Microcontroladores PIC

MICROCONTROLADORES PIC

Microcontroladores PIC

SISTEMAS ELECTRÓNICOS AVANZADOS. ING. TÉC. INDUSTRIAL ELECTRÓNICO

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Características generales: • Arquitectura Harvard, procesador segmentado. • Compatibilidad software entre los modelos de la misma gama. • Sencillez de uso y herramientas de desarrollo sencillas y baratas. • Código compacto y rápido. • Poco consumo y amplio rango de voltajes de alimentación. • Pequeño tamaño y gran variedad de encapsulados. • precio


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MICROCONTROLADORES PIC Tipos de PIC

PIC de gama básica (16C5XX): • Datos de 8 bits. • Instrucciones de 12 bits. • 33 instrucciones. • Sin interrupciones • Pila de dos niveles • Alimentación desde 2,5 v. • Ejemplos:


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PIC de gama media (16C(F)XXX): • Datos de 8 bits. • Instrucciones de 14 bits. • 35 instrucciones. • Interrupciones • Pila de 8 niveles (anidamiento de subrutinas) • Gran variedad de periféricos: Timers, ADC, USART, LCD, Comparadores, etc. • Ejemplos:


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PIC miniatura (12C(F)XXX): • Datos de 8 bits. • Instrucciones de 14/12 bits. • 35/33 instrucciones. • 8 pines y hasta 6 líneas de E/S. • Consumo menor de 2 mA a 5v y 4 Mhz. • Ejemplos:


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PIC de gama alta (17CXXX): • Datos de 8 bits. • Instrucciones de 16 bits. • 58 instrucciones. • Potente sistema de gestión de interrupciones vectorizadas. • Arquitectura abierta (bus de datos y direcciones disponibles: como en un µP) • Gran variedad de periféricos: como en gama media, más un multiplicador HW de gran velocidad. • Ejemplos:


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PIC de gama mejorada (18C(F)XXX): • Datos de 8 bits. • Instrucciones de 16 bits. • 77 instrucciones (multiplicación de 8x8 en un ciclo). • Alta velocidad (hasta 40 Mhz) y alto rendimiento (10 MIPS) • Arquitectura orientada al lenguaje C. • Potentes herramientas de emulación. • Ejemplos:


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Arquitectura Harvard:

PIC de gama media Arquitectura

• Memoria de programa y memoria de datos separadas, con buses distintos • Mayor ancho de banda que en la arquitectura Von Neuman donde el bus para datos e instrucciones es único. • Gracias a un bus exclusivo para la memoria de programa se optimizan las instrucciones a la arquitectura. • Todos los códigos de operación son de 14 bits, con un único acceso a memoria para cada instrucción, frente a la estructura multi-byte de algunas instrucciones en arquitectura Von Neuman.


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MICROCONTROLADORES PIC PIC de gama media Arquitectura

Ejecución segmentada: • Pipeline de dos estados: solapamiento de la fase de búsqueda y ejecución de la instrucción. • Mientras de ejecuta una instrucción se busca el código de operación de la siguiente.

Ortogonalidad • Las instrucciones pueden realizar cualquier operación sobre cualquier registro, usando cualquier modo de direccionamiento

Juego de instrucciones reducido: • 35 instrucciones que se ejecutan en un solo ciclo, ssalvo las de salto.

Arquitectura en banco de registros: • Todos los registros especiales incluido el contador de programa, los puertos, temporizadores, etc. están mapeados en memoria. • A los registros/memoria se puede acceder con direccionamiento directo o indirecto.


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Características especiales

PIC de gama media Arquitectura

• Código de protección • El contenido de la memoria de programase puede proteger contra lectura. • Existen posiciones de memoria reservadas para incluir números de serie o códigos de identificación. • Power-on Reset (POR) • Autoreset al conectarles la alimentación. • Lógica Brown-out (BOR) • Reset del µC si la alimentación desciende por debajo de un determinado valor. •Watchdog Timer (perro guardián) • Temporizador que resetea la MCU si no se actualiza en un tiempo determinado. Evita ‘cuelgues’. • Modo de bajo consumo • Mediante la instrucción SLEEP se para el funcionamiento de la CPU reduciendo drásticamente el consumo. • Oscilador RC interno. • In-Circuit Serial Programming (ICSP) • Posibilidad de programación del circuito en la aplicación final utilizando un protocolo serie sobre dos líneas de E/S del µC. SISTEMAS ELECTRÓNICOS AVANZADOS. ING. TÉC. INDUSTRIAL ELECTRÓNICO

