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Apostila pic 16f877 completa 123 páginas produzida pela exsto tecnologia de santa rita do sapucaí-mg

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  • 1. Exsto Tecnologia Kit de Microcontroladores PIC Apostila de microcontroladores PIC16 Exsto Tecnologia Ltda. R. Vereador José Eduardo da Costa, 169 Santa Rita do Sapucaí – MG CEP: 37540-000 +55 35 3471 6898 www.exsto.com.br
  • 2. Microcontroladores PIC16F877A Revisão Principais Autores Descrição da Versão 1 José Domingos Adriano Data de Término Revisão inicial para a nova versão do kit © Copyright 2008 por Exsto Tecnologia Ltda. Todos os direitos reservados “Desenvolvido e produzido com orgulho no Brasil” Exsto Tecnologia Ltda R. Vereador José Eduardo da Costa, 169 Santa Rita do Sapucaí – MG CEP: 37540-000 +55 35 3471 6898 www.exsto.com.br Exsto Tecnologia 2
  • 3. Microcontroladores PIC16F877A ÍNDICE PÁGINA Introdução .............................................................................................................................................. 6 1 CONCEITOS BÁSICOS ................................................................................................................ 7 1.1 Sistema Computacional .......................................................................................................... 7 1.1.1 Memórias........................................................................................................................... 8 1.1.2 Memória de programa ...................................................................................................... 8 1.1.3 Memória de Dados ............................................................................................................ 9 1.1.4 Barramentos ...................................................................................................................... 9 1.1.5 Dispositivos de entrada e saída ....................................................................................... 10 1.1.6 Periféricos ........................................................................................................................ 13 1.1.7 CPU .................................................................................................................................. 14 1.2 Arquitetura Computacional................................................................................................... 17 1.2.1 Arquitetura von-Neumann .............................................................................................. 17 1.2.2 2 Arquitetura Harvard ........................................................................................................ 18 O MICROCONTROLADOR PIC16F877A ................................................................................. 20 2.1 A Microchip .......................................................................................................................... 20 2.2 Microcontroladores PIC ........................................................................................................ 20 2.3 A Arquitetura do PIC16F877A ............................................................................................. 21 2.4 Geração de clock................................................................................................................... 22 2.4.1 Modos LP,XT e HS ............................................................................................................ 23 2.4.2 Modos RC......................................................................................................................... 25 2.4.3 Modo INTOSC .................................................................................................................. 26 2.4.4 Comparação entre os modos de oscilador ...................................................................... 26 2.4.5 Clock e execução das instruções ..................................................................................... 26 2.5 Memórias .............................................................................................................................. 27 2.5.1 Memória de programa .................................................................................................... 27 2.5.2 Memória de dados .......................................................................................................... 28 2.6 RESET .................................................................................................................................. 31 2.6.1 POR – Power-On Reset .................................................................................................... 31 2.6.2 PWRT – Power-up Timer ................................................................................................. 31 2.6.3 OST – Oscillator Start-up Timer ....................................................................................... 31 2.6.4 BOR – Brown-out Reset ................................................................................................... 31 2.6.5 Seqüência de inicialização ............................................................................................... 32 2.6.6 Identificação de Reset pelo Software .............................................................................. 32 2.7 Watch-Dog Timer ................................................................................................................. 33 2.8 Modo de baixo consumo – Modo SLEEP............................................................................. 33 Exsto Tecnologia 3
  • 4. Microcontroladores PIC16F877A 2.9 Características especiais ....................................................................................................... 34 2.9.1 Proteção de Código (Code Protect) ................................................................................. 34 2.9.2 Locais de Identificação (ID Locations) ............................................................................. 34 2.9.3 Pinagem e Hardware Básico ............................................................................................ 34 2.10 Gravação ............................................................................................................................... 36 2.11 O conjunto de instruções do PIC16F877A ........................................................................... 37 2.11.1 Manipulação de Byte .................................................................................................. 39 2.11.2 Manipulação de bit ..................................................................................................... 40 2.11.3 Matemáticas ............................................................................................................... 41 2.11.4 Lógicas ......................................................................................................................... 44 2.11.5 Testes .......................................................................................................................... 48 2.11.6 Chamadas e desvio...................................................................................................... 49 2.11.7 Controle....................................................................................................................... 51 2.12 2.13 Estrutura do Programa .......................................................................................................... 53 2.14 3 Programando em assembly ................................................................................................... 52 Programação estruturada....................................................................................................... 56 PROGRAMANDO O PIC16F877A ............................................................................................. 58 3.1 Diretivas ................................................................................................................................ 58 3.2 Variáveis ............................................................................................................................... 61 3.3 Sub-rotinas ............................................................................................................................ 62 3.3.1 Passagem de Parâmetros ................................................................................................ 63 3.3.2 Chamada X Desvio (CALL X GOTO) .................................................................................. 64 3.4 Atribuição ............................................................................................................................. 66 3.5 Entrada e Saída ..................................................................................................................... 67 3.6 Estruturas de Decisão............................................................................................................ 68 3.7 Condições ............................................................................................................................. 69 3.8 Se .......................................................................................................................................... 71 3.9 Se senão ................................................................................................................................ 72 3.10 Se senão se ............................................................................................................................ 73 3.11 Caso ...................................................................................................................................... 75 3.12 Estruturas de repetição .......................................................................................................... 77 3.12.1 Faça-Enquanto ............................................................................................................ 78 3.12.2 Enquanto ..................................................................................................................... 78 3.12.3 Para ............................................................................................................................. 79 3.13 4 Temporização por software – Rotinas de atraso ................................................................... 80 RECURSOS AVANÇADOS ......................................................................................................... 84 4.1 Display de cristal Líquido ..................................................................................................... 84 4.2 Teclado ................................................................................................................................. 87 Exsto Tecnologia 4
