Prácticas PIC basadasen máquina de vending                        AUTOR: Félix Rizo Lobato                DIRECTOR: Nicola...
1.- ÍNDICE
2.- MEMORIA DESCRIPTIVA                                                         1    2.1. INTRODUCCIÓN                    ...
2.3.7. Descripción teclado                                 21             2.3.7.1.      Introducción                      ...
2.7.4. Datos de interés                                 107                  2.7.4.1.       Registros de dinero           ...
5.2. ESQUEMAS PRÁCTICAS MÓDULO 1                           127        5.2.1. Esquemas Práctica 1                          ...
Memoria descriptiva2. MEMORIA DESCRIPTIVA
Memoria descriptiva                                                             Introducción2.1. Introducción       En est...
Memoria descriptiva                                                             Introducción       Las diferentes práctica...
Memoria descriptiva                                                      Solución adoptada2.2. Solución adoptada2.2.1.Los ...
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muestra las caracteristicas y proyectos con pic

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  1. 1. Prácticas PIC basadasen máquina de vending AUTOR: Félix Rizo Lobato DIRECTOR: Nicolau Cañellas Alberich FECHA: Septiembre / 2004
  2. 2. 1.- ÍNDICE
  3. 3. 2.- MEMORIA DESCRIPTIVA 1 2.1. INTRODUCCIÓN 2 2.1.1. Antecedentes 2 2.1.2. Objetivos 2 2.2. SOLUCIÓN ADOPTADA 4 2.2.1. Los microcontroladores. Consideraciones previas 4 2.2.2. Ventajas de los diseños basados en microcontroladores 5 2.2.3. Arquitectura básica de los µC 5 2.2.3.1. CPU (Central Process Unit) 6 2.2.3.2. Memoria de programa 6 2.2.3.3. Memoria de datos 6 2.2.3.4. Puertos entrada / salida 7 2.2.3.5. Watch-Dog 7 2.2.3.6. Brown-out 7 2.2.3.7. Contador / timer 7 2.2.3.8. ADC y DAC 8 2.2.3.9. PWM 8 2.2.3.10. Comunicación Serie 8 2.2.4. Que es un PIC? 8 2.2.4.1. Diferencias con otros µC 8 2.2.5. Los microcontroladores PIC 9 2.2.5.1. Características de los microcontroladores PIC 9 2.2.5.2. Familias PICmicro 10 2.2.5.3. ¿Que PIC escogemos? 10 2.2.5.4. PIC 16F876 y 16F877 11 2.3. PRÁCTICAS CON MICROCONTROLADORES 13 2.3.1. Consideraciones previas 13 2.3.2. Descripción del MPLAB 13 2.3.2.1. Introducción programa 13 2.3.2.2. Funcionamiento del MPLAB IDE 14 2.3.3. Descripción del Kit MPLAB-ICD 16 2.3.3.1. Introducción 16 2.3.3.2. Características del MPLAB-ICD Module 17 2.3.3.3. Características del MPLAB-ICD Header 17 2.3.4. Placa base de laboratorio 18 2.3.4.1 Descripción de la paca usada en laboratotio 18 2.3.5. Regulador de tensión 18 2.3.6. Descripción Pantalla LCD 19 2.3.6.1. Introducción 19 2.3.6.2. Que pantalla LCD vamos a utilizar? 19 2.3.6.3. Funcionamiento de la pantalla LCD 19
  4. 4. 2.3.7. Descripción teclado 21 2.3.7.1. Introducción 21 2.3.7.2. Funcionamiento del teclado 212.4. DESCRIPCIÓN FUNCIONAL DE NUESTRO SISTEMA 24 2.4.1. Visión general 24 2.4.2. Funcionamiento 25 2.4.2.1 Funcionamiento general 25 2.4.2.2 Funcionamiento Módulo 1 26 2.4.2.3 Funcionamiento Módulo 2 272.5. DESCRIPCIÓN CIRCUITAL 30 2.5.1. Introducción 30 2.5.2. Circuito regulador de tensión 31 2.5.3. El microcontrolador 31 2.5.4. Decodificador 74LS138 34 2.5.5. Decodificador de BCD a 7 segmentos 7447 y display 36 2.5.6. El Teclado 38 2.5.7. Pantalla LCD 402.6. PRÁCTICAS A REALIZAR 42 2.6.1. Introducción 42 2.6.2. Enunciados de prácticas 42 2.6.2.1. Práctica 1 43 2.6.2.2. Práctica 2 50 2.6.2.3. Práctica 3 59 2.6.2.4. Práctica 4 69 2.6.2.5. Práctica 5 78 2.6.2.6. Práctica 6 882.7. PROGRAMA ASM 97 2.7.1 Introducción 97 2.7.2. Modulo 1 97 2.7.2.1. Visión general. 97 2.7.2.2. Revisar monedero 98 2.7.2.3. Revisar producto 99 2.7.2.4. Dar cambio 101 2.7.2.5. Interrupción 102 2.7.3. Módulo 2 103 2.7.3.1. Visión general 103 2.7.3.2. Seleccionar producto o precio 104 2.7.3.3. Elegir producto 104 2.7.3.4. Enviar EEPROM 105 2.7.3.5. Interrupción 106
  5. 5. 2.7.4. Datos de interés 107 2.7.4.1. Registros de dinero 107 2.7.4.2. Clasificación de los productos. 108 2.7.4.3. Función ‘Escribir_LCD’ 108 2.7.4.4. Función ‘Clear_display’ 109 2.7.4.5. Función ‘EE_escribe’ 109 2.7.4.6. Función ‘EE_LEE’ 1093.- MEMORIA DE CÁLCULO 110 3.1. CÁLCULOS DE LOS ESQUEMAS ELÉCTRICOS 111 3.2. CÁLCULOS DEL PROGRAMA ASM 1124.- PRESUPUESTO 114 4.1. LISTA ELEMENTOS 115 4.1.1. Lista de elementos del módulo 1 115 4.1.2. Lista de elementos del módulo 2 116 4.2. LISTA DE PRECIOS 117 4.2.1. Lista de precios de elementos del módulo 1 117 4.2.2. Lista de precios de elementos del módulo 2 118 4.3. COSTE TOTAL 119 4.3.1. Coste total del módulo 1 119 4.3.2. Coste total del módulo 2 120 4.4. RESUMEN DEL PRESUPUESTO 1215.- PLANOS 122 5.1. ESQUEMAS DE ELEMENTOS 123 5.1.1. Esquema Regulador fuente tensión 123 5.1.2. Esquema del 74LS47 123 5.1.3. Esquema del 74LS138 124 5.1.4. Esquema Comunicación USART 124 5.1.5. Conector teclado 125 5.1.5.1.Teclado producto 125 5.1.5.2.Teclado monedas 125 5.1.5.3.Teclado precio 126 5.1.6. Esquema conector pantalla LCD 126 5.1.6.1. LCD Módulo 1 126 5.1.6.2. LCD Módulo 2 126
  6. 6. 5.2. ESQUEMAS PRÁCTICAS MÓDULO 1 127 5.2.1. Esquemas Práctica 1 127 5.2.2. Esquemas Práctica 3 128 5.2.3. Esquemas Práctica 4 129 5.2.4. Esquemas Práctica 6 130 5.2.5. Esquema general 131 5.2.6. Diseño placa base 132 5.3. ESQUEMAS PRÁCTICAS MÓDULO 2 133 5.3.1. Esquemas Práctica 2 133 5.3.2. Esquemas Práctica 5 y Módulo 2 133 5.3.3. Diseño placa base 134ANEXOS A. LISTA DE CÓDIGOS DE PROGRAMA A.1. Módulo 1 I A.1.1. Programa ASM de práctica 1 I A.1.2. Programa ASM de práctica 3 X A.1.3. Programa ASM de práctica 4 XXV A.1.4. Programa ASM de práctica 6 XXXV A.1.5. Programa ASM del Módulo 1 completo XLVIII A.2. Módulo 2 LXX A.2.1. Programa ASM de práctica 2 LXX A.2.2. Programa ASM de práctica 6 LXXXVI A.2.3. Programa ASM del Módulo 2 completo CI
  7. 7. Memoria descriptiva2. MEMORIA DESCRIPTIVA
  8. 8. Memoria descriptiva Introducción2.1. Introducción En este proyecto encontraremos seis prácticas para la asignatura de “Sistemeselectrònics amb microcontrolador”, en las cuales se pretende que el alumno aprenda aprogramar un microcontrolador. Estas prácticas serán diferentes partes de una simulación de una máquina de vending.Cada grupo de alumnos debería realizar una práctica. Al finalizar correctamente todas lasprácticas, se deberían poder unir los códigos de todos los grupos y se podría simular dichamáquina, por ello, se tendría que intentar que todos los grupos trabajasen en conjunto parapoder unir al final todas las prácticas. Para ello, este proyecto de final de carrera propuesto por Nicolau Cañellas pretendemontar el hardware y el software de la máquina de vending y diseñar las diferentes prácticas arealizar por los alumnos.2.1.1. Antecedentes Nuestro antecedente será la asignatura de “Sistemes electrònics ambmicrocontrolador” que se realiza en el segundo cuatrimestre del tercer curso de E.T.I. enElectrónica Industrial. Dicha asignatura tiene 3 créditos prácticos con lo cual este proyecto pretendecomplementar las prácticas ya existentes utilizando al máximo los recursos de hardware yaexistentes en estas prácticas.2.1.2. Objetivos La finalidad de este proyecto es realizar una serie de prácticas con el objetivo de quelos alumnos puedan utilizarlas para aprender a programar mediante el MPLAB a unmicrocontrolador. Al mismo tiempo pretendemos, debido a que las prácticas a realizar son las diferentespartes de una máquina de vending, que estas prácticas puedan unirse, con lo cual pretendemosque exista una unión entre los diferentes alumnos para poder conseguir al final del curso unirtodas las prácticas y que funcionen como una sola. Como queriamos una práctica de comunicaciones serie hemos pensado crear unsistema para modificar los precios de la EEPROM. La idea sería guardar todos los precios enun módulo que podríamos conectar a la máquina y transmitir los datos para modificar losprecios. También se dejan abiertas una serie de posibilidades para poder añadir diferentesprácticas a estas para mejorar la simulación, con lo cual los alumnos podrían proponer algunapráctica nueva o para un posible proyecto futuro que ampliase los módulos y el número deprácticas. 2