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2. No todos los dispositivos incluyen esta característica SISTEMAS ELECTRÓNICOS AVANZADOS. ING. TÉC. INDUSTRIAL ELECTRÓNICO

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3. Muchos de los pines de E/S de propósito general están multiplexados con uno más módulos periféricos SISTEMAS ELECTRÓNICOS AVANZADOS. ING. TÉC. INDUSTRIAL ELECTRÓNICO

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Esquema de reloj/ciclo de instrucción: Cuatro ciclos de reloj -> ciclo de instrucción Se incrementa el contador de programa

La nueva instrucción se almacena en el registro de instrucción

Decodificación y ejecución de la instrucción


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Ejemplo de ejecución:

• Hasta Tcy3 en cada ciclo se ejecuta una instrucción. • Al acabar de ejecutarse la tercera instrucción la CPU almacena la dirección de la cuarta instrucción en la pila e introduce la dirección de SUB_1 en el PC, aunque la búsqueda de la fase de búsqueda cuarta de la cuarta instrucción ya se ha completado. • Durante Tcy4 la ejecución de la cuarta instrucción se ignora (ejecutando un NOP) y se busca el código de operación correspondiente a la dirección SUB_1.

• Todas las instrucciones se realizan en un ciclo de instrucción salvo las de salto que lo hacen en dos. SISTEMAS ELECTRÓNICOS AVANZADOS. ING. TÉC. INDUSTRIAL ELECTRÓNICO

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MICROCONTROLADORES PIC PIC de gama media


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Unidad Aritmético lógica:

PIC de gama media ALU

• Longitud de palabra: 8 bits. • Operaciones de suma, resta , desplazamiento y lógicas. • Operaciones aritméticas en complemento a dos. • Los acarreos (C), acarreo decimal (DC) y resultado cero (Z), se reflejan en el registro STATUS


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MICROCONTROLADORES PIC Existen tres tipos de instrucciones:

PIC de gama media Instrucciones

•Instrucciones de operación de bytes en registros •Instrucciones de manipulación de bits de registros •Instrucciones de control y operación con literales


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MICROCONTROLADORES PIC PIC de gama media Instrucciones


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MICROCONTROLADORES PIC PIC de gama media Instrucciones


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MICROCONTROLADORES PIC PIC de gama media Reg. STATUS

Registro STATUS: •Indica el estado de las operaciones aritméticas de la ALU •Indica el estado el estado del RESET •Controla la selección de bancos en la memoria de datos

Bit7 IRP: bit de selección de banco de registros usado en direccionamiento indirecto. 1 = Bank 2, 3 (100h - 1FFh) 0 = Bank 0, 1 (00h - FFh) Para circuitos con Banco 0 y Banco 1 este bit esta reservado y siempre esta cero Bit 6:5 RP1:RP0: bit de selección de banco de registros usado en direccionamiento directo. 11 = Banco 3 (180h - 1FFh) 10 = Banco 2 (100h - 17Fh) 01 = Banco 1 (80h - FFh) 00 = Banco 0 (00h - 7Fh) Cada banco es de 128 bytes. Bit 4 TO’: bit Time-out. 1 = Después del encendido, de la instrucciones CLRWDT o SLEEP. 0 = Time-out del WDT.


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MICROCONTROLADORES PIC PIC de gama media Reg. STATUS

Bit 3 PD’: bit power-down 1 = Después del encendido o por la instrucción CLRWDT 0 = Por la ejecución de la instrucción SLEEP. Bit 2 Z: bit cero 1 = El resultado de una operación aritmética o lógica es cero. 0 = El resultado de una operación aritmética o lógica no es cero Bit 1, DC: bit Digit carry/borrow’ (instrucciones ADDWF, ADDLW, SUBLW, SUBWF) 1 = El cuarto bit de menor peso del resultado produce acarreo 0 = El cuarto bit de menor peso del resultado no produce acarreo Bit 0, C: bit Carry/borrow’ (instrucciones ADDWF, ADDLW,SUBLW,SUBWF) 1 = El resultado produce acarreo 0 = El resultado no produce acarreo


