Микроконтроллеры РICОбщие сведения

История создания PIC–контроллеров. Прообразом контроллеров семейства PIC с RISC–архитектурой послужил периферийный контроллер (Peripheral Interface ControllerPIC), разработанный в 1975 году отделением компании General Instrument Microelectronics Inc для поддержки ввода–вывода 16–разрядного про­цессора. Поскольку к контроллеру не предъявлялось высоких требований по об­работке данных, он имел ограниченный набор команд, при этом почти все команды в нем выполнялись за один машинный цикл. Другая особенность контроллера — использование Гарвардской архитектуры, основанной на разделении шин и обла­стей памяти для данных и команд.

Позже отделение компании General Instrument выделилось в самостоятельную фирму (Microchip Technology Ltd.), которая в конце 1980–х годов разработала и изготовила первые модели микроконтроллеров семейства Р1С16С5х. Дальней­шее развитие и совершенствование контроллеров шло по пути расширения со­става периферийных устройств и набора команд, совершенствования технологии и улучшения характеристик. За прошедшие годы фирмой выпущено несколько семейств PIC, каждое из которых постоянно пополняется новыми моделями (вер­сиями).

Обзор PIC–контроллеров. В настоящее время фирма Microchip выпускает пять семейств микроконтроллеров:

●     PIC16C5X включает недорогие контроллеры с минимальным набором периферийных устройств:

●     РIС12Сххх содержит МК в миниатюрном 8–выводном корпусе со встроенным тактовым генератором и модулем 8–разрядного АЦП (для некоторых моделей);

●     РIС16х/7х/8х/9х объединяет МК с развитой периферией (таймеры–счетчики с опциями захвата/сравнения, широтно–импульсные модуляторы, аналоговые компараторы, АЦП, контроллеры последовательных интерфейсов);



●     РIC17С4х/5хх включает высокопроизводительные МК с расширенной систе­мой команд и обширной периферией. Микроконтроллеры этого семейства имеют встроенный аппаратный умножитель 8r8, выполняющий операцию ум­ножения за один машинный цикл;

●     РIС18Сххх — новое семейство с оптимизированным под использование Си–компилятора RISC–ядром и частотой внутренней шины до 10 МГц.

Потребителям предоставляются три модели микроконтроллеров семейства PICMicro с различными сочетаниями характеристик и свойств.

Младшие модели. К ним относятся МК серии 16С5х и 8–выводные МК серии 12С5хх, которые реализуют нижний уровень возможностей микроконтроллеров семейства PICMicro и используются для создания небольших и простых приложе­ний. Они выполняют подмножество команд старших моделей и программно со­вместимы с ними. Младшие модели сыграли большую роль в развитии семейства PICMicro. Однако ограниченные возможности обработки прерываний, малый объем доступной памяти программ и RAM, отсутствие внутрисистемного про­граммирования и портов ввода/вывода с расширенными функциями, снижение стоимости технологических затрат явились причинами перехода к моделям мик­роконтроллеров среднего уровня, которые продавались по такой же (и даже бо­лее низкой) цене, как и МК младших моделей.

Средние модели. Модели среднего уровня образуют законченную линию микроконтроллеров (серия 16Схх) с множеством различных функций и получили наиболее широкое распространение. Они имеют такую же базовую архитектуру, как микроконтроллеры младших моделей, но существенно отличаются возможно­стями обработки прерываний.

Старшие модели. Микроконтроллеры старших моделей (серии 17Схх) раз­рабатывались для взаимодействия с другими цифровыми устройствами. Поэтому в них отсутствуют имеющиеся в моделях среднего уровня АЦП и устройства для подключения датчиков. В контроллерах используются 16–битные команды, спо­собные адресовать по 128К байт памяти программ и памяти данных (64К слов по 16 бит). Для чтения/записи памяти программ в МК используется модифицированное ядро центрального процессора, позволяющее различным командам обращаться ко всем регистрам процессора. Это повышает гибкость микроконтроллеров и расширяет области их применения. Младшие и средние модели такой возможно­стью не обладают. Кроме того, в старших моделях PICMicro имеется несколько векторов прерываний, в то время как в микроконтроллерах среднего уровня ис­пользуется только один вектор прерывания.

Характеристики контроллеров. Следует отметить, что различный аппарат­ный состав и характеристики имеют не только микроконтроллеры разных се­мейств, но и модели (версии) одного семейства. Однако общим для большинства моделей контроллеров является:

●     RISC–архитектура (с двухступенчатым конвейером), обеспечивающая выпол­нение большинства команд процессора за один машинный цикл;

●     Гарвардская архитектура (с раздельными шинами данных и программ), обес­печивающая одновременный доступ к памяти данных и программ;

●     КМОП технология, обеспечивающая:

•      полностью статический режим работы, при котором остановка тактового генератора не приводит к потере логических состояний внутренних узлов;

•      широкий диапазон напряжений питания (2...6 В) и температур (–40...+70 °С);

•      малое энергопотребление;

●     наличие таймера–счетчика с программируемым предварительным делителем, сторожевого таймера с встроенным RС–генератором, таймера–счетчика реаль­ного времени — ТМR0, регистра состояния — STATUS; регистра косвенной адресации — FSR и др.

●     прямой и косвенный режимы адресации; режим пониженного энергопотреб­ления.

В качестве примера в табл. 6.1.1 приведены показатели МК средних моделей.