  • 5. Microcontroladores PIC16F877A 4.3 Interrupções .......................................................................................................................... 89 4.3.1 Utilização das Interrupções ............................................................................................. 92 4.3.2 4.3.3 5 Interrupção externa em RB0 ........................................................................................... 96 Interrupção por mudança no portal B ............................................................................. 96 PERIFÉRICOS DO PIC16F877A .............................................................................................. 98 5.1 Timers ................................................................................................................................... 98 5.1.1 Timer 1............................................................................................................................. 98 5.1.2 Oscilador do timer 1 ...................................................................................................... 101 5.1.3 Interrupção .................................................................................................................... 101 5.2 Módulo CCP ....................................................................................................................... 101 5.2.1 Modo captura ................................................................................................................ 102 5.2.2 Modo comparação ........................................................................................................ 103 5.2.3 Modo PWM ................................................................................................................... 103 5.2.4 Interrupção .................................................................................................................... 106 5.3 Comunicação Serial ............................................................................................................ 106 5.3.1 Comunicação Paralela ................................................................................................... 106 5.3.2 Comunicação serial........................................................................................................ 107 5.3.3 EIA-232C ........................................................................................................................ 109 5.3.4 A USART do PIC16F877A................................................................................................ 110 5.3.5 Transmissão ................................................................................................................... 112 5.3.6 Recepção ....................................................................................................................... 113 5.4 Conversor Analógico para digital – ADC........................................................................... 114 5.4.1 Configuração e uso ........................................................................................................ 116 5.5 Memórias EEPROM e Flash............................................................................................... 118 5.5.1 Memória EEPROM ......................................................................................................... 118 5.5.2 Rotinas de acesso a EEPROM ........................................................................................ 119 5.5.3 Memória FLASH de programa ....................................................................................... 120 5.5.4 Rotinas de acesso a FLASH. ........................................................................................... 120 Apêndices ............................................................................................................................................ 122 Apêndice A – Conjunto de Instruções do PIC16 ............................................................................. 122 Apêndice B – Mapeamento de memória de dados........................................................................... 123 Exsto Tecnologia 5
  • 6. Microcontroladores PIC16F877A Introdução Está apostila tem o objetivo de servir como livro texto para um curso de microcontroladores PIC16. Esse conteúdo foi preparado para ser usado em disciplinas de microcontrolador/microprocessadores em cursos técnicos ou superiores na área de tecnologia. Os pré-requisitos para o bom aproveitamento do curso são conhecimentos básicos de informática, eletrônica básica, eletrônica digital básica (principalmente memórias, contadores, portas lógicas e flip-flops ). Também é recomendável para o bom andamento do curso que os alunos já tenham freqüentada alguma matéria de programação (seja qual for a linguagem estudada). O curso é estruturado em 5 capítulos que abordam o funcionamento do PIC16F877A, partindo de conceitos mais gerais e especializando a cada passo, até tratar vários dos periféricos. O capítulo inicial com os conceitos básicos sobre microcontroladores e sistemas computacionais, e tem o objetivo de equalizar os pré-requisitos sobre o assunto. Este capítulo pode ser omitido, sem qualquer prejuízo no andamento do curso, caso esses conceitos já tenham sido estudados em outras disciplinas. O capítulo 2 apresenta os microcontroladores PIC16 , tratando tanto de hardware como de software, além de trazer os fundamentos de programação em linguagem assembly. São discutidos organização de memória e funcionamento da CPU, além das principais características destes microcontroladores. De posse dos conhecimentos do Capítulo 2 é feito um estudo mais aprofundado de técnicas de programação segundo os preceitos da programação estruturada e engenharia de software. Vale ressaltar a importância dessa unidade, visto que ela visa formar as bases da lógica de programação e que o desenvolvimento com microcontroladores é basicamente um desenvolvimento de software. O capítulo 4 apresenta algumas aplicações avançadas de programação, com displays LCD, teclados matriciais e, principalmente, interrupções. No último capítulo são apresentados alguns dos principais periféricos do PIC16F877A, também encontrados em outros microcontroladores da família PIC16. Destes, são fundamentais os timers e comunicação serial. Os demais poderão ser sacrificadas ou resumidas, caso a carga horária não suporte a totalidade do conteúdo, apesar de ser recomendado dar uma maior atenção ao conversor analógico para digital. Exsto Tecnologia 6
  • 7. Microcontroladores PIC16F877A 1 CONCEITOS BÁSICOS Inicialmente será apresentado o conceito de microcontroladores de forma genérica, que posteriormente será estendido ao PIC16F877A e pode ser aplicado a qualquer outro microcontrolador. É importante este embasamento teórico não somente para garantir um melhor aproveitamento no estudo do PIC 16F877A como também para tornar o leitor apto a entender o funcionamento de outros microcontroladores, tanto da linha PIC como de outros fabricantes. Esses conhecimentos também são importantes na escolha do microcontrolador a ser utilizado em um projeto, pois permite estabelecer as bases conceituais para a comparação de suas características. 1.1 Sistema Computacional Inicialmente devemos conceituar o que vem a ser um sistema computacional. Os sistemas computacionais são compostos por sistemas combinacionais e seqüenciais. O que caracteriza um sistema computacional é a possibilidade de ser programado. Um sistema computacional é composto por hardware (parte física) e software (programa). O hardware dos sistemas computacionais, ao contrário do que ocorre com sistema combinacionais e seqüenciais, não possui uma aplicação específica. É necessário que exista um software para ser executado. Em contrapartida, um mesmo hardware pode executar uma infinidade de funções diferentes, simplesmente alterando o seu software. Uma boa analogia é imaginar o hardware como um instrumento musical e o software como uma partitura. Um piano por si só não faz nada, é necessária uma música que possa ser executada a fim de se obter algum resultado. Da mesma forma que a música contida na partitura, um programa será composto por um conjunto limitado de símbolos (no caso da partitura são as notas musicais e no caso do programa são as instruções) que podem ser organizados de diversas formas diferentes, obtendo-se diferentes resultados. Como exemplo de sistema computacional, o primeiro que nos vem em mente é o computador pessoal (PC), hoje tão difundido. Contudo, existem vários equipamentos, tão ou mais comuns que os PC´s, que são sistemas computacionais. Por exemplo, os vídeo-games, os mini-games, as calculadoras, palm-top´s, etc. Além disso, temos os microcontroladores, que são o objetivo desse nosso estudo, que estão presentes nas mais diversas aplicações. A estrutura de um sistema computacional é como a apresentada no diagrama em blocos abaixo (Figura 1.1). Exsto Tecnologia 7
  • 8. Microcontroladores PIC16F877A Memória Dados Controle (CPU) Programa Barramento de Dados Dispositivos de Entrada e saída e periféricos “Mundo Externo” Figura 1.1 – Diagrama em blocos genérico de um sistema computacional 1.1.1 Memórias Memórias são dispositivos que armazenam informações. No caso de um sistema computacional, essa informação, assim como a memória, pode ser dividida em dois tipos: de programa e de dados. Existem também Registros (bytes de memória) com funções especiais que trabalham junto ao processador (CPU). 1.1.2 Memória de programa Sua função é armazenar o software (programa) a ser executado no sistema. Também é utilizada para guardar tabelas de constantes Existem endereços de memória de programa existem alguns com finalidade específica, chamados vetores, que são endereços para onde o programa desvia quando ocorrem determinados eventos. Temos o vetor de reset, que é o endereço pelo qual o programa começa a ser executado e o vetor de interrupções, que é para onde o programa desvia quando ocorreu um pedido de interrupção (trataremos desse conceito mais adiante). De uma forma geral, a memória de programa é uma memória não volátil. O tipo dessa memória pode ser: • • • ROM (Read Only Memory): somente de leitura. Geralmente chamada de masked-ROM (masked = mascarado), é gravada pelo fabricante do componente, o que em quantidades muito grandes reduz custos. OTP (Only Time programming): programável somente uma vez, utilizada em produção. EPROM (Erasable Progrmable Read Only Memory) : apagável através de luz ultravioleta. Utilizada no processo de desenvolvimento e algumas vezes no produto acabado, quando há a necessidade de se poder alterar o software. Exsto Tecnologia 8
