Разработка и описание работы устройства на PIC-контроллере (стр. 4 из 5)

Слово конфигурации CPU

Слово конфигурации расположено по адресу 2007h. Этот адрес находится за пределами пользовательской памяти программ и входит в состав специального адресного пространства (2000h - 3FFFh), которое доступно только для программатора во время программирования. Слово конфигурации содержит 14 бит.

bit 13-4 СР - бит защиты программного кода

1 = защита отключена

0 = защита установлена

bit 3 PWRTE - бит разрешения задержки при включении питания

1 = задержка отключена

0 = задержка включена

bit 2 WDTE - бит включения сторожевого таймера

1 = сторожевой таймер включен

0 = сторожевой таймер выключен

bit 1-0 FOSC1-FOSC0 - бит выбора режима тактового генератора

11= RC-генератор

10 = HS резонатор

01 = XT резонатор

00 = LP резонатор

Обозначения резонаторов в данном случае следующие: XT - стандартный кварцевый или керамический резонатор 4МГц, LP - низкочастотный (обычно часовой, 32768Гц) резонатор для экономичных приложений, HS - высокочастотный кварцевый резонатор 10МГц, RC - генератор на основе внешней RC-цепочки.

Внешние источники тактовой частоты.

Микроконтроллеры PIC16F84 не имеют встроенного тактового генератора, работающего без внешних элементов. Для тактирования необходим либо кварцевый резонатор, либо независимый тактовый генератор.

Рисунок 3.5 - Схема подключения кварцевого резонатора

Для нормальной работы собственного генератора требуется кварц, работающий на частоте параллельного резонанса.

Таблица 3.5 - Значения емкостей С1 и С2 для кварцевых резонаторов

Режим	Частота	С1,С2
LP	32 кГц200 кГц	68-100пФ15-ЗЗпФ
XT	100 кГц2.0 МГц4.0 МГц	100-150 пФ15 - 33 пФ15-ЗЗпФ
HS	8.0 МГц10. 0 МГц	15-ЗЗпФ15-ЗЗпФ

При напряжении питания больше 4,5 В изготовитель рекомендует применять конденсаторы со значениями С1 = С2 = 30 пФ.

Рисунок 3.6 - Схема подключения внешнего генератора

При использовании независимого внешнего генератора, его схема может быть любой. Выход генератора подключается к выводу OSC1, вывод OSC2 обязательно должен остаться свободным, в противном случае контроллер может выйти из строя. Контроллер в этом случае настраивается в режим XT, LP или HS.

Если приложение некритично к величине и стабильности тактовой частоты, можно применить недорогой RC-генератор. Резистор и конденсатор являются внешними элементами.

Рекомендуемый номинал резистора лежит в пределах от 5 кОм до 100 кОм. При использовании резистора менее 4 кОм генерация может быть нестабильной или вообще не возникнет. При слишком большом номинале, порядка 1 МОм и выше, на работу генератора начинают влиять внешние наводки и шумы схемы, а также монтажная емкость и влажность платы. Несмотря на то, что генератор может работать вообще без внешнего конденсатора, рекомендуется применять конденсатор с емкостью порядка 20 пФ для увеличения стабильности и помехоустойчивости генератора.

Рисунок 3.7 - Схема внешнею RC-генератора

Частота тактового генератора зависит от мигающего напряжения, номиналов резистора и конденсатора и варьируется от кристалла к кристаллу.

В режиме RC с вывода OSC2/CLKOUT можно снимать импульсы с частотой одна четвертая от тактовой и использовать эти импульсы для тактирования или синхронизации остальной схемы.

Когда контроллер настроен в режим RC, на его вывод OSC1/CLKIN нельзя подавать импульсы от внешнего генератора, так как можно вывести кристалл из строя.

Организация сброса.

Для PIC16F84 доступны следующие пять вариантов сброса:

- Сброс по включению питания

- Сброс по входу MCLR во время нормальной работы

- Сброс по входу MCLR в режиме SLEEP

- Сброс по переполнению сторожевого таймера (WDT) во время нормальной работы

- Сброс по переполнению сторожевого таймера (WDT) в режиме SLEEP

Если питающее напряжение при включении устанавливается достаточно быстро, не дольше, чем за 70мс, то можно обойтись без внешней цепи сброса и подключить вывод MCLR непосредственно к плюсовой шине питания. При достижении питающим напряжением уровня 1.2-1.7V сформируется внутренний сигнал сброса и начнется отсчет времени задержки сброса специальным внутренним таймером PWRT (Power-up timer). За это время питающее напряжение должно подняться до нормального рабочего уровня. Таймер PWRT работает от независимого встроенного RC-генератора, время задержки равняется примерно 72мс и может несколько изменяться от кристалла к кристаллу, а также в зависимости от температуры. После окончания задержки таймера PWRT включается таймер запуска основного тактового генератора, но он тактируется непосредственно от этого генератора и отсчитывает 1024 импульса.