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MICROCONTROLADORES PIC MEMORIA DE PROGRAMA

PIC de gama media Organización de la Memoria

• Máximo espacio de memoria 8K palabras (13 bits de bus de direcciones) • Cuatro páginas de 2K cada una • El byte de menor peso del contador de programa: PCL es accesible por el usuario en lectura y escritura a través de un registro del mismo nombre. • Los 5 bits de mayor peso del PC (PCH) son accesibles a través de PCLATCH<4:0> • Un RESET pone a cero el registro PCLATCH • Acceso a las páginas mediante PCLATCH <4:3> • Vector de reset en 0000h • Vector de interrupción en 0004h


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MICROCONTROLADORES PIC PIC de gama media Organización de la Memoria CONTADOR DE PROGRAMA Instrucción con PCL como destino

Instrucción GOTO


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MICROCONTROLADORES PIC PIC de gama media Organización de la Memoria CONTADOR DE PROGRAMA Instrucción CALL

Instrucción RETURN, RETFIE o RETLW


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MICROCONTROLADORES PIC PIC de gama media Organización de la Memoria

PILA (STACK): • Tiene 8 niveles. • Se guarda el contenido del PC con la instrucción CALL o cuando se produce una interrupción. • No existen instrucciones del tipo PUSH o POP. • Tiene estructura ‘circular’:


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MEMORIA DE DATOS dividida en dos áreas: • Registros de funciones especiales (SFR, Special Function Registers) – Controlan la operación de la CPU y los periféricos. – Se implementan como RAM estática – Se inicializan a un valor por defecto después de la alimentación del µC. • Registros de propósito general (GPR, General Purpose Registers) – Almacenamiento de datos. – No se inicializan a un valor por defecto después de la alimentación. • La transferencia entre registros ha de hacerse a través del registro W. • Estructura en bancos de 128 bits accesibles mediante STATUS<7:5> • Acceso directo (bits RP1:RP0) o indirecto (bit IRP y registro FSR) a la información.


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MEMORIA DE DATOS: Acceso a bancos:

Direccionamiento directo:


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MEMORIA DE DATOS:

PIC de gama media Organización de la Memoria

Direccionamiento indirecto: Se utiliza como operando el registro INDF que en realidad no está implementado físicamente

El siguiente código pone a cero las posiciones de memoria comprendidas entre las direcciones 20h y 2Fh SISTEMAS ELECTRÓNICOS AVANZADOS. ING. TÉC. INDUSTRIAL ELECTRÓNICO

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Distribución de las áreas de registros SFR Y GPR en cada banco de memoria


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Distribución de las áreas de registros SFR Y GPR en cada banco de memoria para dispositivos de 18 patillas.


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MICROCONTROLADORES PIC INTERRUPCIONES • Interrumpen la ejecución de un programa y pasan a la rutina de servicio del evento que provoca la interrupción. • El vector de interrupción se encuentra en la dirección 04H de la memoria de programa. • Al terminar la rutina de servicio (RETFIE) se retoma el programa en el ‘punto de ruptura’. • Fuentes de interrupción: • Pin INT, cambio en los terminales del puerto B (RB7:RB4). • Overflow en los temporizadores. • Cambio en el comparador. • Fin de escritura en la memoria EEPROM de datos. • Relacionadas con el Puerto Paralelo Esclavo, con la USART, con el fin de conversión A/D y en general con los módulos periféricos con que puede contar una MCU. • Gestión de interrupciones mediante registros: • INTCON: registro general de control y estado. • En función de los periféricos disponibles por una MCU: •PIE1, PIE2 (Peripheal Interrupt Enable) habilitan las interrupciones de cada periférico. • PIR1 y PIR2 (Peripheal Interrupt Flag Registers) identifican el periférico que interrumpe. SISTEMAS ELECTRÓNICOS AVANZADOS. ING. TÉC. INDUSTRIAL ELECTRÓNICO