  • 9. Microcontroladores PIC16F877A • Flash: é uma memória eletricamente apagável (EEPROM – Electricaly Eresable Read Only Memory) com tempos de acesso para leitura rápido. Oferece uma grande flexibilidade, pois geralmente é possível reprogramar um equipamento sem troca de componentes. Praticamente todos os microcontroladores já possuem internamente algum desses tipos de memória de programa. Atualmente quase todos os microcontroladores possuem versões em memória Flash, pois a mesma apresenta muitas vantagens a um custo dos mais baixos. 1.1.3 Memória de Dados É a memória onde são armazenados os dados a serem processados pelo computador (as variáveis dos programas e outras informações.). Como esses dados são constantemente alterados, a memória utilizada para armazena-los é do tipo RAM. Como se trata de uma memória volátil, quando a alimentação é cortada esses dados são perdidos. Alguns microcontroladores disponibilizam também memórias EEPROM para armazenar dados que não devem ser perdidos com a falta de energia. 1.1.4 Barramentos As várias partes de um sistema computacional (CPU, memórias, dispositivos de entrada e saída) são ligadas entre si através de barramentos, ou vias, que são ligações físicas de comunicação paralela entre os componentes. São eles: • • • • Barramento de dados: pelo qual os dispositivos de I/O e memórias trocam dados com o processador Barramento de endereços: permite ao processador “endereçar” qual dispositivo será acessado Barramento de controle: indica se o acesso é de leitura ou escrita, se é feito a posição de memória ou a I/O. Barramento de programa: por onde o processador recebe as instruções que compõe o programa. O tamanho do barramento de dados limita o tamanho de dados que trafegam pelo sistema. Por isso é comum classificar os sistemas computacionais pelo tamanho de seu barramento; temos então sistemas de 8 bits, 16 bits, 32bits, etc. Os microcontroladores são em sua maioria de 8 bits, apesar de existirem alguns modelos de 16 bits. Já o tamanho do barramento de endereços nos informa qual a quantidade máxima de endereços de memória ou dispositivos de I/O e periféricos podem ser acessados. Por exemplo, um barramento de endereços de 10 bits permite acessar 210 = 1024 endereços. Todos os dispositivos de um sistema computacional fazem uso do barramento de dados para trafegar informações. Para que o sistema funcione corretamente podemos apresentar o processo de forma simplificada assim: o processador (que coordena o processo) escreve no barramento de endereços o endereço do dispositivo a ser acessado. Através do barramento de controle ele informa ao dispositivo se o acesso é de leitura ou escrita (a definição de leitura ou escrita de dispositivos sempre é feita pelo ponto de vista do processador). No caso de um aceso de leitura o dispositivo escreve no Exsto Tecnologia 9
  • 10. Microcontroladores PIC16F877A barramento de dados e a informação é lida pelo processador. No caso de um acesso de escrita, o processador envia dados para o barramento de dados que são lidos pelo dispositivo acessado. Como dispositivos de um sistema computacional usam o mesmo barramento de dados para trafegar informações é preciso que, quando um dispositivo estiver escrevendo no barramento (portanto aplicando níveis de tensão ao barramento) os demais dispositivos não causem conflito de dados. De fato, todos os dispositivos presentes em um sistema computacional são capazes de ficar em estado de “alta impedância” enquanto não forem acessados para leitura. 1.1.5 Dispositivos de entrada e saída São responsáveis por realizar a interface do processador com o “mundo externo”. É através deles que um sistema computacional adquire dados externos e aciona processos. São comumente chamados de dispositivos de I/O (Input/Output – Entrada/Saída), portais de I/O (no inglês, ports) ou simplesmente portais. A função dos portais de saída é transferir ao “mundo externo” um dado que esteja presente no barramento de dados. Para isso são utilizados latches, pois permitem o “carregar” dados somente quando são acionados, retendo esses dados independente de haverem alterações em suas entradas. Os portais de entrada devem permitir a transferência de dados do “mundo externo” para o barramento de dados quando acionados e em alta impedância no restante do tempo. Para tanto, são tradicionalmente utilizados buffers com saída tri-state para essa função. A seleção dos dispositivos de I/O a partir do barramento de endereços é feita por decodificadores ligados ao barramento de endereços e seu acionamento é feita através do barramento de controle. Exemplo 1.1 A figura 1.2, abaixo, mostra um exemplo de utilização de buffers e latches como portais de entrada e saída, respectivamente. Ambos os portais estão ligados ao barramento de dados. Cada portal possui um decodificador (DEC), que apresenta nível alto na saída quando o valor do barramento de endereços é o endereço do portal. Os sinais RD (read – ler), WR (write – escrever) e IORQ (I/O request – requisição de I/O) constituem o barramento de controle. Para a operação de leitura, o endereço do portal é colocado no barramento de dados.O decodificador decodifica o endereço do portal de leitura e coloca em sua saída nível lógico 0. Em seguida, os sinais IORQ e RD são acionados. Assim temos ‘1’ no terminal de habilitação de saída do buffer e o valor em sua entrada é transferido para o barramento de dados, podendo ser armazenado pela CPU. Exsto Tecnologia 10
  • 11. Microcontroladores PIC16F877A Figura 1.2 – Portais de entrada e saída Para realizar uma operação de escrita do portal , o processador inicialmente coloca os dados a serem escritos no barramento de dados e o endereço do portal no barramento de endereço.O decodificador decodifica o endereço do portal de escrita e coloca em sua saída nível lógico 0. Então são acionados os sinais WR e IORQ. Nesse instante temos ‘1’ nas três entradas da porta AND que aciona o terminal E do latch, que faz com ele carregue os dados presentes no barramento na saída. Figura 1.2 – Portais de entrada e saída A função do microcontrolador, como o próprio nome diz, é controlar processos e circuitos. Para otimizar essa função, seus portais de entrada e saída são tratados como registros de funções especiais, ou seja, são lidos e escritos como se fossem simples bytes de memória. Em sistemas como microprocessadores geralmente o tratamento é diferente, havendo instruções específicas para acesso aos portais e outras implicações, que diminuem a eficiência do código gerado quando se trabalha intensamente com entrada e saída. Exsto Tecnologia 11
  • 12. Microcontroladores PIC16F877A Para maior flexibilidade do sistema, geralmente os microcontroladores utilizam um sistema de portais mais complexo que o apresentado acima, que permite que um mesmo terminal do microcontrolador seja configurado como entrada ou saída. Para que isso seja possível é utilizado um registro de portal (PORT) e um registro de direção de dados (DDR – Data Direction Register). Esse último permite selecionar a direção de cada bit de um portal de saída, individualmente. A figura 1.3a e 1.3b abaixo mostram o esquema genérico de um bit de portal do PIC16F877A. Outros microcontroladores utilizam configurações semelhantes. Figura 1.3a – Esquema típico de um pino de I/O OPERAÇÃO DE ESCRITA OU SAÍDA DE DADOS: ao acionar o controle WR PORT, o latch de saída (Data Latch) armazena a informação complementar do barramento de dados em sua saída complementar Q “barra”. Vamos admitir que o registro de direção de dados (TRIS Latch) foi carregado inicialmente com o valor ‘0’. O registro de direção de dados é habilitado através do controle WR TRIS e a informação de direção fica armazenada em sua saída. Para Q=0 e Q ”barra”=1 na saída do registro de direção, o pino I/O estará configurado como saída e tem-se a transferência da informação Q ”barra” do latch de saída para o driver do pino I/O conforme o arranjo das portas lógicas. Se este último Q ”barra” =0 o transistor “N” será cortado e “P” será ativado permitindo que a tensão Vdd apareça no pino I/O como nível lógico 1 que era a informação original do barramento de dados. Se Q “barra” =1 o transistor “P” será cortado e “N” estará ativo. A tensão no pino I/O cai para o nível Vss indicando nível lógico 0. Exsto Tecnologia 12
  • 13. Microcontroladores PIC16F877A Figura 1.3b – Esquema típico de um pino de I/O OPERAÇÃO DE LEITURA OU ENTRADA DE DADOS: novamente admitamos que o registro de direção foi carregado inicialmente com o valor ‘1’ em sua saída. Agora, o arranjo das portas lógicas permite o corte simultâneo dos dois transistores do driver configurando o pino I/O como entrada de dados. Assim, o controle RD PORT habilita o latch de entrada e o buffer tri-state, o que possibilita que a informação do pino de I/O trafegue pelo barramento de dados. No restante do tempo o buffer fica em alta impedância. Caso seja feita uma operação de escrita em um terminal configurado como entrada, o dado escrito será armazenado no latch de dados, mas não será transferido para o terminal, pois o driver está desativado. Por outro lado, se for realizada uma operação de leitura em um terminal configurado como saída, o valor lido será o dado presente no terminal, que é o mesmo escrito no latch de dados anteriormente. 1.1.6 Periféricos Além dos portais de I/O e as memórias, podemos ter muitos outros tipos de dispositivos ligados ao barramento de dados. Esses dispositivos nada mais são do que circuitos destinados a realizar funções especiais. Esses dispositivos periféricos são particularmente importantes nos microcontroladores. Como periféricos mais comuns podemos citar os temporizadores e contadores (Timers), os módulos de comunicação serial, conversores AD e DA, módulos de CCP (Captura, comparação e PWM), drivers de LCD, comparadores analógicos, etc. Exsto Tecnologia 13
  • 14. Microcontroladores PIC16F877A O modo de acesso aos periféricos é semelhante ao de acesso aos portais de I/O. Eles muitas vezes possuem vários registros de parâmetros que podem ser configurados, e um ou mais registros de entrada e saída de dados. Quando estivermos tratando dos periféricos do PIC16F877A mostraremos como trabalhar com eles e, apesar de cada microcontrolador apresentar um conjunto de periféricos diferentes, seu funcionamento é muito semelhante. 1.1.7 CPU A CPU (Central Processing Unit – Unidade Central de Processamento) ou processador é parte principal de um sistema computacional. É comum se referir à CPU dos microcontroladores como core (núcleo). Sua função é executar as instruções do programa e processar dados. Para tanto ela controla todas as demais partes do sistema e envia ou recebe dados dessas partes. Ela também é capaz de interpretar e colocar em execução as instruções que compõe o programa e realizar operações lógicas e aritméticas. Genericamente um processador é organizado conforme o diagrama em blocos da figura 1.4. Figura 1.4 – Diagrama em blocos de uma CPU Os nomes de cada bloco estão em inglês no diagrama para facilitar a identificação desses blocos nos manuais de microcontroladores e microprocessadores, que comumente são escritos nessa língua. Os blocos pontilhados podem ou não estar presentes. As vias em amarelo representam o barramento de dados interno do processador, que é ligado ao barramento de dados do sistema. As vias em verde são outras vias de dados e sinais de controle. Exsto Tecnologia 14
