Описание элементной базы для проектируемого устройства

PIC24FJ64GA004 Универсальный Flash микроконтроллер

Таблица 2.1 — Основные параметры PIC24FJ64GA004.

Микроконтроллер (англ. Micro Controller Unit, MCU) — микросхема, предназначенная для управления электронными устройствами. Типичный микроконтроллер сочетает на одном кристалле функции процессора и периферийных устройств, содержит ОЗУ и (или) ПЗУ. По сути, это однокристальный компьютер, способный выполнять простые задачи.

Блок-схема.

Группа компонентов.

PIC/dsPIC.

Общее описание Ядро PIC24 основано на модифицированной Гарвардской архитектуре (раздельная шина команд и шина данных) с расширенным набором инструкций, имеет 16 ортогональных регистров общего назначения, векторную приоритетную систему прерываний, и другие особенности (методы адресации, аппаратные циклы).

16-битные микроконтроллеры представлены в двух модификациях — PIC24 °F и PIC24H, которые отличаются технологией изготовления FLASH программной памяти. Это определяет диапазон питающих напряжений — для PIC24 °F — 2,0…3,6 В, для PIC24H — 3,0…3,6 В. Оба варианта не имеют встроенной памяти EEPROM.

Первое семейство (PIC24F) производится по более дешевой технологии (0,25 мкм) и работает с максимальной производительностью ядра 16MIPS@32МГц. Второе семейство (PIC24H) производится с использованием более сложного техпроцесса изготовления, что позволяет добиться большей скорости работы (40MIPS@80МГц). Оба семейства поддерживают внутрисхемное программирование (ICSP), а так же самопрограммирование (RTSP). За счет изменения структуры FLASH памяти скорость программирования значительно увеличена (менее 1 секунды для контроллеров с 64 Кб программной памяти). Следует заметить, что семейство PIC24H поддерживает не менее 1000 циклов перепрограммирования FLASH памяти.

Высокая производительность достигается за счет переработанной системы тактирования — одна команды выполняется, а за 2 такта генератора. Это позволяет существенно поднять производительность микроконтроллеров и при этом значительно снизить энергопотребление.

Новое ядро имеет 16-битную шину данных, линейную память программ (поддерживается до 8 Мбайт) и линейную память данных (до 64 кБ). Важной особенностью является возможность отображения части памяти программ в память данных, что позволяет эффективно работать с таблицами констант, не используя для этого инструкции табличного чтения/записи. При этом доступ к отображенной памяти программ (только чтение) осуществляется за 2 командных такта.

Расширенная система команд позволяет получать эффективный код при использовании компиляторов языков высокого уровня. Поддерживается большое количество методов адресации (прямая, косвенная, преи постинкрементная, со смещением, и т. п.), трехоперандные инструкции (типа C = A + B), инструкции сдвига на произвольное кол-во бит, инструкции знакового и беззнакового умножения и деления. Используется программный стек (в отличие от аппаратного у 8-битных семейств) с контролем переполнения. Для передачи параметров в функции существует возможность выделять фрейм в стеке с помощью LINK регистра.

Система прерываний семейств PIC24 является векторной — каждое прерывание имеет свой вектор в ПЗУ. Кроме того, каждому прерыванию может быть присвоен приоритет от 0 до 7. Аппаратные исключения (ошибка АЛУ, сбой генератора, переполнение стека, и т. п.) так же имеют свои адреса в таблице векторов прерываний. Следует заметить, что семейства PIC24 имеют две таблицы векторов прерываний, из которых активная выбирается программно.

Порты ввода/вывода Каждый порт кроме привычных регистров TRIS, PORT и LAT имеет регистр ODC, конфигурирующий вывод как выход с открытым стоком. Это позволяет работать с внешними устройствами с напряжением питания 5 В, для которых логическая единица на выводе контроллера попадает в зону неопределенного состояния. Выводы контроллера настроенные на вход толерантны к 5 В.

