MCU

MCUMCUMicro Controller UnitMicro Controller Unit

23/11/2005 – 14/12/2005

Andrea Aizza

A. Aizza - 23/11/05 - 2 -

MCU

Lezione 1

Introduzione ai microcontrollori MCU Microchip PIC16F877

Caratteristiche (prima parte) Set di istruzioni (prima parte)

Pratica: come iniziare Hardware: configurazione ‘minima’ Software: ‘Hello World’ Tools: programmatore

ContenutiContenuti

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MCU

Lezione 2

PIC16F877 Caratteristiche (seconda parte) Set di istruzioni (seconda parte) Semplici tecniche di codifica

Tools: Tools: ICD – In Circuit Debugger Compilatore ANSI C per PIC18

ContenutiContenuti

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MCU

Lezione 3

Pratica: esperienza di laboratorio LED + pulsante LED + pulsante + anti-rimbalzo (hardware/software)

Misuratore di tensione con indicatore a LED Trasmissione su porta seriale

ContenutiContenuti

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MCU Introduzione ai microcontrolloriIntroduzione ai microcontrollori

Microcontrollers:- Use internal RAM and ROM, so the external busses are available for general

purpose I/O. Each bit can be assigned as an input or output.- Are generally used in very simple or lowcost designs.- Often have special ports: A/D converters, PWM outputs, USART, ...and so

on.

Microprocessors:- Use external RAM and ROM and require address and data busses to access

them.- Are used for designs that require more I/O and memory.

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MCU MCU MicrochipMCU Microchip

Harvard ArchitectureHarvard Architecture

Instruction PipeliningInstruction Pipelining

Long Word InstructionsLong Word Instructions

Single Cycle InstructionsSingle Cycle Instructions

Single Word InstructionsSingle Word Instructions

Large Register FileLarge Register File

Reduced Instruction Set Reduced Instruction Set

Orthogonal Instruction SetOrthogonal Instruction Set

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MCU MCU Microchip - Architecture MCU Microchip - Architecture

• Traditional Von Neumann Architecture:– Fetches instructions and data

from a single memory space– Limits operating bandwidth

• Harvard Architecture:– Uses two separate memory

spaces for program instructions and data

– Improved operating bandwidth

– Allows for different bus widths

Von NeumannArchitecture

8-bit Bus

CPU

Program& DataMemory

CPU

HarvardArchitecture

DataMemory

ProgramMemory

8-bit Bus

14-bit BusX12 = PIC16C5x, PIC12C5xxX12 = PIC16C5x, PIC12C5xxx14 = PIC16Cxxx, PIC14Cxxx, PIC12C6xxx14 = PIC16Cxxx, PIC14Cxxx, PIC12C6xxx16 = PIC17Cxxxx16 = PIC17Cxxxx16 Enhanced = PIC18Cxxxx16 Enhanced = PIC18Cxxx

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MCU MCU Microchip - PipeliningMCU Microchip - Pipelining

• In most micro controllers, instructions are fetched and executed

sequentially

• The pipelined architecture overlaps fetch and execution, making single

cycle execution possible

TCY=0 TCY=1 TCY=2 TCY=3 TCY=4 TCY=5Instruction Cycles :

Fetch 1 Execute 1 M OVLW 0x55

M OVW F PORTB Fetch 2 Execute 2

Fetch 3 Execute 3

Fetch 4 Flush

Fetch SUB Execute SUB

CALL SUB

BSF PORTA,3

Instruction @ SUB

Pipelining

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MCU MCU Microchip – Long Word InstructionMCU Microchip – Long Word Instruction

Long Word Instruction

• Separate instruction/data bus allows different bus widths

• PIC16 word length optimized to 14-bits

• Harvard architecture allows single word/single cycle instructions

• 2k x 16 program memory on PICmicro roughly equivalent to 4k x 8 on other 8-bit microcontrollers

• Single cycle access increases execution bandwidth

1000 0110

kk kk kk kk

8-bit Instructionldaa #imm<8>

8-Bit InstructionMotorola M68HC05National COP8Zilog Z8SGS Thomson ST62Intel / Philips 80C51

ProgramMemory

kk kk kk k0000 1110

16-bit Instruction

k

movlw k

Long Word InstructionMicrochip PICmicro

ProgramMemory

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MCU MCU Microchip - Register File ConceptMCU Microchip - Register File Concept

Register File ConceptRegister File Concept

• Register File Concept: Unlike other RISC processors, all of data memory is part of the register file, so any location in data memory may be operated on directly

• All peripherals are mapped into data memory as a series of registers

• Orthogonal Instruction Set: ALL instructions can operate on ANY data memory location

