3 Обоснование выбора микроконтроллера

Для выбора микроконтроллера необходимо оценить объем выполняемых функции и требования быстродействия, предъявляемые к их выполнению.

Объем памяти непосредственно связан с количеством программируемых функций. Для устройства синтезатор частоты можно выделить следующие параметры, которые будут определять выполняемые функции:

- работа с двумя шинами I²C;

- опрос кнопок управления;

- режим сканирования;

- вычисление частоты по коду и значению ПЧ;

- запись частоты канала в память;

- запись значения промежуточной частоты в память;

Приведенные выше параметры занимают в памяти микроконтроллера от одного до четырёх байт. Можно прийти к выводу, что для данного устройства нет необходимости выбирать устройство с большим объемом перепрограммируемой постоянной памяти.

Большое значение для выбора микроконтроллера имеет возможность удобного и быстрого программирования. Это обусловлено тем, что в данном устройстве микроконтроллер должен выполнять достаточно сложные вычисления, связанные с коррекцией времени и линеаризацией характеристик терморезистора.

Микроконтроллер должен обеспечивать возможность программирования и отладки в готовом устройстве, это связано с тем, что может возникнуть необходимость изменения настроек устройства в процессе эксплуатации.

Время автономной работы устройства будет зависеть так же и от энергопотребления микроконтроллера. Следовательно, при выборе микроконтроллера следует уделить внимание его энергопотреблению.

Корпус микроконтроллера должен иметь малые размеры и иметь возможность для установки на поверхность печатной платы. Наиболее полно возможности установке на поверхность печатной платы отвечает корпус DIP.

Особенность популярных 8-бит МК PICmicro-семейства фирмы Microchip Technology - RISC-процессорное ядро. В семейство вхо­дят более 140 МК - от контроллеров серии PIC12 в восьмивыводных корпусах до последних моделей PIC18F, выполненных по NanoWatt технологии, позволяющей разработчикам полностью уп­равлять потребляемой системой мощностью, и серии rfPIC микро­контроллеров, объединенных с ВЧ - передатчиком на частоту 315/433 МГц.

МК серии PIC12 предоставляют разработчикам широкий выбор изделий - от чисто цифровых до устройств с 8/10-бит АЦП, ЭСРПЗУ, 8/16-бит таймером, ШИМ-генератором, сторожевым тай­мером с собственным RC-генератором, программируемой защитой кода, модулями USART/SCI-интерфейсов, подчиненным параллель­ным 8-бит портом, детектором понижения напряжения. Области их применения самые разнообразные - от зубочисток, фенов, пыле­сосов до промышленного автоматизированного оборудования и медицинской аппаратуры.

Новейшие МК PIC18FXX20 (шесть МК с флэш-памятью), входя­щие в серию PIC18, совместимы по коду и разводке выводов с МК фирмы в 18-, 28- и 40-выводных корпусах, что позволяет разработ­чикам аппаратуры использовать программные и аппаратные сред­ства уже имеющихся систем проектирования и, тем самым, снизить общие издержки проектирования и обеспечить своевремнный вы­ход на рынок. МК серии выполнены по усовершенствованной NanoWatt-технологии и содержат: 13-канальный 10-бит АЦП; ШИМ-модуль с одним, двумя и четырьмя выходами, автоматическим ос­тановом и перезапуском; USART-модуль, поддерживающий стан­дарты RS-485, RS-232; программируемый 16-уровневый модуль детектирования падения напряжения и выхода из режима пониженного потребления. Кроме того, МК серии содержат гибкую схему синхронизации с шестью "программно контролируемыми" режимами управления питанием. Схема обеспечивает выполнение команд в реальном времени, а также управление скоростью их вы­полнения, уменьшая тем самым уровень потребляемой системой мощности. И еще МК содержит сторожевой таймер на малый ток и блок обнаружения неисправностей внешнего генератора тактовых импульсов. Предусмотрена также возможность двухскоростного выхода из режима сброса или ожидания. Используются МК этой се­рии в разумных датчиках (дыма, утечки

газа, больничных иденти­фикационных бирках, системах безопасности, устройствах управле­ния напряжением), портативном оборудовании, ВЧ - управляемой аппаратуре, устройствах контроля работы батарей и контроля тем­пературы.