  • 15. Microcontroladores PIC16F877A O principal bloco de um processador é o decodificador de instruções (Instructiuon Decoder). Voltando a analogia entre um sistema computacional e um instrumento musical, o decodificador de instruções pode ser comparado ao músico, que age sobre o instrumento (hardware) executando a música (software). Esse bloco é composto por um decodificador e um contador. Tal decodificador pode ser visto como um livro de receitas culinárias. No livro, cada página contém uma receita e dentro de cada receita há os passos para sua execução. De modo análogo, cada instrução do processador é como o endereço de uma “página” onde está a seqüências de acionamento dos sinais de controles (internos e externos ao processador) que permitem a execução da instrução. O contador existente é responsável por fazer com que os passos para a execução de uma instrução sejam executados em seqüência. Cada modelo de processador possui um conjunto, ou set, de instruções que pode executar. O barramento de controle interno (Internal Control) permite ao decodificador de instruções controlar os blocos internos do processador, enquanto o barramento de controle externo (External Control) já foi discutido e tem a função de indicar se o acesso é de leitura ou escrita, se é em memória ou dispositivos de I/O. O programa armazenado na memória é uma seqüência de instruções. Podemos então supor que para endereçar corretamente essas instruções deveria haver um contador. Ele existe e é chamado Contador de Programa ou PC (Program Counter). A cada instrução iniciada o PC é incrementado. Portanto ele aponta a próxima instrução, isto é, contém o endereço da próxima instrução a ser executada. A saída desse contador é ligada a um registro (Program Addressing) que é carregado ao final de cada instrução com o endereço da próxima instrução. A saída do registro Program Addressing está ligada ao barramento de endereços da memória de programa. Quando a CPU é resetada, o PC é automaticamente carregado com o valor do vetor de reset. Durante a execução do programa, um valor pode ser carregado no PC. Isso ocorre para desviar o fluxo do programa. Existem instruções que realizam essa alteração de fluxo, que pode ser de dois tipos: desvio ou chamada. Quando ocorre um desvio o conteúdo do PC é alterado para que ele passe a executar o programa a partir de outro ponto. Na execução de uma chamada o fluxo do programa também é desviado para um determinado ponto para executar um trecho do programa, mas nesse caso ele deve retornar ao ponto do programa onde ocorreu o desvio (mais precisamente à primeira instrução após a instrução de chamada). Isso permite executar uma sub-rotina, conceito que será discutido quando tratarmos do software. Em uma chamada o endereço de retorno deve ser armazenado em algum lugar, caso contrário não seria possível retornar ao ponto onde a chamada ocorreu. Esse lugar é chamado de pilha (stack). O nome pilha se deve a seu funcionamento, que é semelhante a uma pilha de pratos: como pode haver várias chamadas consecutivas sem que haja retorno, os endereços de retorno são armazenados “uns sobre os outros”. Quando ocorre uma instrução de retorno (que é o que faz o programa retornar da chamada), o programa volta para o último endereço guardado, e assim sucessivamente até que a pilha esteja vazia. A pilha é então uma porção de memória onde podem ser armazenados os endereços de retorno. Exsto Tecnologia 15
  • 16. Microcontroladores PIC16F877A Para indicar a próxima posição livre na pilha existe um registro (na verdade um contador) chamado ponteiro da pilha (Stack Pointer) que aponta o topo. Esse registro é incrementado cada vez que um novo endereço de retorno é armazenado na pilha e decrementado quando ocorre um retorno. Uma vez determinado o endereço, seu conteúdo é lido e armazenado em um registro chamado registro de instrução (Instruction Register). Desse registro, parte da instrução vai para o decodificador de instruções e parte pode ir para a ALU e/ou parte para o registro de endereçamento de dados (Data Addressing). Para entender o porque disso, devemos ter em mente que uma instrução nada mais é que uma palavra binária. Parte dela, que é efetivamente a instrução, indica ao decodificador de instruções qual a seqüência de ações deve ser executada (qual a “página” do decodificador de instruções). O restante constitui os operandos da instrução, ou seja, os dados a serem processados. Esses dados podem ser constantes ou endereços de dados variáveis na memória RAM. Conforme sua natureza e a instrução a ser executada eles tem um destino ou outro. A unidade lógico-aritmética ou ALU (Aritmetic and Lógic Unit) é o circuito responsável pelos cálculos em um processador. Como próprio nome diz, ela é responsável pela realização de operações lógicas, (E, OU, OU-exclusivo, deslocamentos, rotações, complemento), e aritméticas (incremento, decremento, adição, subtração, multiplicação, e divisão). Os processos de divisão e multiplicação são feitos com a ALU utilizando seqüências somas e subtrações, o que efetivamente o que a ALU é capaz de fazer. A ALU trabalha juntamente com dois registros especiais: o Acumulador (Accumulator) e o registro de estado de operações aritméticas (Status). É comum se referir ao acumulador simplesmente como Acc ou, no caso dos PICs, como W (Worker – Trabalhador ). O acumulador quase sempre está envolvido nas operações realizadas pela ALU. Ele pode ser um dos operandos, pode ser onde se armazena o resultado ou pode ser as duas coisas. Há também microcontroladores onde qualquer transferência de dados entre dois endereços da RAM passa pelo acumulador. Quanto ao registro de status, sua função é indicar resultados notáveis das operações matemáticas. Esses resultados são indicados por flags, que são bits desse registro. Através da análise dos flags é possível saber, dentre outras coisas, se uma operação resultou em zero; se houve estouro da capacidade de armazenamento (overflow), que acontece quando um resultado é maior que o máximo valor possível de ser representado pelo sistema; se o resultado de uma operação aritimética é negativo ou positivo. Existe uma interação do registro status com o decodificador de instruções, pois através da análise de seus flags é possível realizar instruções de testes. Para acessar a memória de dados e os periféricos existe um registro, que em nosso sistema é chamado de endereçamento de dados (Data Addressing) que pode receber valores de duas formas. A primeira é diretamente de parte da instrução. Nesse caso se está fazendo referência a endereços da RAM conhecidos e fixos, pois são carregados valores constantes existentes no programa. Esse modo é chamado endereçamento direto. Em muitos casos é necessário fazer referências a endereços variáveis. Isso é feito carregando o registro de endereçamento com dados provenientes de um outro registro, o registro de endereçamento indireto (Indirect Addressig). Como qualquer outro registro, ele pode ser carregado com um valor, constante ou proveniente de uma variável, pode ser incrementado, decrementado ou participar que qualquer operação lógico-aritmética. Sua função é semelhante a dos ponteiros em linguagens de alto nível. Exsto Tecnologia 16
  • 17. Microcontroladores PIC16F877A Todo o sistema computacional trabalha sincronizado com um mesmo sinal de clock. Devemos lembrar que esse clock é o que faz o decodificador de instruções passar de uma instrução para a outra, e tudo o mais deve estar sincronizado com ele, senão haveria o caos. Para gerar esse sinal de clock é necessário um oscilador. Nos microcontroladores esse oscilador já faz parte do componente Independente da forma como o clock é gerado, esse sinal é aplicado a CPU e aos periféricos. É comum que a freqüência do clock dos periféricos seja menor que a da CPU. Para tanto são utilizados divisores de freqüência Outro ponto importante é o reset. Além do reset que ocorre quando o sistema é ligado, chamado de Power-on reset, os microcontroladores apresentam várias outras fontes de reset. Esses resets são proteções do sistema. Síntese genérica de operação de uma CPU: 1) O iniciar um programa, o contador de programa aponta para o primeiro endereço na memória de programa. 2) Neste endereço começa o programa. 3) O registrador de instrução armazena o dado guardado neste endereço. Este dado é composto da instrução e do operando. O operando pode ser proveniente da memória de programa ou da memória RAM ( memória de dados ). 4) O decodificador de instrução recebe a instrução do registrador de instrução. 5) A instrução corresponde a uma seqüência de passos programados em uma ROM, o chamado microcódigo. 6) Um contador dentro do decodificador de instrução varre essa seqüência de passos. 7) O decodificador de instrução começa então a acionar os dispositivos dentro ou fora da CPU através dos barramentos de dados, controle e endereço. 8) A partir desse ponto os dispositivos podem ser acionados nas mais diversas seqüências de operação dependendo da necesidade de processamento imposta pelo código, por exemplo: • O contador de programa aponta para o próximo endereço de memória de programa onde pode estar o valor de uma instrução com operando. A memória de programa é habilitada e esse valor é passado do para a ALU através do registro de instrução. • O contador de programa aponta para o próximo endereço na memória de dados. A memória de dados é habilitada e o valor armazenado nesse endereço passa para o acumulador. • A ALU opera aritmeticamente esses dois dados, sinaliza para o registrador de estados qual foi e estado da operação e disponibiza o resultado em sua saída. • Uma memória ou um dispositivo de saída pode ser habilitado e o resultado será armazenado em um desses dispositivos. Em resumo sempre ocorre um processo de BUSCA e EXECUÇÃO da instrução. A busca se refere a localização das instruções e dos operandos na memória e a execução se refere ao acionamento de dispositivos em seqüência para conseguir o resultado desejado. 1.2 Arquitetura Computacional 1.2.1 Arquitetura von-Neumann Na arquitetura von-Neumann, as memórias tanto de dados quanto de programa, são acessadas usando-se o mesmo barramento de dados; os portais de I/O também fazem uso do barramento de dados. Ou seja, a memória e os dispositivos de I/O compartilham o mesmo barramento em momentos distintos. Exsto Tecnologia 17
  • 18. Microcontroladores PIC16F877A Vale lembrar aqui que uma instrução é como uma operação matemática, isto é, composta de operadores, que indicam o que será feito, e operandos, que são os parâmetros envolvidos na operação.Desta forma, o processo de execução de cada instrução é dividido em dois momentos: a leitura da instrução e a leitura dos operandos (fetch) e a execução da instrução propriamente dita. Nota-se que dessa forma o processador está parte do tempo ocupado com a leitura da memória de programa e, conseqüentemente não fica executando o firmware o tempo todo. Outra característica da arquitetura von-Neumann é que, visto que os operandos das instruções são geralmente do mesmo tamanho do barramento de dados, quanto mais complexa a instrução maior será a quantidade de endereços ocupados por ela na memória. Isto quer dizer que por exemplo, para um barramento de 8 vias, uma instrução de 16 bits é buscada e executada em duas partes de 8 bits. Por outro lado, como a complexidade da instrução não tem limite a não ser o espaço ocupado, podemos ter um set de instruções tão complexo quanto se queira. Podemos concluir que arquitetura von-Neumann consome muito tempo de processamento com a leitura da instrução e dos operandos. Conclui-se também que instruções diferentes ocupam quantidades diferentes de memória e são executadas em tempos diferentes. Memória Dados Programa CPU Barramento de Dados I/O Figura 1.5 – Arquitetura von-Neumann Os sistemas de arquitetura von-Neumann geralmente têm conjuntos de instruções complexos, o que equivale a dizer que possuem um grande número de instruções e cada instrução realiza uma grande seqüência de ações. Processadores desse tipo são chamados CISC (Complex Instruction Set CPU – CPU com Set de Instruções Complexo). 1.2.2 Arquitetura Harvard Já a arquitetura chamada de arquitetura Harvard, que é utilizada nos microcontroladores PIC, tem como principal característica acessar a memória de dados separadamente da memória de programa. A principal vantagem dessa arquitetura é que a leitura de instruções e de alguns tipos de operandos pode ser feita ao mesmo tempo em que a execução das instruções (tempo Tcy). Isso significa que o sistema fica todo o tempo executando instruções, o que acarreta um significativo ganho de velocidade. Enquanto uma instrução está sendo executada, a seguinte está sendo lida. Esse processo é conhecido como pipelining (canalização) e é ilustrado pela figura 1.6 abaixo. Exsto Tecnologia 18
