A PIC mikrokontroller család 1/2

 Vissza

A PIC mikrovezérlő sorozat a Microchip Technology Inc. fejlesztése. A legolcsóbb, legkisebb elemek a 16C5x áramkörök  a 16C6x, 16C7x és 16C8x elemek már komolyabb lehetőségeket biztosítanak ( utóbbiak közös elnevezése a PIC16Cxx ).

A PIC áramkörök többsége EPROM chip, a program tárolásán kívül a konfigurációs részletek is az EPROM egyes bitjeiként jelennek meg. Egy konkrét típus egyféle chip. Ez az egyféle chip azonban különféle tokozással készülhet: átprogramozható változat (kvarcablakos, drága tokozásban), egyszer programozható kivitel (olcsó műanyag tokozással), s a gyártó maga is vállalja a tömeges beprogramozást. A PIC mikrovezérlők használatához az univerzális EPROM, PLD és mikrokontroller programozó készülékek közül nem mindegyik alkalmas. Célszerű komplett PIC fejlesztő rendszert beszerezni, amely a programfejlesztést, a szimulációt, a program letöltését egyaránt lehetővé teszi. A PARALAX cég szakosodott a PIC mikrovezérlőkre, számos fejlesztő készletük van forgalomban.

A PIC mikrovezérlők 8 bitesek, a 16C5x család utasításkészlete 33 utasításból áll, a 16Cxx áramkörök esetében az utasításkészlet kicsit bővült, 35 utasítást tartalmaz. Ezek kis számok, tehát jogos a gyártónak az a kitétele, hogy a PIC mikrovezérlők központi egysége (CPU) RISC jellegű - ez redukált utasításkészletet jelent. Minden utasítás egy szavas, a végrehajtásuk egyetlen gépi ciklust igényel ( kivéve az ugró utasítások ). Az utasítások nem 8 bitesek, hanem a 16C5x családnál 12 bit hosszúságúak, a 16Cxx elemeknél 14 bitesek. A címzési lehetőségek sokoldalúak ( direkt, indirekt, relatív címzés ). Mint a mikrovezérlők többsége, a PIC áramkörök is a Harvard architektúrát követik, azaz különálló program- és adattárolót tartalmaznak. Így lehetséges, hogy a programtároló 12, 14 ill. 16 bites, míg az adattároló 8 bites.

A PIC mikrokontrollerek csak a belső programtárból képes utasításokat végrehajtani s csak a belső adattárat tudja kezelni - nem lehet külső memória áramköröket hozzákapcsolni. Ez először hiányosságnak tűnhet, hiszen más mikrovezérlő családok esetében azok előnyös képeségeként tüntetik fel, hogy külső memóriákkal is működtethető. A külső memóriákat azonban a mikrokontrollerek kizárólag Port pontjaikon keresztül képesek kezelni, az ilyen működtetés a szabad jelcsatlakozások számát jelentősen csökkenti. A PIC család belső program- és adattár kapacitása széles tartományban választható. A PIC16C5x elemek még nem, de a 16Cxx áramkörök már sokoldalú megszakítási rendszerrel rendelkeznek.

A különböző PIC típusokban 1-4 db párhuzamos Port található, s minden típusban megtalálható egy időzítő/számláló egység, mely a valós idő mérésére vagy események számlálására alkalmas, valamint a mikrovezérlő működési biztonságát megnövelő watchdog timer. A további egységek opcionálisak, egyes változatokban szerepelnek, másokban nem ( további számlálók, soros Port aszinkron ill. szinkron átvitelre, A/D konverter analóg multiplexerrel, EEPROM adattároló ).

A CMOS technológiának köszönhetően a PIC-ek kis fogyasztásúak és széles tápfeszültség tartományban használhatók. A stand-by állapot tápáram igénye kisebb mint 1 A.

A PIC mikrovezérlők a RESET áramköri megoldások, az oszcillátor kapcsolási lehetőségek, az átfedéses utasítás végrehajtás és az utasításkészlet szempontjából egységesek.

  Vissza

A PIC mikrovezérlők minden típusa többféle oszcillátorral működhet - az oszcillátortípust az EPROM-ban ( esetenként EEPROM-ban ) kialakított konfigurációs biztosítékokkal lehet kiválasztani. A kvarcablakkal tokozott változatok és az EEPROM alapú PIC-ek esetén a felhasználó a beprogramozással egyidejűleg, a fejlesztő egység segítségével állíthatja be az oszcillátor típusát.