  9. 9. Memoria descriptiva Introducción Las diferentes prácticas tienen unos objetivos diferentes. Se ha pretendido que concada práctica se simule una parte de la máquina de vending, aunque como se ha dichoanteriormente todas estas partes tienen registros en común, como por ejemplo el que realiza lapráctica del monedero y el que realiza la práctica del cambio tienen en común el registro quese encarga de saber la cantidad de dinero que se ha pagado. Las diferentes prácticas a realizar tienen como objetivos: - PRÁCTICA 1: Realizar la simulación de un monedero, con el objetivo de guardar la cantidad de dinero que el usuario introduce a una máquina. - PRÁCTICA 2: Realizar un sistema para poder modificar los precios de los productos a vender en la EEPROM. - PRACTICA 3: Realizar el programa que se encarga de pedir el producto, revisar el dinero pagado, el que se tiene que pagar y entregar el producto. - PRACTICA 4: Realizar el programa que se encarga de dar el cambio, tanto cuando seleccionamos un producto como cuando queremos que nos devuelva el dinero pagado. - PRACTICA 5: Realizar el código para poder comunicar dos microcontroladores mediante la comunicación de USART. Este sería para enviar la EEPROM para modificar los precios de los productos. - PRÁCTICA 6: Realizar el código para poder comunicar dos microcontroladores mediante la comunicación de USART. Este sería para pedir producto. 3
  10. 10. Memoria descriptiva Solución adoptada2.2. Solución adoptada2.2.1.Los microcontroladores. Consideraciones previas. Antes que nada, nos interesa saber que es un microcontrolador, así que partiremos delas funciones que éste hace y haremos una pequeña comparación con otros dispositivos quetambién hacen esas o otras funciones similares, para descubrir realmente las posibilidades engeneral de los microcontroladores y de lo que haremos servir en este proyecto. Por esto,haremos unas definiciones previas: Controlador: Dispositivo usado por control automático de un conjunto de procesos Controlador digital: Controlador con lógica de control digital Implementaciones de los controladores digitales: - Lógica discreta • Baja densidad de integración • Diseño (Hardware) sencillo / medio / complejo • Poco generalizable • Coste bajo / medio / alto - PLC (Programmable Logic Controller) • Mayor densidad de integración • Diseño (Software) sencillo • Muy generalizable • Coste elevado - Microprocesador + RAM + ROM + Periféricos (A/D, Timers...) • Elevada densidad de integración • Diseño (Software + Hardware) medio / complejo • Generalizable • Coste bajo / medio - Microcontroladores • Densidad de integración muy elevada • Diseño (Software + Hardware) sencillo / medio • Muy generalizable • Coste bajo 4
  11. 11. Memoria descriptiva Solución adoptada2.2.2. Ventajas de los diseños basados en microcontroladores • Reducción del tamaño y precio: El elevado grado de integración de un microcontrolador (µC) en circuito integrado permite una elevada funcionalidad por área a bajo coste y un menor tamaño del PCB. • Elevada flexibilidad: Un mismo microcontrolador (µC) puede ser usado por un elevado número de aplicaciones variando solo el software. • Rapidez de desarrollo: La adaptación de un µC en otra aplicación puede consistir en adaptar el software y muy poco hardware. • Aumento de la fiabilidad: La disminución de componentes en placa hace disminuir también los riesgos de averías. • Buenas prestaciones: Los µC usan µP que permiten la ejecución eficiente de algoritmos de control.2.2.3. Arquitectura básica de los µC En este apartado se muestran todos los elementos que puede tener un µC, no quieredecir ue todos lo µC tengan estos dispositivos, esto depende de la versión del µC queescogamos. Este µC se escoge dependiendo de las aplicaciones que necesitemos. Figura 1. Arquitectura de los mC Viendo la descripción de cada uno de los elementos que aparecen en el diagramaanterior, se puede entender mejor. 5
  12. 12. Memoria descriptiva Solución adoptada2.2.3.1. CPU (Central Process Unit) Es el microprocesador del sistema. Sus características y funcionalidad se definensobretodo a partir de tres clasificaciones: - Clasificación en función del tamaño de los datos: • 4 bit: Aplicaciones muy sencillas y muy económicas • 8 bit: Aplicaciones sencillas /medias y económicas. Es el tipo de µC dominante en el mercado • 16 bit: Aplicaciones medias y coste medio • 32 bit: Aplicaciones complejas y de coste elevado - Clasificación en función del conjunto de instrucciones: • RISC (Reduced Instruction Set Code). Instrucciones sencillas y de rápida ejecución. • CISC (Complex Instruction Set Code). Instrucciones más complejas y de mayor tiempo de ejecución. - Clasificación en función de la arquitectura de buses: • Von Newmann: Buses de datos y direcciones compartidos por la memoria de datos y de programa. Simplifica el diseño y el coste. • Harvard: Buses de datos y direcciones diferentes por la memoria de datos y de programa. Permite acceso simultaneo.2.2.3.2. Memoria de Programa Ésta es la memoria donde se guarda el programa que escribimos. Es una memoria quese mantiene aunque apaguemos el sistema que la contiene. Existen diferentes tipos dememoria de programa en función de la forma de gravarla y/o borrarla: • ROM: Dispositivo OTP grabado en fábrica • EPROM: Dispositivo OTP o borrable (con ventana) • EEPROM: Dispositivo regrabable in-system con Vpp = 12v • FLASH: Dispositivo regrabable in-system2.2.3.3. Memoria de datos La podemos diferenciar en dos tipos de memoria, dependiendo de si ésta se mantiene ono en desconectar el programa. Así tenemos: - Memoria volátil de datos: Es la memoria donde se guardan temporalmente variablesusadas en el programa. Tenemos dos, una genérica y otra más específica: 6
  13. 13. Memoria descriptiva Solución adoptada • RAM: Almacenaje de variables del programa • SFR: (Special Function Regiters). Usados para hacer servir los periféricos, las interrupciones,... - Memoria no volátil de datos: Es un tipo de memoria como la anterior, ya que sirvepara almacenar datos, pero con la particularidad de que éstos se mantienen en memoria. Esmuy útil, por ejemplo, para guardar en memoria algunos datos que queramos llamar desdediversos programas, como datos de configuración o de seguridad. Existen dos tipos: • EEPROM • FLASH2.2.3.4. Puertos de Entrada / Salida Son los pins que sirven para la entrada y salida de datos desde o al exterior. Songeneralmente de 8 bits, aunque pueden variar según el puerto y algunos de ellos incorporanresistencias de pull-up, la función de las cuales es evitar ponerlas exteriormente en algún tipode conexión, como entradas procedentes de fuentes de tensión, corriente,... donde tenemos quecontrolar, por ejemplo las corrientes de entrada. Esto nos hace ahorrar especialmente espacio.2.2.3.5. WatchDog El WatchDog es un temporizador especial y su función es realizar un reset delmicrocontrolador periódicamente para refrescarlo. Su funcionamiento no está predefinido,sino que tenemos que introducir un código de programa para hacerlo funcionar como mejornos convenga y para reinicializarlo en el momento determinado.2.2.3.6. Brown-out El Brown-out es un circuito interno que sirve como detector de posibles errores en laalimentación del microcontrolador, paralizando el sistema para evitar posibles daños en éste.2.2.3.7. Contador /Timer En este apartado definimos el contador como un contador de pulsaciones procedentesde un reloj o un dispositivo asincrónico externo y recibidos por un pin destinado a estafunción. En cambio, llamamos Timer al contador de ciclos de una señal de reloj generadointernamente en el dispositivo, pudiendo programarlo como el anterior para que produzcaalgún evento en el momento determinado que nos interese según lo programemos. Tanto unocomo el otro suelen incluir pre-scaler para multiplicar el valor programado y conseguir asíposibles temporizaciones más altas. 7