  • 19. Microcontroladores PIC16F877A Figura 1.6 – Pipeline O barramento de programa não necessariamente tem o mesmo tamanho do barramento de dados. Dessa forma, em uma única palavra da memória de programa pode conter operando e operadores, o que nos permite carregar toda a instrução em um único ciclo de leitura da memória. Memória de CPU Programa Barramento de Programa Memória de Dados I/O Barramento de Dados Figura 1.7 – Arquitetura Harvard Pode-se notar então que os tempos de execução e de leitura estão atrelados e são os menores possíveis. Isso acarreta em as instruções não poderem executar uma grande seqüência de ações, ou seja, não existem instruções complexas. Por isso, os PIC´s são considerados processadores RISC (Reduced Instruction Set CPU – CPU com Set de Instruções Reduzido). O número de instruções é reduzido, o que não significa que não se possa executar programas complexos, mas sim que seqüências complexas de ações devem ser construídas por seqüências de instruções básicas. Exsto Tecnologia 19
  • 20. Microcontroladores PIC16F877A 2 O MICROCONTROLADOR PIC16F877A 2.1 A Microchip O fabricante dos microcontroladores PIC é a empresa americana Microchip. Atualmente ela é um dos maiores fabricante mundiais de microcontroladores de 8, 16 e 32 bits, além de possuir uma ampla linha de memórias e componentes analógicos. A Microchip trabalha com uma política de suporte ao cliente muito eficiente, que provavelmente é uma das causas de seu sucesso. Em seu site (www.microchip.com) existe uma grande quantidade de informação disponível. Além dos manuais dos componentes, existem muitas notas de aplicação (Application Notes) e projetos de referência, que são de grande ajuda para a formação da base de conhecimentos do estudante de microcontroladores PIC. 2.2 Microcontroladores PIC Os PICs são divididos em famílias. Cada família, ou plaforma, tem vários componentes, com tamanhos e recursos diferentes; no entanto o código desenvolvido para um componente de uma determinada família é compatível com os demais componentes da mesma família, exceto por umas poucas alterações, que ser referem principalmente aos periféricos. Cada família tem seu próprio set (conjunto) de instruções. Essas instruções são comandos em linguagem de programação assembly que compõe os softwares gravados nos microcontroladores, com as quais o aluno entrará em contato mais adiante. Dessa forma, ao se estudar um componente específico de uma família, se está adquirindo conhecimento para trabalhar com microcontroladores de toda a família. As famílias são se dividem ainda conforme o tamanho do barramento de bits, havendo microcontroladores de 8, 16 e 32 bits. As famílias de microcontroladores PIC são: • • • 8 bits o Família PIC10 o Família PIC12 o Família PIC14 e PIC17 o Família PIC16 o Família PIC18 16 bits: o Famílias PIC24F e PIC24H o Familias dsPIC30F e dsPIC33F 32 bits Exsto Tecnologia 20
  • 21. Microcontroladores PIC16F877A o PIC32 o Os componentes diferem entre si basicamente em: • Quantidade de memória RAM • Quantidade de memória EEPROM de dados (alguns não têm nada) • Quantidade de memória Flash de programa • Número de pinos (8,14,18,28,40, ...) • Freqüência máxima de clock • Periféricos Nesse curso abordaremos o PIC16F877A, que é um dos componentes mais completos da família PIC16. Conforme foi dito anteriormente, ao se estudar um membro de uma família o estudante torna-se apto a trabalhar com toda a família. 2.3 A Arquitetura do PIC16F877A A figura 1.1 apresenta o diagrama em blocos do PIC16F877A. Trata-se de um microcontrolador de 8 bits de arquitetura Harvard. Seu barramento de programa é de 14 bits. A estrutura do PIC16F877A é semelhante ao sistema genérico estudado na aula 1. Seu funcionamento e análise também são semelhantes à aquele sistema genérico consistindo nas etapas de busca de instrução com habilitação e leitura de memória de programa e, execução da instrução com decodificação da instrução e acionamento de dispositivos em seqüência para o processamento da atividade programada. Podem ser observados os barramentos de dados e de programa. Além disso, nota-se como operandos da ALU e de endereçamento da memória de dados vem diretamente da memória de programa. Também são dignos de nota os periféricos, localizados na parte inferior do diagrama, que estão ligados ao barramento de dados. Exsto Tecnologia 21
  • 22. Microcontroladores PIC16F877A Figura 2.1 – Diagrama em blocos do PIC16F877A 2.4 Geração de clock Os microcontroladores PIC possuem um circuito de oscilação interna, isto é, são capazes de gerar seu próprio clock (ou sinal de relógio) com acréscimo de poucos (ou nenhum) componentes externos. Existem sete modos diferentes de clock, e cada componente da família utiliza alguns deles. O modo de clock para cada aplicação é selecionado no momento da gravação do microcontrolador e não pode ser alterado pelo programa. São eles: • • • • • LP: Cristal/Ressonador de baixa freqüência e baixo consumo (Low Frequency (Power) Crystal) XT: Cristal/Ressonador (Crystal/Resonator); HS: Cristal/Ressonador de Alta Freqüência (High Speed Crystal/Resonator); RC: Oscilador RC Externo (External Resistor/Capacitor); o Com saída de clock o Sem saída de clock INTOSC (INTRC): Oscilador RC Interno de 4MHz (Internal Resistor/Capacitor) Esse modo não está presente no PIC16F877A, mas existe em outros componentes da família PIC16; Exsto Tecnologia 22
  • 23. Microcontroladores PIC16F877A o Com saída de clock o Sem saída de clock Obs.: resistores, indutores, capacitores e cristais podem ser combinados formando circuitos osciladores em freqüências determinadas. Mais detalhes sobre os conceitos, funcionamento e projeto desse tipo de circuito podem ser encontrados em livros de eletrônica com capítulos sobre osciladores. 2.4.1 Modos LP,XT e HS Os modos LP, XT e HS utilizam um cristal ou ressonador cerâmico para estabilizar o clock. A diferença está na faixa de freqüência de cada modo e no consumo de energia associado a cada freqüência. O consumo de energia em sistemas computacionais está diretamente relacionado com o a freqüência de operação do sistema porque a dissipação de potência (transformação de energia elétrica em energia térmica) nos transistores que compõem os circuitos integrador digitais se dá nos momentos de transição de baixo para auto e de auto para baixo. Assim, quanto mais transições por unidade de tempo (ou seja, quanto maior a freqüência) maior a dissipação de energia e, portanto, maior o consumo. O modo LP refere-se a cristal/ressonador cerâmico de baixa freqüência. Esse modo trabalha com freqüências de oscilação de até 200 kHz e nele conseguimos o menor consumo dos três modos em questão. O modo XT abrange as freqüências de 200 kHz até 4 MHz e apresenta um consumo médio. O modo HS é para freqüências de 4 a 20 MHz e tem o mais alto consumo. Cada faixa de freqüência possui um ganho do circuito oscilador, que é ajustado de forma diferente para cada modo. É recomendado que se use o modo adequado para cada freqüência, caso contrário pode ocorrer mau funcionamento do oscilador. Além do cristal ou do ressonador, nos modos LP, XT e HS, devem existir capacitores ligados dos terminais do cristal terra, conforme mostra a figura 2.2. Os valores desses capacitores C1 e C2 são os indicados nas tabelas Capacitor Selection for Crystal Oscillator que se encontra nos manuais de cada PIC na seção que trata de configurações do oscilador. Para o PIC16F877A os valores são os apresentados na tabela 2.2. O valor de RF representa o ajuste interno do oscilador para cada modo (XT, LP e HS). O resistor RS pode ser necessário para alguns tipos de corte de cristal, mas geralmente não é usado. O Comando SLEEP desativa o oscilador no modo de baixo consumo, do qual trataremos mais adiante. Exsto Tecnologia 23
  • 24. Microcontroladores PIC16F877A Figura 2.2 – Circuito do Oscilador a Cristal/Ressonador Modo de Oscilador Freqüência do Cristal Capacitores C1 e C2 32 kHz 33 pF 200 kHz 15 pF 100 kHz 47 a 68 pF XT 1 MHz 15 pF 4 MHz 15 pF 4 MHz 15 pF HS 8 MHz 15 a 33 pF 20 MHz 15 a 33 pF Tabela 2.1 – Seleção de capacitores para oscilador a cristal LP Capacitores maiores aumentam a estabilidade do oscilador, mas também aumenta o tempo de partida.O tempo de partida do oscilador é o tempo necessário para que o oscilador se estabilize, pois a oscilação não ocorre de forma imediata assim que o circuito é alimentado,conforme mostra a figura2.3. Esse tempo depende de uma série de fatores, além dos capacitores, com temperatura, tensão de alimentação e até capacitâncias parasitas do lay-out da placa. Esse tempo deve ser considerado pois o programa só será iniciado (ou reiniciado, no caso do modo de baixo consumo) quando o oscilador se estabilizar. Exsto Tecnologia 24
  • 25. Microcontroladores PIC16F877A Figura 2.3 – Partida do oscilador Também é possível aplicar sinais de clock gerados externamente, bastando para isso selecionar o modo relativo a faixa de sinal utilizado. Nesse caso o sinal deve ser aplicado ao pino OSC1/CLKIN e o pino OSC2/CLKOUT deve permanecer em aberto. 2.4.2 Modos RC Também é possível trabalhar com osciladores RC (Resistor/Capacitor). Para isso é utilizada a montagem da figura 2.4 e selecionado o modo de oscilador como RC. Figura 2.4 – Circuito do oscilador no modo RC. O modo RC apresenta algumas limitações: a freqüência de trabalho é dependente de vários fatores (valores de resistor e de capacitor, tensão de alimentação, temperatura) e apresenta pouca estabilidade (tolerância dos resistores e capacitores, variação na tensão de alimentação, variações de temperatura). Por exemplo, em uma produção em quantidade de produtos utilizando PIC´s no modo RC, a freqüência de cada produto pode variar em função da tolerância dos resistores utilizados. Não é possível garantir precisão em nada que se baseie em tempo no programa. Assim esse modo só é recomendado para aplicações nas quais a freqüência não é um fator crítico. Essa situação é que justifica a utilização do modo, pois um oscilador RC tem custo menor que um a cristal. O resistor REXT deve estar entre 3kΩ e 100kΩ e o capacitor CEXT deve ser superior a 20pF. O circuito pode funcionar sem capacitor CEXT, mas nessa situação ele se torna muito suscetível a variações drásticas de freqüência devido a capacitâncias externas (do próprio lay-out, por exemplo). Além disso, a variação da freqüência é maior para resistores maiores e capacitores menores. Exsto Tecnologia 25