  XT: kvarcoszcillátor,

  RC: ellenállás/kondenzátor hangolású oszcillátor.

A PIC mikrokontrollerekre közvetlenül ráköthető egy rezgőkvarc vagy egy kerámia rezonátor. Ezt a megoldást az XT, LP vagy HS üzemmódokban lehet alkalmazni. A gyártó a beépítésre kerülő kondenzátorok értékére is ad ajánlást.

  Vissza

A RESET folyamatot három esemény indíthatja el:

• a tápfeszültség bekapcsolás (Power-Up),
• egy LOW impulzus az bemeneten,
• a Watchdog Timer időtúlfutása (Time-Out).

A jelek után minden esetben azonnal indul az oszcillátor start-up időzítő (OST) áramkör, melynek számlálási idejéig (18ms a névleges érték) a mikrovezérlő még RESET helyzetben marad, majd megindul a normál működés.

Ha előre nem becsülhető meg a tápfeszültség növekedési üteme a bekapcsolás után, akkor az RC tagnál komolyabb áramköri megoldást alkalmaznak. A tápfeszültség névleges értékét egy Zener diódás kapcsolás érzékeli, s a küszöbszint felett megszünteti a RESET állapotot. Egy ilyen jellegű áramkört mutat be az ábra.

A rendszer megbízhatósága, üzembiztonsága múlik ezen az áramköri részleten. Ha a RESET kialakítás nem megfelelő, és a belső folyamatok nem mennek végbe a RESET időtartama alatt, a mikrovezérlő egy véletlenszerű állapottal kezdi meg a működését. Ha ebből a helyzetből nem is képes kimenekülni, a teljes működésképtelenség alakul ki.A beépített vezérlő egységeknek általában nincs RESET gombjuk, végső megoldásként a felhasználó csak kikapcsolhatja majd újra bekapcsolhatja a készüléket - de ekkor ismét ugyanaz a RESET folyamat játszódik csak le. Érdemes a tápegység felépítését, a táplálási rendszert tanulmányozni, s a RESET áramkört azoknak megfelelően úgy kialakítani, hogy minden bekapcsoláskor 100 -os biztonsággal megvalósuljon a belső RESET folyamat.  Vissza

Az alaposzcillátor ( OSC1 ) impulzusaiból a PIC belső időzítő-vezérlő egysége négy, egymást át nem fedő impulzus sorozatot állít elő, melyek frekvenciája az OSC1 frekvenciájának negyedrésze ( Q1, Q2, Q3, Q4). A négy leosztott órajel egy-egy impulzusa alkot egy gépi ciklust. A belső események a leosztott órajelekhez kötötten, szigorú rendben zajlanak:

• Q1 alatt inkrementálódik a PC,
• Q2-Q3 alatt olvassa be a megcímzett rekeszből az utasítás szót a CPU,
• Q4 alatt a most beolvasott utasítás szó átmásolódik az utasítás regiszterbe,

 Minden utasítás értelmezése és végrehajtása egyetlen gépi ciklus alatt megtörténik, az ugró utasítások esetén az időközben beolvasott utasítás szó helyett másikat kell a programtárból kiolvasni, ezért az ugró utasításoknál egy további gépi ciklus is szükséges. A PIC mikrovezérlők átfedéses utasítás végrehajtása tehát gépi ciklusonként megvalósítja egy-egy utasítás végrehajtását, pedig tulajdonképpen ez két gépi ciklust igényelne.

  Vissza

A PIC16C5x áramkörök utasításai 12 bit hosszúak, az utasításkészlet 33 utasításból áll. A PIC16xx mikrokontrollerek utasításai 14 bit hosszúságúak, a készlet 35 utasításból áll. Az utasítások felépítését az ábra szemlélteti.

 Vissza

1. Ha egy I/O regiszternél a saját tartalma szerepel az utasításban operandusként, minden esetben a csatlakozó lábon ténylegesen meglévő logikai szint lesz mérvadó (nem a kimeneti regiszter tartalma ).
2. Ha ez az utasítás a TMR0 regiszterrel kapcsolatban hajtódik végre (és, ahol szerepel, d=1), az előosztó törlődik - amennyiben a TMR0-hoz van rendelve.
3. Amikor a PC módosul vagy ha egy teszt feltétel teljesül, az utasítás két ciklust igényel. A második ciklus úgy zajlik le, mint egy NOP.

Vissza