  14. 14. Memoria descriptiva Solución adoptada2.2.3.8. ADC y DAC Estas opciones son una la inversa de la otra. La primera, mucho más fácil de encontrar,se refiere a la conversión de un valor analógico procedente del exterior en uno de digitaldentro de nuestro dispositivo, por esto poder tratarlo. En cambio, el conversor digitalanalógico nos interesa para transformar un valor que tenemos en formato digital en nuestrodispositivo analógico a la salida al exterior. Pensamos que las señales externas pueden estar enlos dos formatos, mientras que en nuestro microcontrolador sólo las podemos tratar en formatodigital, de forma que es lógico que el A/D sea en la dirección exterior-interior y el D/A endirección inversa.2.2.3.9. PWM El PWM (Pulse Width Modulator) es, como su nombre indica, un generador de pulsosde anchura variable, útil para controles del mismo tipo haciendo la función de duty-cycle, esdecir, variaciones en las duraciones de los semiciclos positivos y negativos para obtenertensiones medias variables y conseguir así, por ejemplo, controlar la velocidad de un motorDC. También existe la posibilidad de variar la frecuencia de estos pulsos y conseguir así,por ejemplo, emitir diferentes sonidos en una aplicación.2.2.3.10. Comunicaciones Serie Los microcontroladores son capaces de enviar o recibir datos del exterior por medio delas comunicaciones serie. Dependiendo del microcontrolador, éstos pueden ser: • SPI (Serial Peripherical Interface) • I2 C (Inter-Integrated Circuit) • UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmiter) • USART (Universal Synchronous-Asynchronous Receiver-Transmiter) • CAN (Controller Area Network) • USB (Universal Serial Bus)2.2.4. Que es un PIC? Un PIC es un microcontrolador fabricado por Microchip Inc. De este fabricante deµC’s será el nuestro. Aparte de este fabricante existen diferentes fabricantes demicrocontroladores, National, Motorola, Intel ,Zilog ,Thomson.2.2.4.1. Diferencias con otros µC. Las pricipales diferencias entre los PIC y otras marcas es que tienen gran variedad demódelos que permiten sleccionar el que más convenga para tu proyecto. Que tienen granvariedad de herraminetas para desarrollar hardware y software. Por su longitud de palabra de 8
  15. 15. Memoria descriptiva Solución adoptada12 bits son los que menos espacio ocupan en la memoria de instrucciones. Y son bastante másrapidos que la mayoría. Déspues de estas diferencias parece que los PIC son los mejores, cosa que no es verdadpara aplicaciones muy especificas en lso que las otras marcas pueden dar unas prestacionesmás elevadas.2.2.5. Los microcontroladores PIC2.2.5.1. Características de los microcontroladores PIC • RISC (Reduced Instruction Code) o Gama baja (PIC 16C5X) 33 instrucciones o Gama media (PIC 16CXXX) 35 instrucciones o Gama alta (PIC 17CXXX/18CXXX) 58/77 instrucciones • Arquitectura Harvard (Buses diferentes para las memorias de datos y direcciones) o Memoria de datos de 8 bits o Memoria de programa de 12/14/16 bits • Arquitectura Pipeline o Todas las instrucciones ocupan 1 palabra de instrucción o Ejecución de todas las instrucciones en 2 ciclos o Throghput 1 ciclo de instrucción, excepto saltos que son 2 ciclos • Pila Hardware • WatchDog Timer (WDT) • Power on Reset (POR) • Modo de bajo consumo (SLEEP) • Líneas E/S de alta corriente (20/25 mA) • Protección de código • Número de serie/código de identificación • Programación: o C = CMOS OTP/EPROM o CR = CMOS ROM o CE = CMOS OTP/EPROM+EEPROM o F = FLASH o HV = High Voltage (15v) o LF = Low Voltage Flash o LC = Low Voltage OTP o LCR = Low Voltage ROM 9
  16. 16. Memoria descriptiva Solución adoptada2.2.5.2. Familias PICmicro Seguidamente se muestran las familias PIC pertenecientes a la marca Microchip, apartir de las características de las cuales escogemos el modelo más apropiado para nuestraaplicación. • Familia PIC 16C5X o 12-bit program word o Familia base o 2 Niveles de pila hardware o No interrupciones o 1 Timer-8bits + WDT • Familia PIC 12C5XXX o 12-bit/14-bit program word o EEPROM o Interrupciones o 1 Timer-8bits + WDT • Familia PIC 16CXXX, 16 FXXX o 14-bit program word o Prestaciones medias o Gran variedad de periféricos on-chip: Comparadores, PWM, 3 Timers, Conversores A/D, EEPROM de datos, USART,... o 8 Niveles de pila hardware o Interrupciones internas y externas • Familia PIC 17CXXX o 14-bit program word o Otras prestaciones o Gran variedad de periféricos on-chip: Comparadores, PWM, 3 Timers, Conversores A/D, EEPROM de datos, USART,... o 16 Niveles de pila hardware o Interrupciones vectorizadas • Familia PIX 18CXXX o 16-bit program word o Muchas otras prestaciones (10 MIPS) o Gran variedad de periféricos on-chip: Comparadores, PWM, 3 Timers, Conversores A/D, EEPROM de datos, USART,... o 32 Niveles de pila hardware o Interrupciones vectorizadas (internas y externas)2.2.5.3. ¿Que PIC escogemos? Como hemos explicado anteriormente, el PIC a escoger será 16F876 debido a queactualmente en las clases prácticas ya se utiliza este microcontrolador, con lo cual tendremos 10
  17. 17. Memoria descriptiva Solución adoptadaya los microcontroladores e incluso los kits del ICD-DEBUGER, con lo que nos podemosahorrar una gran parte del presupuesto. También lo elegimos ya que es un micro de gama media. Con lo cual tenemosfunciones de sobra en el micro para poder realizar las prácticas diseñadas, he incluso sirvepara posteriores ampliaciones, ya que no gastamos todos los recursos que nos da elmicrocontrolador. Se utilizarán dos PIC debido a que queremos hacer una práctica de comunicación porUSART y ya que tenemos que utilizar los dos micros utilizaremos el segundo micro tanto enla simulación del módulo para modificar los precios de la EEPROM, como para entregar elproducto seleccionado, ya que para posibles ampliaciones de las prácticas se necesitarían másentradas y salidas. De este modo, con este segundo micro se podría seguir ampliando lamáquina.2.2.5.4. PIC 16F876 y 16F877 A continuación se exponen las características principales de estos microprocesador.Estos PIC’s disponen de: • Arquitectura Harvard (Memoria de datos y programa separados) • Memoria de datos de 8 bit • Memoria de programa de 14 bit • Líneas E/S de alta corriente • Memoria RAM de 368 Bytes • Memoria de datos EEPROM de 256 Bytes • Memoria FLASH de programa de 14336 Bytes (14bit*8192 word) • 3 Puertos de Entrada/Salida (1 de 6 bits, 2 de 8bits) en el 16F876 y 5 Puertos de salida en el 16F877 (1 de 3 bits, 1 de 6 bits, 3 de 8 bits) en el 16F877 • WatchDog (Temporizador especial que hace un reset periódicamente) • Timer de 16bit • 2 Timer de 8 bit • 5 conversores A/D de 10 bits en el 16F876 y 8 convresores A/D de 10 bits en el 16F877 • 1 Puerto Serie para comunicación • 1Puerto Paralelo para comunicación en el 16F877 • Posibilidades de interrupciones internas / externas • Posibilidad de interrupción del Puerto Serie 11
  18. 18. Memoria descriptiva Solución adoptada Figura 2. Diagrama de bloques del PIC 16F876 12