Переназначение портов ввода/вывода Многие контроллеры получили возможность переназначения функций портов ввода/вывода на разные выводы микроконтроллера (Peripheral Pin Select, PPS). Данная особенность позволяет оптимизировать разводку печатной платы или задействовать необходимые периферийные модули для связи в внешними цепями.

Таймеры Контроллеры семейства PIC24 °F имеют пять 16-битных таймеров, из которых четыре (TIMER2 и TIMER3, TIMER4 и TIMER5) могут объединяться в два 32-битных. Все таймеры имеют регистры периода и векторы прерывания по совпадению, а так же могут работать в синхронном и асинхронном режимах.

TIMER1 имеет генератор для низкочастотного кварцевого резонатора, от которого тактируется модуль часов реального времени. Так же от этого генератора может тактироваться ядро микроконтроллера.

Контроллеры семейства PIC24H имеют до девяти 16-битных таймеров, из которых восемь могут объединяться в четыре 32-битных.

Модули захвата Контроллеры семейства PIC24 °F имеют до 9 идентичных независимых модулей захвата, формирующих прерывания и сохраняющих мгновенное значение таймера при возникновении внешнего события (передний или задний фронт импульса на выводе контроллера). Модули захвата имеют настраиваемый 4-уровневый буфер FIFO, который позволяет реже обрабатывать прерывания при высокой частоте событий.

Контроллеры семейства PIC24H имеют до 8 модулей захвата.

Модули сравнения / генерации ШИМ Контроллеры семейства PIC24 °F имеют до пяти независимых модулей сравнения, устанавливающих определенное логическое состояние на выводе контроллера при совпадении значения выбранного таймера с регистром модуля. Модули сравнения позволяют генерировать на выводе контроллера одиночный импульс, серию и непрерывную последовательность импульсов. Кроме того, этот модуль может быть использован для генерации сигнала ШИМ с учетом задержек на переключение мощных MOSFET транзисторов (dead-time). Два регистра сравнения у каждого модуля позволяют генерировать центральносмещенный ШИМ сигнал.

Контроллеры семейства PIC24H имеют до 8 модулей сравнения/ генерации ШИМ.

Модуль SPI™.

Контроллеры семейств PIC24 °F и PIC24H имеют до трех 16-битных модулей SPI с 8-уровневым буфером FIFO и скоростью обмена до 16 Мбит/с. Модули могут работать в режимах «ведущий», «ведомый», «ведущий с кадровой синхронизацией». Последний режим позволяет подключать к контроллеру современные голосовые кодеки.

Модуль I2C™.

Контроллеры семейств PIC24 °F и PIC24H имеют до трех модулей I2C, поддерживающих режимы «ведомый» и «ведущий» с возможностью арбитража и 8- и 10-битной адресации. Имеется возможность прерывания по совпадению адреса с задаваемой маской.

Модуль USART.

Контроллеры семейств PIC24 °F и PIC24H имеют до четырех модулей UART с возможностью 8- и 9-битного обмена. Основными особенностями этих модулей являются наличие линий аппаратного управления потоком (CTS и RTS), 4-уровневого буфера FIFO на приемнике и на передатчике, а так же кодер и декодер спецификации IrDA®. Тактовый генератор модуля имеет 16-битный предделитель, который обеспечивает установку скорости обмена от 15 бит/с до 1 Мбит/с при тактовой частоте 32 МГц.

Параллельный порт Модуль параллельного 8-битного порта поддерживает 16-битную адресацию, и может быть использован для коммуникации с внешней памятью, ЖКИ индикаторами и другими устройствами с параллельной шиной. Модуль имеет 2 вывода CS (chip-select), возможность конфигурации активных уровней управляющих линий, автоинкремент/декремент адреса, выбор активных уровней шин данных и адреса, конфигурацию задержек. Модуль может работать как в режиме ведущего, так и в режиме ведомого. Параллельный порт присутствует только в контроллерах семейства PIC24 °F.

