UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA INGENIERIA ELECTRÓNICA Eo. PIC 16F84A ELIEZER G. SALAZAR MEDARDO J. RODRIGUEZ Tutor: Ing. CARLOS ORTEGA Abstract This paper will try to provide the best information in regards to PIC 16F84A. As we know this is a very modern electronic device that has in it a number of unique features which give a brief review. The PIC 16F84A not long ago known as PIC 16F84, was designed to meet some of the many instructions and parameters to other devices such as microprocessors can perform. We also intend to demonstrate how it is structured internally, under what parameters can work efficiently, how much memory capacity and has, because of their migration, how easy it is to program and especially as a device of this type has a large number of applications.
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA
INGENIERIA ELECTRÓNICA Eo.
PIC 16F84A
ELIEZER G. SALAZAR
MEDARDO J. RODRIGUEZ
Tutor: Ing. CARLOS ORTEGA
Abstract
This paper will try to provide the best information in regards to PIC 16F84A. As we know
this is a very modern electronic device that has in it a number of unique features which
give a brief review. The PIC 16F84A not long ago known as PIC 16F84, was designed to
meet some of the many instructions and parameters to other devices such as
microprocessors can perform. We also intend to demonstrate how it is structured
internally, under what parameters can work efficiently, how much memory capacity and
has, because of their migration, how easy it is to program and especially as a device of
this type has a large number of applications.
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Abstracto
En este documento trataremos de darle la mejor información en lo se refiere al PIC
16F84A. Como bien sabemos este es un dispositivo electrónico muy moderno que tiene
en si una serie de características únicas de las cuales daremos una breve reseña. El PIC
16F84A no hace mucho conocido como PIC 16F84, fue diseñado para cumplir con
algunas de muchas instrucciones y parámetros que otros dispositivos como los
microprocesadores no pueden efectuar. También pretendemos demostrar como es que se
estructura internamente, bajo que parámetros puede trabajar de manera eficiente, cuanta
capacidad y memorias posee, porque de su migración, que tan fácil es de programar y
sobre todo como es que un dispositivo de este tipo tiene una gran cantidad de
aplicaciones.
Introducción
El PIC16F84A es un dispositivo electrónico que ha acaparado la industria electrónica en
los últimos años, como bien sabemos este microcontralador pertenece a la familia PIC. Su
fabricante es la empresa Microchip Technologic Inc.
Lo que se pretende en esta presentación es poder conocer las características internas del
PIC, analizar sus diferentes funciones, programaciones y comparar algunas aplicaciones
de este PIC16F84 con respecto a otros PIC de diferentes familias.
Otro aspecto de mucha importancia es que este PIC está diseñado con un nuevo sistema
de seguridad denominado Watchdog cuyas aplicaciones las veremos más adelante al
igual que también analizaremos un poco acerca de la migración de el PIC 16F84 al
PIC16F84A.
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Desarrollo
El PIC 16F84 es un micro controlador cuya función principal es que puede ser
programado para poder realizar diferentes funciones, pero no debemos obviar que
también tiene características especificas internas y que por ende existen algunas
aplicaciones que no podrán ser programadas en este.
Para conocer más acerca de este dispositivo realizaremos un análisis completo de todas
sus características, funciones, capacidades y aplicaciones.
Para iniciar el análisis primero conoceremos sus características tanto físicas como
internas.
Características Técnicas del PIC 16F84A
Repertorio de 35 Instrucciones.
Todas las instrucciones se ejecutan en un solo ciclo excepto las de salto que
necesitan dos.
Versiones para bajo consumo (16LF84A), de 4 MHz (PIC16F84A-04) y 20 MHz
(PIC16F84A-20). Un ciclo máquina del PIC son 4 ciclos de reloj, por lo cual si
tenemos un PIC con un cristal de 4 MHz, se ejecutarán 1 millón de instrucciones
por segundo.
Memoria de programa Flash de 1 K x 14 bits.
Memoria RAM dividida en 2 áreas: 22 registros de propósito específico (SFR) y 68
de propósito general (GPR) como memoria de datos.
15 registros de funciones especiales.
Memoria de datos RAM de 68 bytes (68 registros de propósito general).
Memoria de datos EEPROM de 64 bytes.
Contador de programa de 13 bit (lo que en teoría permitiría direccionar 4 KB de
memoria, aunque el 16F84 solo dispone de 1KB de memoria implementada).
Pila con 8 niveles de profundidad.