  • 26. Microcontroladores PIC16F877A No modo RC com saída de clock o terminal OSC2/CLKOUT apresenta a freqüência do oscilador divida por quatro, que pode ser utilizado como fonte de clock para outros pontos do circuito. Já no modo sem saída de clock, esse terminal pode ser utilizado como I/O. 2.4.3 Modo INTOSC Esse modo de oscilador não está disponível no PIC16F877A, mas pode ser encontrado em outros modelos de microcontroladores. No modo INTOSC (ou INTRC) não se necessita de nenhum outro componente externo. Portanto, além da redução de custos, ele libera terminais do microcontrolador para serem utilizados como I/O. Nesse modo, o sinal de clock é obtido de forma semelhante ao funcionamento do modo RC, porém o “resistor” e “capacitor” são implementados na própria pastilha do componente. Devido a isso temos geralmente uma ou duas freqüências de clock fixas. Tipicamente o oscilador interno é menos preciso que o oscilador a cristal é mais preciso que o oscilador RC, com tolerâncias entre +/- 1 e 10 %. 2.4.4 Comparação entre os modos de oscilador Na tabela 2.2 é feita uma comparação entre os diferentes modos de oscilador. Quesito Tipo de Oscilador Cristal (HS, XT e HS) RC Externo Precisão Preciso Impreciso Estabilidade Estável Instável Variedade de freqüências Pequena Grande Custo Alto Baixo Tabela 2.2 – Seleção de capacitores para oscilador a cristal RC Interno Pouco preciso Pouco Estável Nenhuma Nenhum 2.4.5 Clock e execução das instruções Cada instrução executado pelos microcontroladores PIC16 gasta 4 ciclos de clock, chamados “ciclos Q”. Esses 4 ciclos compõem um ciclo de instrução (TCY) que dura 4 vezes mais que um ciclo Q , portanto um ciclo de instrução tem ¼ da freqüência do oscilador e o sinal desse ciclo maior é chamado de clock de instrução ou clock de periféricos. Ou seja, o tempo de execução de cada instrução e de 4 períodos de clock. Em cada um dos ciclos Q é realizada uma etapa da instrução, conforme mostrado na tabela 2.2. Graficamente esse processo é apresentado na figura 2.5. Ciclo Ação Q1 Ciclo de decodificação da instrução Q2 Ciclo de leitura de dados Q3 Ciclo de processamento Q4 Ciclo de escrita de dados Tabela 1.2 – Ciclos de execução das instruções Exsto Tecnologia 26
  • 27. Microcontroladores PIC16F877A Figura 2.5 – Ciclos de instrução Alguns periféricos e algumas funções do PIC não são sincronizados nem com o clock do oscilador nem com o clock de periféricos, mas com os ciclos Q. 2.5 Memórias 2.5.1 Memória de programa O PIC16F877A possui 8K-palavras de memória de programa. Já que se trata de um processador RISC, o tamanho das palavras da memória de programa é maior que o barramento de dados. Assim, apesar de ser um microcontrolador de 8 bits, a memória de programa é composta por palavras de 14 bits. Cada palavra, isto é, cada endereço de memória de programa guarda uma instrução. Dessa forma, um programa de 500 instruções ocupará 500 bytes. O vetor de reset é o endereço 0000h. Como vimos, isso significa que o programa deve ser escrito a partir desse endereço. O vetor de interrupção, para todas as interrupções é o 0004h. A memória é do tipo FLASH, suportando um grande número de reescritas. É possível, através de rotinas que trataremos em outro ponto do curso, realizar escrita na memória e programa. Na estrutura das instruções de chamada e desvio da família 16F o espaço reservado para endereço é de 11 bits. Portanto é possível endereçar diretamente 2048 endereços de memória. Sendo que o PIC16F877A tem 8k endereços de memória de programa, essa memória é dividida em unidades que chamaremos de páginas. Dentro de uma mesma página é possível realizar saltos e desvios para qualquer ponto. Mas se um salto ou desvio vai de uma página para outra é necessário fazer um ajuste prévio dos dois bits mais significativos do SFR PCLATH, conforme mostrado na tabela abaixo. PCLATH Bit 4 Bit 3 0 0 0 1 0 1 2 1 0 3 1 1 Tabela 2.3 – Páginas de memória de programa Página A figura 2.6 apresenta o mapemamento de memória de programa. Exsto Tecnologia 27
  • 28. Microcontroladores PIC16F877A 0000h Vetor de reset 0001h 0002h Uso geral 0003h 0004h Vetor de interrupção 0005h Página 0 . . Uso geral . 07FFh 0800h . . Uso geral Página 1 . 0FFFh 1000h . . Uso geral Página 2 . 17FFh 1800h . . Uso geral Página 3 . 1FFFh Figura 1.6 – Mapeamento de memória do PIC16F877A Os demais microcontroladores da família PIC16F seguem esse mesmo mapeamento de memória, contudo nem todos os modelos têm 8k-words, isto é, alguns não tem todas as páginas implementadas. Por exemplo, o PIC16F874A tem as páginas 0 e 1 mas não as 2 e 3, portanto tem 4kwords; já o 16F628A tem 2k-words, ou seja, somente a página 0. 2.5.2 Memória de dados O core (núcleo ou processador do microcontrolador) da família PIC16 existem 9 vias de endereçamento o que permite um acesso a 512 endereços diferentes (29 = 512). Contudo, nem sempre temos memória RAM implementada para todos os endereços. A quantidade e a disposição da RAM de dados varia de microcontrolador para microcontrolador. No PIC16F877A existem 368 bytes de memória RAM de dados. Ela é composta por registros de funções especiais (SFR – Special Function Registers) e a RAM de uso geral (GPR – General Purpose RAM). Os SFR são responsáveis pelo controle da CPU e dos periféricos, além de conterem os registros dos portais. Na RAM de uso geral é onde o programa armazenará suas variáveis. A memória RAM pode ser acessada de duas formas: por acesso direto e por acesso indireto. Acesso direto ocorre quando o endereço acessado faz parte da própria instrução (é um dos operandos). Já o acesso indireto é feito através de duas variáveis, uma contendo o endereço a ser acessado e a outra Exsto Tecnologia 28
  • 29. Microcontroladores PIC16F877A se comportando como o byte acessado. Este último modo de endereçamento pode ser muito útil em algumas situações e será estudado mais adiante. Para acesso direto, a RAM é dividida em 4 bancos. Isso ocorre porque a capacidade de máxima de acesso de memória dos microcontroladores PIC é de 512 bytes. Portanto, são necessários 9 bits para compor os endereços. Como cada instrução tem apenas 14 bits, e esses bits devem ser divididos entre operadores e operandos, não há espaço para um endereço de 9 bits. Na verdade, as instruções armazenam apenas 7 bits do endereço a ser acessado. Os dois bits restantes fazem parte do registro de função especial STATUS e são chamados RP1 e RP0. Já que dois bits podem gerar 4 combinações, existe essa divisão em 4 bancos. Para acessar um registro em um banco diferente do banco atual, é necessário ajustar previamente RP1 e RP0. Na prática utilizamos o máximo possível endereços do banco 0, e mudamos para os demais bancos quando necessário, retornando novamente ao banco 0. A divisão de bancos é feita conforme a tabela 1.3. Banco 0 1 2 RP1 0 0 1 RP0 0 1 0 Endereços 00h ~ 7Fh 80h ~ FFh 100h ~ 17Fh 3 1 1 180h ~ 1FFh Tabela 1.4 - Seleção de bancos de RAM No caso do endereçamento indireto, o endereço é armazenado em um registro de função especial chamado FSR. Como trata-se de um registro de 8 bits, falta 1 bit, que se chama IRP e faz parte do STATUS. Quando IRP é ‘0’ são acessados os bancos 0 e 1, quando é ‘1’, são acessados os bancos 2 e 3. Os registros de funções especiais têm seus nomes e os nomes de seus bits já definidos em um arquivo. Existe um arquivo desses para cada PIC e a forma de incluí-lo no programa será mostrado mais adiante. Podemos então tratar os SFR pelo seus nomes, não havendo a preocupação com o endereço que eles ocupam. Também não é necessário saber qual bit de um registro tem determinada função, apenas o nome do mesmo. Na apresentação desses registros será seguida a convenção abaixo, que a mesma utilizada no manual dos componentes. R/W – 0 IRP Bit 7 R/W – 0 RP1 R/W – 0 RP0 R–1 R– 1 R/W – x R/W – x NOT_TO NOT_PD Z DC R/W – x C Bit 0 STATUS Os bits são numerados de 0 a 7, da direita para a esquerda. O nome do registro aparece em baixo. Sobre cada bit temos algumas informações: se ele pode ser lido (R) escrito (W), se não é implementado. Também contém sua situação após o reset, podendo ser ‘0’, ‘1’ ou desconhecida (x). Por exemplo, sobre o bit RP0 está escrito R/W-0, que significa que pode ser lido ou escrito e seu valor no reset é 0. No anexo B encontra-se o mapa de memória do PIC16F628A. Pode-se observar os nomes dos SFR e as regiões de uso geral. Note que apesar de ser possível acessar 512 bytes, foram implementados apenas 224 bytes. As posições não implementadas estão em cinza na figura. Note ainda que os últimos 16 endereços de todos os bancos acessam os mesmos bytes no banco 0. Exsto Tecnologia 29
  • 30. Microcontroladores PIC16F877A A figura 1.7 trás o mapeamento de memória RAM do PIC16F877A com os nomes dos registros de função especial e as áreas de uso geral (GPR). As regiões em cinza correspondem a endereços para os quais não há memória implementada. No manual do PIC16F877A existe um detalhamento maior dos bits que compõe os SPR´s. A função de vários desses registros será explicada no decorrer do curso. Tabela 1.7 - Mapeamento de memória RAM de dados Exsto Tecnologia 30
  • 31. Microcontroladores PIC16F877A 2.6 RESET O PIC possui várias fontes de reset (reinicialização), que são: • • • • • • Reset ao ligar (POR – Power-on Reset); Reset por MCLR durante operação normal; Reset por MCLR no modo SLEEP (que será tratado adiante); Reset por Watch-Dog durante operação normal; Reset por Watch-Dog no modo SLEEP; Reset por queda de alimentação (BOR – Brown-Out Reset). O reset por MCLR é acionado quando ao terminal MCLR (pino 4) é aplicado nível lógico baixo. MCLR é o terminal de Reset do componente, sendo um terminal baixo ativo, isto é, o reset ocorre em ‘0’. Além disso, o terminal de MCLR possui internamente um filtro para evitar que ruídos possam causar reset acidental. O modo como os registros se comportam em cada reset é variado. Para saber quais são os “valores iniciais” de cada registro, deve ser consultada a tabela de situações iniciais dos registros, presente no manual de cada PIC. A seguir são detalhadas algumas fontes e funcionalidades associadas ao reset. 2.6.1 POR – Power-On Reset Essa funcionalidade detecta quando o circuito é ligado, percebendo a subida da tensão de alimentação, e realiza o reset do microcontrolador. Dessa forma podemos dispensar o resistor e capacitor tradicionalmente ligados ao terminal de reset para gerar um nível lógico baixo quando o sistema é ligado, garantido assim o reset inicial. O terminal MCLR pode ser ligado diretamente ao nível lógico alto sendo recomendado utilizar um resistor de 10 kΩ ligando-o à VDD. 2.6.2 PWRT – Power-up Timer Trata-se de um timer de aproximadamente 72ms que mantém o microcontrolador em condição de reset durante esse tempo. É útil, pois permite ao sistema ter tempo de se estabilizar (tensão, reset dos demais componentes, etc.) antes do programa começar a ser executado. 2.6.3 OST – Oscillator Start-up Timer Este timer “conta” 1024 ciclos válidos de clock antes de sair da condição de reset, permitindo assim que o oscilador se estabilize, conforme trato no tópico “Modos LP, XT e HS”. Essa funcionalidade é habilitada somente nos modos LP, XT e HS. 2.6.4 BOR – Brown-out Reset Essa funcionalidade visa reiniciar o sistema se houver uma queda na tensão de alimentação. O BOR ocorre quando a alimentação atinge aproximadamente 4V por mais de 100µs (quedas por tempo intervalos menores que esse são ignorados pois podem se tratar de ruídos na alimentação), em situações como as mostradas na figura2.8. Exsto Tecnologia 31
  • 32. Microcontroladores PIC16F877A Figura 2.7 – Situações de Brown-out 2.6.5 Seqüência de inicialização 1. 2. 3. 4. 5. O circuito é ligado: a tensão de alimentação começa a subir; É detectada a subida da tensão: ocorre POR; O sistema aguarda o tempo de PWRT (aprox. 72 ms); O oscilador começa a funcionar: 1024 ciclos são contados (OST); O programa começa a ser efetivamente executado. 2.6.6 Identificação de Reset pelo Software Apesar de existirem várias fontes de Reset, é possível determinar qual reset ocorreu. Para isso existem 4 bits: NOT_TD e NOT_PD do registro STATUS e NOT_BOR e NOT_POR do registro PCON (Banco 1). As condições desses bits para cada reset podem ser vistas na tabela 2.4. Condição NOT_POR NOT_BOR Reset por Power-on 0 X Impossível 0 X Impossível 0 X Reset por Brown-out 1 0 Reset pelo Watchdog 1 1 Dispertar pelo Watchdog 1 1 Reset pelo MCLR em operação normal 1 1 Reset pelo MCLR no modo SLEEP 1 1 Tabela 2.4 – Bits de status e seus significados NOT_TO 1 0 x 1 0 0 U 1 NOT_PD 1 X 0 1 1 0 U 0 Essa informação pode ser útil, permitindo que providências sejam tomadas em situações específicas de problema. O esquema da figura 1.8 mostra como é a lógica de reset. Exsto Tecnologia 32
