Microcontroladores PIC
Arquitectura de los
microcontroladores PIC
• Los PIC siguen la arquitectura Hardvard
(Mark I)
– memoria de datos separada de la memoria
de programas
• dos tamaños de palabra:
– Palabra de datos
– Palabra de instrucción
– Conjunto reducido de instrucciones (RISC)
Arquitectura Harvard
• Palabra de instrucción larga:
– formato que permite incorporar en una única
instrucción todos los campos necesarios (importante:
suficiente espacio para los bits de dirección)
• Una única palabra por instrucción.
– Decodificación más sencilla. (un único ciclo)
• Pipeline de ejecución.(2 etapas)
– Solapa la búsqueda de instrucción con la ejecución
• Salvo en las instrucciones de salto.
• Conjunto de instrucciones reducido.
• Arquitectura de registros. Conjunto de
instrucciones ortogonal.
Esquema de reloj/ciclo de
instrucción
Internamente, el reloj de entrada es dividido por cuatro.
Un ciclo de instrucción equivale a cuatro periodos del reloj de entrada.
En Q1, se lee la siguiente instrucción y en Q4 es almacenada en el
registro
En el siguiente ciclo es ejecutada.
ejecución
La importancia de conocer el ciclo de ejecuciónde instrucciones en un
micro controlador estriba en que en ocasiones es necesario calcular de
forma precisa el tiempo de ejecución de los bucles para actuar en tiempo
real
Familia de microcontroladores de 8
bits
• Entre los productos que ofrece Microchip está la
familia de microcontroladores de 8 bits
– Se refiere al tamaño de la palabra de datos que
maneja
• Esta familia está subcategorizada por el tamaño
de palabra de instrucción, que se corresponde
con las capacidades ofrecidas por el
microcontrolador correspondiente.
– Gama Baja: palabra de instrucción 12 bits
– Gama Media: Palabra de instrucción 14 bits
– Gama Alta: Palabra de instrucción 16 bits
Gama baja
• La componen los modelos de las familias
– PIC10F (empaquetado de 6 pines)
– Algunos elementos de las familias PIC12
• (empaquetado de 8 pines)
– Algunos elementos PIC16F5X
• (empaquetados de 14, 18, 20 y 28 pines)
• Palabra de instrucción de 12 bits
• Reducido número de pines y pequeña
dimensión
• Memoria flash programable
• Reducido coste y facilidad de uso
Gama Media
• Palabra de instrucción de 14 bits.
– Familias PIC12
– Familias PIC16
•
•
•
•
Mayor número de pines en los empaquetados.(8-64)
Mayor rango de voltajes operativos. 2.0-5.5v
Manejo de interrupciones
Pila de programas más amplia
– 8 niveles
• Canales conversores A/D y memoria EEPROM de datos
• Gestión de diversos protocolos de comunicación :
– USB, SPI, I2C, USART.
• Conexión inmediata a LCD.
• Rendimiento en torno a los 5MIPS
Gama Alta
• Tamaño de palabra de 16 bits
– PIC18C
• 10MIPS
• Multiplicador hardware
• Aumento del tamaño del stack
– (32 niveles)
• Aumento del número de fuentes de interrupción
• Empaquetado entre 18 y 80 pines.
• Periféricos avanzados de comunicación y
protocolos
– CAN, USB, ZigBee, TCP/IP
Tecnología nanoWatt
• Los avances en micro controladores se centran
en la reducción de consumo
• En este sentido se dota a los chip de la
capacidad de seleccionar la fuente del reloj
(hasta 9 posibles opciones)
–
–
–
–
4 modos que usan un cristal oscilador
2 modos que usan un reloj externo
2 modos que usan un oscilador RC externo
Oscilador interno que proporciona múltiples
frecuencias (programables)
nanoWatt
Consumo de potencia.
• Dos componentes: consumo estático y consumo dinámico.
– Consumo dinámico, derivado de la conmutación de los dispositivos
–
–
–
–
–
lógicos.
Principalmente influido por la frecuencia de funcionamiento, aunque
también el voltaje y la temperatura ambiente tienen influencia en este
consumo.
El usuario puede influir en este consumo únicamente seleccionando la
frecuencia de funcionamiento.
Consumo estático. Es el consumo cuando el reloj principal se
deshabilita.
El consumo se debe principalmente al leakage de los dispositivos y a la
corriente consumida por los supervisores de voltaje. Depende
principalmente del voltaje de alimentación y de la temperatura
ambiente.
El usuario principalmente influye al seleccionar el voltaje de
alimentación. Hay dispositivos que admiten fuente separada de voltaje,
lo que permite al usuario incorporar en sus aplicaciones una selección
dinámica de voltaje.
Modos de funcionamiento
• Deep Sleep mode: Es el modo de menos
consumo fuera de estar completamente
apagado.
– Se alcanza eliminando la alimentación de la mayoría
de los componentes internos
– Número limitado de fuentes desde las cuales pueda
sacarse al dispositivo de este estado
– el despertar de un dispositivo en DeepSleep implica
el reset del dispositivo
• Aunque es posible determinar el estado desde el que se
resetea para retomar un flujo de ejecución.
– La forma de entrar en el Deep Sleep Mode hay que
consultarla en la documentación del microcontrolador
Modos de funcionamiento
• Sleep Mode: El reloj principal y la mayoría
de los periféricos son apagados llevando
al dispositivo a un estado de bajo
consumo.
– Se conserva el status del dispositivo.
– Se entra en Sleep Mode ejecutando la
instrucción Sleep. Al retornar de este estado
se continúa la ejecución por la instrucción que
sigue al Sleep
Modos de funcionamiento
• Idle y Doze Mode: Son modos de reducción de
consumo dinámicos. Permiten mantener el
funcionamiento de mayor número de periféricos
que los modos anteriores.
– El consumo que se ahorra se debe a que la Cpu se
detiene.
– En el modo Idle, se le bloquea el reloj principal a la
CPU, pero no a los periféricos, de manera que estos
puedan seguir funcionando de forma autónoma.
– En el modo Doze (disponible sólo en algunos
periféricos) el reloj de la CPU sigue funcionando,
pero se le puede reducir en frecuencia por un factor
programable.
Modos de funcionamiento
• Clock Switching: Algunos
microcontroladores ofrecen la posibilidad
de alternar entre diferentes relojes de
forma dinámica.
– El consumo se reduce cuando disminuye la
frecuencia de reloj, por lo que adaptando la
frecuencia del reloj a las situaciones permite
un ahorro en el consumo.
Familia de 8 bits
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Además
Microcontroladores PIC. Diseño práctico de
aplicaciones 2ª parte
Agulo Usategui/ Romero Yesa/Angulo Martínez
McGrawHill
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