MICROCONTROLADORES PIC

Los PIC son una familia de microcontroladores tipo RISC fabricados por Microchip, Su primer antecesor fue creado en 1975 el PIC1650, originalmente desarrollado por la división de microelectrónica de General Instrument. El nombre verdadero de este microcontrolador es PICmicro, Peripheral Interface Controller (controlador de interfaz periférico), conocido bajo el nombre PIC. Este chip denominado PIC1650 fue diseñado para propósitos completamente diferentes. Diez años más tarde, al añadir una memoria EEPROM, este circuito se convirtió en un verdadero microcontrolador PIC.

Los detalles más importantes que atraen a los profesionales de la microelectrónica y microinformática y las razones de la excelente acogida que tienen los PIC son los siguientes:

• Sencillez de manejo: Tienen un juego de instrucciones reducido; 33 gama baja, 35 en la gama media, 75 gama alta.

•  Buena información, fácil de conseguir y económica.

•  Precio: Su coste es comparativamente inferior al de sus competidores.

•  Poseen una elevada velocidad de funcionamiento. Buen promedio de parámetros: velocidad, consumo, tamaño, alimentación, código compacto, etc.

•  Herramientas de desarrollo fáciles y baratas. Muchas herramientas software se pueden recoger libremente a través de Internet desde Microchip (http://www.microchip.com).

• Existe una gran variedad de herramientas hardware que permiten grabar, depurar, borrar y comprobar el comportamiento de los PIC.

•  Diseño rápido.

• La gran variedad de modelos de PIC permite elegir el que mejor responde a los requerimientos de la aplicación.

•  Una de las razones del éxito de los PIC se basa en su utilización. Cuando se aprende a manejar uno de ellos, conociendo su arquitectura y su repertorio de instrucciones, es muy fácil emplear otro modelo.

• Diversidad de modelos de microcontroladores con prestaciones y recursos diferentes. La gran variedad de modelos de microcontroladores PIC permite que el usuario pueda seleccionar el más conveniente para su proyecto.

•  Herramientas de soporte potentes y económicas. La empresa Microchip y otras que utilizan los PIC ponen a disposición de los usuarios numerosas herramientas para desarrollar hardware y software. Son muy abundantes los programadores, los simuladores software, los emuladores en tiempo real, Ensambladores, Compiladores C, Intérpretes y Compiladores BASIC, etc.

•  La arquitectura Harvard y la técnica de segmentación son los principales recursos en los que se apoya el elevado rendimiento que caracteriza estos dispositivos programables, mejorando dos características esenciales:

1.    Velocidad de ejecución.

2.    Eficiencia en la compactación del código.

• ·       Líneas de E/S de alta corriente. Las líneas de E/S de los PIC pueden proporcionar o absorber una corriente de salida de hasta 25 mA, capaz de excitar directamente ciertos periféricos como led o microrelés tipo REED.

PIC MICROCONTROLLERS

  The PICs are a family of RISC microcontrollers manufactured by Microchip. Its first predecessor was created in 1975 the PIC1650, originally developed by the General Instrument microelectronics division. The real name of this microcontroller is PICmicro, Peripheral Interface Controller (peripheral interface controller), known under the name PIC. This chip called PIC1650 was designed for completely different purposes. Ten years later, by adding an EEPROM, this circuit became a true PIC microcontroller.

    The most important details that attract professionals in microelectronics and microinformatics and the reasons for the excellent reception of PICs are the following:

• Simplicity of management: They have a reduced set of instructions; 33 low-end, 35 in the mid-range, 75 high-end.

•  Good information, easy to get and economical.

•  Price: Its cost is comparatively lower than its competitors.

•  They have a high speed of operation. Good average of parameters: speed, consumption, size, power, compact code, etc.

•  Easy and inexpensive development tools. Many software tools can be freely collected through the Internet from Microchip (http://www.microchip.com).

• There is a wide variety of hardware tools that allow recording, debugging, deleting and checking the behavior of PICs.

•  Fast design

• The wide variety of PIC models allows you to choose the one that best meets the requirements of the application.

•  One of the reasons for the success of the PICs is based on their use. When you learn to manage one of them, knowing its architecture and its repertoire of instructions, it is very easy to use another model.

• Diversity of microcontroller models with different features and resources. The wide variety of models of PIC microcontrollers allows the user to select the most suitable for their project.

