Описание структуры системы

2. Описание структуры системы

После определения входов и выходов устройства разработана структурная схема устройства.

Структурная схема регулятора температуры для аквариума показана на Рис. 1.

Датчики

Тены Оптопары

 

Жидкокрислаллический индикатор

Сеть

Рис.1. Структурная схема регулятора температуры для аквариума

3. Описание ресурсов МК PIC16F84А

В курсовом проекте был выбран однокристальный 8-разрядный Flash CMOS микроконтроллер PIC16F84А.

PIC16F84А - это 8-pазpядные микpоконтpоллеpы с RISC аpхитектуpой, пpоизводимые фиpмой Microchip Technology. Это семейство микpоконтpоллеpов отличается низкой ценой, низким энеpгопотpеблением и высокой скоpостью. Микpоконтpоллеpы имеют встpоенное ЭППЗУ пpогpаммы, ОЗУ данных и выпускаются в 18 и 28 выводных коpпусах.

Микpоконтpоллеpы семейства PIC имеют очень эффективную систему команд, состоящую всего из 35 инстpукций. Все инстpукции выполняются за один цикл, за исключением условных пеpеходов и команд, изменяющих пpогpаммный счетчик, котоpые выполняются за 2 цикла. Один цикл выполнения инстpукции состоит из 4 пеpиодов тактовой частоты. Таким обpазом, пpи частоте 4 МГц, вpемя выполнения инстpукции составляет 1 мксек. Каждая инстpукция состоит из 14 бит, делящихся на код опеpации и опеpанд (возможна манипуляция с pегистpами, ячейками памяти и непосpедственными данными).

Высокая скоpость выполнения команд в PIC достигается за счет использования двухшинной Гаpваpдской аpхитектуpы вместо тpадиционной одношинной Фон-Hеймановской. Гаpваpдская аpхитектуpа основывается на набоpе pегистpов с pазделенными шинами и адpесным пpостpанством для команд и для данных. Hабоp pегистpов означает, что все пpогpаммные объекты, такие как поpты ввода/вывода, ячейки памяти и таймеp, пpедставляют собой физически pеализоваенные аппаpатные pегистpы. Использование Гаpваpдской аpхитектуpы позволяет достичь высокой скоpости выполнения битовых, байтовых и pегистpовых опеpаций. Кpоме того, Гаpвадская аpхитектуpа допускает конвейеpное выполнение инстpукций, когда одновpеменно выполняется текущая инстpукция и считывается следующая. В тpадиционной же Фон-Hеймановской аpхитектуpе команды и данные пеpедаются чеpез одну pазделяемую или мультиплексиpуемую шину, тем самым огpаничивая возможности конвейеpизации, внутpенние физические и логические компоненты, из котоpых состоит PIC16FXX аналогичны любому дpугому микpоконтpоллеpу Гаpваpдская аpхитектуpа и большая pазpядность команды позволяют сделать код для PIC значительно более компактным, чем для дpугих микpоконтpоллеpов и существенно повысить скоpость выполнения пpогpамм.

PIC16F84A имеют встроенные устройства, присущие большинству прикладных систем, что позволяет снизить стоимость, потребляемую мощность и увеличить надежность конечного устройства. Например, встроенная схема сброса и запуска генератора позволяют избавиться от внешних RC схем. Предлагается четыре типа встроенных генераторов на выбор, включая экономичный LP (Low Power) и дешевый RC генераторы. Экономичный режим SLEEP, Watchdog таймер и устройство защиты кода программы снижают стоимость и увеличивают мощность плюс надежность вашей системы.

Микросхемы с ультрафиолетовым стиранием идеальны для процесса отработки программы. Одновременно существуют однократно программируемые (OTP) кристаллы. Здесь разработчик может извлечь полное преимущество из сочетания низкой цены и гибкости OTP версий.

Разработка на базе контроллеров PIC16C5X поддерживается ассемблером, программным симуляторомэмулятором (только фирмы Microchip) и программатором. Существуют все эти средства для IBM , внутрисхемным PC и совместимых компьютеров.