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MICROCONTROLADORES PIC INTERRUPCIONES REGISTRO INTCON

Bit 7 GIE: (Global Interrupt Enable) bit de habilitación global de interrupciones 1 = Habilita las interrupciones. 0 = Inhibe todas las interrupciones. Se pone a cero cuando se reconoce una interrupción (para evitar interrupciones anidadas) y a 1 cuando se vuelve de su rutina de servicio. Bit 6 PEIE: (Peripheral Interrupt Enable) bit de habilitación de interrupciones de periféricos. 1 = Habilita las interrupciones desde los periféricos. 0 = Inhibe las interrupciones desde los periféricos. (3) En MCU con un solo periférico puede ser EEIE o ADIE Bit 5 T0IE: (Timer 0 Overflow Interrupt Enable) bit de habilitación del Timer 0. 1 = Habilita la interrupción con el desbordamiento del Timer 0. 0 = Inhibe la interrupción con el desbordamiento del Timer 0. Bit 4 INTE: (INT External Interrupt Enable) bit de habilitación de interrupción desde el pin de entrada INT. 1 = Habilita la interrupción. 0 = Inhibe la interrupción. (2) Algunas MCU no disponen de esta característica SISTEMAS ELECTRÓNICOS AVANZADOS. ING. TÉC. INDUSTRIAL ELECTRÓNICO

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MICROCONTROLADORES PIC INTERRUPCIONES REGISTRO INTCON

Bit 3 RBIE: (RB Port Change Interrupt Enable) bit de habilitación de interrupción con el cambio de RB7:RB4 1 = Habilita la interrupción. 0 = Inhibe las interrupción. (2) Algunas MCU no disponen de esta característica (1) También se puede encontrar con el nombre GPIE. Bit 2 T0IF: (Timer 0 Overflow Interrupt Flag). 1 = Interrupción producida por el desbordamiento del Timer 0 (debe ser puesto a cero por SW). 0 = El Timer 0 no se ha desbordado. Bit 1 INTF: (INT External Interrupt Flag). 1 = Interrupción producida por INT (debe ser puesto a cero por SW). 0 = INT no ha interrumpido la MCU. (2) Algunas MCU no disponen de esta característica Bit 0 RBIF: (RB Port Change Interrupt Flag). 1 = Interrupción producida por el cambio en alguno de los bits RB7:RB4 (debe ser puesto a cero por SW). 0 = RB7:RB4 no han interrumpido la MCU. (2) Algunas MCU no disponen de esta característica (1) También se puede encontrar con el nombre GPIF. SISTEMAS ELECTRÓNICOS AVANZADOS. ING. TÉC. INDUSTRIAL ELECTRÓNICO

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MICROCONTROLADORES PIC INTERRUPCIONES

LÓGICA DE INTERRUPCIONES Registros PIR/PIE

Registro INTCON


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TIEMPO DE LATENCIA Es el tiempo que transcurre desde que se produce un evento de interrupción hasta que se ejecuta la instrucción de la dirección 04H. • Interrupciones síncronas (normalmente internas) tiempo de latencia= 3 Tcy. • Interrupciones asíncronas (normalmente externas) tiempo de latencia= 3-3,75 Tcy.


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MICROCONTROLADORES PIC INTERRUPCIONES Respuesta a un evento en el pin INT.

(1) El flag INTF se muestrea cada Q1. (2) El tiempo de latencia comprendido entre 3 y 3,75 Tcy. (3) CLKOUT disponible solo si el oscilador es RC. (4) Anchura mínima de pulso requerida en función de la MCU (para el 16F84A 20ns.) (5) INTF debe ponerse a cero por Sw.


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MICROCONTROLADORES PIC INTERRUPCIONES Fases en la gestión de interrupciones: 1. PC->Pila y GIE=0 2. PC=0004H 3. Se salvan los registros cuyo contenido se desee conservar (W, STATUS, etc.) ≡ PUSH 4. Se determina la fuente de interrupción (interrogando los flags correspondientes) 5. Se ejecuta la rutina de servicio a la interrupción 6. Se borra el flag relacionado con la interrupción atendida. 7. Se restauran los registros ≡ POP 8. Se ejecuta RETFIE 9. Pila->PC y GIE=1


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Salvaguarda de W y el registro STATUS, en un rutina de servicio a una interrupción:


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MICROCONTROLADORES PIC PUERTOS DE E/S • Se pueden considerar los periféricos más sencillos, implementan las entrada-salida de la MCU. • Se utilizan mediante dos registros: PORTx (datos) y TRISx (control) • Pueden implementarse hasta siete puertos de características distintas (x puede sustituirse con identificadores de puerto desde la A hasta la G) • Cada uno de los bits de TRISx establece la dirección de la información de su correspondiente bit (pin) en PORTx. • Un 1 configura el pin como entrada. Una operación de lectura obtiene el nivel presente en el terminal implicado. • Un 0 configura ese pin como salida, manteniendo el bit de salida mediante un latch. • Después de un reset todos los bits de TRISx son 1. • Los pines de entrada/salida pueden estar multiplexados con varios periféricos. Para conocer con exactitud las características de cada puerto en concreto es imprescindible. Consultar las hojas de características de cada dispositivo.