Таймер PWRT может быть включен или выключен изменением бита PWRTE в слове конфигурации.

Если питающее напряжение нарастает медленно, может понадобиться внешняя цепь сброса.

Рисунок 3.8 - Внешняя цепь сброса

Организация прерываний

Микроконтроллеры PIC16F84 имеют четыре источника прерываний:

- Внешнее по входу RB0/INT

- Внешнее по изменению состояния одной из линий RB4-RB7 порта В

- Внутреннее по переполнению таймера/счетчика TMR0

- Внутреннее по окончанию записи в EEPROM.

Для каждого из прерываний 1, 2 и 3 существует свой флаг-бит в регистре INTCON, сигнализирующий о поступлении конкретного вида запроса. Для прерывания 4 флаг-бит хранится в регистре EECON1. Анализируя эти биты подпрограмма обработки прерываний, начинающаяся с адреса 0004h, определяет источник прерывания. Кроме этого, в регистре INTCON содержится бит глобального запрета прерываний GIE и биты индивидуального запрета каждого прерывания. Когда бит GIE сброшен, все прерывания запрещены. При включении питания бит GIE по умолчанию сброшен.

Когда поступает прерывание, бит GIE сбрасывается, чтобы не допустить возникновения нового прерывания (поскольку у микроконтроллера PIC16F84 существует только один вектор прерывания), адрес возврата загружается в стек, а в программный счетчик загружается адрес-вектор 0004h. Инструкция возврата из подпрограммы обработки прерывания RETFIE устанавливает бит GIE в единицу, тем самым разрешая прерывания.

Обработка запроса внешнего прерывания может занимать три или четыре командных цикла процессора, в зависимости от того, в какой момент времени обнаружен запрос.

Все флаг-биты прерываний должны быть сброшены программно до того, как прерывания вновь будут разрешены установкой бита GIE. В противном случае может произойти повторный вход в прерывание и зацикливание программы. Также следует помнить, что флаг-биты прерываний устанавливаются в соответствии с прерывающими событиями независимо от того, замаскированы эти прерывания, или нет. Игнорирование этих фактов приводит к достаточно распространенным ошибкам программирования, которые могут проявить себя не сразу.

Энергосберегающий режим SLEEP.

Микроконтроллер переводится в режим SLEEP при выполнении специальной команды SLEEP. Если сторожевой таймер включен, то он обнуляется и начинает отсчет задержки заново. В регистре STATUS сбрасывается бит PD и устанавливается бит ТО. Тактовый генератор отключается. Выводы портов сохраняют состояние, которое было непосредственно перед исполнением команды SLEEP.

Пробуждение из режима SLEEP.

Процессор может быть выведен из режима SLEEP тремя различными способами:

- внешним сбросом по входу MCLR;

- при переполнении сторожевого таймера (если он включен);

- прерыванием по входу RB0/INT, по изменению состояния входов RB4-RB7 или по окончанию записи в EEPROM.

Событие 1 приводит к сбросу процессора и исполнению программы с начального адреса. Два остальных события приводят к продолжению исполнения программы. Во время исполнения команды SLEEP процессор загружает в буфер команд следующую команду (РС+1). Чтобы контроллер вышел из режима SLEEP по прерыванию, оно должно быть разрешено соответствующими битами.

Порядок пробуждения по прерыванию зависит от состояния бита GIE. Если этот бит сброшен, то после пробуждения выполняется команда, следующая за командой SLEEP (и уже загруженная в буфер) и далее по порядку. Если бит GIE установлен в 1, то сначала исполняется команда, загруженная в буфер, а затем процессор переходит на адрес-вектор прерывания 0004h. Если исполнение команды, следующей за SLEEP, при выходе по прерыванию нежелательно, то сразу после команды SLEEP должна следовать команда NOP.

Система команд

Каждая команда контроллера PIC16F84 представляет собой 14-битное слово, состоящее из кода команды (OPCODE) и одного или нескольких операндов.

f - Адрес специального регистра или регистра пользователя. Диапазон значений от 0x00 до 0x7F. Фирменный ассемблер допускает применять вместо цифровых значений непосредственно имена регистров, определенные ранее.

W - Рабочий регистр (аккумулятор)

b - Битовый адрес, используемый с 8-битным регистром, и указывающий внутри регистра на бит, с которым выполняется битовая операция. В ассемблерном тексте обозначает константу, представленную в двоичном счислении.

k - Литерал, константа или метка.

d - Указатель приемника результата операции. Если d=0, результат сохраняется в W, если d= 1, результат сохраняется в регистре, объявленном в команде. По умолчанию d=l. Никакой другой регистр, кроме используемого в операции, не может быть назначен приемником. Фирменный ассемблер для большей наглядности допускает применять вместо значений 0 и 1 соответственно символы w и f.

Таблица 3.6 - Система команд микроконтроллера PIC16F84