табл. 6.1.1

Достоинства контроллеров. К достоинствам микроконтроллеров PIC следу­ет отнести:

● высокую производительность, которая позволяет реализовывать различные устройства, работающие в реальном времени с большими скоростями (си­стемы управления автомобильными и электрическими двигателями, видеоиг­ры и др.). В частности, производительность РIС16С5х при частоте тактирова­ния в 20 МГц составляет 5 MIPS (Million Instruction Per Second — миллионов инструкций в секунду). Высокая производительность достигается благодаря использованию:

•      RISC–процессора, большинство команд которого выполняется за один ма­шинный цикл (команды перехода и операции табличного чтения выполня­ются за два цикла);

•      двухступенчатого конвейера, совмещающего выполнение текущей команды с выборкой из памяти следующей команды;

•      Гарвардской архитектуры, обеспечивающей одновременное считывание команд (12, 14 или 16 бит) и данных (8 или 1 бит);

●     малое энергопотребление, открывающее широкие возможности для создания устройств с батарейным питанием, питанием от телефонной линии, солнеч­ных батарей (мобильные телефоны, электронные сторожа и др.). Для микро­контроллеров PIC17, имеющих широкий набор аппаратных средств, потреб­ление тока составляет:

•      менее 5 мА при 5 В, 4 МГц;

•      100 мкА при 4,5 В, 32 кГц;

•      менее 1 мкА при 5 В в режиме ожидания;

    мощную поддержку разработок, которую осуществляет фирма Microchip.

В качестве средств поддержки разработчику приложений предоставлены ассемблер MPASM и макроассемблер, симулятор MPSIM, интегрированная система отладки для Windows MPLAB, программный, внутрисхемный и отла­дочный эмуляторы, универсальный программатор и компилятор С. Кроме того, имеются библиотеки для работы с фиксированной и плавающей точкой, с последовательным интерфейсом и с аналого–цифровым преобразователем, а также большое количество документированных примеров применения мик­роконтроллеров PIC в различных областях с исходными текстами. Обилие средств поддержки разработчика способствует сокращению сроков создания приложений;

●     совместимость, проявляющуюся в том, что программы для микроконтролле­ров более ранних семейств PIC16C5X и PIC16CXX могут быть легко перене­сены на семейство устройств PIC17CXX;

● разнообразие используемых способов программирования «внутри» каждого семейства PIC. Фирма Microchip выпускает:

•      микроконтроллеры с ультрафиолетовым стиранием, в которых память мо­жет быть очищена и контроллер перепрограммирован с помощью програм­матора PRO МАТЕ фирмы Microchip для функционирования в любом режи­ме, например, в режиме с использованием RC–генератора. Эти микроконт­роллеры предназначены для экспериментальных разработок и отладки программ;

•      однократно программируемые контроллеры (OneTime Programming PROMOTP), изготовленные в пластиковом корпусе, позволяют пользователю за­писать в память программу и биты конфигурации только один раз. Они применяются в тех случаях, когда нет необходимости часто менять со­держание программы или конфигурацию микроконтроллера в выпускаемом устройстве;

•      контроллеры, программируемые изготовителем по заказу пользователя (Quality TPQTP). Этот сервис, предлагаемый фирмой Microchip, пред­назначен для устоявшегося кода программы;

•      контроллеры с серийными номерами (SQTP), программируемые изготови­телем по заказу пользователя. В этих МК несколько определенных пользо­вателем ячеек содержат номер, уникальный для отдельного устройства. Серийный номер может быть случайным, псевдослучайным и последова­тельным. Его можно использовать как код доступа, пароль или идентифи­катор;

•      масочные контроллеры (ROM), в которых используются масочные ПЗУ. Та­кие контроллеры, имеющие низкую стоимость, изготавливаются для мас­сового потребителя или при больших объемах заказа;

●     высокую надежность, низкую стоимость и др.

Благодаря указанным достоинствам микроконтроллеры находят широкое и разнообразное применение.

Области применения. К основным областям применения РIС следует отнести:

●     компьютерные устройства (мыши, модемы, принтеры, плоттеры, сканеры, се­тевые карты и др.);

●     устройства связи (микро–АТС, автоответчики, АОНы, мобильные телефоны, факс–аппараты, радиомодемы, пейджеры и др.);

●     автомобильная электроника (автомобильная сигнализации, радарные детек­торы, системы управления зажиганием и впрыском топлива, приборные пане­ли и др.);

●     промышленные устройства (устройства управления электродвигателями, про­мышленные роботы, интеллектуальные датчики, регуляторы температуры, влажности, давления и др.);

●     бытовые устройства (аудио системы, СD–проигрыватели, системы сигнализа­ции, счетчики воды, газа и электроэнергии, устройства заряда батарей, иг­рушки и др.).

Мощная RISC–архитектура, однократно или многократно электрически пере­программируемые пользователем ПЗУ, минимальное энергопотребление, высо­кая производительность, минимальные размеры корпуса и низкая стоимость по­зволили микроконтроллерам РIС16/17 занять достойное место во многих обла­стях инженерных применений.

 

В других статьях раздела рассматриваются микроконтроллеры серии РIС16С5х, как наи­более доступные для понимания.


Рекомендуйте эту статью другим!



Особенности нового ГОСТа по качеству электроэнергии
июнь 16, 2014 4347

Особенности нового ГОСТа по качеству электроэнергии

С начала 2013 года вступил в действие обновлённый стандарт качества ГОСТ Р 54149, в…
рис. 1.141
окт 17, 2016 736

Влияние различных факторов на выходное напряжение операционного усилителя

При практическом использовании операционного усилителя необходимо учитывать, что…
dif1
апр 03, 2017 1914

Дифференциальная защита, диф реле, принцип работы, применение

Дифференциальная защита - одна из самых быстродействующих. Для нее не требуется выдержки…
Последовательный обмен
нояб 11, 2015 1611

Способы и методы последовательного обмена

Принципы обмена. Последовательный обмен (ввод–вывод данных), когда байт данных передается…