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MICROCONTROLADORES PIC PUERTOS DE E/S Puerto de entrada/salida típico:


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MICROCONTROLADORES PIC PUERTOS DE E/S Puerto A: • Tiene 6 bits. • RA4 Tiene entrada Trigger Schmitt y salida drenador abierto. • El resto admiten niveles de entrada TTL y salida CMOS. Diagrama de bloques para RA3:RA0 y RA5.


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MICROCONTROLADORES PIC PUERTOS DE E/S Pin RA4:

Ejemplo de inicialización del puerto A


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MICROCONTROLADORES PIC PUERTOS DE E/S Puerto B: • Puerto de 8 bits bidireccionales Diagrama de bloques para RB3:RB0.


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MICROCONTROLADORES PIC PUERTOS DE E/S Diagrama de bloques para RB7:RB4.


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MICROCONTROLADORES PIC PUERTOS DE E/S

• La escritura en un puerto implica una lectura-modificación-escritura. • Puede acarrear problemas en operaciones de escritura sobre puertos en los que unos pines están configurados como entradas y otros como salidas:


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MICROCONTROLADORES PIC PUERTOS DE E/S Operaciones sucesivas sobre un puerto de entrada salida • Escritura y lectura sobre el puerto B:

A frecuencias de reloj más altas, una escritura seguida por una lectura puede ser problemática debido a la capacidad externa, en esos casos puede ser conveniente utilizar NOP entre esas instrucciones.


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MICROCONTROLADORES PIC PUERTOS DE E/S Operaciones sucesivas sobre un puerto de entrada salida • Operaciones que implican lectura-modificación escritura:


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MICROCONTROLADORES PIC TIMER 0

Características: • Contador temporizador de 8 bits • Accesible mediante operaciones de lectura y escritura. • Incorpora un prescaler de 8 bits programable por Sw. • Reloj interno o externo. • Selección del flanco del reloj externo • Puede producir una interrupción al debordarse.


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MICROCONTROLADORES PIC TIMER 0 REGISTRO OPTION_REG

Bit 7 RBPU’: bit de habilitación de resistencias pull-up 1 = Inhibidas 0 = habilitadas Bit 6 INTEDG: bit de selección del flanco activo de la interrupción INT 1 = Flanco ascendente 0 = Flanco descendete Bit 5 T0CS: bit de selección de reloj para TMR0 1 = Transición del pin T0CKI (reloj externo). 0 = Reloj interno (CLKOUT). Bit 4 T0SE: bit de selección de flanco cuando el reloj es externo 1 = Flanco de bajada de T0CKI. 0 = Flanco de subida de T0CKI


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MICROCONTROLADORES PIC TIMER 0 REGISTRO OPTION_REG

Bit3 PSA: bit de asignación del prescaler 1 = Prescaler asignado al WDT. 0 = Prescaler asignado al TIMER 0. Bit 2:0 PS2:PS0: Valor de división del prescaler PS2 000 001 010 011 100 101 110 111

TMR0 1:2 1:4 1:8 1:16 1:32 1:64 1:128 1:256

WDT 1:1 1:2 1:4 1:8 1:16 1:32 1:64 1:128


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MICROCONTROLADORES PIC TIMER 0 Escritura en TMR0 (reloj interno, sin prescaler):

Una escritura en TMR0 provoca dos ciclos de instrucción (2Tcy) en los que no se puede volver a escribir en él.


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MICROCONTROLADORES PIC TIMER 0 Escritura en TMR0 (reloj interno, prescaler 1:2):

• Una escritura en TMR0 actualiza el registro e inicializa el prescaler. • El incremento del temporizador 0 (TMR0+prescaler) se inhibe durante dos ciclos de instrucción (2 Tcy), como el prescaler está configurado como divisor por 2, el temporizador 0 no se incrementará durante 4 tiempos de reloj.


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MICROCONTROLADORES PIC TIMER 0 Temporización de la interrupción del timer 0:


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MICROCONTROLADORES PIC TIMER 0 Sincronización con reloj externo:

T0CKI debe se 1 al menos 2TOSC

El reloj/prescaler se muestrea en Q2 y Q4


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