  • 33. Microcontroladores PIC16F877A Figura 2.8 – Lógica de reset 2.7 Watch-Dog Timer Esse timer de 8 bits, que é baseado em um oscilador RC interno próprio, independente de qualquer outra coisa, gera um reset quando “estoura”. Ele é importante em situações em que, por qualquer motivo, o microcontrolador “trava”. Quando habilitado ele deve ser zerado a intervalos regulares menores que seu tempo máximo pela instrução CLRWDT. Se o programa “para” e o Watch-Dog não é zerado, tendo sido habilitada essa função na gravação, ocorre o reset. Ao timer de 8 bits pode ser atribuído um pré-escala, como será visto mais adiante. Essa funcionalidade é muito útil, pois, na grande maioria das situações práticas, é melhor que o sistema reinicie do que fique inoperante. Desenvolvendo o código adequadamente é possível fazer com que o reset sequer tenha efeitos perceptíveis para o sistema. O período do watchdog é de 18 ms (típico). Com pré-escala máxima pode chegar a 2,3s. 2.8 Modo de baixo consumo – Modo SLEEP O modo de baixo consumo (Power-dowm Mode), também chamado de modo SLEEP (sono, em inglês), é a situação de menor consumo do microcontrolador. Ele é ativado pela execução da instrução SLEEP. Nesse modo o oscilador é desligado, fazendo com que o microcontrolador pare completamente a execução do programa. Dessa forma conseguimos reduzir drasticamente o consumo do sistema, o que é importante sobretudo em sistemas alimentados por bateria. O microcontrolador pode ser “acordado” por qualquer um dos eventos abaixo: • • • Qualquer reset; Estouro do Watch-Dog (se este estiver habilitado); Qualquer periférico que estiver com sua respectiva interrupção habilitada (incluso INT e interrupção por mudança no Portal B). Exsto Tecnologia 33
  • 34. Microcontroladores PIC16F877A Quando da ocorrência de algum reset, o programa recomeça sua execução no vetor de reset (0000h). Se, porém, ocorrer um estouro do Watch-Dog ou a chamada de alguma interrupção o programa continua sua execução a partir do endereço imediatamente posterior a instrução SLEEP que ativou o modo de baixo consumo. E ainda, se o controle geral de interrupções estiver habilitado, o programa recomeça pelo vetor de interrupções (0004h) se desperto por interrupção. Assim, se desejamos que uma interrupção simplesmente “acorde” o microcontrolador, devemos desabilitar globalmente as interrupções. Deve-se ter atenção ao fato de que no modo SLEEP o oscilador está desligado. Dessa forma não podem ser utilizadas interrupções dos timer’s para a saída do modo, se estes timer’s utilizarem como fonte de clock o oscilador interno, nem demais periféricos cujo funcionamento se baseie no oscilador principal do sistema. 2.9 Características especiais 2.9.1 Proteção de Código (Code Protect) O programa gravado em um PIC pode ser protegido, isto é, pode ser impedida a sua leitura. Essa funcionalidade é muito importante, sobretudo quando se trata de produção industrial, visto que assim se podem preservar os direitos autorais do autor do firmware e dificultar a cópia de produtos. 2.9.2 Locais de Identificação (ID Locations) Existem 4 endereços não acessáveis pelo microcontrolador que podem ser utilizados para identificação do componente (por exemplo, o número de série do produto ou a versão do firmware). 2.9.3 Pinagem e Hardware Básico Como já foi comentado anteriormente, o PIC16F877A é um componente de 40 pinos, em seu encapsulamento PDIP (Plastic Dual In-line Package – Encapsulamento plástico em linha dupla). Esses pinos podem ser divididos em terminais de alimentação, de reset, de conexão com o oscilador e os terminais de portais e periféricos. Como se trata de um componente com diversas características e um pequeno número de terminais, muitos terminais possuem mais de uma função. Dessa forma, temos terminais de entrada e saída dos portais multiplexados com terminais dos periféricos, com terminais do oscilador e terminais de reset. De uma forma geral, quando usamos um determinado periférico, o terminal é associado a ele serve ao periférico e sua função de entrada e saída fica desativada. Quando o periférico não é utilizado, o terminal trabalha como I/O. A figura abaixo apresenta a pinagem do PIC 16F877A. Para facilitar a escrita, toda documentação da Microchip quando se refere a um terminal não utiliza a notação bit N do portal X, e sim RX N. Por exemplo, o bit 2 do portal A é representado por RA2, o bit 7 do portal C por RC7, e assim por diante. Exsto Tecnologia 34
  • 35. Microcontroladores PIC16F877A Figura 2.1 – Pinagem do PIC 16F877A As principais características do PIC são apresentadas na tabela abaixo. Característica Valor Unidade Frequência de Operação 0 ~ 20 MHz MHz Resets POR, BOR Memória de Programa (FLASH) 8k palavras de 14 bits Memória de Dados (RAM) 368 bytes Memória de Dados Não Volátil (EEPROM) 256 bytes Interrupções 15 Timers 3 Módulo CCP 2 Módulo SSP (SPI e I2C) 1 Comparador analógico 2 Comunicação Paralela PSP Módulo ADC de 10-bits 8 canais Set de Instruções 35 instruções A tabela seguinte contém as características elétricas do PIC 16F877A. Característica Temperatura de Trabalho Vdd ( em relação à Vss) Máxima Corrente de saída em Vss Máxima Corrente de entrada em Vdd Máxima Corrente drenada por I/O Máxima Corrente de saída po I/O Máxima Corrente drenada por PORTA + PORTB + PORTE Máxima Corrente fornecida por PORTA + PORTB + PORTE Máxima Corrente drenada por PORTC + PORTD Máxima Corrente fornecida por PORTC + PORTD Min -55 4 - Max Unidade 125 ºC 5,5 V 300 mA 250 mA 25 mA 25 mA 200 mA 200 mA 200 mA 200 mA Exsto Tecnologia 35
  • 36. Microcontroladores PIC16F877A Os níveis de tensão de entrada e saída para o PIC são apresentados na tabela abaixo. Os valores são considerndo que a alimentação é de 5,0 V. O buffer de entrada de cada pino pode ser do tipo TTL simples ou Schmitt Trigger. Para saber qual o tipo de buffer deve-se consultar a parte do manual de cada componente relativo aos portais de I/O. Parâmetro VIH VIH VOL VOH Tipo de buffer TTL Schmitt Trigger TTL Schmitt Trigger Min Vss Vss 2,0 4,0 4,3 Max 0,8 1,0 VDD VDD 0,6 - Unid V V V V V V Como já foi discutido, um microcontrolador possui todos os componentes básicos de um sistema computacional em um único chip. Assim o circuito básico necessário para um PIC funcionar é bastante reduzido. É necessário somente : • A alimentação de +5V, bem regulada; • Como em todo circuito digital, um capacitor de desacoplamento de 100nF bem próximo aos terminais de Vdd e Vss; • O terminal /MCLR é o terminal de reset do PIC e é baixo ativo. Por isso ele deve ser mantido em nível lógico alto. Recomenda-se a liga-lo a Vdd por um resistor (10kΩ). Não é necessário o circuito RC de reset. • Definir-se um esquema de clock conforme já tratado. Um cuidado que deve ser tomado, independente do tipo de oscilador escolhido, é fazer com que os componentes externos do circuito oscilador fiquem bem próximo uns dos outros e todos bem próximos ao microcontrolador. Além disso, quando for confeccionada uma placa de circuito impresso deve-se minimizar as indutâncias e capacitâncias parasitas. Isso é feito aumentando a espessura das trilhas, diminuindo seu comprimento e posicionando trilhas excessivamente próximas umas das outras. Esses cuidados são fundamentais quando se trabalha com freqüências altas. 2.10 Gravação A gravação do microcontrolador PIC pode ser realizada sem que o componente seja retirado da placa (gravação in-circuit). Essa gravação é feita de forma serial utilizando somente dois pinos: PB7/PGD para envio de dados e RB6/PGC para clock. Além dos pinos RB7 e RB6 é necessário que o pino MCLR/VPP receba uma tensão de 13VDC +/- 0,5V durante o processo de gravação. Também é necessário que o microcontrolador esteja devidamente alimentado, portanto VDD e VSS devem estar devidamente conectados. Exsto Tecnologia 36
  • 37. Microcontroladores PIC16F877A 2.11 O conjunto de instruções do PIC16F877A O set de instruções de um microcontrolador é o conjunto de todas as instruções que o processador pode interpretar e executar. Voltando a analogia com um instrumento musical, são como as notas musicais que o compositor usa para escrever uma partitura. Cada processador (ou core) possui seu próprio conjunto de instruções (ou set de instruções). Isso significa que todos os microcontroladores da linha PIC16 são capazes de executar o mesmo código, ou seja, falam a mesma língua. Significa também que microcontroladores de outras famílias ou fabricantes não são compatíveis com o código gerado para PIC16 ou para outro conjunto de instruções (não falam a mesma lingua). Cada instrução na verdade é um código numérico (chamado Opcode) que o decodificador de instruções é capaz de interpretar e disparar uma seqüência de ações pré-definida. Por exemplo, uma instrução de soma inicia um processo interno do microcontrolador que realiza movimento de bytes, ajusta e realiza operações na unidade lógico-aritmética, carrega resultados em endereços de memória. Fazendo uma analogia com um livro de culinária, o opcode indica a página onde estão os passos para a realização de uma receita. Como criar uma lógica complexa de programação usando apenas códigos numéricos seria um trabalho muito desgastante e o resultado muito confuso foi criada uma linguagem simbólica que associa nomes, denominados mnemônicos, aos opcodes; por conveniência esses nomes fazem referência a ação realiza, como poderá ser observado brevemente. Para assembler é o programa responsável por “traduzir” o código mnemônico (entendido pelo ser humano) para um código numérico composto de opcodes (entendido pelo core do microcontrolador). Antes de estudar as instruções deve-se definir alguns termos que serão utilizados na descrição das instruções e na apresentação de sua sintaxe: f W b k x d PC NOT_TO NOT_PD Registro da RAM (0x00~0x7F) Acumulador (Working register) Bit em um byte Constante de 8 bits Irrelevante destino: 0 => Acumulador (W) 1=> registro Program Counter Bit de time-out Bit de Power Down TOS Topo da pilha (Top Of Stack) O acumulador, chamado no PIC de Working Register ou simplesmente W, é um registro interno do microcontrolador, não mapeado em RAM, que está envolvido na maioria das instruções. Como será visto, ele participa das instruções de movimentação e é um dos operandos ou o destino do resultado nas operações lógico e matemáticas. Para maior compreensão do funcionamento das instruções se faz necessário comentar o funcionamento do registro de STATUS. Os bits desse registro nos apresentam a situação do Exsto Tecnologia 37