  19. 19. Memoria descriptiva Prácticas con microcontroladores 2.3. Prácticas con microcontroladores 2.3.1. Consideraciones previas En los siguientes apartados vamos a explicar los diferentes dispositivos que necesitamos para poder realizar las prácticas. El teclado, la pantalla de LCD, el kit MPLAB- ICD y una pequeña descripción del funcionamiento del MPLAB. 2.3.2. Descripción del MPLAB 2.3.2.1. Introducción programa En este apartado explicamos el programa que tienen que utilizar los alumnos para programar y realizar las pruebas sobre el µC. Hay varios programas en la página de microchip, la relación de estos es: Integrated Free Demo Development Simulator Part Number Linker Library Development Download Download Compiler Assembler Tools Environment Available AvailableMPLAB® IDE Yes SW007002 Yes Yes Yes Yes No No Yes v6.60Motor ControlGraphical UserInterface (MC- GUI) MPLAB C18 Yes SW006011 Yes Yes No No Yes Yes Yes Application Maestro No Yes Yes Software MPLAB C30 Yes SW006012 Yes Yes No Yes Yes Yes YesMPLAB Visual Device Initializer MPLAB C17 Yes SW006010 Yes Yes No No Yes Yes YesFilterLab filter No No No No Yes No No Nodesign software Figura 3. Relación de programas Como se puede comprobar, el programa que vamos a utilizar es el MPLAB© IDE ya que es el único con el cual podemos utilizar el kit MPLAB-ICD. La única diferencia es que utilizaremos una versión más antigua, la del MPLAB v4.1 que es la que está instalada en los ordenadores de los laboratorios de la universidad. 13
  20. 20. Memoria descriptiva Prácticas con microcontroladores2.3.2.2. Funcionamiento del MPLAB IDE Al ejecutar el programa saldrá la siguiente pantalla del MPLAB: Figura 4. Pantalla MPLAB En la cual se puede ver las diferentes barras de elementos y los diferentes menús. Estoes como se abriría en el caso de que no se hubiese trabajado anteriormente con él, si nopreguntará si abre los archivos y el proyecto último con el que se estaba trabajando antes decerrar por última vez. A nosotros nos interesa como crear un nuevo proyecto. Los pasos a seguir serian ir almenú ‘PROJECT’ y crear un nuevo proyecto. Figura 5. Menú “New Project” 14
  21. 21. Memoria descriptiva Prácticas con microcontroladores Una vez dado el nombre se abrirá la ventana ‘EDIT project’ donde tenemos queasignar un nodo al proyecto que será el archivo .ASM en donde está código del programa afuncionar. Figura 6. Ventana “Edit project” Por último tenemos que seleccionar el procesador que queremos utilizar e ir a‘DEVELOPMENT MODE’ en donde tenemos que asignar si queremos trabajar comosimulador, que sería simplemente para que funcione el código en el PC simulando elordenador al µC, o utilizar el ‘MPLAB-ICD Debugger’ que para ello tenemos que tener el kitMPLAB-ICD. Figura 7. Ventana de “Development Mode” 15
  22. 22. Memoria descriptiva Prácticas con microcontroladores Una vez terminada la creación del proyecto y terminado el código del programa quequeremos probar tenemos que dar al botón de linkiar el programa para crear el archivo que setiene que guardar en la memoria de programa del micro. Para ver Linkar el toda la programa memoria para ver si RAM hay errores Para ver el Para ver los Ejecutar el Ejecutar programa registros programa paso a grabado en especiales paso la ROM del del µC µC Figura 8. Barra de herramientas MPLABPara ver la memoria de la EEPROM, que lo necesitaremos cuando trabajemos con ella, setendría que seleccionar en el menú de ‘Windows->EEPROM’ con lo cual se nos abriría unaventana donde saldrían los valores de la EEPROM.2.3.3. Explicación del Kit MPLAB-ICD.2.3.3.1. Introducción Este kit es el sistema a través del cual comunicamos el PC con el µC, a través de élconseguimos poder utilizar todas las funciones del MPLAB. La finalidad de este kit es poder programar un PIC y poder ejecutar el código paso apaso para probar el funcionamiento del código volcado en el µC. Esto es ideal para realizarnuevos códigos que están en un proyecto de una fábrica en el laboratorio de I+D por ejemplo,o como en nuestro caso, para los laboratorios de clase, ya que el alumno tiene que programaruna y otra vez el código hasta que funcione. Esta opción de programar a los µC es la ideal por si tienes que reprogramar una y otravez el µC debido a que tengas que corregir el código debido a que el micro tiene memoriaFLASH. 16
  23. 23. Memoria descriptiva Prácticas con microcontroladores Para programar el µC una vez el código está correcto se hace de diferentes formas. Sies una fábrica y tiene que fabricar muchos, los fabrica con el código ya programado conmemoria ROM. Si es un usuario que a lo mejor programa algunos para uso personal lo hacemediante un programador del tipo T-20, que resulta mucho más económico.2.3.3.2. Características del MPLAB-ICD Module Este kit está compuesto de dos partes, una que es el ICD module y la otra es el ICDHeader. El esquema del ICD module es: Figura 9. MPLAB ICD Module Esta parte se encarga de comunicarse a través del puerto serie ‘J2’ con el PC y através del conector ‘J3’ con el MPLAB Header.2.3.3.3. Características del MPLAB-ICD Header El MPLAB Header sirve para poder conectarlo a un dispositivo de DIP-28 como es el18F876, o como para un dispositivo DIP-40 como el 18F877. Un esquema de la placa basesería el siguiente: 17
  24. 24. Memoria descriptiva Prácticas con microcontroladores Figura 10. MPLAB ICD Header2.3.4. Placa base del laboratorio2.3.4.1.Explicación placa base del laboratorio La placa base de la que vamos a hablar ahora es de la que se dipone en laboratorio deprácticas de la asignatura de “Sistemas electrónicos con miro controladores”. Dicha placa estácompuesta por un regulador de tensión a 5V, Un conector para una pantalla de LCD y unconector para un teclado. Que serán explicados en lo siguientes apartados.2.3.5. Regulador de tensión Este regulador se coloca en las placas donde tenemos el µC para alimentarlo, con elregulamos la tensión de alimentación al valor que necesitamos (5V), de tal forma que nospermite tener una tensión estable para el mejor funcionamiento de nuestro sistema y nospermite que la fuente de alimentación de la placa pueda variar entre 8 y 15Vaproximadamente. 18
  25. 25. Memoria descriptiva Prácticas con microcontroladores2.3.6. Descripción Pantalla LCD2.3.6.1. Introducción Un microcontrolador necesita dispositivos para poder comunicarse con el exterior, dela misma forma que un ordenador necesita un teclado y una pantalla, al µControlador le vamosa suministrar los teclados de 16 teclas y una pantalla LCD alfanumérica. La mayoría de los LCD’s están basados en el microcontrolador HITACHI 44780 u otrosimilar, con lo cual la mayoría de estos se programan de forma similar. El tamaño de loscaracteres que se muestran son de 5x7 o 5x10 pixels. Todos ellos tienen como método paraescribir los datos a través de un bus de 8 bits que se conecta al µC/µP aunque tambiénpermiten la conexión a través de 4 bits, simplemente lo que hacen es dividir los datos a enviaren dos bloques para enviar los datos. Hay pantallas de muchos tipos. La forma más fácil de clasificarlas es por el número decaracteres y por el número de líneas (caracteres x línea) que se pueden introducir. Existen lossiguientes tipos: • 8x2 • 16x1, 16x2, 16x3 y 16x4 • 20x2 y 20x4 • 24x2 • 40x2 y 40x42.3.6.2. Que pantalla LCD vamos a utilizar Para estas prácticas vamos a utilizar las pantallas ya existentes en el laboratorio deprácticas para abaratar los costes. Son pantallas de 16x2 con retro-alimentación con 16 pinesde conexión con el µC.2.3.6.3. Funcionamiento de la pantalla LCD La configuración de los pins de la pantalla de LCD que vamos a utilizar en lasprácticas es la siguiente: Asignación de los pines del JM162A #PIN Nombre Función 1 Vss Masa (0V) 2 Vdd Alimentación (+5V) 3 Vee Contraste (Vss=Vee=Vdd) 4 RS Selección de modo (dato=1/comando=0) 5 R/W Lectura/escritura de comando (lectura=1/ecritura=0) 6 E Enable ( Validación DB<7:0> en flanco 1? 0) 7 DB0 Bit 0 (LSB) de dato 8 DB1 Bit 1 de dato 9 DB2 Bit 2 de dato 19