•  Powerful and economic support tools. The company Microchip and others that use the PICs make available to users numerous tools to develop hardware and software. Programmers, software simulators, real-time emulators, assemblers, C-compilers, BASIC interpreters and compilers, etc. are very abundant.

•  The Harvard architecture and the segmentation technique are the main resources on which the high performance that characterizes these programmable devices is based, improving two essential characteristics:

                 1. Speed ​​of execution.
                 2. Efficiency in the compaction of the code.

• · High current I / O lines. The I / O lines of the PICs can provide or absorb an output current of up to 25 mA, capable of directly exciting certain peripherals such as led or micro relays type REED.

GAMAS DE PIC

Una de las labores más importantes del ingeniero de diseño es la elección del microcontrolador que mejor satisfaga las necesidades del proyecto con el mínimo presupuesto. Para resolver aplicaciones sencillas se precisan pocos recursos, en cambio, las aplicaciones grandes requieren numerosos y potentes. Siguiendo esta filosofía Microchip construye diversos modelos de microcontroladores orientados a cubrir, de forma óptima, las necesidades de cada proyecto. Así, hay disponibles microcontroladores sencillos y baratos para atender las aplicaciones simples y otros complejos y más costosos para las de mucha envergadura.

Microchip dispone de cuatro familias de microcontroladores de 8 bits para adaptarse a las necesidades de la mayoría de los clientes potenciales. En la mayor parte de la bibliografía encontrará tan solo tres familias de microcontroladores, con lo que habrán despreciado la llamada gama enana, que es en realidad una subfamilia formada por componentes pertenecientes a las otras gamas. En nuestro caso hemos preferido comentarla dado que los PIC enanos son muy apreciados en las aplicaciones de control de personal, en sistemas de seguridad y en dispositivos de bajo consumo que gestionan receptores y transmisores de señales. Su pequeño tamaño los hace ideales en muchos proyectos donde esta cualidad es fundamental.

LA GAMA ENANA: PIC12CXXX DE 8 PINES CON INSTRUCCIONES DE 12 /14 BIT

Su principal característica es su reducido tamaño, al disponer todos sus componentes de 8 pines. Se alimentan con un voltaje de corriente continua comprendido entre 2,5 V y 5,5 V, y consumen menos de 2 mA cuando trabajan a 5 V y 4 MHz. El formato de sus instrucciones puede ser de 12 o de 14 bits y su repertorio es de 33 o 35 instrucciones, respectivamente. En la Figura se muestra el diagrama de conexionado de uno de estos PIC.

Figura Diagrama de conexiones de los PIC12CXXX de la gama enana.

Aunque los PIC enanos sólo tienen 8 pines, pueden destinar hasta 6 como líneas de E/S para los periféricos porque disponen de un oscilador interno R-C.

Los modelos 12C5xx pertenecen a la gama baja, siendo el tamaño de las instrucciones de 12 bits; mientras que los 12C6xx son de la gama media y sus instrucciones tienen 14 bits. Los modelos 12F6xx poseen memoria Flash para el programa y EEPROM para los datos.

GAMA BAJA O BÁSICA: PIC16C5X CON INSTRUCCIONES DE 12 BITS

Figura 2 Diagrama de pines de los PIC de la gama baja que responden a la nomenclatura PIC16C54/56.

Se trata de una serie de PIC de recursos limitados, pero con una de las mejores relaciones coste/prestaciones. Sus versiones están encapsuladas con 18 y 28 pines y pueden alimentarse a partir de una tensión de 2,5 V, lo que les hace ideales en las aplicaciones que funcionan con pilas teniendo en cuenta su bajo consumo (menos de 2 mA a 5 V y 4 MHz). Tienen un repertorio de 33 instrucciones cuyo formato consta de 12 bits. No admiten ningún tipo de interrupción y la Pila sólo dispone de dos niveles.

Para terminar el comentario sobre los componentes de la gama baja conviene nombrar dos restricciones importantes:

• ·         La pila sólo dispone de dos niveles lo que supone no poder encadenar más de dos subrutinas.
• ·         Los microcontroladores de la gama baja no admiten interrupciones.

GAMA MEDIA. PIC16FXXX CON INSTRUCCIONES DE 14 BITS

Es la gama más variada y completa de los PIC. Abarca modelos con encapsulado desde 18 pines hasta 68, cubriendo varias opciones que integran abundantes periféricos. Dentro de esta gama se halla el «fabuloso PIC16X84» y sus variantes.

