PIC-микроконтроллеры. Все, что вам необходимо знать

• Поймете, в чем разница между статической и динамической рассеиваемой мощностью, и узнаете, что величина последней прямо пропорциональна тактовой частоте микроконтроллера и квадрату напряжения питания.

• Научитесь переключать микроконтроллер в режим пониженного энергопотребления и выводить его из этого режима, а также узнаете, как этот режим влияет на процессор.

• Познакомитесь со встроенным тактовым генератором.

• Узнаете, как можно во время программирования микроконтроллера задавать его конфигурацию.

• Разберетесь в нюансах различных вариантов сброса.

В качестве своеобразной прелюдии к нашему разговору предлагаю взглянуть на Рис. 10.1, где показана структура микроконтроллеров PIC16F874 и PIC16F877, на примере которых мы в основном и будем далее изучать микроконтроллеры PIC. Эти модели полностью идентичны, за исключением большего объема памяти программ, данных и EEPROM в последней. Поэтому основное внимание мы уделим микроконтроллеру PIC16F877. Микроконтроллеры PIC16F873/6 являются 28-выводными вариантами тех же микроконтроллеров и соответственно имеют урезанный набор периферии. В дальнейшем для ссылки на эти четыре модели мы будем использовать обозначение PIC16F87X.

Рис. 10.1.Архитектура микроконтроллеров PICI6F874/77A

За исключением объемов различных областей памяти, ядра этих процессоров очень похожи на ядра остальных моделей среднего уровня, поскольку поддерживают набор из 33 команд, описанный в главе 5. Если сравнить структуру микроконтроллера PIC16F84, приведенную на Рис. 4.1 (стр. 89), со структурой микроконтроллеров, изображенной на Рис. 10.1, то можно заметить, что у последних имеется больше периферийных модулей. Разумеется, даже при наличии 40 выводов невозможно предоставить каждому периферийному устройству отдельные линии ввода/вывода для общения с внешним миром. Поэтому большинство выводов является разделяемым ресурсом. Например, вывод RA3 является 3-м битом порта А, но также может использоваться в качестве 3-го аналогового входа AN3 или даже как вход для подключения внешнего источника опорного напряжения V_ref+ для модуля аналого-цифрового преобразователя. В более миниатюрных микроконтроллерах, таких как 18-выводной PIC16F627[128] и 8-выводной PIC12F675, цоколевка которых приведена на Рис. 10.2, тоже имеются различные периферийные модули. Только в этом случае один и тот же вывод может использоваться несколькими модулями, что накладывает более серьезные ограничения на одновременное применение различных модулей в конкретном приложении. В моделях с малым числом выводов разработчик обычно может использовать внутренний тактовый генератор, а также исключить вход внешнего сброса для экономии драгоценных ресурсов (см. Табл. 10.2).

Рис. 10.2.Цоколевка некоторых моделей микроконтроллеров PIC

Все микроконтроллеры РIС обычно имеют номинальное напряжение питания V_DD = 5 В. Типичный представитель семейства PIC16F87X может работать на частотах до 20 МГц при напряжении питания 5 ±0.5 В. Если тактовая частота не превышает 16 МГц, то напряжение может быть снижено до 4 В. Многие представители семейства также имеют низковольтные исполнения. Например, микроконтроллер PIC16LF87X может работать на частотах до 10 МГц при напряжении 3…5.5 В, а при снижении частоты до 4 МГц напряжение питания может быть уменьшено до 2 В. А вот модели PIC12F629/675[129] даже в обычном исполнении могут работать при напряжении 2…5 В.

С точки зрения элементов схемы микроконтроллеры PIC являются обычными цифровыми микросхемами. Напряжение НИЗКОГО уровня на выводе, сконфигурированном как выход, не превышает значения V_DD = 0.6 В при втекающем токе до 8.5 мА в диапазоне температур -40…+85 °C. Вывод, установленный микроконтроллером в состояние ВЫСОКОГО уровня, может отдавать ток до 3 мА, при этом напряжение на нем будет не менее V_DD — 0.7 В, т. е. при V_DD = 5 В напряжение ВЫСОКОГО уровня V_ОН = 4.3 В.

Для вывода, сконфигурированного как вход, напряжение величиной, составляющей менее 15 % (для входов с триггером Шмитта — менее 20 %) от напряжения питания, будет восприниматься как напряжение НИЗКОГО уровня. Таким образом, при V_DD = 5 В входное напряжение НИЗКОГО уровня F_IL составит 0.75 В. За небольшим исключением[130], все выводы, функционирующие как входы, воспринимают напряжение величиной более 25 % (для входов с триггером Шмитта — более 80 %) от напряжения питания плюс 0.8 В как напряжение ВЫСОКОГО уровня, т. е. V_IH = 2 В при F_DD = 5 В.

В Табл. 10.1 приведены значения тока потребления рассматриваемых моделей микроконтроллеров при различных режимах работы.