Programação básica de microcontroladores

Danilo Morais Pagano Mestrando em Mecânica Computacional - UNICAMP

Microprocessadores: 4 bits, 8 bits, 16...
É um chip:
com alta integração de componentes
RAM externa
memória EEPROM externa
HD para armazenamento de programas
outros diversos periféricos.
Ou seja, você usa um microprocessador dentro de um microcomputador e ele, em conjunto com um monte de outros CIs, trabalham direitinho.

Microcontrolador é um componente completo por si só.
Basta um programa e ele executa uma função específica.
Dentro do microcontrolador temos memória RAM, FLASH, EEPROM ou E2PROM.

Vamos simplificar resumindo a lógica em dois números ou como falamos muito, em dois dígitos: O 0 (zero) e o 1 (um).
Quando falamos em 0 (zero), estamos nos referindo a zero Volt DC e quando falamos em 1 (um) estamos falando em + Vcc.
No caso dos microcontroladores PIC, geralmente, estaremos falando que:
0 = GND e 1 = 5Vcc

Memória ROM
Memória RAM
Memória EPROM
Memória EEPROM ou E2PROM
Memória FLASH

É um endereço na memória
Formados por 8 números, ou melhor, 8 bits.
Estes bits podem ser 0 (zero) ou 1 (um).
Muitas vezes chamamos estes bits de Flags.
Flag então é um bit dentro de um registrador.

Imaginemos 8 posições:
Cada posição pode ter um valor de 0 (zero) ou 1 (um). Esta posição com um valor é um bit, ou melhor, bit é o valor que há dentro da posição.
Quando juntamos 8 bits, como no exemplo a seguir:
“ 00110011” ⇒ Chamamos isto de byte. Um byte então é um conjunto de 8 bits.

Às vezes os bits podem ser agrupados em números de 4, veja:
“ 0101” ⇒ Damos a isto o nome de “nibble”.
Outras vezes os bits podem se agrupar com números maiores que 8, veja:
“ 001100110011” ⇒ Chamamos isto de “Word”: 16 bits ou 2 bytes

Nos PICS existem registradores especiais
Podemos através dos bits ou flags destes registradores
“ ajustar” o funcionamento do PIC ou saber como ele está operando, para isto basta escrever ou ler os flags destes registradores.

Os primeiros microcontroladores usavam uma estrutura interna que tinha apenas um caminho para trafegar os dados e endereços.
Lembre-se, dados são informações e endereços são os locais onde serão armazenados os dados.
O nome mais correto para este “caminho” é Bus. Com apenas um bus tínhamos que trafegar hora endereços, hora dados.
Esta arquitetura de construção recebe o nome de “Von Neumann”.

Hoje em dia, os PICs particularmente, trabalham com dois bus. Um para dados e outro para endereços.
Este tipo de arquitetura recebe o nome de “Harvard”.
Os PICs possuem ainda um outro recurso, chamado de “Pipeline”.

“ CISC” : possuía mais de 100 instruções, o que dificultava a memorização do programador.
“ RISC”: Este set tem entre 33 a 35 instruções dependendo do PIC. Isto ajuda na memorização, mas, exige mais do programador. É como falar fluentemente um outro idioma, conhecendo poucas palavras, all right?
C omplex
I nstruction
S et
C omputer
R educed I nstruction
S et
C omputer

Introdução à arquitetura interna e suas configurações

Fabricado pela Microchip ( www.microchip.com )
Possui 18 pinos
Possui 35 instruções
Clock até 20MHz
Memoria de programa tipo Flash de 2k words
224 bytes de memoria RAM de dados

128 bytes de memoria EEPROM para dados
Instruções de 14 bits com 200ns de execução
Dados de 8 bits
15 registradores especiais
16 pinos de entrada/saida (I/O)
ICPS, timer interno, watchdog, CPP, USART, etc...

0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1

Com 8 níveis (imagine que você quer guardar 8 caixas iguais uma sobre a outra, cada caixa contém algumas coisas. Pois bem, cada caixa é um nível). Há de se ter cuidado para não “derrubar” esta pilha ou como se diz em programação, estourar a pilha (vai que dentro de uma pilha você colocou dinamite.).