Modos de direccionamiento directo, indirecto y relativo.
ALU de 8 bits y registro de trabajo W del que normalmente recibe un operando que
puede ser cualquier registro, memoria, puerto de Entrada/Salida o el propio código
de instrucción.
4 fuentes de interrupciones:
A través del pin RB0/INT.
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Desbordamiento del temporizador TMR0.
Interrupción por cambio de estado de los pins 4:7 del Puerto B.
Completada la escritura de la memoria EEPROM.
1.000.000 de ciclos de borrado/escritura de la memoria EEPROM.
40 años de retención de la memoria EEPROM.
13 pins de E/S con control individual de dirección.
PortA de 5 bits <RA0:RA4>.
PortB de 8 bits <RB0:RB7>.
Contador/Temporizador TMR0 de 8 bits con divisor programable.
Power-on Reset (POR).
Power-up Timer (PWRT).
Oscillator Start-up Timer (OST).
Watchdog Timer (WDT).
Protección de código.
Modo de bajo consumo SLEEP.
Puede operar bajo 4 modos diferentes de oscilador.
Programación en serie a través de dos pins.
Tecnología de baja potencia y alta velocidad CMOS Flash/EEPROM.
Características eléctricas máximas (no deben ser superadas y de mantenerse por
un tiempo en algún máximo puede dañarse al PIC)
Temperatura ambiente máxima para funcionamiento de -55°C to +125°C.
Tensión máxima de VDD respecto a VSS de -0,3 a +7,5V.
Tensión de cualquier patilla con respecto a VSS (excepto VDD, MCLR, y
RA4) de -0,3V a (VDD + 0.3V).
Tensión en MCLR con respecto a VSS -0,3 a +14V.
Tensión en RA4 con respecto a VSS -0,3 a +8,5V.
Disipación de potencia total de 800 mW.
Máxima corriente de salida a VSS 150 mA.
Máxima corriente de salida de VDD 100 mA.
Máxima corriente del puerto "A" como fuente, 50 mA.
Máxima corriente del puerto "A" como sumidero, 80 mA.
Máxima corriente del puerto "B" como fuente, 100 mA.
Máxima corriente del puerto "B" como sumidero, 150 mA.
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Máxima corriente que puede suministrar una sóla salida como fuente o
sumidero, 25 mA.
Rango de alimentación:
16LF84A: de 2 a 5,5 V en configuración de oscilador XT, RC y LP.
16F84A:
de 4 a 5,5 v en configuración de oscilador XT, RC y LP.
de 4,5 a 5.5 v en configuración de oscilador HS.
Consumo típico:
16LF84A:
de 1 a 4 mA en configuración de oscilador RC y XT (FOSC=2 MHz,
VDD=5,5V).
de 15 a 45 μA en configuración de oscilador LP (FOSC=32kHz,
VDD=2V, WDT deshabilitado).
16F84A:
de 1,8 a 4.5 mA en configuración de oscilador RC y XT (FOSC=4
MHz, VDD=5,5V).
de 3 a 10 mA en configuración de oscilador RC y XT durante la
programación de la FLASH (FOSC=4MHz, VDD=5,5V).
16F84A-20: de 10 a 20 mA en configuración de oscilador HS (FOSC=20
MHz, VDD=5,5V). [1]
Asignación de Pines según su hoja de datos (data sheet), PIC 16F84A.[2]
TABLE 1-1: PIC16F84A PINOUT DESCRIPTION
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Pin Name
PDIP No.
SOIC No.
SSOP No.
I/O/P Type
Buffer Type
Description
OSC1/CLKIN 16 16 18
I ST/CMOS(3) Oscillator crystal input/external clock
source input.
OSC2/CLKOUT 15 15 19 O — Oscillator crystal output. Connects to crystal o resonator in Crystal Oscillator mode. In RC mode, OSC2 pin outputs CLKOUT, which has 1/4 thefrequency of OSC1 and denotes the instruction cycle rate.
_____ MCLR
4 4 4 I/P ST Master Clear (Reset) input/programming voltageinput. This pin is an active low RESET to the device.
RA0
RA1
RA2
RA3
RA4/T0CKI
17
18
1
2
3
17
18
1
2
3
19
20
1
2
3
I/O
I/O
I/O
I/O
I/O
TTL
TTL
TTL
TTL
ST
PORTA is a bi-directional I/O port.
Can also be selected to be the clock input to the TMR0 timer/counter. Output is open drain type.
