Лекция. МК семейства PIC

Периферийные интерфейсные контроллеры

1) 8-разрядные

2) 16-разрядные

3) Процессоры цифровой обработки сигналов (ПЦОС) / сигнальные процессоры (СП).

Основной базой автоматики являются 8-разрядные МК. Суммарное производство за год 4,2 млрд.

Маркировка

PIC (номер серии) (буква – тип памяти программ) (номер разработки) (температурный диапазон) (тип корпуса) (максимальная тактовая частота).

Номер серии = {10, 12, 14, 16, 17, 18, 24, 30, 33}

Серия 10 – PIC контроллер нижнего уровня имеющий 6 выводов (применяется в простых вещах, например брелок сигнализации). 32 команды, ПП 0,5кбайт.

Серия 12 - PIC контроллер нижнего уровня имеющий 8 выводов (2 – питание, 1 – начальная установка, 5 – для связи с периферией). Может быть АЦП, ПП 5кбайт, 32 команды.

Серия 14 - 16-разрядное АЦП. Узкое применение: используется в системе зарядок.

Серии 16 и 18 самые популярные из 8-разрядных, т.к. самые развитые.

Серия 16 – МК среднего уровня имеют около 1000 модификаций. Общая ПП не более 8кбайт. Система команд содержит 35 команд.

Серия 17 и18 – МК верхнего уровня. ПП внутренняя больше 16 КБайт, может расширяться за счет подключения внешних шин до 2 Мб. ПД 4 КБайта. В серии 17 есть 58 команд, в серии 18 - 75 команд.

Серия 24 – 16 - разрядный МК.

Тип памяти = {C, CR, F, LC, LF}

C - однократно программированные контакты.

CR – программируются на заводе изготовителе

F - многократно программированные контролеры Flash. Чаще всего выпускаются для отладки или если маленькая серия выпуска.

L - пониженное питание (до 2,5 Вольт).

Номер разработки.

1-ая цифра связана с технологией изготовления.

При типе памяти С номер разработки 6 или 7, а при типе памяти F – 8 или 9.

Температурный диапазон.

«-» тогда температура от 0С до75С – коммерческий / индустриальный

«I» тогда температура от –40С до 85С - промышленный

«Е» тогда температура от –40С до 125С – расширенный / автомобильный

Температурный диапазон очень влияет на цену.

Тип корпуса.

DIP (P) – самый популярный, имеет 40 выводов.

SOIS TFQR – корпуса с большим количеством выводов: больше 40. Выводы расположены в планарном виде.

Максимальная тактовая частота

04, 10, 20 - все данные указываются в МГр.

Архитектура процессорного ядра микроконтроллера

1. Фон-неймановская, Пристанская, традиционная.

2. Гарвардская.

Архитектура PIC контроллеров среднего уровня

Все особенности PIC контроллеров связанны с Гарвардской организации шин.

ПД и ПП разделены.
При обращении к каждому виду памяти используются свои ША и ШД.
Разрядность ячеек памяти программы не зависит от разряда ячеек ПД.
Вследствие не зависимости этого можно выбрать разрядность ПП так чтоб команда занимала одно слово. Каждая команда представляется одним словом.
Выборка команды производится за один машинный цикл и это значительно повышает производительность. Раздельные шины ПП и ПД позволяют производить выборку следующей команды во время выполнения текущей то есть организовать конвейерную обработку данных. Для обеспечения бесперебойной работы конвейера необходимо чтоб команды были одинаковы по длине и по времени выполнения.

Reduced Instruction Set Code (RISC). Контроллеры RISC не имеют умножения в отличии от контроллеров CISC.

Микроконтроллеры семейства PIC являются МК RISC, нижнего и среднего уровня. По длине команд МК PIC (основной признак разделения уровней):

- 12 битные команды нижнего уровня;

- 14 битные команды среднего уровня;

- 16 битные команды верхнего уровня;

PIC контроллеры нижнего и среднего уровней не имеют средств для расширения ПП и ПД. Из ограниченной разрядности команды, слово может содержать только один адрес операнда.

Между регистрами пересылки делаются в два этапа:

(регистр источник) ® (W)

(W) ® (регистр приемник)

Запись const (literal) в регистр делается так же в два этапа:

L ® (W)

(W) ® (регистр приемник)

Запись в два приема является недостатком RISC.

При выполнении операций с двумя операндами:

1) сложение

2) вычитание

3) конъюнкция

4) дизъюнкция

5) исключающее ИЛИ

один из операндов должен быть записан в регистре W, а второй может быть либо в команде, либо в команде лежит адрес где его взять в ПД. Результаты могут быть записаны в W (рабочий регистр), либо в ПД.

Для этого в командах есть специальный идентификатор d.

d = 0 результат записывается в W.

d = 1 результат записывается в ПД.

В PIC контроллерах нижнего и среднего уровня по результату логических и арифметических операций могут быть выработаны три признака:

C – признак переноса;

DC – признак десятичного переноса (из Д3-Д4);

Z – признак "0";

Признаки хранятся в регистрах состояния STATUS

10. Все регистры PIC контроллеров побитно доступны (это большое достоинство).

Структурная схема процессорного ядра