O Watch dog é um contador independente de tudo dentro do PIC, que reseta o mesmo, após um certo período.
Para que serve isto?
Digamos que você fez um projeto com um PIC para controlar um elevador, de repente um pico de tensão o PIC trava-o fazendo com que o elevador pare. Depois de um curto período o Watch dog reseta o PIC, o programa volta a funcionar e o elevador volta a funcionar também.
Há de saber como se travar bem este cão, mas isto é, literalmente, outro capítulo...

Uma USART serial, mas o que é isto?
É um recurso que permitirá que você converse com outros equipamentos, como uma porta serial de um microcomputador.
USART significa “Universal Synchronous Asynchrous Receiver transmiter” ou Transmissor Universal Síncrono ou Assíncrono.

Só para lembrar PWM quer dizer modulação por largura de pulso, com este recurso você conseguirá variar o brilho de uma lâmpada, a velocidade de um motor DC ou até fazer uma fonte chaveada.

2 comparadores analógicos com referência interna, programável, de tensão. Quem gosta de amplificadores operacionais prepare-se para se divertir, e quem não os conhece vamos ler um livro sobre AOPs.

É um sinal de onda quadrada que serve para fazer um circuito lógico funcionar ou para sincronizar diversos dispositivos ou circuitos.
O nível alto do clock =+Vcc
O nível baixo = zero volt.
O período alto (+Vcc) é chamado de “Ton” e o período baixo de “Toff”.
Ton = Toff. É melhor que sejam iguais
T = Ton + ToFF ( a soma resulta no periodo)
T = 1
F

Ao usarmos um cristal de 4MHz teremos uma freqüência de 4MHz e o período de:
T = 1 = 1 = 250ns ou 250 nano segundos
F 4.000,000
Ou 0,000. 000.25 segundos.

Divide-se clock por quatro, formando as fases Q1, Q2, Q3 e Q4
PIPELINE: Busca a informação em um ciclo e a executa no próximo
Para um clock de 4MHz, cada instrução é executada 1  s, desde que não afete o Program Counter

RC_CLKOUT = oscilador RC externo que deve estar ligado no pino 16. No pino 15 teremos este sinal dividido por 4.
RC_I/O = Oscilador externo mais que usa o pino 15 como I/O.

XT = cristal de 200kHz até 4MHz
HS = cristal acima de 4MHz
LS = cristal abaixo de 200kHz
INTOSC_I/O = oscilador interno com o pino 15 operando como I/O.
INTOSC_CLKOUT = o pino 15 teremos este sinal dividido por 4

O nome registrador W vem de “Registrador Work”, que traduzindo, quer dizer trabalho.
É através dele que carregamos os outros registradores com valores diversos e corretos para um perfeito funcionamento de nosso projeto.
Caso desejamos colocar um determinado valor em um registrador de uso geral (GPR), primeiro temos que “carregar” o registrador W e depois passar para o outro registrador.

O início de tudo...

Fique atento!

LIST p=16f628a
#INCLUDE "P16F628.INC"

Abrir arquivo do word.
Exemplo:
__CONFIG _CP_OFF & _WDT_OFF & _INTRC_OSC_NOCLKOUT & _PWRTE_ON & _LVP_OFF & _MCLRE_OFF

#DEFINE BANK0 BCF STATUS, RP0
#DEFINE BANK1 BSF STATUS, RP0
#DEFINE BOTAO PORTB, 4
#DEFINE LED PORTB, 0

ORG 0X00 ; inicio do programa
GOTO INICIO ; pula para o label INICIO
ORG 0X04 ; inicio da interrupção
RETFIE ; retorna da interrupção

INICIO
CLRF PORTA
CLRF PORTB
BANK1
MOVLW B‘00000000'
MOVWF TRISA
MOVLW B'00110000'
MOVWF TRISB

MOVLW B'10000011'
MOVWF OPTION_REG
MOVLW B'00000000'
MOVWF INTCON
BANK0
MOVLW B'00000111'
MOVWF CMCON
CLRF PORTA
CLRF PORTB

