Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
Опубликован: 25.07.2003 | Доступ: свободный | Студентов: 9621 / 2103 | Оценка: 4.44 / 4.22 | Длительность: 18:11:00
ISBN: 978-5-9556-0082-6
Специальности: Разработчик аппаратуры
Лекция 10:

Специальные функции и система команд микроконтроллеров серии PIC

< Лекция 9 || Лекция 10: 123 || Лекция 11 >
Аннотация: В этой лекции рассказывается о специальных функциях, предназначенных для расширения возможностей системы на основе PIC-микроконтроллеров и повышения ее надежности, а также рассматриваются особенности системы команд микроконтроллеров подгруппы PIC16F8X.

5.2.13. Специальные функции

Микроконтроллеры подгруппы PIC16F8X имеют набор специальных функций, предназначенных для расширения возможностей системы, минимизации стоимости, исключения навесных компонентов, обеспечения минимального энергопотребления и защиты кода от считывания. В PIC16F8X реализованы следующие специальные функции:

  • сброс ;
  • сторожевой таймер ( WDT );
  • режим пониженного энергопотребления ( SLEEP );
  • выбор типа генератора ;
  • защита кода от считывания;
  • биты идентификации;
  • последовательное программирование в составе схемы.

В PIC16F8X существуют различия между вариантами сбросов:

  • сброс по включению питания;
  • сброс по внешнему сигналу /MCLR при нормальной работе;
  • сброс по внешнему сигналу /MCLR в режиме SLEEP ;
  • сброс по окончании задержки таймера WDT при нормальной работе;
  • сброс по окончании задержки таймера WDT в режиме SLEEP.

Для реализации сброса по включению питания в МК подгруппы PIC16F8X предусмотрен встроенный детектор включения питания. Таймер установления питания ( PWRT ) начинает отсчет времени после того, как напряжение питания пересекает уровень около 1,2…1,8 Вольт. По истечении выдержки около 72мс считается, что напряжение достигло номинала и запускается другой таймер – таймер запуска генератора ( OST ), формирующий выдержку на стабилизацию кварцевого генератора. Программируемый бит конфигурации позволяет разрешать или запрещать выдержку от встроенного таймера установления питания. Выдержка запуска меняется в зависимости от экземпляров кристалла, от питания и температуры. Таймер на стабилизацию генератора отсчитывает 1024 импульса от начавшего работу генератора. Считается, что кварцевый генератор за это время выходит на режим. При использовании RC   генераторов выдержка на стабилизацию не производится.

Если сигнал /MCLR удерживается в низком состоянии достаточно долго (дольше времени всех задержек), тогда после перехода /MCLR в высокое состояние программа начнет выполняться немедленно. Это необходимо в тех случаях, когда требуется синхронно запустить в работу несколько PIC-контроллеров через общий для всех сигнал /MCLR.

Микроконтроллеры подгруппы PIC16F8X имеют встроенный сторожевой таймер   WDT. Для большей надежности он работает от собственного внутреннего RC - генератора и продолжает функционировать, даже если основной генератор остановлен, как это бывает при исполнении команды SLEEP. Таймер вырабатывает сигнал сброса. Выработка таких сбросов может быть запрещена путем записи нуля в специальный бит конфигурации   WDTE. Эту операцию производят на этапе прожига микросхем.

Номинальная выдержка WDT составляет 18 мс (без использования делителя). Она зависит от температуры, напряжения питания, особенностей типов микросхем. Если требуются большие задержки, то к WDT может быть подключен встроенный пределитель с коэффициентом деления до 1:128, который программируется битами PS2:PS0 в регистре OPTION. В результате могут быть реализованы выдержки до 2,3 секунд.

Команды " CLRWDT " и " SLEEP " обнуляют WDT и пределитель, если он подключен к WDT. Это запускает выдержку времени сначала и предотвращает на некоторое время выработку сигнала сброса. Если сигнал сброса от WDT все же произошел, то одновременно обнуляется бит /TO в регистре статуса. В приложениях с высоким уровнем помех содержимое регистра OPTION подвержено сбою. Поэтому регистр OPTION должен обновляться через равные промежутки времени.

