PIC mikrovaldikliai yra maži lustai, valdantys daugelį paprastų ir pažangių gaminių grandinių. Šiame straipsnyje paaiškinama jų istorija, Harvardo architektūra, prievadai ir kontaktai, 8, 16 ir 32 bitų šeimos, atminties tipai, laikmačiai, pertraukimai, maitinimo režimai ir ryšio ryšiai. Jame taip pat išsamiai aptariami įrankiai, PCB dizainas, įrenginio pasirinkimas ir klaidos.
PIC mikrovaldikliai pagrindiniai
PIC mikrovaldikliai yra maži kompiuteriniai lustai, galintys valdyti daugelio tipų elektronines grandines. Jie prasidėjo kaip paprasti pagalbiniai lustai, pagaminti General Instrument. Vėliau "Microchip Technology" perėmė dizainą ir pavertė PIC visa mikrovaldiklių šeima. PIC reiškia "Microchip" 8 bitų, 16 bitų ir 32 bitų mikrovaldiklius, naudojamus daugelyje elektroninių gaminių.
Pirmieji PIC įrenginiai pasirodė 1970-aisiais kaip programuojami periferiniai lustai. 1990-ųjų pradžioje jie buvo atnaujinti kaip atskiri mikrovaldikliai, galintys saugoti programas ir valdyti visas sistemas. Šiuolaikiniai PIC mikrovaldikliai sutelkia dėmesį į paprastą programavimą, naudingus įmontuotus periferinius įrenginius ir mažą kainą, todėl jie yra daugelio įterptųjų konstrukcijų pasirinkimas
Harvardo architektūra PIC mikrovaldiklių viduje
PIC mikrovaldikliai naudoja Harvardo architektūrą, o tai reiškia, kad programos instrukcijos ir duomenys saugomi atskirose atminties srityse ir keliauja skirtingais vidiniais keliais. Dėl šios priežasties procesorius gali gauti kitą instrukciją skaitydamas ar rašydamas duomenis. Šis lygiagretus veiksmas padeda PIC veikti sklandžiau ir leidžia lengviau valdyti laiką nei daugelyje vienos magistralės konstrukcijų.
Daugelyje PIC šeimų instrukcijų atmintis yra platesnė nei duomenų atmintis, pvz., 14 bitų instrukcijų žodžiai su 8 bitų duomenimis. Šis papildomas plotis leidžia kiekvienai instrukcijai tiesiogiai talpinti naudingą informaciją, pvz., numerius ir adresus. Dėl to programos gali būti trumpesnės, veikti greičiau ir vis tiek sėdėti ant aparatinės įrangos, kuri viduje išlieka paprasta.
PIC mikrovaldiklių prievadai ir kontaktų išdėstymas
PIC mikrovaldiklio kaiščiai yra išdėstyti aplink pakuotę, kad būtų galima sugrupuoti susijusias funkcijas, todėl lengviau prijungti išorinę aparatinę įrangą. Maitinimo kaiščiai tiekia darbinę įtampą, o osciliatoriaus kaiščiai tvarko laikrodžio įvestį pagal laiką. Keli prievadai (RA, RB, RC, RD ir RE) teikia skaitmeninius įvesties / išvesties duomenis ir palaiko alternatyvius vaidmenis, tokius kaip pertraukimai, analoginiai įėjimai, fiksavimo / palyginimo funkcijos ir ryšio sąsajos. Daugelis kaiščių yra multipleksuoti, todėl tokios funkcijos kaip UART, SPI ir I²C gali dalytis tomis pačiomis fizinėmis linijomis, priklausomai nuo konfigūracijos. Specialūs analoginiai kanalai palaiko ADC operacijas, o specialūs kaiščiai valdo atstatymą, atskaitos signalus ir specialias valdymo funkcijas. Kiekvieno kaiščio lankstumas padeda įrenginiui pritaikyti įvairias programas – nuo paprastų valdymo užduočių iki pažangių įterptųjų dizainų.