  26. 26. Memoria descriptiva Prácticas con microcontroladores 10 DB3 Bit 3 de dato 11 DB4 Bit 4 de dato 12 DB5 Bit 5 de dato 13 DB6 Bit 6 de dato 14 DB7 Bit 7 (MSB) de dato 15 A Anodo (+) retro-iluminación 16 K Cátodo (-) retro-iluminación Tabla 1. Asignación de los pins del JM162A De todos estos pins solamente se van a utilizar 6 de ellos que son los de DB<7:4> parala comunicación con el µC, no utilizamos los 8 pins para ahorrar salidas en el µC. Elinconveniente es que se tarda algo más en enviar los datos ya que hay que escribir dos vecesen el bus pero la pérdida de tiempo es tan pequeña que nos sale a cuenta reducir el número desalidas del µC. Los otros dos pins que vamos a utilizar van a ser el RS y RW Estas pantallas tienen un juego de instrucciones con las cuales podemos ir escribiendolos datos en la pantalla, los caracteres que queremos escribir es poniendo el código ASCII enhexadecimal de la letra que queremos poner en el bus de datos, de tal forma que para escribiruna ‘A’ habría que escribir ‘40’H. El juego de instrucciones de estos teclados es el siguiente: CODIGO INSTRUCCIÓN Tiempo D D D D D D D D EjecuciónINSTRUCCIÓN DESCRIPCIÓN RS RW B B B B B B B B (fosc = 7 6 5 4 3 2 1 0 270KHz) Clear Escribe ‘20’H en DDRAM y coloca 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1.53ms Display DDRAM addrees en ‘00H’ de AC Coloca ‘00H’ en DDRAM addrees Return 0 0 0 0 0 0 0 0 1 X y vuelve el cursor a la posición 1.53ms Home original Entry mode I/ S Asigna el movimiento el cursor y si 0 0 0 0 0 0 0 1 39µs Set D H queremos que el cursor se vea o no Set Display (D), cursor (C), y Display 0 0 0 0 0 0 1 D C B parpadeo del cursor (B) on/off bit 39µsON/OFF control de control Set cursor moving and display shift Cursor or S/ R/ 0 0 0 0 0 1 X X bit de control y la dirección, sin 39µs Display Shift C L cambiar la DDRAM data. Asignar la interface de longitud de Function D datos (DL:4-bit/8-bit), números de 0 0 0 0 1 N F X X 39µs Set L líneas del display (N:1-línea/2- líneas, Display tipo de fuente(F:0...) A A A A A A Set CGRAM Colocar CGRAM addrees en el 0 0 0 1 C C C C C C 39µs Addrees contador de dirección 5 4 3 2 1 0 Set DDRAM A A A A A A A Set DDRAM addrees en el contador 0 0 1 39µs Addrees C C C C C C C de dirección 20
  27. 27. Memoria descriptiva Prácticas con microcontroladores 6 5 4 3 2 1 0 Whether during internal operation Read Busy A A A A A A A B or not can be known by reading BF. Flag and 0 1 C C C C C C C 0µs F The contents of addrees counter can Addrees 6 5 4 3 2 1 0 also be read Write Data D D D D D D D D Escribir dato en la RAM 1 0 43µs To RAM 7 6 5 4 3 2 1 0 (DDRAM/CGRAM) Read Data D D D D D D D D Leer dato de la RAM 1 1 43µs From RAM 7 6 5 4 3 2 1 0 (DDRAM/CGRAM) Tabla 2. Juego instrucciones de la pantalla LCD2.3.7. Descripción del teclado2.3.7.1. Introducción El teclado puede ser de dos tipos, 3x4 o 4x4. Aunque nosotros con el de 3x4 para losteclados del módulo 1 teníamos bastante, escogemos el teclado de 4x4 ya que es del que sedispone en el laboratorio y por lo tanto no tendríamos que comprar ningún otro teclado.2.3.7.2. Funcionamiento del teclado El teclado servirá para comunicarnos con el µC. La disposición de las teclas en elteclado es la siguiente: 1 2 3 F 4 5 6 E 7 8 9 D A 0 B C Figura 11. Disposición teclas En nuetro sistema hay tres teclados y la configuración de las teclas varia dependiendode la utilidad del teclado. La configuración de dichos teclados no influye en el funcionamientodel teclado, ya que el µC leerá que hay una tecla pulsada y dependiendo del teclado que seahará una cosa u otra. Todo esto se hace por software. 21
  28. 28. Memoria descriptiva Prácticas con microcontroladores La configuración de los diferentes teclados es: • Teclado del monedero 5 CENT 10 CENT 20 CENT CANCELAR 50 CENT 1 EURO 2 EURO Figura 12. Teclado monedero • Teclado del producto modulo 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 ACEPTAR 0 CANCELAR Figura 13. Teclado producto módulo 1 • Teclado del producto módulo 2 1 2 3 4 5 6 ENVIAR 7 8 9 RESETEAR ACEPTAR 0 CANCELAR Figura 14. Teclado producto módulo 2 22
  29. 29. Memoria descriptiva Prácticas con microcontroladores El esquema eléctrico de estos teclados sería: 1 2 3 F 4 5 6 E 7 8 9 D A 0 B C 4x200O Figura 15. Esquema eléctrico del teclado Con lo cuál, al pulsar una tecla cerramos el interruptor y comunicamos la fila con lacolumna, con lo cual dando la fila como entrada y la columna como salida, o viceversa, alponer un nivel ( ’0’ o ‘1’) la salida si se pulsa la tecla tendríamos que leer el mismo nivel en lasalida. 23
  30. 30. Memoria descriptiva Descripción funcional de nuestro sistema2.4. Descripción funcional de nuestro sistema Una vez vista la descripción de los elementos que se usan para esta práctica, veremosel funcionamiento general de todo el sistema dando sentido a todos los elementos quecomponen los módulos.2.4.1. Visión General El objetivo de este grupo de prácticas es simular una máquina de vending, como ya sehabía mencionado anteriormente. El conjunto de entradas y salidas que componen el sistemason: • 3 teclados. • 2 pantallas LCD • Circuito LED’s de cambio • 3 pulsadores. 1 para el cambio y 2 para producto. • Display de 7 segmentos • Comunicación por USART entre los dos módulos TECLADO TECLADO PANTALLA TECLADO PANTALLA MONEDERO PRODUCTO LCD PRODUCTO LCD PRACTICA 3 PRACTICA 2 PRACTICA 1 PEDIR CAMBIAR TECLADO PRODUCTO PRECIO MODULO 1 MODULO 2 PRACTICA 5 PRACTICA 6 PRACTICA 4 COMUNICACIÓN COMUNICACIÓN DAR CAMBIO USART USART LED’s PULSADOR PULSADOR LED DAR PULSADOR LED DAR DISPLAY CAMBIO CAMBIO PRODUCTO PRODUCTO PRODUCTO PRODUCTO Figura 16. Diagrama de bloques de entradas y salidas 24
  31. 31. Memoria descriptiva Descripción funcional de nuestro sistema Como se puede ver en el diagrama de bloque de entrada y salida el módulo 1 seencarga de todo lo que es el control del dinero, ya que tiene las entradas y las salidas de lasmonedas y se encarga de la selección del producto. Hay un pulsador de producto y el LED deentregar el producto que se sería lo que faltaría para poder entregar los productos. Esta entraday salida se ha puesto para poder realizar una de las prácticas que componen el código de estemódulo. Con este módulo podemos simular el monedero de la máquina para la entrada y salidadel dinero a introducir, revisar y controlar si se ha pagado el producto y dar el cambio si se dael caso. El módulo 2 se hizo para crear alguna práctica para usar la USART del µC. Lo que se ahecho con el módulo 2 es un sistema para poder cambiar los precios de los productos ensimulación como si fuese un pequeño aparato en el que se graban los precios y que seconectase a la máquina de vending y le transfiriese todos los precios de lo productos. Al mismo tiempo ya que teníamos creado el módulo, lo hemos aprovechado para quehiciese el control de productos debido a que el PIC del módulo 1 estaba saturado y pensandoen posteriores ampliaciones del sistema. La comunicación entre los dos módulos para elcontrol de productos se hará también por USART. Con lo cual la comunicación por USARTservirá para el producto y para modificar el precio del producto. Para la comunicación con la USART lo suyo sería con un sistema RS232 utilizando elchip MAX232 y un conector del tipo serie. Pero para nuestro sistema hemos pensado conectarcruzados los pins RX y TX de los dos micros ya que con ello ahorramos dispositivos y loúnico que perdemos es calidad de transmisión, cosa que para las prácticas no esimprescindible.2.4.2. Funcionamiento2.4.2.1. Funcionamiento general El funcionamiento de esta simulación de máquina de vending, es parecido a cualquiermáquina de vending de las que existen en la calle. El sistema está esperando a que seintroduzca una moneda o que se seleccione un producto. Una vez que se selecciona unproducto se revisa si hay suficiente dinero para pagarlo y se revisa si hay producto para ver sise ha agotado, en el caso de que todo vaya bien, pasaría a calcular el cambio, a dar el cambioy a entregar el producto. En el caso de haber algún error durante el proceso de elegir unproducto saldrá un error por la pantalla y se cancelará el proceso. El módulo 2 se encarga de modificar los precios de la máquina primero guardando losdatos en este módulo y por último transmitiendo todos los precios. En este módulo al mismotiempo que se modifican los precios también se hace el control sobre los productos, de talforma que cuando se tiene que pedir un producto o dar un producto se envía una señal a estemodulo y este tiene guíe responder dependiendo de si hay producto o no. 25