MAIN
BTFSS BOTAO
GOTO BOTAO_LIB
GOTO BOTAO_PRES
BOTAO_LIB
BCF LED
GOTO MAIN
BOTAO_PRES
BSF LED
GOTO MAIN
END

1º passo: Abra o proteus Isis
2º passo: Monte o circuito (fique atento!)
3º passo: Adicione um source.
4º passo: Edite o source.asm que você criou com o código apresentado
5º passo: Compile o programa pelo comando BUILD
6º passo: Carregue o programa para a memória do microcontrolador
7º passo: Execute o programa.

Agora sim é pra valer... Cuidado ao errar, pois pode ser que você erre somente uma vez, pois o PIC é frágil...

1º passo: Abra o IC-PROG
2º passo: Mude o idioma para portugues.
3º passo: Ative o driver para windows XP
4º passo: Utilize a API do Windows
5º passo: Selecione o PIC
6º passo: Carregue o programa em HEX para a memória do IC-PROG
7º passo: Configure os Fuses, caso necessário
8º passo: Apague a memoria do PIC e faça a gravação do novo programa.

Agora chega de baixaria... Somos de alto nível...
Serão apresentados 3 programas: Liga simples Pisca Pisca Sequencial de 4 LEDs Temos tempo ainda? SIM NÃO

#include "16f628a.h“
#fuses INTRC_IO, NOMCLR, NOWDT

Void main (){
SET_TRIS_A(255);
SET_TRIS_B(0);
while(true)
{
output_bit( PIN_B0, input(PIN_A0));
}
}

#include "16f628a.h"
#use delay(clock=4000000)

void main() {
byte i=1;
SET_TRIS_A(255);
SET_TRIS_B(0);
while(true){
OUTPUT_LOW(PIN_B0);
delay_ms(1000);
OUTPUT_HIGH(PIN_B0);
delay_ms(1000); }
}

#include "16f628a.h"
void main()
{
static boolean led=0;
SET_TRIS_A(255);
SET_TRIS_B(0);
OUTPUT_B(0);
while(true)
{
if(input(PIN_A0))
{
output_bit(PIN_B0, led); //Quando pressiona A0, manda o bit da variável led para o B0
led=!led; //inverte o bit da variável led
while(input(PIN_A0)) //Este laço deixa o microcontrolador sem fazer nada enquanto
{// o botão A0 ainda estiver pressionado, só voltando a rodar o programa quando soltar
}// o botão A0. Isto evita totalmente que o programa pense que o botão foi
}// pressionado sem querer...
}
}

Com o código compilado, você pode carregá-lo para a memória do microcontrolodor tanto do Proteus quanto o real.

Aumentando o nível ainda mais...
Temos tempo ainda? SIM NÃO

Abra o programa Ldmicro
Escolha no menu configurações o modelo do microcontrolador

Insira um contato em série com uma saída.
Xbotao YLamp
|----] [---------------------------( )----|
Dê um nome ao contato e um nome à saída.
Determine um pino (bit de um port) para corresponder àquela instrução
Compile e carregue para a memória do uC (Proteus ou real).

Onde pesquisar...
Site da Microchip – www.microchip.com
Livros:
Desbravando o PIC – (Davi José)
Microcontroladores PIC: Técnicas avançadas ( Fábio Pereira)
PIC: Programação em C (Fábio Pereira)
Buscar no google...

Esta foi a ponta do Iceberg...
Agora cabe a cada um buscar/aprofundar mais no assunto...
Danilo Pagano
Departamento de Mecanica Computacional
Faculdade de Engenharia Mecanica
Universidade Estadual de Campinas - UNICAMP

http://blog.danilopagano.com	344
http://www.slideshare.net	17
http://dmpeletronic.blogspot.com	11

Programação básica de microcontroladores

by Danilo Morais Pagano on May 15, 2010

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