI	2	+	-	4 + WDT
18С442	8192х16 16384	512	40	34	10	USART(2), I²C/SPI	2	+	-	4 + WDT

Архітектура контролерів грунтується на концепції окремих шин і областей пам’яті для даних і для команд(Гарвардська архітектура).Шини даних і пам’яті даних (ОЗП)-мають ширину 8 бітів , а програмна пам’ять (ПЗП) має ширину 12,14 або 16 бітів в залежності від типу РІС-процесора.Така концепція забезпечує просту, але потужну систему команд , розроблену так ,що бітові ,байтові і регістрові операції працюють з високою швидкістю з перекриванням часу добування команди і циклів виконання . 12,14 або 16-бітова ширина програмної пам’яті забезпечує добування команди за один цикл.Двоступеневий конвеєр дозволяє одночасне добування і виконання команд .В РІС-процесорах пам’ять програм розміщена в середині кристала і не може бути нарощена із зовні.

╔═══════════════════╗

╔═════════╗ ╔══════════╗ ║ А Л П ║ ╔══════════╗

║ Stack 1 ║ ║ PC ║ ╟─────────┬─────────╢ ║ ОЗП ║

╟ .... ╢▒▒▒▒║ 13 bit ║▒▒▒▒║ W reg │ Status ║ ║ 128 *8 ║

║ Stack 8 ║ ╚════▄▄════╝ ╚═══▄▄═══▄▄═════════╝ ╚════▄▄════╝

╚═════════╝ ╔════▀▀════╗ ▒▒ ▒▒ ▒▒

║ EPROM ║▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒ ▒▒ ▒▒

║ prog.MEM ║ ▒▒ 8-bit Data Bus ▒▒

║1024 * 14 ║▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒

╚══════════╝ ▒▒ ▒▒

▒▒ ╔════════╗ ╔════▀▀═════╗

╔═══TRISA═════╗ ▒▒▒║ RTCC ║ ║Option Reg ║

RA ╔═══╩══════════╗ ║ ▒▒ ╚═══╤════╝ ╚═══════════╝

▒▒─┬──╢ Порт RA0-RA3 ║▒▒▒▒▒▒ │ ╔═══════════╗ RTCC

│ ║ 4-bit ╠══╝ ▒▒ └────────╢ WDT/RTCC ╟─────▒▒

│ ╚══════════════╝ ▒▒ ┌──╢ Подільник ║

│ ╔═══TRISB═════╗ ▒▒ │ ╚═════╤═════╝

RB │ ╔═══╩══════════╗ ║ ▒▒ │ ╔═════╧═════╗

▒▒────╢ Порт RB0-RB7 ║▒▒▒▒▒▒ ┌──── │──╢ WatchDog ║

│ ║ 8-bit ╠══╝ ▒▒ │ │ ║ Tаймер ║

│ ╚══════════════╝ ▒▒ │ │ ╚═══════════╝ OSC1

│ ╔════════════════╗ ▒▒ │ │ ╔═══════════╗ ┌───▒▒

│ ║ ║ ▒▒ │ └──╢Генератор ╟─┘ OSC2

│ ║ АЦП ║ ▒▒ │ Sleep ║ таймера і ╟─────▒▒

└─║4 аналогові ║▒▒▒▒▒ │ ─────╢контролера ╟─┐ MCLR

║ канали ║ │ ╚═╤═════════╝ └───▒▒

║ ║ │Конфіг. │Вибір генератора

╚════════════════╝ ╔══╧══════════╧═════════╗

Конфігурація( EPROM ) РІС16С71

╚═══════════════════════╝

На рис.8.9 подана стуктурна схема контролера РІС16С71 .Даний контролер має такі архітектурні елементи :

-8-рівневий стек;

-АЛП з яким безпосередньо взаємодіють акумулятор(W-регістр) та регістр ознак АЛП з бітами вибору сторінок пам’яті (STATUS-регістр);

-пам’ять команд об’ємом 1024х14 ,яка адресується безпосередньо з лічильника команд РС;

-ОЗП розміром 128х8 ,який можна адресувати прямо і опосередковано;

-два порти :5 ліній порт RA і 8 ліній порт RB з побітовим індивідуальним налагодженням на ввід чи вивід , які можуть використовуватись для підключення до чотирьох 8-бітових АЦП і до лінії зовнішнього переривання ; настроювання портів здійснюється через керуючі регістри TRISA і TRISB ,які доступні програмісту;

-таймер / лічильник RTCC ;

-внутрішній програмований подільник частоти з максимальним коефіцієнтом 128;

-Watchdog- таймер(WDT ) з незалежним генератором , який формує затримку у 18 мс та сигнал обнуління;

-регістр OPTION ,який визначає конфігурацію попереднього подільника , а саме куди він буде під’єднаний до RTCC чи WDT;

-генератор тактової частоти з різними режимами роботи;

-регістр вибору конфігурації , який задає тип генератора , дозвіл на роботу WDT- таймера ,витримки після включення живлення , режим захисту кодів.

Інші контролери мають аналогічну архітектуру з деякими новими елементами ,які розширюють їх функціональні можливості . Зокрема може бути розширена пам’ять програм і даних(ЕРROM) .