  32. 32. Memoria descriptiva Descripción funcional de nuestro sistema2.4.2.2. Funcionamiento Módulo 1 El módulo 1 está compuesto por los siguientes elementos de entrada o salida: • El teclado que simula el monedero • El teclado para introducir el número del producto • La pantalla LCD • El sistema de LED’s para devolver las monedas • El LED de entregar producto • El interruptor de ‘Cambio’ • El interruptor de ‘Producto’ • El conector para la comunicación con el módulo 2 Este módulo como hemos dicho anteriormente se encarga de la selección del productoy de simular el monedero. Para ello disponemos de los dos teclados que mientras no estérealizando otra operación estará mirando si se ha pulsado una de las teclas de cualquiera de losdos teclados. Si se pulsa una tecla del teclado del monedero, el µC deberá mirar que tecla ha sido lapulsada y actuar en consecuencia. Si es la tecla de una moneda deberá incrementar la cantidadde dinero que ha sido pagada y mostrarla por la pantalla del LCD y si se pulsa la tecla decancelar se tendrá que devolver el dinero que haya sido introducido hasta ese momento. Si la tecla pulsada es del teclado producto deberá revisar si es un número o la tecla‘aceptar’ o ‘cancelar’. Si es un número deberá procesar la tecla para conseguir el número delproducto que el usuario quiere pedir, una vez seleccionado un producto saldrá el precio por lapantalla del LCD, dicho precio está en la EEPROM del µC y el micro esperará a que se pulsela tecla ‘Aceptar’ o ‘Cancelar’ para seguir el proceso. Si es la tecla ‘Cancelar’ sirve para que el usuario cancele el proceso de la selección.Esto puede servir por si el usuario se equivoca al seleccionar el producto o ve que la cantidad apagar es mayor de la que ha introducido. En el caso de que sea la tecla ‘Aceptar’ solamente la procesará cuando ya se hayaseleccionado el producto, ya que en cualquier otro caso no haría nada y esperaría otra tecla.Cuando se haya pulsado y el producto ya se haya seleccionado, lo primero que debe hacer elmódulo es revisar si se ha pagado el producto seleccionado y después revisar si hay producto,es decir, que no se ha agotado. En este caso lo haremos a través de la comunicación USARTque se le preguntará al otro módulo si existe el producto., también hay otra forma que seexplicará al final. Si recibimos respuesta positiva del otro módulo conforme que hay producto,continuaría el proceso calculando el cambio a dar y en el caso de que hubiese que dar cambiose revisaría si existe cambio. Para ello miraría el interruptor de ‘CAMBIO’, que dependiendode su estado nos diría si hay cambio o no. Este sistema es una forma fácil de controlar si haycambio o no y se pensó pensando en algún dispositivo que calcula las monedas que quedan o 26
  33. 33. Memoria descriptiva Descripción funcional de nuestro sistemade alguna otra forma y que al final lo que hace es mandar una señal de aviso conforme no haycambio, que sería el interruptor que hemos puesto. Esta parte que revisa las monedas que haypara cambio o el sistema que sea podría realizarse en una próxima revisión del proyecto. Si hubiese que dar el cambio utilizaría el sistema que he diseñado para entregar lasmonedas, que es un decodificador de 3 bits con LED’s, en el cual cada LED representa una delas monedas a entregar. El micro debería calcular las monedas a devolver una a una e irentregándolas. Por último debería entregar el producto que como en caso de preguntar si habíaproducto existen dos posibilidades, nosotros escogemos el pedir el producto al módulo 2mediante la comunicación USART. La otra posibilidad se explicará al final junto con laposibilidad de pedir producto. Una vez pedido el producto, el µC se inicializará y se quedará esperando a que se pulseuna nueva tecla. Al igual que este módulo pregunta si hay producto o da el producto comunicándosecon el otro módulo, el otro módulo puede modificar los precios de este. Lo que hace es volcarla EEPROM del módulo 2 en este módulo, con lo cual cuando recibamos una interrupción porrecepción de datos, hay que revisar si es para modificar la EEPROM y en el caso de que asísea, parar el proceso de dar el producto y no permitir que nadie pueda entrar monedas niseleccionar producto mientras se modifican los precios de la EEPROM. En el caso de que durante el proceso de entregar el producto hubiese algún tipo deproblema del tipo que no existiese el producto seleccionado, no se hubiese pagado, no hubieseproducto o no hubiese cambio, el µC saca un mensaje por la pantalla de LCD diciendo el tipode error, se cancelaría el proceso, se inicializarían los registros y se quedaría esperando a quese pulsase una tecla. Por último, vamos a explicar la otra opción que hay para preguntar si hay precio y paradar producto. Para preguntar si hay precio se podría hacer revisando el estado del interruptorde producto. Este interruptor esta aquí debido a que en una de las prácticas no se utiliza latransmisión y lo hace de esta forma para saber si hay producto. Para dar el producto hay unLED que podemos encender cuando demos el producto. Este LED está aquí por si realizamosla práctica 4 en la que no usamos comunicación con el otro módulo como pasaba en el casodel interruptor del producto.2.4.2.3. Funcionamiento Módulo 2 El módulo 2 está compuesto por los siguientes elementos de entrada o salida: • El teclado para introducir el número del producto • La pantalla LCD • El sistema del DISPLAY para ver el número del producto que piden • El LED de entregar producto 27
