Однокристальные микроконтроллеры: Методическое пособие к изучению курса “Микропроцессорные системы”

Министерство образования Российской Федерации

Хабаровский государственный технический университет

Однокристальные микроконтроллеры

Методическое пособие к изучению курса

“Микропроцессорные системы”

для студентов специальности 220100

“Вычислительные машины, комплексы, системы и сети”

Хабаровск

2003

Однокристальные микроконтроллеры фирмы Microchip

Вот уже около 10 лет прошло с тех пор, как на мировой рынок восьмибитных МК впервые вышла фирма Microchip со своим семейством PICmicro. Его перспективы оценивались довольно туманно, рынок восьмибитных МК был заполнен изделиями таких традиционных производителей, как Mitsubishi, Motorola, Intel, Philips, Siemens, Zilog и др. Но, как показали последующие годы, “новичок” очень удачно вписался в мировую палитру МК и бурно прогрессирует. Ежегодный выпуск микросхем семейства PICmicro превысил 120 млн шт. Начиная с 1997 г., фирма вышла на второе место в мире по числу продаваемых МК.

Архитектурные особенности

МК PICmicro имеют RISC-архитектуру. Это предполагает, что все инструкции имеют одну длину и выбираются за один машинный цикл. Набор инструкций этих МК - широкий, тщательно подобранный специально для задач управления. Гарвардская архитектура процессора, широкое слово инструкции, очередь команд, RISC-набор команд - все это позволило добиться очень высокого быстродействия и получить очень компактный код.

Как видно из рисунка, при использовании Гарвардской архитектуры размер инстукции может быть больше 8 бит. Размер любой инструкции соответствует размеру слова программной памяти. Инструкция считывается и выполняется за один цикл.

Все команды МК, за исключением команд перехода, выполняются за один машинный цикл, который составляет четыре периода тактового генератора. Эти четыре такта называют Q1, Q2, Q3 и Q4. Тактирование производится со входа OSC1 (или со внутреннего генератора). На Q1 инкрементируется счетчик программы (PC). Остальные 3 такта инструкция копируется из программной памяти в командный регистр. Одновременно, в течение всего цикла выполняется инструкция, помещенная в командный регистр за прошлый цикл.

Так, например, на тактовой частоте 20 МГц производительность МК достигает 5 MIPS (Million Instruсtions per Second - миллион инструкций в секунду).

Все МК PICmicro имеют расположенную на кристалле кодовую память. Большинство из них снабжено дешевой однократно программируемой (OTP) памятью. В сравнении с масочной это дает массу преимуществ: изделия на базе PICmicro становятся "гибкими", коды программ легко модифицируются под требования пользователя, экономически выгодным оказывается выпуск изделий мелкими сериями, уменьшается время на разработку изделий. Политика фирмы заключается в приближении цены МК с OTP-памятью к ценам кристаллов с масочной. Выпускает Microchip и МК с масочной, а также перепрограммируемой памятью с ультрафиолетовым стиранием и с FLASH-памятью.

При программировании микроконтроллера ваша программа помещается в память программы. При включении микроконтроллера команды будут по одной считываться из памяти и выполняться друг за другом. Вектор сброса - это адрес, с которого начнется выполнение программы после сброса. Сброс микроконтроллера происходит при включении, а также при логическом НИЗКОМ уровне на выводе MCLR.

МК PICmicro работают в очень широком диапазоне частот - от 0 до 33 MГц - и имеют несколько режимов встроенного тактового генератора, который позволяет работать на частотах от 32 кГц до 33 MГц. Предусмотрены режимы внешнего и внутреннего RC-генераторов. В последнем случае выводы МК, предназначенные для подключения внешних цепей генератора, освобождаются и могут выполнять альтернативные функции.

МК не требуют традиционных внешних цепей для формирования сигнала сброса: они вырабатывают его автоматически при включении питания или при подаче внешнего сигнала сброса.

Интервал питающих напряжений МК семейства PICmicro очень широк: