Características Generales Procesador de Arquitectura RISC (Solo 35 instrucciones) Instrucciones de un ciclo simple de duración (4 ciclos cristal) excepto los saltos que requieren dos ciclos simples Velocidad de operación: 20 MHz Memorias FLASH, RAM y EEPROM Soporte para hasta 14 fuentes de interrupción Watchdog timer (WDT) para lograr modo de operación más seguro Protección de código programado (Encriptado)
Timer o contador de 8 bits con prescalas de 8 bits Timer de 16 bits Puertos Comparadores/PWM (Multiplexados) [16 bits resolución] Convertidor A/D de 10 bits SPI (Puerto serial sincrónico para conexión de periféricos esclavos) USART (Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter) Para comunicación serial con paquetes de 8 o 9 bits Puerto paralelo esclavo de 8 bits
CPU Periféricos
Comparación microcontroladores de la misma serie (16F87X)
Arquitectura Memoria Programa Stack Contador Programa RAM MUX Direcciones Registro Instrucciones Decodificador de Instrucciones y Unidad de Control Unidad “Timing” Unidades de: Reset Inicialización Watchdog Debugger Programación
Timer 0 Timer 1 Timer 2 ADC EEPROM CCP 1,2 SPI USART Registro FSR Registro STATUS MUX ALU Registro W Puerto Paralelo PUERTOS Timers
Puertos (Gp:) Puerto B (Gp:) Puerto D (Gp:) Puerto C (Gp:) Puerto E (Gp:) Puerto A
Puerto A Posee 6 bits bi-direccionales Se configura en el registro TRISA Un 1 configura una entrada, un 0 configura una salida en el pin correspondiente al bit El registro de datos de entrada/salida es PORTA El pin RA4 es multiplexado con el Timer Los pines RA0…RA3 y RA5 son multiplexados con el ADC
Puerto B Posee 8 bits bi-direccionales Se configura en el registro TRISB Un 1 configura una entrada, un 0 configura una salida en el pin correspondiente al bit El registro de datos de entrada/salida es PORTB Puede activar/desactivar las resistencias internas de Pull Up (Con el bit RBPU del registro OPTION) El pull up está normalmente inactivo Los pines RB7…RB4 pueden usarse como entradas de interrupción externa por cambio Las interrupciones se configuran en el bit RBIF del registro INTCON Uso: Teclado hexadecimal con atención de teclas por interrupción
Puerto C Posee 8 bits bi-direccionales Se configura en el registro TRISC Un 1 configura una entrada, un 0 configura una salida en el pin correspondiente al bit El registro de datos de entrada/salida es PORTC Tiene sus pines de entrada con buffers tipo Schmitt Trigger Comparte pines con funciones de conexión serial de periféricos externos (Protocolo I2C para SPI) [RC3:RC4] Comparte pines con salidas PWM o entradas de comparadores [RC0:RC2] Comparte pines con sistema comunicación serial USART [RC7:RC6]
Puerto D Posee 8 bits bi-direccionales Se configura en el registro TRISD Un 1 configura una entrada, un 0 configura una salida en el pin correspondiente al bit El registro de datos de entrada/salida es PORTD Tiene sus pines de entrada con buffers tipo Schmitt Trigger El bit PSPMODE del registro TRISE permite usar este puerto como puerto de expansión de memoria del microprocesador o para conexión a sistemas multiprocesador como esclavo con transferencias paralelas.
Puerto E Posee 3 bits bi-direccionales Se configura en el registro TRISE Un 1 configura una entrada, un 0 configura una salida en el pin correspondiente al bit El registro de datos de entrada/salida es PORTE Son entradas Schmitt Trigger Sus pines se convierten en señales de control cuando se configura en modo de expansión de memoria o en sistemas multiprocesador con transferencia paralela de datos.
Registro W Registro de trabajo Recibe los resultados de las operaciones ejecutadas por la ALU Puede ser escrito Se usa para las transferencias indirectas entre registros y ubicaciones de memoria Por ejemplo: Puede usarse para transferir datos a la pila y ejecutar un “Push” o un “Pop”
ALU (Unidad Aritmética-Lógica) Ejecuta las operaciones con los operandos de entrada Tiene un registro acumulador “W” donde se almacenan los resultados El registro W puede realimentar su valor como dato de entrada a la ALU Ejecuta operaciones según el código que reciba en las entradas de control.