• The Long Word Instruction format allows a directly addressable register file

w f

ALU

w f

WREG

d

DataMemory

Function Examples:

addwf MyReg,w ; WREG = WREG + MyRegaddwf MyReg,f ; MyReg = WREG + MyReg

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MCU PIC16F877 - CaratteristichePIC16F877 - Caratteristiche

Velocita` massima: 20Mhz Fino a 8K words (da 14bit) Pinout compatibile con altri

PIC16

Internal timers (8bit e 16bit) PWM (capture, compare) SSP (SPI o IIC) USART PSP (slave) Brown-out detection

Caratteristiche principali

10bit A/D converter Brown-out reset Comparatore analogico

256byte internal data EEPROM Oscillatore configurabile

ICSP (debug/ICD) Protezione del codice Watch-dog timer Modalita` SLEEP

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MCU PIC16F877 - CaratteristichePIC16F877 - Caratteristiche

Caratteristiche principali

Descrizione generale

Piedinatura Schema a blocchi

Oscillatore Reset Configuration Bits

Memoria dati Memoria programma Paging memoria

programma Registri speciali

Convertitore A/D Interrupts

Manuale completo

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MCU PIC16F877 – Set di istruzioniPIC16F877 – Set di istruzioni

Indirizzamento – Accesso alla Data MemoryIndirizzamento – Accesso alla Data Memory

Diretto:movwf <reg>

Indiretto:movwf INDF

Immediato (literal)movlw <const>

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MCU PIC16F877 – Set di istruzioniPIC16F877 – Set di istruzioni

Indirizzamento – controllo di flussoIndirizzamento – controllo di flusso

Assoluto:goto <addr>

Subroutine:call <addr>

Istruzioni ‘Skip’:btfss <reg>, <bit>

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MCU PIC16F877 – Set di istruzioniPIC16F877 – Set di istruzioni

Classi di istruzioni: Control, Bit e Byte.Classi di istruzioni: Control, Bit e Byte.

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MCU PIC16F877 – Set di istruzioniPIC16F877 – Set di istruzioni

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MCU Pratica – Configurazione hw minimaPratica – Configurazione hw minima

Alimentazione: +5Vdc (pin 11, 32), 0Vdc (pin 12, 31) Clock: RC (pin 13) Reset: +5Vdc run, 0Vdc reset (pin 1)

Schema configurazione hardware minima

Configurazione hardware minima

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MCU Pratica – SoftwarePratica – Software

Software: ‘Hello World’

Per far ‘funzionare’ un PIC serve:

- Il codice da eseguire caricato nella program memory,- I configuration bits programmati in modo da rispecchiare le

caratteristiche hardware.

ll file .hex, creato per esempio dall’assemblatore a partire dall’assembler o da un compilatore+assemblatore a partire dal linguaggio-C, contiene sempre il codice da eseguire assemblato. Puo` anche contenere i configuration bits. In caso contrario i configuration bits possono essere direttamente impostati tramite il programmatore.

Il codice da eseguire (e i configuration bits) vengono caricati nell’MCU tramite il programmatore.

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MCU Pratica – Software Pratica – Software

ERRERR

MAPMAP

LSTLST

CODCOD

HEXHEX

COFCOF

Multiple Source File Projects

CC

OOASMASM

OO

LIBLIB

LKRLKR

Object File(s)

Library File(Collection of Pre-Compiled Object Files)

Linker Script File

C Source File(s)

Assembly Source File(s)

Common Object File Format(COFF) Object Module File

Map File

Used to generate HEX, CODand LST files:mp2cod.exe COD and LSTmp2hex.exe HEX

Relocatable CodeRelocatable Code

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MCU Pratica – Software ‘Hello World’ – ASMPratica – Software ‘Hello World’ – ASM

Software: ‘Hello World’

Header: LIST P=16F877, F=INHX8M

include <P16F877.inc>

__CONFIG _CP_ALL & _DEBUG_OFF & ...

errorlevel -302, -306, -202

radix dec

Inizio Codice: ASM – hello.asmorg 0x00

goto Start

org 0x04

goto ISR

Codice:Start

...

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MCU Pratica – Software – documenti utiliPratica – Software – documenti utili

Suggerimento...

Quando si scrive codice ASM e` bene avere a disposizione:

1) Manuale ASM: Quick ASM reference / ASM reference manual

2) Il datasheet del PIC che si sta usando

3) Il circuito per il quale si sta scrivendo il codice

A. Aizza - 23/11/05 - 22 -

MCU Pratica – Tools: programmatorePratica – Tools: programmatore

Come programmare un PIC? IC-Prog + JDM!

Codice in program memory

Configuration bits

Data EEPROM

Read, Write e Verify