PIC

Microchip

Микроконтроллеры семейства PICmicro фирмы "Microchip Technology Inc."

Микроконтроллеры Microchip радуют разнообразием предлагаемых возможностей. Это результат политики, сосредоточившей технологическое, производственные и маркетинговые разработки на выпуске 8-разрядных микроконтроллеров PIC16/17 (Peripheral Interface Controller), которые объединяют все передовые технологии микроконтроллеров: электрически программируемые пользователем ППЗУ, минимальное энергопотребление, высокую производительность, хорошо развитую RISC-архитектуру, функциональную законченность и минимальные размеры. Эта политика позволила фирме добиться лучшего показателя цена/производительность.

Микроконтроллеры PICmicro построены по RISC архитектуре. Reduced Instruction Set Code - обозначение процессора с сокращённым набором команд. Цель сокращения системы команд состоит в получении более компактных программ и ускорении их выполнения. Микроконтроллеры с RISC процессорами фирмы Microchip очень эффективны. Компактный код программы получается вследствие того, что все команды имеют размер в одно слово. Это предполагает, что все инструкции имеют одну длину и выбираются за один машинный цикл. В качестве примера отметим, что библиотека функций с плавающей запятой занимает 530 слов. Сокращённый набор команд предполагает быстрое обучение программиста. Однако следует отметить известный факт, что при изучении ассемблера микросхем PIC программистом, привыкшим к "обычной" системе команд (Intel, Zilog), возникают трудности, связанные с разительным отличием системы команд RISC.

Набор инструкций этих микроконтроллеров широкий , тщательно подобранный специально для задач управления. Гарвардская архитектура процессора, очередь команд, RISC набор команд - все это позволило добиться очень высокого быстродействия и получить очень компактный код. Все команды микроконтроллера, за исключением команд перехода, выполняются за один машинный цикл, который составляет 4 периода тактового генератора. Так, например, на тактовой частоте 20 МГц производительность микроконтроллеров достигает 5 MIPS.

Для иллюстрации скоростных возможностей микроконтроллеров PICmicro и компактности их программного кода приведем выдержки из сравнительного анализа, приведенного фирмой Microchip. В качестве тестовых программ использовались типичные для систем управления задачи: тестирование бита с ветвлением по нему, цикл по счетчику, побитный сдвиг байта, программная задержка. Сравнивались PIC16Cxx и микроконтроллеры фирм Motorola, Intel, National, Zilog и SGS-Thomson.

Результаты сравнительного анализа представлены в таблице:

	Microchip PIC16Cxx 20 МГц	National COP800 20 МГц	*Motorola MC68HC05 4.2 МГц*	Zilog Z86Cxx 12 МГц	*Intel 8051 20 МГц*	SGS-Thomson ST62 8 МГц
Относительный размер кодов	1.00	1.29	2.24	1.51	1.55	2.1
Скорость выполнения	1.00	0.11	0.14	0.21	0.3	0.05

Рис.1. Диаграмма относительного размера кода программ микроконтроллеров различных производителей.

Рис.2. Диаграмма скорости выполнения кода в микроконтроллерах различных фирм. (Ось Y - относительная скорость выполнения инструкций, скорость для процессора PIC фирмы Microchip принята за 1.)

Все микроконтроллеры PICmicro имеют расположенную на кристалле кодовую память. Большинство микроконтроллеров снабжено дешевой однократно программируемой (OTP) памятью. Большое значение фирма Microchip уделяет именно OTP памяти, расположенной на кристалле микроконтроллера. Применение OTP памяти в сравнение с масочной дает массу преимуществ микроконтроллерам семейства: изделия на базе PICmicro становятся гибкими, легко модифицируется коды программ под требования конечного пользователя, экономически выгодным становится выпуск изделий мелкими сериями, уменьшается время на разработку изделий. Политика фирмы заключается в приближении цены микроконтроллеров с OTP память к микроконтроллерам с масочной памятью. Наряду с OTP кодовой памятью Microchip выпускает и микроконтроллеры с масочной памятью, а также перепрограммируемой памятью с ультрафиолетовым стиранием и FLASH памятью.

Микроконтроллеры PICmicro работают в очень широком диапазоне частот - 0...33 MHz и имеют несколько режимов встроенного тактового генератора, который позволяет работать на частотах от 32 kHz до 33 MHz.

Микроконтроллеры не требуют традиционных внешних цепей для формирования сигнала сброса. Они вырабатывают его автоматически при включении питания или при подаче внешнего сигнала сброса.

Процессоры семейства PICmicro работают в очень широком диапазоне питающих напряжений, у некоторых образцов питание может изменятся в пределах от 2.0 до 6.0 Вольт. Микроконтроллеры характеризуются и очень низкими токами потребления. Так, например, PIC16C5x на частоте 32 kHz потребляет 12 мкА, на частоте 4 MHz - 2 мА, на частоте 20 MHz - 9 мА. В режиме пониженного энергопотребления потребление уменьшается до 0.25 мкА.