Состояние регистров МК после сброса представлено в табл. 5.7.

Некоторые из специальных регистров при сбросе не инициализируются. Они имеют случайное состояние при включении питания и не изменяются при иных видах сброса. Другая часть специальных регистров инициализируется в "состояние сброса " при всех видах сброса, кроме сброса по окончанию задержки таймера WDT в режиме SLEEP. Просто этот сброс рассматривается как временная задержка в нормальной работе. Есть еще несколько исключений. Счетчик команд всегда сбрасывается в ноль ( 0000h ). Биты регистра статуса /TO и /PD устанавливаются или сбрасываются в зависимости от варианта сброса. Эти биты используются программой для определения природы сброса (см. табл. 5.3).

Таблица 5.7. Состояние регистров МК после сброса.
Регистр Адрес Сброс по включению Другие виды питания сброса
W - xxxx xxxx uuuu uuuu
INDF 00h —— —— —— ——
TMR0 01h xxxx xxxx uuuu uuuu
PCL 02h 0000 0000 0000 0000
STATUS 03h 0001 1xxx 000q quuu
FSR 04h xxxx xxxx uuuu uuuu
PORT A 05h —x xxxx —u uuuu
PORT B 06h xxxx xxxx uuuu uuuu
TRIS A 85h —1 1111 —1 1111
TRIS B 86h 1111 1111 1111 1111
OPTION 81h 1111 1111 1111 1111
EEDATA 08h xxxx xxxx uuuu uuuu
EEADR 09h xxxx xxxx uuuu uuuu
EECON1 88h —0 0000 —0 q000
EECON2 89h —— —— —— ——
PCLATH 0Ah —0 0000 —0 0000
INTCON 0Bh 0000 000x 0000 000u
Здесь: x — неизвестное значение; u — неизменяемый бит; "–" — неиспользуемый бит (читается как "0"); q — значение бита зависит от условий сброса.

Режим пониженного энергопотребления SLEEP предназначен для обеспечения очень малого тока потребления в ожидании (менее 1 мкА при выключенном сторожевом таймере ). Выход из режима SLEEP возможен по внешнему сигналу сброса или по окончании выдержки сторожевого таймера.

Кристаллы PIC16F8X могут работать с четырьмя типами встроенных генераторов. Пользователь может запрограммировать два конфигурационных бита ( FOSC1 и FOSC0 ) для выбора одного из четырех режимов: RC, LP, XT, HS. Здесь XT – стандартный кварцевый генератор, HS – высокочастотный кварцевый генератор, LP – низкочастотный генератор для экономичных приложений. Микроконтроллеры PIC16F8X могут тактироваться и от внешних источников.

Генератор, построенный на кварцевых или керамических резонаторах, требует периода стабилизации после включения питания. Для этого встроенный таймер запуска генератора держит устройство в состоянии сброса примерно 18 мс после того, как сигнал на /MCLR ножке кристалла достигнет уровня логической единицы.

Возможность выбора типа генератора позволяет эффективно использовать микроконтроллеры семейства в различных приложениях. Применение RC   генератора позволяет уменьшить стоимость системы, а низкочастотный LP - генератор сокращает энергопотребление.

Программный код, который записан в кристалл, может быть защищен от считывания при помощи установки бита защиты ( CP ) в слове конфигурации в ноль. Содержимое программы не может быть прочитано так, чтобы с ним можно было работать. Кроме того, при установленном бите защиты невозможно изменять программу. То же относится и к содержимому памяти данных EEPROM.

Если установлена защита, то бит CP можно стереть только вместе с содержимым кристалла. Сначала будет стерта EEPROM программная память и память данных, и в последнюю очередь – бит защиты кода CP. При считывании защищенного кристалла чтение любого адреса памяти даст результат вида 0000000XXXXXXX(двоичный код), где X – это 0 или 1.

