Состав и назначение семейств PIC-контроллеров

Лекция 9.

Аппаратные средства микроконтроллеров серии PIC

В этой лекции рассказывается об особенностях организации и пара­метрах популярных PIC-микроконтроллеров фирмы «Microchip», а так­же более подробно о составе, структуре и возможностях аппаратных средств микроконтроллеров подгруппы PIC16F8X.

Ключевые слова:PIC, структура, цикл команд, регистры, адресация, порты, таймер, прерывания.

Основные особенности микроконтроллеров серии PIC

Состав и назначение семейств PIC-контроллеров

Микроконтроллеры семейств PIC (Peripheral Interface Controller) компа­нии Microchip объединяют все передовые технологии микроконтроллеров: электрически программируемые пользователем ППЗУ, минимальное энер­гопотребление, высокую производительность, хорошо развитую RISC-архи­тектуру, функциональную законченность и минимальные размеры. Широ­кая номенклатура изделий обеспечивает использование микроконтроллеров в устройствах, предназначенных для разнообразных сфер применения.

Первые микроконтроллеры компании Microchip PIC16C5x появились в конце 1980-х годов и благодаря своей высокой производительности и низкой стоимости составили серьезную конкуренцию производившимся в то время 8-разрядным МК с CISC-архитектурой.

Высокая скорость выполнения команд в PIС-контроллерах достигает­ся за счет использования двухшинной гарвардской архитектуры вместо традиционной одношинной фон-неймановской. Гарвардская архитекту­ра основывается на наборе регистров с разделенными шинами и адресны­ми пространствами для команд и данных. Все ресурсы микроконтролле­ра, такие как порты ввода/вывода, ячейки памяти и таймер, представляют собой физически реализованные аппаратные регистры.

Микроконтроллеры PIC содержат RISC-процессор с симметричной системой команд, позволяющей выполнять операции с любым регистром, используя произвольный метод адресации. Пользователь может сохра­нять результат операции в самом регистре-аккумуляторе или во втором регистре, используемом для операции.

В настоящее время компания Microchip выпускает пять основных се­мейств 8-разрядных RISC-микроконтроллеров, совместимых снизу вверх по программному коду:

• PIC12CXXX - семейство микроконтроллеров, выпускаемых в ми­
ниатюрном 8-выводном исполнении. Эти микроконтроллеры выпус­
каются как с 12-разрядной (33 команды), так и с 14-разрядной (35
команд) системой команд. Содержат встроенный тактовый генера­
тор, таймер/счетчик, сторожевой таймер, схему управления преры­
ваниями. В составе семейства есть микроконтроллеры со встроен­
ным 8-разрядным четырехканальным АЦП. Способны работать при
напряжении питания до. 2,5 В;

• PIC16C5X - базовое семейство микроконтроллеров с 12-разрядны­
ми командами (33 команды), выпускаемое в 18-, 20- и 28-выводных
корпусах. Представляют собой простые недорогие микроконтрол­
леры с минимальной периферией. Способность работать при малом
напряжении питания (до 2 В) делает их удобными для применения в
переносных конструкциях. В состав семейства входят микроконт­
роллеры подгруппы PIC16HV5XX, способные работать непосред­
ственно от батареи в диапазоне питающих напряжений до 15 В;

• PIC16CXXX — семейство микроконтроллеров среднего уровня с 14-
разрядными командами (35 команд). Наиболее многочисленное се­
мейство, объединяющее микроконтроллеры с разнообразными пе­
риферийными устройствами, в число которых входят аналоговые
компараторы, аналогово-цифровые преобразователи, контроллеры
последовательных интерфейсов SPI, USART и I2C, таймеры-счет­
чики, модули захвата/сравнения, широтно-импульсные модулято­
ры, сторожевые таймеры, супервизорные схемы и так далее;

• PIC17CXXX — семейство высокопроизводительных микроконтрол­
леров с расширенной системой команд 16-разрядного формата (58
команд), работающие на частоте до 33 МГц, с объемом памяти про­
грамм до 16 Кслов. Кроме обширной периферии, 16-уровневого ап­
паратного стека и векторной системы прерываний, почти все мик­
роконтроллеры этого семейства имеют встроенный аппаратный
умножитель 8x8, выполняющий операцию умножения за один ма­
шинный цикл. Являются одними из самых быстродействующих в
классе 8-разрядных микроконтроллеров;

• PIC18CXXX — семейство высокопроизводительных микроконтрол­
леров с расширенной системой команд 16-разрядного формата (75
команд) и встроенным 10-разрядным АЦП, работающие на частоте
до 40 МГц. Содержат 31-уровневый аппаратный стек, встроенную
память команд до 32 Кслов и способны адресовать до 4 Кбайт памяти
данных и до 2 Мбайт внешней памяти программ. Расширенное RISC-
ядро микроконтроллеров данного семейства оптимизировано под
использование нового Си-компилятора.

Большинство PIC-контроллеров выпускаются с однократно програм­мируемой памятью программ (ОТР), с возможностью внутрисхемного программирования или масочным ПЗУ. Для целей отладки предлагаются более дорогие версии с ультрафиолетовым стиранием и Flash-памятью. Полный список выпускаемых модификаций PIC-контроллеров вклю­чает порядка пятисот наименований. Поэтому продукция компании пе­рекрывает почти весь диапазон применений 8-разрядных микроконтрол­леров.

Из программных средств отладки наиболее известны и доступны раз­личные версии ассемблеров, а также интегрированная программная среда MPLAB. Российские производители программаторов и аппаратных отладочных средств также уделяют внимание PIC-контроллерам. Выпус­каются как специализированные программаторы, такие как PICPROG, программирующие почти весь спектр PIC-микроконтроллеров, так и уни-нерсальные: UN I PRO и СТЕРХ, поддерживающие наиболее известные исрсии PIC-контроллеров.

Наиболее распространенными семействами PIC-контроллеров явля­ются Р1С16СХХХи PIC17CXXX.