  34. 34. Memoria descriptiva Descripción funcional de nuestro sistema • El interruptor de ‘Producto’ • El conector para la comunicación con el módulo 1 Este módulo, como ya se ha dicho, se encarga de gestionar los productos y deguardar los precios para después enviar los precios al módulo 1 y modificarlos. El funcionamiento de este módulo es que una vez inicializado se pone a testear elteclado de producto a la espera de que se pulse una tecla o de que se active la interrupción porrecepción de datos. Si se pulsa una tecla del teclado el µC deberá mirar que tecla ha sido la pulsada yactuar en consecuencia. Si se pulsa la tecla RESETEAR el programa nos debería pedir laconfirmación para borrar todos los precios que están almacenados en la EEPROM. La tecla ‘CANCELAR’ sirve para parar el proceso de la modificación de precio y parala confirmación de borrar la memoria. La tecla ‘ACEPTAR’ sirve para confirmar el cambiode precio, confirmar el borrar la memoria y para comenzar la comunicación con el módulo 1para cambiar los precios. La tecla ‘ENVIAR’ sirve para enviar los precios guardados en la EEPROM al módulo1 de tal forma que cuando se pulsa nos pide la confirmación y comienza a enviar los datos. Las teclas numéricas son para seleccionar el producto al que queremos modificar elprecio y para insertar el nuevo precio. Para modificar un precio, primero hay que seleccionar el producto y una vez que se haseleccionado nos presentará por la pantalla LCD el precio actual que tiene el producto y sequeda a la espera de introducir el nuevo precio. Una vez insertado el nuevo precio se deberíaconfirmar y entonces modificar de la EEPROM el precio del producto. Para ver el precio de un producto se puede utilizar el mismo método que el de cambiarel precio, con la diferencia de que una vez seleccionado el producto y salido el precio, cuandonos pida el precio nuevo debemos cancelar el proceso con lo cual no se modifica dicho precio. Para enviar los precios al módulo 1 hay que pulsar la tecla ‘ENVIAR’. Entonces nospediría la confirmación para enviar los datos. Una vez confirmada la operación comenzaría elproceso de comunicación. En cualquier momento se puede recibir una interrupción por la recepción de datosdebido a que el otro módulo puede peguntar si hay un producto o dar la orden de dar unproducto. En el caso de recibir la pregunta sobre si hay un producto lo que tiene que hacer el µCes parar el proceso de cambiar un precio y no permitir que se pueda introducir ninguna teclapor el teclado. Después debería enseñar el número del producto por el display y revisar si hay 28
  35. 35. Memoria descriptiva Descripción funcional de nuestro sistemaproducto, lo cual se hace mirando el estado del interruptor del producto. Por últimorespondería al módulo 1 diciendo si hay o no producto. En el caso de recibir la orden de dar el producto tendría que poner el número delproducto en el display como antes y entonces encender el LED de dar producto. En posteriores revisiones del proyecto estas salidas pueden servir perfectamente paramontar algún tipo de dispositivo, como una serie de multiplexadores, de tal forma que en vezde leer el interruptor o encender el LED se puedan leer diferentes sensores o algo parecido. 29
  36. 36. Memoria descriptiva Descripción circuital2.5. Descripción circuital2.5.1. Introducción En este apartado se explican los eslementos electtricos y los conectores que están enlos modulos en el siguiente diagrama de bloques veremeos los diferentes sistemas que vamos autilizar: MÓDULO 1 REGULADOR CONECTOR CONECTOR DE TECLADO PANTALLA LCD TENSIÓN PRODUCTO CONECTOR DECODIFICADOR PIC 16f876 TECLADO 74LS138 MONEDAS Figura 17. Diagrama bloques esquema eléctrico Módulo 1 MÓDULO 2 REGULADOR CONECTOR DE PANTALLA LCD TENSIÓN DECODIFICADOR DE BCD A 7 SEGMENTOS 7447 Y DIPLAY CONECTOR PIC 16f876 TECLADO PRODUCTO Figura 18. Diagrama bloques esquema eléctrico Módulo 2 A contiuaciuón se explican todos los bloques de cada módulo. 30
  37. 37. Memoria descriptiva Descripción circuital2.5.2. Circuito regulador de tensión El circuito regulador de tensión va en lo dos módulos. Este circuito sirve, como biendice el nombre, para regular la tensión de entrada a 5V para alimentar el PIC y los diferentescomponentes de los módulos. El sentido de este circuito es para regular y mantener constantela tensión de 5V independientemente de las variaciones que tengamos en la entrada delcircuito, siempre que estén entre un margen de 8 a 15V aproximadamente. El LED que está puesto a la salida del regulador LM7805 es simplemente para ver queel circuito está conectado Este circuito está compuesto por: • 2 condensadores de poliéster 100nF • 1 condensador electrolítico 47µF • 1 resistencia de 1kΩ • 1 regulador de tensión LM7805 • 1 conector de 2 pins para conectar la placa a la fuente de alimentación • 1 LED rojo de 5mm U1 LM7805CT LED1 J1 Vreg IN OUT 47uF 100nF 100nF LED_red R1 C1 C2 C3 1.0kohm HDR1X2 Figura 19. Regulador de tensión 5V2.5.2. El microcontrolador Recordemos las principales características de un microcontrolador. Un µC estáformado principalmente por: • CPU (Unidad Central de Proceso), que es el microprocesador del sistema. • Memoria de programa, que puede ser: o ROM: Dispositivo grabado en fábrica o EPROM: Dispositivo grabable y borrable (Mediante UV) o EEPROM Dispositivo regrabable in-system con VPP = 12 v o FLASH: Dispositivo regrabable in-system • Memoria volátil de datos: o RAM: Almacenamiento de variables del programa 31
  38. 38. Memoria descriptiva Descripción circuital o SFR: Special Function Registers, usados para controlar los periféricos, configuraciones, interrupciones,... • Memoria no volátil de datos: o EEPROM o FLASH • Puertos de Entrada / Salida • Timers El PIC que hemos elegido para montar nuestro circuito es el PIC 16F876 y consta de: • Arquitectura Harvard (Memoria de datos y programa separados) • Memoria de datos de 8 bit • Memoria de programa de 14 bit • Líneas E/S de alta corriente • Memoria RAM de 368 Bytes • Memoria de datos EEPROM de 256 Bytes • Memoria FLASH de programa de 14336 Bytes (14bit*8192 word) • 3 Puertos de Entrada / salida (1 de 6 bits, 2 de 8 bits) • WatchDog (Temporizador especial que hace un reset periódicamente) • 1 Timer de 16 bit • 2 Timer de 8 bit • 5 conversores A/D de 10 bits • 1 Puerto Serie por comunicación asíncrona full-duplex • Posibilidad de interrupción por el Puerto Serie Seguidamente, vemos el esquema del patillaje del PIC 16F876 Figura 20. Esquema patillaje del PIC 16F876 Funciones de cada uno de los pins del PIC 16F876 32
  39. 39. Memoria descriptiva Descripción circuital Nombre del Pin Nº Tipo Tipo de Descripción de E(4) /S(5) Buffer Pin /P(6)OSC1/CLKIN 9 E ST/CMOS(3) Entrada oscilador de cristal/Entrada de reloj externoOSC2/CLKOUT 10 S - Salida oscilador de cristal. En modo RC, el pin OSC2 es la salida CLKOUT, el cual tiene una ¼ de la frecuencia de OS1 y denota el tiempo de ciclo de instrucciónMCLR*/Vpp 1 E/P ST(7) Entrada Master Clear (Reset) o entrada de tensión y programación. Este pin es un RESET del dispositivo activo por nivel bajo PORTA es un Puerto de E/S bidireccionalRA0/AN0 2 E/S TTL(8) RA0 puede también ser la entrada analógica 0RA1/AN1 3 E/S TTL RA1 puede también ser la entrada analógica 1RA2/AN2/Vref- 4 E/S TTL RA2 puede también ser la entrada analógica 2 o el nodo negativo de la referencia de tensión analógicaRA3/AN3/Vref+ 5 E/S TTL RA3 puede también ser la entrada analógica 3 o el nodo positivo de la referencia de tensión analógicaRA4/T0CKI 6 E/S ST RA4 puede también ser la entrada de reloj del Timer 0. La salida es del tipo colector abierto.RA5/SS*/AN4 7 E/S TTL RA5 puede también ser la entrada analógica 5 o el selector de esclavo para puerto serie asíncrono PORTB es un puerto de E/S bidireccional. Puede ser programado por software para habilitar pull-ups internos en todas las entradasRB0/INT 21 E/S TTL/ST(1) RB0 puede también ser el pin de interrupción externoRB1 22 E/S TTLRB2 23 E/S TTLRB3/PGM 24 E/S TTL RB3 puede ser la entrada de baja tensión deRB4 25 E/S TTL programaciónRB5 26 E/S TTLRB6/PGC 27 E/S TTL/ST(2) Pin de interrupción en cambio de estado Pin de interrupción en cambio de estadoRB7/PGD 28 E/S TTL/ST(2) Pin de interrupción en cambio de estado o pin para programación In-Circuit_Debugger. Reloj de programación serie. Pin de interrupción en cambio de estado o pin para la programación In-CircuitDebugger. Datos en la programación serie.RC0/T1OSO/T1CKI 11 E/S ST PORTA en un Puerto E/S bidireccional RC0 puede también ser la salida de oscilador del Timer 1 o la entrada de reloj el Timer 1RC1/T1OSI/CCP2 12 E/S ST RC1 puede también ser la entrada del oscilador del Timer 1 o la entrada de Captura2/salida de Captura2/salida PWM2RC2/CCP1 13 E/S ST RC2 puede también ser la entrada de Captura1/salida de Captura1/salida PWM1RC3/SCK/SCL 14 E/S ST RC3 puede también ser la entrada de reloj del puerto serie asíncrono para modos SPI y IIC. RC4 puede también ser la entrada de datos SPI (modoRC4/SDI/SDA 15 E/S ST SPI) o el E/S de datos en el modo IICRC5/SDO 16 E/S ST RC5 puede también ser la salida de datos SPI (modo SPI) 33