Память данных EEPROM невозможно проверить после установки бита защиты.

Для выбора различных режимов работы используются биты конфигурации. Микроконтроллеры подгруппы PIC16F8X имеют 5 или 6 бит конфигурации, которые хранятся в EEPROM и устанавливаются на этапе программирования кристалла. Эти биты могут быть запрограммированы (читается как "0") или оставлены незапрограммированными (читается "1") для выбора подходящего варианта конфигурации устройства. Они расположены в EEPROM -памяти по адресу 2007h. Пользователю следует помнить, что этот адрес находится ниже области кодов и недоступен программе.

Назначение бит конфигурации МК PIC16CR83 и PIC16CR84 приведено в табл. 5.8.

Таблица 5.8. Назначение бит конфигурации МК PIC16CR83 и PIC16CR84.
R-u R/P-u R-u R-u R-u R-u R-u
CP DP CP /PWRTE WDTE FOSC1 FOSC0
Бит 13:8 Бит 7 Бит 6:4 Бит 3 Бит 2 Бит 1 Бит 0

Биты 13:8 CP: бит защиты памяти программ

0 = память программ защищена

1 = защита отсутствует

Бит 7 DP: бит защиты памяти данных

0 = память данных защищена

1 = защита отсутствует

Биты 6:4 CP: бит защиты памяти программ

0 = память программ защищена

1 = защита отсутствует

Бит 3 /PWRTE: бит использования таймера по включению питания

0 = таймер используется (есть задержка)

1 = таймер не используется

Бит 2: WDTE: бит использования сторожевого таймера

0 = WDT не используется

1 = WDT используется

Биты 1:0 FOSC1: FOSC0: бит выбора типа генератора

11 = генератор RC

10 = генератор HS

01 = генератор XT

00 = генератор LP

Здесь: P — программируемый бит; – n = значение по сбросу после включения питания.

Назначение бит конфигурации МК PIC16F83 и PIC16F84 приведено в табл. 5.9.

Таблица 5.9. Назначение бит конфигурации МК PIC15F83 и PIC16F84.
R-u R-u R-u R-u R-u
CP /PWRTE WDTE FOSC1 FOSC0
Бит 13:4 Бит 3 Бит 2 Бит 1 Бит 0

Биты 13:4 CP: бит защиты памяти программ

0 = память программ защищена

1 = защита отсутствует

Бит 3 /PWRTE: бит использования таймера по включению питания

0 = таймер используется (есть задержка)

1 = таймер не используется

Бит 2: WDTE: бит использования сторожевого таймера

0 = WDT не используется

1 = WDT используется

Биты 1:0 FOSC1: FOSC0: бит выбора типа генератора

11 = генератор RC

10 = генератор HS

01 = генератор XT

00 = генератор LP

Четыре слова памяти, расположенные по адресам 2000h-2003h, предназначены для хранения идентификационного кода ( ID ) пользователя, контрольной суммы или другой информации. Как и слово конфигурации, они могут быть прочитаны или записаны только с помощью программатора. Доступа из программы к ним нет.

Микроконтроллеры подгруппы PIC16F8X могут быть запрограммированы последовательным способом в составе устройства. Для этого используется всего пять линий: две для данных и тактового сигнала и три для земли, напряжения питания и программирующего напряжения. Разработчик может создать и смакетировать устройство с незапрограммированным прибором, а перед использованием ввести в него программу.

< Лекция 9 || Лекция 10: 123 || Лекция 11 >
Татьяна Фёдорова
Татьяна Фёдорова
Виктор Радкевич
Виктор Радкевич

Ответил на все тесты и сдал экзамен по курсу "Основы микропроцессорной техники". Результаты на сайе в зачетке не отображаются. Синхронизацию выполнял. 

Александр Сивков
Александр Сивков
Россия, Екатеринбург
нина забнина
нина забнина
Россия