Таблица 1 – Характеристики микроконтроллеров PIC

МК	Кол-во выводов /портов	ПП, слов	ОЗУ, байт	FLASH ПД, Байт	Таймеры	Встроенные периферийные модули
PIC16F676	14/12	1К	64	128	TMR0, TMR1	аналоговый компаратор, 10-разр. АЦП
PIC16F684	14/12	2К	128	256	TMR0, TMR1, TMR2	аналоговый компаратор, 10-разр. АЦП, модуль захвата/сравнения/ШИМ
PIC16F688	14/12	4К	256	256	TMR0, TMR1, TMR2	аналоговый компаратор, 10-разр. АЦП, модуль захвата/сравнения/ШИМ, USART
PIC16F818	18/16	1К	128	128	TMR0, TMR1, TMR2	10-разр. АЦП, SPI(master/slave)/I2C(slave)модуль захвата/сравнения/ШИМ
PIC16F819	18/16	2К	256	256	TMR0, TMR1, TMR2	10-разр. АЦП, SPI(master/slave)/I2C(slave)модуль захвата/сравнения/ШИМ
PIC16F870	28/22	2К	128	64	TMR0, TMR1, TMR2	10-разр. АЦП, модуль захвата/сравнения/ШИМ, USART
PIC16F871	40/33	2К	128	64	TMR0, TMR1, TMR2	10-разр. АЦП, модуль захвата/сравнения/ШИМ, USART, PSP (parallel slave port)
PIC16F874	40/33	4К	192	128	TMR0, TMR1, TMR2	10-разр. АЦП, модуль захвата/сравнения/ШИМ, USART, MSSP SPI(master/slave)/I2C(master/slave), PSP(parallel slave port)
PIC16F876	28/22	8К	368	256	TMR0, TMR1, TMR2	10-разр. АЦП, модуль захвата/сравнения/ШИМ, USART, MSSP SPI(master/slave)/I2C(master/slave)

В таблице 1: USART - асинхронный последовательный интерфейс; POR – сброс по включению питания; BOR – сброс по снижению напряжения питания.

Все МК имеют:

- Диапазон тактовой частоты 0...20МГц.

- Одинаковое ядро.

- 35 простых инструкций.

- Режим энергосбережения SLEEP.

- POR (Power On Reset) - сброс по подаче питания (при достижении Vddmin).

- OST (Oscillator Start-up Timer) - удерживает МК в состоянии сброса на время запуска и стабилизации тактового генератора.

- BOD или BOR (Brown-out Detect или Brown-out Reset) - детектор снижения Vdd с настраиваемым порогом.

- WDT (Watchdog Timer) - сторожевой таймер с настраиваемым периодом.

- Микроконтроллеры PIC16F873…877 могут программировать свою память программ в процессе работы.

- Все 8-ми и 14-ти выводные МК, кроме режимов генератора, типичных для всех PIC16, имеют встроенный стабильный (1%) тактовый RC генератор.

Все микроконтроллеры серии PIC16F87X обладают одинаковым быстродействием, но различны по объему памяти данных и программ. Так как в процессе эксплуатации может возникнуть необходимость увеличения количества выполняемых функций, то из приведенного ряда микроконтроллеров предпочтительнее те у которых больший объем памяти программ. Этому критерию удовлетворяют микроконтроллеры PIC16F876 и PIC16F877. Микроконтроллер PIC16F877 имеет ряд избыточных характеристик не применимых в данном устройстве (8 каналов АЦП, 14 каналов прерываний) и его применение не целесообразно по экономическим соображениям.