Серия PIC16F84A подходит для широкого спектра приложений от схем высокоскоростного управления автомобильными и электрическими двигателями до экономичных удаленных приемопередатчиков, показывающих приборов и связных процессоров. Наличие ПЗУ позволяет подстраивать параметры в прикладных программах (коды передатчика, скорости двигателя, частоты приемника и т.д.). Малые размеры корпусов, как для обычного, так и для поверхностного монтажа, делает эту серию микроконтроллеров пригодной для портативных приложений. Низкая цена, экономичность, быстродействие, простота использования и гибкость ввода/вывода делает серию PIC16F84A привлекательной даже в тех областях, где ранее не применялись микроконтроллеры. Например, таймеры, замена жесткой логики в больших системах, сопроцессоры.

Устройства серии PIC16F84A имеют большой выбор ПЗУ и ОЗУ разных размеров, разное количество линий ввода/вывода, различные виды возбуждения генераторов, разную скорость, климатику и типы корпусов. Из четырех кристаллов PIC16F84A можно выбрать устройство с подходящими ПЗУ/ОЗУ и конфигурацией ввода/вывода.

Устройства с ультрафиолетовым стиранием удобно использовать в прототипных и опытных партиях. Конфигурация генератора ("RC", "XT", "HS", "LP") программируется самим пользователем на UF EPROM. При UF стирании или по умолчанию устанавливается тип "RC". В зависимости от выбранного типа генератора и частоты, рабочее напряжение питания должно быть в том же диапазоне, что будет и в будущем устройстве на OTP кристалле (если OTP предполагается использовать).

Тип генератора кристаллах OTP устанавливается на заводе и они тестируются только для этой специальной конфигурации, включая напряжение, частоту и ток потребления, см. Маркировка. Устройства выпускаются с чистым EPROM, что позволяет пользователю самому программировать их. Кроме того, можно отключить Watchdog таймер и/или защитy кода путем программирования битов в специальном EPROM. Также доступны 16 бит для записи кода идентификации (ID).

Обзор характеристик.

- только 33 простых команды;

- все команды выполняются за один цикл(200ns), кроме команд перехода- 2

цикла;

- рабочая частота 0 Гц ... 20 МГц(200 нс цикл команды)

- 12- битовые команды;

- 8- битовые данные;

- 512 ... 2К х 12 программной памяти на кристалле EPROM;

- 25 ... 72 х 8 регистров общего использования;

- 7 специальных аппаратных регистров SFR;

- двухуровневый аппаратный стек;

- прямая, косвенная и относительная адресация данных и команд;

Периферия и Ввод/Вывод

- 12 ... 20 линий ввода-вывода с индивидуальной настройкой;

- 8 - битный таймер/счетчик RTCC с 8-битным программируемым

предварительным делителем;

- автоматический сброс при включении;

- таймер запуска генератора;

- Watchdog таймер WDT с собственным встроенным генератором, обеспечивающим повышенную надежность;

- EPROM бит секретности для защиты кода;

- экономичный режим SLEEP;

- программируемые EPROM биты для установки режима возбуждения встроенного генератора:

- RC генератор : RC

- обычный кварцевый резонатор : XT

- высокочастотный кварцевый резонатор : HS

- экономичный низкочастотный кристалл : LP

КМОП технология

- экономичная высокоскоростная КМОП EPROM технология;

- статический принцип в архитектуре;

- широкий диапазон напряжений питания:

- коммерческий: 2.5 ... 6.25 В

- промышленный: 2.5 ... 6.25 В

- автомобильный: 2.5 ... 6.0 В

- низкое потребление

20 mA типично для 6В, 20МГц

2 мА типично для 5В, 4МГц

15 мкА типично для 3В, 32КГц

3  мкА типично для SLEEP режима при 3В, 0 ... 70 С

Структурная схема микроконтроллера

Структурная схема микроконтроллера РIС16F84A изображена на рис

. 2.

Рис. 2. Структурная схема микроконтроллера РIС16F84A

Расположение выводов

Расположение выводов микроконтроллера РIС16F84A изображено на рис. 3.

Рис. 3. Расположение выводов микроконтроллера РIС16F84A

Исполнение микроконтроллера

Микроконтроллер выпускается в двух видах корпусов.

Расположение выводов и конструктивные размеры различных корпусов приведены на Рис. 4 и Рис.5.

Рис. 4. Конструктивные размеры микроконтроллера РIС16F84A

(исполнение 1)

Рис. 5. Конструктивные размеры микроконтроллера РIС16F84A

(исполнение 2)