  40. 40. Memoria descriptiva Descripción circuitalRC6/TX/CK 17 E/S ST RC6 puede también ser el pin de transmisión en USART o el reloj asíncronoRC7/RX/DT 18 E/S ST RC7 puede también ser el pin de recepción en USART o los datos en modo asíncronoVss 8,19 P - Referencia de tierraVdd 20 P - Entrada de tensión positiva Tabla 3. Funciones de los pins en el PIC 16 F876 (1) Este buffer es una entrada Schmitt Trigger cuando la configuramos como interrupción externa (2) Este buffer es una entrada Schmitt Trigger cuando la usamos en modo de programación Serie (3) Este buffer es una entrada Schmitt Trigger cuando la configuramos en modo oscilador RC y como entrada CMOS (4) E = Entrada (5) S = Salida (6) P = Power (7) ST = Entrada Schmitt Trigger (8) TTL = Entrada TTL2.5.3. Decodificador 74LS138 Para devolver el cambio o la cantidad de dinero pagada, he pensado en un sistema en elmódulo 1 que tiene que dar una señal para cada una de las diferentes monedas que tenemosque devolver. Las monedas para dar el cambio serán 5 (5, 10, 20 y 50 céntimos y la de 1 €) Para no utilizar 5 salidas del µC utilizaremos una codificación para estas monedas, conlo cual con tres salidas RA<2:0> sería suficiente y a posterior utilizaremos el 74LS138 paradecodificarlas. Las salidas del 74138 atacarán a unos LEDS que corresponden a la moneda aentregar. A continuación ponemos la codificación que he empleado para las monedas RA0-RA2 MONEDA NO (0,0,0) CONECTADO (0,0,1) 5 CENTIMOS (0,1,0) 10 CENTIMOS (0,1,1) 20 CENTIMOS (1,0,0) 50 CENTIMOS (1,0,1) 1 EURO NO (1,1,0) CONECTADO NO (1,1,1) CONECTADO Tabla 4. Codificación monedas 34
  41. 41. Memoria descriptiva Descripción circuital La tabla de la verdad del 74138 es: Tabla 5. Tabla de la verdad del 74138 El circuito está compuesto por: • Decodificador/demultiplexor de 3 a 8 líneas 74138 • 5 LEDS verdes de 5mm • Resistencia SIP 1x8 de 1KΩ El esquema eléctrico del circuito es: LED_green 5 centimos VDD RA0 5V U1 R1 1 15 LED_green RA1 Y0 A 14 10 centimos 2 1 2 Y1 B 13 3 3 RA3 Y2 C 12 4 Y3 LED_green 11 5 Y4 20 centimos 5V 10 6 6 Y5 G1 9 7 4 Y6 ~G2A 7 8 5 LED_green Y7 ~G2B 50 centimos 9 74LS138N 4.7kOhm LED_green 1 euro Figura 21. Esquema eléctrico del circuito 35
  42. 42. Memoria descriptiva Descripción circuital2.5.4. Decodificador de BCD a 7 segmentos 7447 y display Esto se encuentra en el módulo 2. Su función es que cuando recibe el módulo 2 laorden de dar el producto o cuando pregunta por algún producto, aparte de realizar otrasoperaciones debe mostrar por los diplays el número del producto sobre el que pregunta o da. Figura 22. Conexiones y esquema display La tabla de la verdad del 7447 es: Tabla 6. Tabla de la verdad del 7447 36
  43. 43. Memoria descriptiva Descripción circuital El circuito del 7447 y del display esta compuesto por: • 14 Resistencias de 1kΩ • 2 chips decodificadores de BCD a 7 segmentos 7447 • 2 Displays SA-0511 El esquema del circuito es: VDD 5V RB2 RA4 RA3 RB1 VDD U1 U2 5VRB3 RB0 6 1 7 4 5 3 2 6 1 7 4 5 3 2 U4 SEVEN_SEG_DISPLAY SEVEN_SEG_DISPLAY BI/RBO RBI OG LT OF D C B A 74LS47N U3 BI/RBO RBI OG LT OF D C B A OE OD OC OB OA ABCDEFG ABCDEFG 74LS47N OE OD OC OB OA 12 14 15 10 11 13 9 R1 R8 12 14 15 10 11 13 9 1.0kohm R2 1.0kohm R9 1.0kohm R3 1.0kohm R10 1.0kohm R4 1.0kohm R11 1.0kohm R5 1.0kohm R12 1.0kohm R6 1.0kohm R13 1.0kohm R7 1.0kohm R14 1.0kohm 1.0kohm Figura 23. Esquema del circuito 37
  44. 44. Memoria descriptiva Descripción circuital2.5.5. El teclado El teclado es el elemento con el cual entramos datos en el µC como hemos dicho antes.Lo conectamos a través de un cable paralelo de 10 pins. Hay que tener en cuenta que hay tresteclados por la tanto las conexiones son diferentes para cada uno. Sabiendo que el esquema eléctrico del teclado es: 1 2 3 F 4 5 6 E 7 8 9 D A 0 B C 4x200 O Figura 24. Esquema eléctrico del teclado Vamos a explicar las conexiones de los conectores a los µC de los módulos. El tecladodel monedero tiene la siguiente configuración: R1 R2 10kohm 10kohm RA3 J1 RA4 RC0 RC1 RC2 RC3 HDR2X5 Figura 25. Configuración teclado monedero 38
  45. 45. Memoria descriptiva Descripción circuitalEl teclado de seleccionar producto del módulo 1: RC0 J1 RC1 RC2 RC3 RB0 RB1 RB2 HDR2X5 R3 R1 R2 10kohm 10kohm 10kohm Figura 26. Teclado selección producto módulo 1 El teclado de seleccionar producto del módulo 2: RC0 J1 RC1 RC2 RC3 RA0 RA1 RA2 RA3 HDR2X5 R3 R1 R2 R4 10kohm 10kohm 10kohm 10kohm Figura 27. Teclado selección producto módulo 2 39
  46. 46. Memoria descriptiva Descripción circuital Como se puede comprobar, los teclados de seleccionar producto de los módulos sonprácticamente iguales. El del monedero es un poco diferente, ya que por estética hemoscambiado las filas por las columnas, cosa que a nivel de hardware no comporta ningunadificultad pero a nivel de software hay que tenerlo en cuenta para poder leer correctamente lasfilas y las columnas.2.5.6. Pantalla LCD Tanto aquí como en el apartado anterior, vamos a explicar las conexiones del µC con lapantalla del LCD. Para ello utilizamos un conector de 16 para cable paralelo. Las conexionesde la pantalla al conector son las siguientes: Figura 28. Conexiones pantalla LCD al conector Tenemos que utilizar dos pantallas de LCD, una para cada módulo. Elesquema de conexión del módulo 1 es: VCC J1 RB3 RB4 RC0 RC1 RC2 RC3 RIBBON_16H Figura 29. Esquema conexión módulo 1 40
  47. 47. Memoria descriptiva Descripción circuital Y el del módulo 2 es: VCC J1 RB4 RB5 RC0 RC1 RC2 RC3 RIBBON_16H Figura 30. Esquema conexión módulo 2 Como se puede observar es muy parecido en los dos módulos. Lo que hay que tener encuenta es que como se puede comprobar, los pins DB<3:0> no se utilizan y esto ocurre porqueen vez de enviar los datos en paquetes de 8 bits, los enviamos en paquetes de 4 bits, con locual se ahorra pins de salida del µC, aunque perdemos en tiempo de ejecución ya que hay quepasar dos veces los datos para poder enviarlos. 41
  48. 48. Memoria descriptiva Prácticas a realizar2.6. Prácticas a realizar2.6.1. Introducción En este apartado vamos a poner las prácticas que he diseñado para ser realizadas porlos alumnos. Estas prácticas se han intentado que sean lo más independientes posible del resto,aunque si al final de las prácticas se intentan unir todas en una sola, hay que tener una serie defactores para poder unirlas. A continuación se exponen los enunciados de las prácticas realizadas. En ellas sepueden observar los siguientes apartados: • Equipos y materiales: En este apartado se dicen los materiales necesarios para la práctica a realizar. • Descripción del funcionamiento: Aquí vamos a dar un resumen de lo que tiene que hacer la práctica a realizar. • Funcionamiento del teclado: Se hace una explicación de como va el teclado y la configuración del mismo. • Funcionamiento del display: Se hace una breve explicación del funcionamiento de la pantalla deLCD. • Bases teóricas: Una explicación más detallada de lo que tiene que hacer el programa. • Explicación del esquema eléctrico: Una breve explicación de cómo es el esquema eléctrico. • Resumen de objetivos: Aquí se muestran los objetivos a realizar por el alumno en la práctica. • Diagrama de flujo: Son los diagramas de flujo de un ejemplo de cómo podría funcionar la práctica • Otros: En algunas practicas se ha añadido algún otro apartado para así poder explicar algún tipo de componente que se utiliza en ella.2.6.2. Enunciados de prácticas 42

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