Модуль часов реального времени с календарем Модуль тактируется от генератора таймера TIMER1 и имеет возможность аппаратной калибровки. Данные в регистрах хранятся в формате BCD, существует возможность гибкой настройки системы тревог. Учет високосных годов и перевод времени зимнее/летнее должен осуществляться программно. Модуль присутствует только в контроллерах семейства PIC24 °F.

Модуль вычисления CRC.

Модуль предназначен для вычисления циклического избыточного кода с произвольным полиномом. Модуль имеет 16-уровневый FIFO данных, и прерывание по завершению вычисления. Модуль доступен только в контроллерах семейства PIC24 °F.

10-битный АЦП Контроллеры семейства PIC24 °F имеют один 10-битный АЦП последовательного приближения (до 16 каналов) с частотой преобразования 500 тыс. выборок в секунду. Формирователь напряжения для схемы выборки хранения имеет дифференциальный вход, что позволяет оцифровывать сигнал с дифференциальных датчиков без использования промежуточного усилителя. Частота преобразования может быть увеличена, при этом происходит потеря младших разрядов результата. АЦП имеет буфер на 16 слов, заполнение буфера происходит по заданной последовательности — возможно автоматическое поочередное сканирование выбранных каналов. Прерывание возникает при заполнении буфера на заданное количество уровней. Результаты преобразования могут быть представлены как дробные или целые числа, знаковые или беззнаковые. Контроллеры семейства PIC24H имеют до двух АЦП с расширенной функциональностью (4 устройства выборки-хранения с дифференциальными формирователями, что позволяет проводить одновременное измерение по четырем дифференциальным каналам). Разрядность АЦП определяется пользователем — возможно использование АЦП как 12-битного при частоте преобразования 500 тыс. выборок в секунду, либо как 10-битного при частоте преобразования 1,1 млн выборок в секунду. Каждый модуль АЦП может иметь до 32 каналов. Возможна синхронная работа преобразователей, при этом эквивалентная частота преобразования удваивается.

12-битный АЦП Контроллеры семейства PIC24H имеют до двух 12-битных АЦП последовательного приближения (до 32 каналов) с частотой преобразования 500 тыс. выборок в секунду. Функциональность 12-битного АЦП аналогична 10-битному АЦП семейства PIC24 °F, рассмотренному выше (одно УВХ).

Компараторы Контроллеры семейства PIC24 °F имеют два или три компаратора с генератором опорного напряжения. Характеристики и функциональность компараторов аналогичны модулям в 8-битных семействе PIC18. Семейство PIC24H компараторов не имеет.

Модуль DMA.

Модуль DMA (прямой доступ к памяти) присутствует только в контроллерах семейства PIC24H. Он позволяет эффективно передавать данные между периферией (SPI, UART, АЦП, CAN и т. д.) и ОЗУ без использования программных ресурсов. Для этого в семейство PIC24H добавлен блок 2 кБайт двухпортовой памяти ОЗУ. Модуль DMA имеет восемь идентичных каналов, каждый из которых может быть гибко настроен для приема и передачи блока данных, слова (16-бит), байта. При этом используется косвенная адресация с постинкрементом, либо ping-pong адресация.

Модуль CAN.

Модуль CAN присутствует только в контроллерах семейства PIC24H. В сравнении с аналогичным модулем в контроллерах PIC18 он значительно переработан и имеет 16 фильтров на прием, 3 маски на прием, FIFO буферы на прием и на передачу.

Модуль USB.

Модуль USB On-The-GO (OTG) присутствует в некоторых микроконтроллерах PIC24 °F, обладая функциональностью как хоста (host), так и клиента (device).

Следует отметить, что впервые в практике Microchip контроллеры семейств PIC24 °F и PIC24H имеют JTAG интерфейс, позволяющий проводить граничное сканирование устройства, программировать FLASH память программ и проводить внутрисхемную отладку. Стандартный ICSP интерфейс так же будет присутствовать в каждом контроллере PIC24, что позволит использовать привычные средства разработки и производства (ICD2, PROMATE 3, REAL ICE и т. п.).