PIC mikrovaldiklių šeimos nuo 8 bitų iki 32 bitų
PIC mikrovaldikliai yra suskirstyti į kelias šeimas, todėl lengviau pritaikyti lustą prie reikiamo greičio, atminties ir funkcijų. Pagrindinis skirtumas tarp šių šeimų yra tai, kiek bitų jie apdoroja vienu metu ir kiek integruotos aparatinės įrangos jie apima įvairioms valdymo užduotims atlikti.
• 8 bitų šeimos (PIC10, PIC12, PIC16, PIC18)
Šie PIC mikrovaldikliai veikia su 8 bitų duomenimis. Jie telpa į labai mažas pakuotes ir dažnai pasirenkami paprastoms valdymo užduotims ir nebrangiems projektams.
• 16 bitų šeimos (PIC24 ir dsPIC33)
Šie įrenginiai apdoroja 16 bitų duomenis, turi daugiau atminties ir naudoja platesnius registrus. Jie gali apdoroti sudėtingesnes operacijas ir įtraukti skaitmeninio signalo valdymo funkcijas, kad būtų galima greičiau apskaičiuoti matematiką ir laiką.
• 32 bitų šeima (PIC32)
Šie PIC mikrovaldikliai naudoja 32 bitų MIPS branduolį, užtikrinantį didesnį našumą. Jie palaiko pažangesnius periferinius įrenginius ir ryšio funkcijas, kad būtų galima atlikti sudėtingus įterptuosius darbus.
Atmintis PIC mikrovaldiklių viduje
Programos atmintis (Flash)
Programos atmintyje saugomas pagrindinis PIC kodas. Senesni PIC įrenginiai naudojo EPROM arba vienkartinę programuojamąją atmintį, tačiau dauguma naujesnių PIC mikrovaldiklių naudoja "flash" atmintį. "Flash" galima ištrinti ir perrašyti daug kartų, todėl programą galima atnaujinti nekeičiant lusto.
Duomenų atmintis (RAM)
Duomenų atmintis yra RAM ir joje saugoma informacija tik tada, kai PIC yra maitinamas. Jis saugo kintamuosius, laikinas reikšmes ir rietuvę programos vykdymo metu. Daugelis 8 bitų PIC mikrovaldiklių RAM skirsto į bankus arba puslapius, o 16 bitų ir 32 bitų PIC įrenginiai dažnai suteikia didesnę, nepertraukiamesnę RAM sritį.
Nepastovi duomenų atmintis (EEPROM arba duomenų blykstė)
Šio tipo atmintis saugo duomenis net ir išjungus maitinimą. PIC mikrovaldikliai naudoja EEPROM arba duomenų blykstę, kad išsaugotų kalibravimo vertes, konfigūracijos informaciją ir kitus nustatymus, kurie turi išlikti tokie patys po atstatymo ir maitinimo ciklų.
Laikmačiai, pertraukimai ir galios valdymas PIC mikrovaldikliuose
PIC mikrovaldikliai naudoja laikmačius įvykiams sekti, o kai laikmatis perpildomas, nustatoma pertraukimo vėliavėlė, kad būtų prašoma procesoriaus dėmesio. CPU pristabdo dabartinį darbą, paleidžia pertraukimo tarnybos rutiną ir tęsia įprastą vykdymą. Maitinimo valdymo funkcijos leidžia įrenginiui įjungti mažos galios miego režimą, kol laikmačiai arba sargo laikmatis toliau veikia fone. Pažadinimo įvykis, pvz., stebėjimo šuns nustatymas iš naujo arba pertraukimas, grąžina procesorių į aktyvųjį režimą. Ši laikmačių, pertraukimų ir maitinimo režimų sąveika padeda sumažinti energijos sąnaudas, išlaikant tikslų laiką ir patikimą sistemos atsaką.