Следовательно, по функциональным, экономическим и конструктивным условиям для устройства синтезатор частоты наиболее подходит восьмиразрядный микроконтроллер PIC16F876.

4 ОПИСАНИЕ МИКРОКОНТРОЛЛЕРА

4.1 Цоколевка, наименование и назначение выводов микроконтроллера PIC16F876. Режим питания микроконтроллера.

Рисунок 6 - Цоколевка микроконтроллера PIC16F876. DIP корпус.

Таблица 2 – Назначение выводов микроконтроллера PIC16F876

Обозначение выводов	№ вывода	Тип	Описание выводов
1	2	3	4
OSC1/CLKIN	9	O	Вход генератора/ выход внешнего тактового сигнала
OSC2/CLKOUT	10	I/P	Выход генератора
MCLR/VPP	1	I/O	Двунаправленный порт ввода/ вывода PORTA
RA0/AN0	2	I/O	RA0 может быть как аналоговый канал 0
RA1/AN1	3	I/O	RA1 может быть как аналоговый канал 1

Продолжение таблицы 2

1	2	3	4
RA3/AN3/VREF	5	I/O	RA3 может быть настроен как аналоговый канал 3 или вход отрицательного опорного напряжения
RA4/TOCKI	6	I/O	RA4 может использоваться в качестве входа внешнего тактового сигнала TMR0.
RA5/-SS/AN4	7	I/O	RA5 может быть настроен как аналоговый канал 5 или вход выбора микросхемы в режиме ведомого SPI.
RB0/INT	21	I/O	Двунаправленный порт ввода/вывода PORTB, имеет программно подключаемые резисторы на входах.
RB1	22	I/O
RB2	23	I/O
RB3/PGM	24	I/O	Может использоваться в качестве входа низковольтного программирования.
RB4	25	I/O	Прерывания по изменению уровня входного сигнала.
RB5	26	I/O	Прерывания по изменению уровня входного сигнала.
RB6/PGC	27	I/O	Прерывания по изменению уровня входного сигнала или вывод для режима внутренней отладки ICD.
RB7/PGD	28	I/O	Прерывания по изменению уровня входного сигнала или вывод для режима внутренней отладки.
RC0/T1OSO	11	I/O	Двунаправленный порт ввод/вывода PORTC. Может использоваться в качестве выхода генератора или входа внешнего тактового сигнала.

Продолжение таблицы 2

1	2	3	4
RC1/T1OSI/CCP2	12	I/O	Может использоваться в качестве входа генератора или выводов модуля ССP2.
RC2/CCP1	13	I/O	Может использоваться в качестве вывода модуля ССP1
RC3/SCK/SCL	14	I/O	Может использоваться в качестве вход/выхода тактового сигнала в режиме SPI и I2С
RC4/SDI/SDA	15	I/O	Может использоваться в качестве выхода данных в режиме SPI или входа/выхода в режиме I2С.
RC5/SDO	16	I/O	Может использоваться в качестве выхода данных в режиме SPI.
RC6/TX/CK	17	I/O	Используется в качестве выхода приемника USART в асинхронном режиме или вывода синхронизации USART в синхронном режиме.
RC7/RX/DT	18	I/O	Используется в качестве выхода приемника USART в асинхронном режиме или вывода данных USART в синхронном режиме.
VSS	19,8	P	Общий вывод для внутренней логики и порта ввода/вывода.
VDD	20	P	Положительные напряжения для внутренней логики и порота ввода/вывода.

Таблица 3 – Режим питания микроконтроллеров PIC16F876

Описание	min	типовое	max
Напряжение питания Vdd,B	4,0	-	5,5
Напряжение сохранения данных в ОЗУ, Vdr, В	-	1,5	-
Скорость нарастания Vdd для формирования BOR, Vbor, В/мс	0.05	-	-
Ток потребления IDD, мА	-	1,6	4
Ток потребления в режиме SLEEP, Ipd , мкА	-	7,5	30
Ток потребления BOR, Ibor, мкА	-	85	200