El 16F877 y 16F84A son uno de los modelos más representativos de la gama media. En esta gama sus componentes añaden nuevas prestaciones a las que poseían los de la gama baja, haciéndoles más adecuados en las aplicaciones complejas. Admiten interrupciones, poseen comparadores de magnitudes analógicas, convertidores A/D, puertos serie y diversos temporizadores. El repertorio de instrucciones es de 35, de 14 bits cada una y compatible con el de la gama baja. Sus distintos modelos contienen todos los recursos que se precisan en las aplicaciones de los microcontroladores de 8 bits. También dispone de interrupciones y una Pila de 8 niveles que permite el anidamiento de subrutinas. En la Tabla 2.3 se presentan las principales características de los modelos de esta familia.

Encuadrado en la gama media también se halla la versión PIC14C000, que soporta el diseño de controladores inteligentes para cargadores de baterías, pilas pequeñas, fuentes de alimentación ininterrumpibles y cualquier sistema de adquisición y procesamiento de señales que requiera gestión de la energía de alimentación. Los PIC 14C000 admiten cualquier tecnología de las baterías como Li-Ion, NiMH, ect, Ph y Zinc. El temporizador TMR1 que hay en esta gama tiene un circuito oscilador que puede trabajar asíncronamente y que puede incrementarse, aunque el microcontrolador se halle en el modo de reposo (“sleep”), posibilitando la implementación de un reloj en tiempo real. Las líneas de E/S presentan una carga “pull-up” activada por software.

GAMA ALTA: PIC17CXXX, PIC18FXXXX CON

INSTRUCCIONES DE 16 BITS

Se alcanzan hasta las 75 instrucciones de 16 bits (wide instructions o ancho de instrucción) en el repertorio y sus modelos (algunos de la serie 17CXXXX) disponen de un sistema de gestión de interrupciones vectorizadas (cada interrupción tiene una dirección única) y priorizadas (low or high priority) muy potente. También incluyen variados controladores de periféricos, puerto USB 2.0 de alta y baja velocidad, puertas de comunicación serie y paralelo con elementos externos, un multiplicador hardware de gran velocidad y mayores capacidades de memoria, que alcanza más de 32 KByte en la memoria de instrucciones y hasta 2048 bytes en la memoria de datos.

Quizás la característica más destacable de los componentes de esta gama (17CXXX) es su arquitectura abierta, que consiste en la posibilidad de ampliación del microcontrolador con elementos externos. Para este fin, los pines pueden ofrecer al exterior las líneas de los buses de datos, direcciones y control, a las que se conectan memorias o controladores de periféricos. Esta facultad obliga a estos componentes a tener un elevado número de pines comprendido entre 40 y 44. Esta filosofía de construcción del sistema es la que se empleaba en los microprocesadores y no suele ser una práctica habitual cuando se emplean microcontroladores.

COMPARACION ENTRE GAMA ALTA (18FXXXX) Y LAS OTRAS GAMAS DE MICROCHIP (16XXXX, 14XXXX, 12XXXX)

Un PIC 18F452 dispone hasta de 32K bytes = 16KWord de memoria de programa y considerando que cada instrucción o renglón de programa consume 2 bytes (16 bit) entonces el número real de líneas que se puede programar en un PIC 18FXXXX es 16384 (la familia 16F87X sólo tiene 8164). 

La memoria RAM es de máximo 2048 bytes (la familia 16F87X sólo tiene 368), es decir, puedo declarar un total de 2048 variables de 8 bit ó 1024 variables de 16 bit las cuales se encuentran distribuidas en bancos de 256 variables cada uno. La memoria EEPROM de dato es de 256 bytes. Por otra parte cabe destacar que posee 31 niveles de pila (level stack) versus 8 niveles de pila de la familia gama media 16F87X. Recordemos que los niveles de pila aluden al número de subrutinas o llamados (CALL) anidados que se pueden realizar en la programación sin regresar (RETURN). Otra ventaja trascendental de la familia gama alta 18FXXXX sobre la gama media 16FXXX alude a la memoria de programa lineal direccionable hasta 32K de la familia 18FXXXX, lo cual elimina el gran inconveniente relacionado con la engorrosa paginación que se debe hacer con la familia gama media después de las 2048 primeras líneas de programa debido a que las instrucciones GOTO, CALL, RETURN no funcionan si la etiqueta o subrutina invocada no está en la misma página de memoria. 