Ryšio sąsajos PIC mikrovaldikliuose
PIC mikrovaldikliai jungiasi prie daugybės išorinių įrenginių per kelias ryšio sąsajas. Analoginiai jutikliai, tokie kaip temperatūros ar šviesos įvestis, perduoda signalus per ADC, o skaitmeniniai jutikliai dalijasi duomenimis per I²C magistralę. Pavaros, tokios kaip varikliai, šviesos diodai ir relės, priima valdymo signalus per GPIO arba PWM išėjimus. Ryšys su kompiuteriu vyksta per USB arba UART, leidžiantis keistis duomenimis ar derinti. Kiti mikrovaldikliai ir periferiniai įrenginiai sąveikauja naudodami SPI, UART arba I²C, todėl galima koordinuoti darbą didesnėse įterptinėse sistemose. Šios jungtys palaiko lankstų sistemos dizainą ir leidžia mikrovaldikliui efektyviai sąveikauti su jutikliais, valdymo elementais ir išoriniais procesoriais.
PIC mikrovaldiklių kūrimo įrankiai
MPLAB X IDE
MPLAB X yra nemokama programa, naudojama PIC mikrovaldiklių kodui kurti ir išbandyti. Jis veikia "Windows", "MacOS" ir "Linux". Viename lange galite kurti projektus, rašyti kodą, kurti programą ir derinti, kaip ji veikia PIC.
MPLAB XC kompiliatoriai
MPLAB XC kompiliatoriai C arba C++ kodą paverčia PIC mikrovaldiklių mašininiu kodu. Jie sukurti taip, kad gerai atitiktų PIC įrenginius, todėl kodas veikia teisingai ir efektyviai. Yra nemokamų ir mokamų versijų su papildomomis funkcijomis.
Derinimo ir programavimo aparatūra
Tokie įrankiai kaip PICkit, MPLAB ICD ir MPLAB REAL ICE naudojami programoms įkelti į PIC mikrovaldiklius ir derinti jas plokštėje. Jie leidžia užprogramuoti lustą, pristabdyti kodą, pereiti per jį eilutę po eilutės ir stebėti, kaip keičiasi reikšmės, kol PIC veikia.
PIC mikrovaldiklių taikymas
Buitinė elektronika su PIC mikrovaldikliais
PIC mikrovaldikliai dažnai yra įmontuoti į kasdienius elektroninius gaminius. Jie gali valdyti smulkius prietaisus, nuotolinio valdymo pultus, LED apšvietimą, akumuliatorių įkroviklius ir žaislus, valdydami paprastą logiką, laiką ir įjungimo / išjungimo valdymą įrenginio viduje.
Automobilių ir pramoninis valdymas su PIC
Automobiliuose ir pramoninėse mašinose PIC mikrovaldikliai padeda valdyti variklius, maitinimo šaltinius, jutiklius ir ŠVOK sistemas. Jie skaito signalus, priima sprendimus ir reguliuoja išėjimus, kad sistema veiktų saugiai ir patikimai.
PIC daiktų interneto ir krašto įrenginiuose
PIC mikrovaldikliai naudojami daugelyje daiktų interneto ir krašto mazgų, kai reikia mažos galios. Jie naudoja baterijomis maitinamus jutiklius, paprastus šliuzus ir aplinkos monitorius, kurie renka pagrindinius duomenis ir siunčia juos į kitas sistemas.
Medicinos ir matavimo įrankiai naudojant PIC
Kai kurie medicinos ir laboratoriniai instrumentai taip pat priklauso nuo PIC mikrovaldiklių. Jie gali valdyti rankinius diagnostikos įrankius, siurblius ir mažus matavimo prietaisus, nuskaitydami jutiklių duomenis ir valdydami paprastas valdymo procedūras.
PIC mikrovaldiklio pasirinkimas
• Pasirinkite antgalių plotį ir greitį – naudokite 8 bitų PIC10/12/16/18 paprastam ir nebrangiam valdymui. Pasirinkite 16 bitų PIC24 / dsPIC33, kad gautumėte daugiau atminties ir matematikos. Pereikite prie 32 bitų PIC32, kad gautumėte didesnį kodą ir sunkesnį apdorojimą.
• Patikrinkite atmintį ir periferinius įrenginius – įvertinkite reikiamą programos dydį ir RAM, tada pridėkite šiek tiek maržos. Išvardinkite reikalingus ADC kanalus, UART, SPI/I²C prievadus, laikmačius, PWM išėjimus ir bet kokius priedus, pvz., CAN, USB ar kriptografiją, ir suderinkite juos su juos turinčiu PIC.