Registro STATUS Ubicado en 03h,83h,103h y 183h Resume las condiciones en que se encuentra el microcontrolador Bits: IRP: Selecciona bancos altos (2 y 3) cuando vale 1 y bancos bajos (1 y 0) cuando vale 0 RP1 y RP0: Selectores de bancos para acceso directo. 00: Banco 0 01: Banco 1 10: Banco 2 11: Banco 3 #TO: Bit de “Time Out”. Se pone en 0 cuando hay un “RESET” #PD: Bit de “Power Down”. Se pone en 0 cuando entra en “SLEEP” Z: Bandera del Cero. Se pone en 1 si el resulatado de la última operación realizada es un 0. DC: Bandera de Acarreo Intermedio. Se pone en 1 si hay un carry de los 4 bits menos segnificativos a los 4 bits más significativos. C: Bandera de Acarreo. Se pone en 1 si el resultado de una operación excede la capacidad de 8 bits y requiere de un acarreo.
Registro FSR File Select Register Ubicado en 04h, 84h, 104h y 184h Se utiliza para construir direcciones indirectas Registro de 8 bits Se utiliza para hacer barridos de RAM
MUX de direcciones Define si a la RAM ingresa la dirección directa o la indirecta La dirección directa se lee de la memoria de programa La dirección indirecta se construye a partir de condiciones en el registro “FSR”. Por ejemplo: Saltos condicionados
RAM: Memoria de Datos Memoria destinada para almacenamiento temporal de datos. Dividida en 4 bancos seleccionados con los bits RP0 y RP1 del registro “Status” Cada banco es de 128 bytes Las ubicaciones más bajas son reservadas para registros de control/configuración Cada banco se constituye por registros de propósito general. Cada registro es una localidad de memoria de 13 bits Cada registro se accesa como dirección de memoria, por ejemplo: 07F9h es una localidad válida de memoria de datos
STACK Capacidad de 8 niveles de almacenamiento de 13 bits cada nivel Es parte de la memoria RAM, pero independiente de la memoria de datos y de programa No tiene banderas de “Overflow” o “Underflow” No existen instrucciones de “Push” o “Pop” El contador de programa se ingresa/saca de stack automáticamente cuando se hace un “Call/Return” Operación de “Buffer circular”: Si se ingresan 8 datos, se llena el stack, un noveno dato que ingrese desplaza los contenidos de la pila y elimina el primer dato que se ingresó a la pila.
Contador de Programa Contador de 13 bits. Capacidad de direccionar programas de hasta 8k instrucciones de 14 bits La ubicación del vector de RESET (0000h) es el valor del contador de programa cuando la máquina se inicializa La ubicación del vector de interrupciones es (0004h) y funciona como índice para cargar el contador de programa con el valor de la localidad de memoria que tiene el código de programa para atender una interrupción.
Memoria de Programa Almacena la secuencia de instrucciones que corresponde al programa escrito Almacena códigos hexadecimales generados en un archivo *.hex por el compilador o el ensamblador Consta de páginas de 2kbytes Se ubica en la parte alta de la memoria, después del vector de interrupciones En 16F877 y 16F876 se tienen 4 páginas En 16F874 y 16F873 se tienen 2 páginas Es memoria de tipo FLASH
Registro de Instrucciones Registro que almacena la instrucción siguiente a ejecutar tomada de la memoria de programa Envía la instrucción a RAM en casos que requieren la modificación de algún registro Envía la instrucción a la unidad de decodificación para preparase a ejecutar la siguiente instrucción
Decodificador Instrucciones y Unidad de Control Recibe la instrucción siguiente a ejecutar Realiza la decodificación del dato recibido al código de operación que debe utilizarse El código de operación se aplica a la ALU, unidad de RESET, unidad de WDT, etc según sea la operación
Unidad de “Timing” Es la unidad que transforma la señal del cristal en una señal de reloj adecuada para el funcionamiento del sistema Incluye divisores de frecuencia para generar señales de reloj de diferentes frecuencias para los timers y otros elementos que requieren señales de reloj como el ADC Genera además la señal de RESET externo tomada de un pulsador.
Unidad de Reset e Inicialización Contiene las siguientes sub-etapas: Contador de inicialización. Hace que el sistema espere cierto tiempo para estabilizarse después de un RESET. Contador de inicio del oscilador. Espera a que el oscilador se estabilice luego de un RESET. Power On RESET: Genera la señal interna que ejecuta el RESET por inicialización del sistema. Watchdog Timer: Si el sistema entra en un ciclo infinito, el contador del WDT ejecuta un RESET después de transcurrido un tiempo considerable Debugger: Herramienta de pruebas utilizada por el fabricante. Programación: Genera las señales que escriben el programa en la memoria correspondiente. RESET por Brown-Out: Genera un RESET que puede controlarse por software para ciertas aplicaciones.