Семейство PICmicro подразделяется на четыре подсемейства:

PIC16C5x - базовое (Base-Line) семейство с 12-битной архитектурой - семейство малых по размерам и дешёвых микросхем, предназначенных для решения не очень сложных задач. Семейство характеризуется 12-битным словом команд и двух уровневой глубиной стека. Максимальная скорость выполнения команд - 5 MIPS на частоте 20 MHz. Система команд включает в себя 33 однословные инструкции. В качестве периферии микроконтроллеры семейства имеют ОЗУ, двунаправленные порты ввода/вывода, один восьми битный и сторожевой таймеры. Это самые простые и дешевые микроконтроллеры семейства PICmicro. Микроконтроллеры этого семейства выполнены в 18, 20 и 28 выводных корпусах, причем предлагаются не только корпуса DIP, но и миниатюрные корпуса SOIC и SSOP. Работа при низком напряжении питания (допускается напряжение до 2.0 В) делает эти микроконтроллеры идеальными для работы в изделиях с питанием от батарей.

PIC16Cxx - среднее (Mid-Range) семейство с 14-битной архитектурой - семейство универсальных микроконтроллеров с хорошей производительностью и богатым ассортиментом функциональных возможностей. Среднее семейство PICmicro является развитием базового и характеризуется модифицированным ядром процессора. Это семейство является самым многочисленным представителем PICmicro, ему свойственна самая разнообразная номенклатура корпусов и периферии. Среднее семейство имеет 14-битную ширину инструкции, контроллер прерываний и глубокий 8 уровневый стек. Максимальная скорость выполнения команд - 5 MIPS на частоте 20 MHz. Система команд включает в себя 35 однословных инструкции. В качестве периферии микроконтроллеры этого семейства имеют: ОЗУ (до 384 байт), двунаправленные порты ввода/вывода с током нагрузки до 25 мА, таймеры-счетчики, компараторы, 8-битные АЦП, последовательные каналы (I2C, SPI, USART), устройства выборки и сравнения, ШИМ, контроллер ЖКИ, параллельный порт, программируемые источники опорного напряжения, сторожевой таймер и т.д. Микроконтроллеры семейства выполнены в 18, 20, 28, 40, 44 выводных корпусах, типы корпусов - DIP, SOIC, SSOP, LCC, QFP. Допускается широкий диапазон питающих напряжений с нижней границей напряжения - 2.0 В.

PIC17Cxx - старшее (High-End) семейство c 16-битной архитектурой - высокопроизводительные процессоры, оснащённые периферийными устройствами для решения любых задач управления. Здесь можно найти такие возможности как АЦП и ЦАП на кристалле, а также многообразие аппаратных интерфейсы с периферией. Старшее семейство PICmicro является самым быстрым семейством PICmicro. Это семейство имеет наиболее развитую архитектуру ядра процессора и характеризуется расширенным словом инструкции (16 бит), расширенным набором команд, мощным контроллером прерываний, 16 уровневой глубиной стека. Тактовая частота старшего семейства достигает 33 MHz, максимальная производительность на этой частоте составляет 8 MIPS. Контроллеры этого семейства снабжены внутренним 8х8 аппаратным умножителем, позволяющим выполнять инструкции байтного умножения всего за один машинный цикл. PIC17Cxx единственные среди номенклатуры PICmicro, способные работать с внешней памятью программ/данных. Объем внешней памяти может достигать 128 кБайт. Количество инструкций старшего семейства достигает 58 и характеризуется большим разнообразием. В качестве периферии микроконтроллеры этого семейства имеют: ОЗУ от 232 до 902 байт, двунаправленные порты ввода/вывода с максимальным током нагрузки до 60 мА, 10-битное многоканальное АЦП, счетчики-таймеры, последовательные каналы (USART, I2C, SPI), а также устройства выборки, сторожевой таймер. Микроконтроллеры семейства выполнены в 40, 44, 64 и 68 выводных корпусах, типы корпусов - DIP, LCC, QFP. Допускается широкий диапазон питающих напряжений с нижней границей напряжения - 2.5 В.

PIC12Cxx - семейство в восьми выводных корпусах с 12/14-битной архитектурой. Семейство PIC12Cxx является уникальным 8-битным семейством микроконтроллеров, упакованных в 8 выводные корпуса. Microchip предлагает эти микросхемы в DIP и SOIC корпусах. Микроконтроллеры этого семейства имеют 12- и 14-битную ширину слова инструкции. Максимальная тактовая частота семейства - 10 MHz, производительность на этой частоте достигает 2.5 MIPS. В качестве периферии микроконтроллеры имеют ОЗУ, до шести портов ввода/вывода, 8-битный АЦП. Допускается широкий диапазон питающих напряжений, с понижением питания до 2.5 В. Микросхемы PIC12Cхх являются очень дешевыми изделиями и могут оказывать серьезную конкуренцию 4-битным микроконтроллерам.