• Patvirtinkite maitinimą ir paketą – peržiūrėkite aktyviąją ir miego srovę akumuliatoriumi maitinamiems dizainams. Pasirinkite pakuotės dydį ir kaiščių skaičių, tinkantį jūsų PCB. Įsitikinkite, kad PIC atitinka tinkamą temperatūros ir patikimumo klasę.
Dažnos klaidos naudojant PIC mikrovaldiklius
| Patarimas | Ką daryti ir kodėl? |
|---|---|
| Inicijuoti nustatymus pradžioje | Nustatykite visus įvesties / išvesties kaiščius, išjunkite nenaudojamus periferinius įrenginius ir nustatykite laikrodį bei sargybinį pagrindinio () pradžioje, kad išvengtumėte atsitiktinio elgesio. |
| Laikykite pertraukimus paprastus | Sutrumpinkite pertraukimo procedūras, venkite sunkaus darbo jose ir apsaugokite bendrinamus duomenis, kad reikšmės nebūtų keičiamos nesaugiais būdais. |
| Pakartotinai naudokite patikrintus PIC pavyzdžius | Naudokite mikroschemų bibliotekas, kodo pavyzdžius ir programų pastabas, skirtas UART, SPI, ADC ir kitiems blokams, kad atliktumėte teisingus registro nustatymus. |
| Leisti sistemos naujinimus | Planuokite aparatūrą ir kodą, kad PIC būtų galima perprogramuoti naudojant įkrovos įkroviklį arba atnaujinimo nuorodą, o ne keičiant lustą. |
| Anksti patikrinkite maitinimą ir laiką | Išmatuokite faktinę srovę ir laiką plokštėje, ypač mažos galios ar griežto laiko konstrukcijose, užuot pasitikėję tik sąmatomis. |
Išvada
PIC mikrovaldikliai sujungia paprastus aparatūros blokus, atskirus programų ir duomenų kelius, lanksčius prievadus, kelis atminties tipus ir daugybę laikmačių bei sąsajų. Naudojant tinkamus įrankius ir PCB išdėstymą bei teisingai nustatant bitus, maitinimo režimus ir pertraukimus, PIC pagrįstas dizainas laikui bėgant gali išlikti aiškus, patikimas ir lengviau prižiūrimas.
Dažnai užduodami klausimai [DUK]
Kas yra PIC mikrovaldiklio konfigūracijos bitai?
Konfigūracijos bitai yra nepastovūs parametrai, apibrėžiantys, kaip PIC paleidžiamas ir paleidžiamas, pvz., laikrodžio šaltinis, sargybos laikmatis, atstatymas iš naujo ir kodo apsauga.
Kaip kiekvieną kartą atnaujinti PIC programinę-aparatinę įrangą be aparatinės įrangos programuotojo?
Naudokite įkrovos įkroviklį, kuris gauna naują programinę-aparatinę įrangą per UART, USB, CAN ar kitą sąsają ir įrašo ją į PIC "flash" atmintį.
Ką turėčiau patikrinti, jei mano PIC neveikia po programavimo?
Patikrinkite maitinimą ir įžeminimą, atstatymo / MCLR lygį ir laikrodžio šaltinį, tada patikrinkite konfigūracijos bitus ir patvirtinkite, kad kodas pasiekia.
Kada turėčiau naudoti dsPIC vietoj PIC16 ar PIC18?
Naudokite dsPIC, kai reikia greitų matematikos ir signalų apdorojimo užduočių, tokių kaip variklio valdymas, skaitmeninis galios konvertavimas ar filtravimas.
Kaip apsaugoti PIC programinę-aparatinę įrangą nuo kopijavimo?
Įgalinkite kodo apsaugą ir atminties apsaugos bitus, kad išoriniai įrankiai negalėtų nuskaityti ar klonuoti programos ir saugomų duomenų.
Kaip sumažinti energijos suvartojimą PIC pagrįstame dizaine?
Sumažinkite laikrodžio dažnį, išjunkite nenaudojamus periferinius įrenginius, naudokite miego arba tuščiosios eigos režimus ir sumažinkite nereikalingą kaiščių aktyvumą bei apkrovos sroves.