RB0/INT
RB1
RB2
RB3
RB4
RB5
RB6
RB7
6
7
8
9
10
11
12
13
6
7
8
9
10
11
12
13
7
8
9
10
11
12
13
14
I/O
I/O
I/O
I/O
I/O
I/O
I/O
I/O
TTL/ST(1)
TTL
TTL
TTL
TTL
TTL
TTL/ST(2)
TTL/ST(2)
PORTB is a bi-directional I/O port. PORTB can be software programmed for internal weak pull-up on all inputs. RB0/INT can also be selected as an external interrupt pin. Interrupt-on-change pin. Interrupt-on-change pin. Interrupt-on-change pin. Serial programming clock. Interrupt-on-change pin. Serial programming data.
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VSS 5 5 P — Ground reference for logic and I/O
pins.
VDD 14 14 15,16 P — Positive supply for logic and I/O pins.
Legend:
I= input O = Output I/O = Input/Output P = Power — = Not used
TTL = TTL input ST = Schmitt Trigger input
Note
1: This buffer is a Schmitt Trigger input when configured as the external interrupt.
2: This buffer is a Schmitt Trigger input when used in Serial Programming mode.
3: This buffer is a Schmitt Trigger input when configured in RC oscillator mode and a
CMOS input otherwise.
Como pudimos observar con respecto a lo anterior no hay otra característica técnica de
vital importancia, valga la redundancia podemos ahora conocer más acerca de su
funcionamiento interno tomando en cuenta que internamente posee una Arquitectura tipo
Harvard lo cual permite que se pueda trabajar desde memorias separadas y da ventaja
para los datos e instrucciones tengan longitudes diferentes.
Lo que ocurre es que el PIC 16F84A tiene varios tipos de memoria, pero solo hablaremos
de las mas importantes.
La memoria de Programa o Instrucciones:
Es una memoria de 1 Kbyte de longitud con palabras de 14 bits. Como es del tipo FLASH
se puede programar y borrar eléctricamente, lo que facilita el desarrollo de los programas
y la experimentación. En ella se graba, o almacena, el programa o códigos que el
microcontralador debe ejecutar. Dado que el PIC16F84 tiene un contador de programa de
13 bits, tiene una capacidad de direccionamiento de 8K x 14, pero solamente tiene
implementado el primer 1K x 14 (0000h hasta 03FFh). Si se direccionan posiciones de
memoria superiores a 3FFh se causará un solapamiento con el espacio del primer 1K. En
la figura 1.10 se muestra el mapa de la memoria de programa. [3]
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La memoria de Datos:
Está organizada en dos páginas o bancos de registro, banco 0 y banco 1. Para cambiar
de página se utiliza un bit del registro STATUS (RP0).
Cada banco se divide a su vez en dos áreas:
RFS (Registros de Funciones Especiales)
RGP (Registros de Propósito General)
En la figura siguiente nos podemos hacer una idea de cómo están distribuidos:
La primera es la de RFS (Registros de Funciones
Especiales) que controlan el funcionamiento del
dispositivo. Estos se emplean para el control del
funcionamiento de la CPU y de los periféricos.
El segundo área (68 bytes SRAM) es la de RGP
(Registros de Propósito General), y puede
accederse a ellos tanto directa como
indirectamente haciendo uso del registro FSR.
Banco 0:
Este banco está formado por 80 bytes, desde la posición 00 hasta la 4Fh (de la 0 a
la 79).
El área RFS consta de 12 registros que serán utilizados por funciones especiales
del microcontralador. Comienza en la dirección 00h y termina en la 0Bh, es decir,
de la 0 a la 11.
El Área RGP consta de 68 registros de memoria RAM que serán utilizados para
almacenar datos temporales requeridos por los programas. Comienza en la
dirección 0Ch y termina en la posición 4Fh (de la 12 a la 79). Esta parte es la
memoria de registros de propósito general.
Banco 1:
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Este banco tiene las mismas dimensiones que el anterior, pero su uso es menor,
ya que no tiene banco para registros de propósito general. Solamente tiene una
sección de registros especiales que van de la posición 80h a la 8Bh ( de la 128 a
la 139)
La memoria RAM así como algunos registros especiales son los mismos en los dos
bancos del mapa de memoria del PIC. La anchura de los bytes en la memoria es de 8 bis.