Timers (0 1 2) Capacidad de 8 bits Lectura y escritura Prescala de 8 bits controlada por software Reloj interno o externo con selección de flanco Interrupción por rebaso activada al cambiar de FFh a 00h
Registros de datos en TMR0, TMR1 y TMR2 EL TMR1 es de 16 bits, y usa los registros TMR1L para los 8 bits menos significativos y TMR1H para los más significativos El TMR2 se usa como base de tiempo para el PWM Los registros de configuración son T0CON, T1CON y T2CON
Convertidor Analógico / Digital Convierte con una precisión de 16 bits. Guarda los resultados en los registros ADRESH (MSB) y ADRESL (LSB). Tiene como registros de control ADCON0 y ADCON1 Tiene 4 posibles frecuencias de reloj para hacer las conversiones (divisiones de la señal CLK principal del sistema) CHS2:CHS0: Bits para selección del canal que se va a convertir desde AN7 hasta AN0 GO/DONE: Bandera activa cuando hay una conversión en progreso ADON: Bit de control para encender/apagar el ADC ADFM: Bit para eliminar los 4 bits MSB o LSB. Pueden programarse secuencias para muestrear todos los canales de entrada de manera secuencial
USARTUniversal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter Interfase para comunicación serial SCI. Acepta comunicación Full Duplex en asíncrono y Half Duplex en síncrono El reloj interesa solo para transmisiones sincrónicas Maneja comunicaciones de 9 y 8 bits configurables en registros TXSTA y RCSTA Puede habilitarse/deshabilitarse Selección de Baud-Rate según fracción de CLK en SPBRG Manejo de transmisiones contínuas e interrumpidas Control de errores de “Frame” y “Overrun” para solicitud de retransmisiones El registro de datos para transmisión es RCREG para recepción y TXREG para envío.
SPISerial Peripheral Interface Medio de comunicación con periféricos con 8 bits simultáneos de transmisión serial Aplica a periféricos de alta velocidad Puede usarse para importar o exportar datos o señales de reloj Opera como esclavo o maestro
CCPCapture/Compare/PWM Módulo de captura de 16 bits Módulo de comparación de 16 bits Módulo de salida PWM maestro y esclavo Utiliza los registros CCPR1H y CCPR1L El modo “Captura” guarda el valor del timer cada vez que ocurre un evento en el pin de entrada RC2 El modo “Compara” compara el valor del registro CCPR1 con el timer. Cuando son iguales produce un cambio de estado en el pin RC2. El modo PWM produce una señal con ciclos de trabajo variables según el dato de 10 bits del registro CCPR1. La señal de salida se ubica en el pin RC2
EEPROM Puede habilitarse/deshabilitarse para ser usada como memoria de almacenamiento secundario (Como el disco duro en un PC) o como memoria de programa con el registro EEPGD Se configura con los registros EECON1 y EECON2 Si se usa como memoria de datos, en el registro EEDATA se escriben/leen los datos. Requiere de señales de control de flujo de información como EEWR para escritura y EERD para lectura Capacidad máxima de 256 bytes
Puerto Paralelo Ejecuta transferencias de 8 bits Utiliza 3 señales adicionales de control (RD/WR/CS) Se activa con el bit PSPIE del registro PIE1 Usa la bandera PSPIF del registro PIR1 para manejo de interrupción Solo tolera la conexión a sistemas multiprocesador como esclavo
Organización de Memoria En los PIC existen tres tipos de memoria: a- Memoria de Programa b- Memoria de Datos c- EEPROM data MEM Cada bloque tiene una función dentro de la arquitectura
Memoria de programa Esquema general: -Posee un contador de 13 bits -Maneja direccionamiento 8Kx14 ó 4Kx14 -Vector de reset se ubica en 00H -Vector de interrupción ubicado en 04H Mapa de memoria
Mapa de memoria 876/877
Memoria para datos Particionada en múltiples bancos de registros de propósito general, seleccionados por RP0, RP1. Extensión de cada banco: 128 bytes Memoria tipo RAM estática Los registros permiten la configuración de las características del MCU
Mapa memoria de DatosPIC 16F876/877
Algunos registros importantes Los registros de función especial permiten configurar las diferentes posibilidades de operación del sistema: STATUS OPTION_REG REGISTER INTCON REGISTER PIE1 REGISTER
Status
OPTION_REG REGISTER
INTCON REGISTER
PIE1 REGISTER
Set de Instrucciones
Conclusiones Arquitectura RISC de 35 instrucciones. Operaciones de duración igual, excepto saltos. Compatible con otras familias de PIC. Pila de 8 niveles y 14 fuentes de interrupción. Protección de código programable. Frecuencia de operación programable. Comunicación serie ADC´s de 10 bits de Resolución