La familia 18FXXXX tiene la opción de activar “Prioridad de Interrupciones” alta o baja (High priority or Low Priority), lo cual es útil en ciertas aplicaciones. Los μC 18FXXXX con la opción PLL (Phase Locked Loop) activa puede multiplicar la frecuencia del cristal por 4, en efecto, con un cristal de 10MHz y el PLL activo puede operar a 40MHz, lo cual implica 10MIPs (millones de instrucciones por segundo) versus los 20MHz máximo (5MIPs) de la gama media. La gama alta también puede multiplicar un byte por un byte con una instrucción simple (MULWF) y soporta compilación en lenguaje C.

VENTAJAS DE GAMA ALTA Vs GAMA MEDIA

·         Un PIC 18FXXXX dispone de hasta 32K bytes = 16KWord de memoria de programa y considerando que cada instrucción o renglón de programa consume 2 bytes (16 bit) entonces el número máximo y real de líneas que puedo programar en un PIC 18FXXXX es 16384 instrucciones (la familia 16F87X sólo soporta 8164 instrucciones de 14 bits).

·         La memoria RAM máxima es de 2048 bytes para la familia 18FXXXX y 1536 para la familia 18FXX2 (la familia 16F87X sólo tiene 368), es decir, puedo declarar un total de 2048 variables de 8 bit ó 1024 variables de 16 bit (tipo word) las cuales se encuentran distribuidas en bancos de 256 variables cada uno.

·         La memoria EEPROM de dato es de 256 bytes, igual a la gama media 16F87X.

·         31 niveles de pila (level stack) versus 8 niveles de pila de la familia gama media 16F87X y 2 niveles de la gama baja. Los niveles de pila aluden al número de subrutinas o llamados (CALL) anidados que se pueden realizar en la programación sin regresar (RETURN).

·         La memoria de programa lineal direccionable hasta 32K: la familia 18FXXXX elimina el gran inconveniente relacionado con la paginación que se debe hacer con la familia gama media después de las 2048 primeras líneas de programa debido a que las instrucciones GOTO, CALL, RETURN no funcionan si la etiqueta o subrutina invocada no está en la misma página de memoria.

·         La familia 18F tiene la opción de activar “Prioridad de Interrupciones” (léase praióriri interrupshions) alta o baja (High priority or Low Priority), lo cual es útil en ciertas aplicaciones.

·         Los μC 18F con la opción PLL (Phase Locked Loop) activa puede multiplicar la frecuencia del cristal por 4, en efecto, con un cristal de 12MHz y el PLL activo puede operar a 48MHz, lo cual implica 12MIPs (millones de instrucciones por segundo) versus los 20MHz máximo (5MIPs) de la gama media. La máxima frecuencia de operación es de 48MHz para la familia 18FXXXX y 40 MHz para la familia 18FXX2.

·         La gama alta puede multiplicar un byte por un byte con una instrucción simple (MULWF)

·         La gama alta soporta compilación en lenguaje C de Microchip

·         Pese a las obvias ventajas de la gama alta 18F sobre la gama media la diferencia de precios no es muy significativa, alrededor de un 20 %.

·         La familia 18F amplió el set de instrucciones a 75, vs 35 de la gama media.

·         La familia 18F mediante el registro BSR brinda la opción de prescindir del confuso concepto (para algunos programadores) de bancos de memoria para configurar o manipular los registros de propósito general (GPR) o registros de función especial (FSR), tiene memoria de dato lineal direccionable hasta 1536 byte.

·         La familia PIC18F2455/2550/4455/4550 posee Módulo USB 2.0 low speed (1.5Mbps) y full speed (12Mbps) interno para comunicación con PC a alta velocidad.

·         La familia PIC18F2455/2550/4455/4550 posee oscilador interno programable de 31KHz a 8MHz.

·         La familia PIC18F2455/2550/4455/4550 posee WDT con período extendido y programable de 41mS a 131 seg.

·         La familia 18FXXXX tiene en su interior un módulo conversor A/D de hasta 13 canales, la familia 18FXX2 sólo tiene 8 canales, igual que la familia 16F87X.

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