Para direccionar la memoria de datos se emplean dos modos de direccionamiento, el
directo y el indirecto. En el direccionamiento directo, los 7 bits de menos peso del código
OP de la instrucción proporcionan la dirección en la posición de la página, mientras que
los bits RP1 y RP0 de STATUS seleccionan la página o banco.
En el direccionamiento indirecto el operando de la instrucción hace referencia al
registro IDNF, que ocupa la posición 00h del área de datos. Se accede a la posición que
apunta el registro FSR 04h del banco 0. Los 7 bits de menos peso de FSR seleccionan la
posición y su bit de más peso, junto con el bit IRP del registro de estado, seleccionan la
página. [1]
Hemos hablado acerca de las memorias del PIC, ahora hablaremos de su arquitectura
interna y de algunos parámetros también internos que debemos tomar en cuenta para
cuando se realicen aplicaciones con el PIC 16F84A.
Arquitectura interna
Se fundamenta en una arquitectura tipo Harvard de manera que posee buses y espacios
de memoria por separado para el programa y los datos, lo que hace que sean más
rápidos que los microcontroladores basados en la arquitectura tradicional de Von
Neuman.
También posee arquitectura RISC( reduced instruction set computer), cuya ventaja es que
se pueden realizar funciones semanera reducida y con instrucciones sencillas. Otra
característica es una ALU (Unidad Aritmético Lógica) de 8 bits capaz de realizar
operaciones de desplazamientos, lógicas, sumas y restas, además de un registro de
Trabajo (W) no direccionable que usa en operaciones con la ALU.
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¿Cómo es que funciona?, De manera sencilla podemos decir que conforme las
instrucciones que posea la ALU, esta puede afectar los bits de acarreo ya sea para el
Acarreo digital como al acarreo cero del registro de estado (Z).
Figura 2
Cabe destacar y aun mas podemos observar que la memoria también tiene una memoria
EEPROM. Esta memoria está basada en tecnología EEPROM, y tiene una longitud de 8
bits, del mismo modo que la memoria de datos. Su tamaño es de 64 bytes y está situada
en un bloque distinto y aislado de la de datos.
Los 64 bytes EEPROM de Memoria de Datos no forman parte del espacio normal
direccionable, y sólo es accesible en lectura y escritura a través de dos registros, para los
datos el EEDATA que se encuentra en la posición 0008h del banco de registros RAM y
para las direcciones el EEADR en la 0009h. Para definir el modo de funcionamiento de
esta memoria se emplean dos registros especiales, el EECON1 en la dirección 0088h y el
EECON2 en 0089h.
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Registros que se utilizan con la EEPROM (ver figura 2):
Registro EEDATA (08h): Registro de Datos, lectura/escritura 8 bits
Registro EEADR (09h): Registro de Dirección, de 0h a 3Fh, 64 bytes
Registro EECON1 (88h): Registro de Control 1
Registro EECON2 (89h): Registro de Control 2 (no es un registro físico)[1]
Oscilador:
Todo microcontrolador requiere de un circuito que le indique la velocidad de trabajo, es el
llamado oscilador o reloj. Este genera una onda cuadrada de alta frecuencia que se utiliza
como señal para sincronizar todas las operaciones del sistema. Este circuito es muy
simple pero de vital importancia para el buen funcionamiento del sistema. Generalmente
todos los componentes del reloj se encuentran integrados en el propio microcontrolador y
tan solo se requiere unos pocos componentes externos, como un cristal de cuarzo o una
red RC, para definir la frecuencia de trabajo.[5]
El PIC16F84A puede funcionar en cuatro diferentes modos de oscilador. El usuario
puede programar dos bits de configuración (FOSC1 y FOSC0) para seleccionar uno de
estos cuatro modos:
• LP de cristal de baja potencia, trabaja con una frecuencia con rango de 32kHz a 200
KHz.
•Crystal XT / resonador, frecuencia de 4MHz.
• HS de cristal de alta velocidad / resonador; frecuencia de 4MHz a 20MHz.
• RC Resistencia / Capacitor; Es el más económico por que tan solo se utiliza un
condensador no polarizado y una resistencia. Es adecuado para las aplicaciones donde las
temporizaciones no requieran precisión. La frecuencia depende de:
La tensión de alimentación
El valor de la resistencia
El valor del condensador
La temperatura de funcionamiento
Además de esto, la frecuencia de oscilación puede variar de un microcontrolador a otro
debido a variaciones en algunos parámetros en la fabricación de cada integrado. También