  • 38. Microcontroladores PIC16F877A microcontrolador a cada instrução. Esses bits são tipicamente chamados de flags (Bandeiras). Através deles podemos saber de resultados de operações da ALU (se uma subtração resultou em zero, se uma soma causou “overflow”, etc), a situação do RESET, além do controle bancos de memória. R/W – 0 R/W – 0 IRP RP1 R/W – 0 RP0 R–1 R/– 1 R/W – x R/W – x R/W – x NOT_TO NOT_PD Z DC C Bit 7 Bit 0 STATUS • • • • • • • IRP :bit de seleção de banco, usado para endereçamento indireto. o 1 = Bancos 2 e 3 (100h - 1FFh) o 0 = Bancos 0 e 1 (00h - FFh) RP1~RP0 : bit de seleção de banco, usado para endereçamento direto. o 11 = Banco 3 (180h - 1FFh ) o 10 = Banco 2 (100h - 17Fh ) o 01 = Banco 1 (80h - FFh ) o 00 = Banco 0 (00h - 7Fh ) NOT_TO: Bit indicador de Time-out o 1 = após todos os Resets, exceto time-out do WDT o 0 = ocorreu um time-out do WDT NOT_PD: Bit indicador de Power-down o 1 = quando é ligado ou após a instrução CLRWDT o 0 = pela execução de uma instrução SLEEP Z: Bit indicador de zero o 1 = se o resultado de uma operação da ALU é zero o 0 = se o resultado de uma operação da ALU é diferente de zero DC: Carry/Borrow de dígito. Para borrow o sinal é inverso o 1 = houve transporte do 4o. para o 5o. bit o 0 = não houve transporte do 4o. para o 5o. bit C: Carry/Borrow . Para borrow o sinal é inverso o 1 = houve transporte do 8o. bit o 0 = não houve transporte do 8o. bit O conjunto de instruções do core PIC16 é composto de 35 instruções, apresentadas a seguir. O campo “Sintaxe” mostra a forma de se escrever a instrução. O campo “Operadores” indica quais os operadores envolvidos e quais seus domínios. “Operação” apresenta a operação realizada pela instrução. O campo “Flags Afetados” mostra quais flags de STATUS são afetados pela execução da operação; essas alterações são comentadas abaixo dos quadros. No campo “Ciclos” está o número de ciclos de máquina gastos para a execução da instrução. Finalmente, o campo “Exemplo” apresenta um exemplo simples de utilização da instrução. As instruções são divididas, conforme sua função, nos seguintes tipos: • • • • Manipulação de byte Manipulação e bit Matemáticas Lógicas Exsto Tecnologia 38
  • 39. Microcontroladores PIC16F877A • • • Testes e desvios condicionais Chamadas e desvio (controle de fluxo) Controle (da CPU) No anexo A existe uma tabela resumo de todas as instruções. Recomenda-se tirar uma cópia desta pagina e tela sempre à mão para consulta rápida. 2.11.1 Manipulação de Byte As instruções de manipulação de byte permitem atribuir valores a endereços da RAM e ao registro W. É importante ressaltar que apesar de normalmente o mnemônico dessas instruções trazer a palavra move (mover) o valor do registro é na verdade copiado, isto é, o registro de destino recebe o valor do registro de origem, mas o valor da origem não é alterado. CLRW "Zera" o registro W. O bit Z do registro STATUS é setado. Sintaxe CLRW Operadores Nenhum Operação (W) 00h Flags Afetados Z Ciclos 1 Exemplo CLRW Alterações nas Flags: Como a instrução resultou em um registro se tornar 0, o bit Z é setado indicando esse evento. CLRF "Zera" o registro indicado por f. O bit Z do registro STATUS é setado. Sintaxe CLRF f Operadores 0 ≤ f ≤ 127 Operação (f) 00h Flags Afetados Z Ciclos 1 Exemplo CLRF TEST Alterações nas Flags: Como a instrução resultou em um registro se tornar 0, o bit Z é setado indicando esse evento. MOVLW Move a constante k para W. Sintaxe Operadores Operação Flags Afetados Ciclos Exemplo MOVLW k 0 ≤ k ≤ 255 (W) k Nenhum 1 MOVLW 35h Exsto Tecnologia 39
  • 40. Microcontroladores PIC16F877A MOVF Move o valor do registro (f) para o destino. Se d é 0 destino é W; se d é 1 o destino é o próprio registro (f). Mover o valor do registro para ele mesmo é útil para testarmos se o valor é 0, uma vez que essa instrução afeta o bit Z do registro STATUS. Sintaxe Operadores MOVF f, d 0 ≤ f ≤ 127 d=0:W d = 1 : registro f (d) (f) Z 1 MOVF TEST,0 Operação Flags Afetados Ciclos Exemplo Alterações nas Flags: Z = 0: o valor movido, é diferente de zero. Z = 1: o valor movido, é 0. MOVWF Move o conteúdo de W para o registro f. Sintaxe Operadores Operação Flags Afetados Ciclos Exemplo 2.11.2 MOVWF f 0 ≤ f ≤ 127 (f) W Nenhum 1 MOVWF TEST Manipulação de bit As operações de manipulação de bit são uma particularidade dos microcontroladores e dificilmente são encontradas em outros sistema computacionais. Sua função é permitir alterar o valor de um único bit de um determinado registro, sem qualquer influência nos demais bits. BCF "Zera" o bit b do registro f. Sintaxe Operadores Operação Flags Afetados Ciclos Exemplo BCF f, b 0 ≤ f ≤ 127 0≤b≤7 f[b] 0 Nenhum 1 BCF CONTROLE,5 Exsto Tecnologia 40
  • 41. Microcontroladores PIC16F877A BSF "Seta" o bit b do registro f. Sintaxe Operadores Operação Flags Afetados Ciclos Exemplo 2.11.3 BSF f, b 0 ≤ f ≤ 127 0≤b≤7 f[b] 1 Nenhum 1 BSF CONTROLE,7 Matemáticas As instruções matemáticas são capazes de realizar operações matemáticas básicas através da operação da ALU do microcontrolador. Como trata-se de um microcontrolador de 8 bits essas operações tem operadores e resultados de 8 bits. Para cálculos com valores maiores de 8 bits devese desenvolver rotinas fazendo uso das instruções básicas. Da mesma forma, operações mais complexas podem ser construídas a partir das rotinas básicas. Essa raciocínio se aplica para operações de multiplicação e divisão, que não suportadas pela ALU do PIC16. ADDLW Realiza a adição do valor contido em W com a constante k. O resultado é armazenado em W. Sintaxe Operadores Operação Flags Afetados Ciclos Exemplo Alterações nas Flags: ADDLW k 0 ≤ k ≤ 255 (W) (W) + k C, DC, Z 1 ADDLW 35h C = 1: o resultado da adição é maior que 255. C = 0: o resultado da adição é menor ou igual a que 255. DC = 1: o resultado da adição causou o transporte de 4o para o 5o bit DC = 0: o resultado da adição não causou o transporte de 4o para o 5o bit Z = 0: o resultado da adição é diferente de zero. Z = 1: o resultado da adição é 0. Pode ocorrer com 128 + 128 = 256: C=1 e o resultado da adição é igual a 0. ADDWF Realiza a adição do valor contido em W com o valor do registro f. O resultado é armazenado no destino: d=0 para W ou d=1 para o registro f. Exsto Tecnologia 41
  • 42. Microcontroladores PIC16F877A Sintaxe Operadores Operação Flags Afetados Ciclos Exemplo Alterações nas Flags: ADDWF f, d 0 ≤ f ≤ 127 d=0:W d = 1 : registro f (d) (W) + (f) C, DC,Z 1 ADDWF TEST,0 C = 1: o resultado da adição é maior que 255. C = 0: o resultado da adição é menor ou igual a que 255. DC = 1: o resultado da adição causou o transporte de 4o para o 5o bit DC = 0: o resultado da adição não causou o transporte de 4o para o 5o bit Z = 0: o resultado da adição é diferente de 0. Z = 1: o resultado da adição é 0. Pode ocorre com 128 + 128 = 256: C=1 e o resultado da adição é igual a 0. DECF Decrementa o valor contido no registro f. O resultado é armazenado no destino: d=0 para W ou d=1 para o registro designado por f. Sintaxe Operadores Operação Flags Afetados Ciclos Exemplo Alterações nas Flags: DECF f,d 0 ≤ f ≤ 127 d=0:W d = 1 : registro f (d) (f) – 1 Z 1 DECF COUNT,0 Z = 0: o resultado do decremento é diferente de zero. Z = 1: o resultado do decremento é 0 (quando o valor original for igual a 1). INCF Incrementa o valor contido no registro f. O resultado é armazenado no destino: d=0 para W ou d=1 para o registro designado por f. Sintaxe Operadores Operação Flags Afetados Ciclos Exemplo INCF f,d 0 ≤ f ≤ 127 d=0:W d = 1 : registro f (d) (f) + 1 Z 1 INCF COUNT,0 Exsto Tecnologia 42
  • 43. Microcontroladores PIC16F877A Alterações nos Flags: Z = 0: o resultado do incremento é diferente de zero. Z = 1: o resultado do incremento é igual a 0 (quando o valor original for igual a 255). SUBLW O valor contido em W é subtraído, pelo método do complemento 2, da constante de oito bits k. O Resultado é armazenado em W. Sintaxe Operadores Operação Flags Afetados Ciclos Exemplo Alterações nas Flags: SUBLW k 0 ≤ k ≤ 255 (W) k - (W) C, DC, Z 1 SUBLW 23h ATENÇÃO: nessa operação os bits C e DC tem significado inverso ao que seria esperado, isto é, quando ocorre um borrow ("estouro para menos"), os bits C e DC ficam em zero, ao contrário que quando ocorre um Carry ("estouro para mais"), quando C e DC ficam em 1. C = 1: o resultado da subtração é maior ou igual a 0. C = 0: o resultado da subtração é menor a 0. DC = 1: o resultado da subtração não causou o transporte de 5o para o 4o bit DC = 0: o resultado da subtração causou o transporte de 4o para o 5o bit Z = 0: o resultado da subtração é diferente de zero. Z = 1: o resultado da subtração é igual a 0. SUBWF O valor contido em W é subtraído, pelo método do complemento 2, do valor contido no registro f. O resultado é armazenado no destino: d=0 para W ou d=1 para o registro designado por f. Sintaxe Operadores Operação Flags Afetados Ciclos Exemplo Alterações nas Flags: SUBWF f,d 0 ≤ f ≤ 127 d=0:W d = 1 : registro f (W) (f) - (W) C, DC, Z 1 SUBWF TEST,0 ATENÇÃO: nessa operação os bits C e DC têm significado inverso ao que seria esperado, isto é, quando ocorre um borrow ("estouro para menos"), os bits C e DC ficam em zero, ao contrário que quando ocorre um Carry ("estouro para mais"), quando C e DC ficam em 1. Exsto Tecnologia 43
  • 44. Microcontroladores PIC16F877A C = 1: o resultado da subtração é maior ou igual a 0. C = 0: o resultado da subtração é menor a 0. DC = 1: o resultado da subtração não causou o transporte de 5o para o 4o bit. DC = 0: o resultado da subtração causou o transporte de 4o para o 5o bit. Z = 0: o resultado da subtração é diferente de zero. Z = 1: o resultado da subtração é igual a 0. 2.11.4 Lógicas Assim como as instruções matemáticas, as instruções lógicas realizam operações lógicas básicas fazendo uso da ALU. ANDLW Realiza uma operação lógica "E" entre o valor contido em W e a constante k. O resultado é armazenado em W. Sintaxe Operadores Operação Flags Afetados Ciclos Exemplo Alterações nas Flags: Z = 0: Z = 1: ANDLW k 0 ≤ k ≤ 255 (W) (W) E k Z 1 ANDLW 0Fh o resultado da operação "E" é diferente de zero. o resultado da operação "E" é igual a 0. ANDWF Realiza a operação "E" entre o valor contido em W o valor contido no registro f. O resultado é armazenado no destino: 0 para W ou 1 para o registro designado por f. Sintaxe Operadores Operação Flags Afetados Ciclos Exemplo Alterações nas Flags: ANDWF f, d 0 ≤ f ≤ 127 d=0:W d = 1 : registro f (d) (W) E (f) Z 1 ANDWF TEST,1 Z = 0: o resultado da operação "E" é diferente de zero. Z = 1: o resultado da operação "E" é igual a 0. Exsto Tecnologia 44
  • 45. Microcontroladores PIC16F877A COMF Complementa o valor contido no registro f. O resultado é armazenado no destino: d=0 para W ou d=1 para o registro designado por f. Sintaxe Operadores Operação Flags Afetados Ciclos Exemplo Alterações nas Flags: COMF f,d 0 ≤ f ≤ 127 d=0:W d = 1 :registro f (d) complemento de (f) Z 1 COMF TESTE,1 Z = 0: o resultado do complemento é diferente de zero. Z = 1: o resultado do complemento é 0. O complemento de 255 (11111111b) é 0 (00000000b). IORLW Realiza uma operação "OU" bit a bit entre o valor contido em W e a constante k. O resultado é armazenado em W. Sintaxe Operadores Operação Flags Afetados Ciclos Exemplo Alterações nas Flags: IORLW k 0 ≤ k ≤ 255 (W) (W) OU (f) Z 1 IORLW TEST Z = 0 o resultado da operação "OU" é diferente de zero. Z = 1 o resultado da operação "OU" é igual a 0 (0 OU 0 é igual a zero) IORWF Realiza a operação "OU" bit a bit entre o valor contido em W com o valor do registro indicado por f. O resultado é armazenado no destino: d=0 para W ou d=1 para o registro designado por f. Sintaxe Operadores Operação Flags Afetados Ciclos Exemplo Alterações nas Flags: [label] IORWF 0 ≤ f ≤ 127 d=0:W d = 1 : registro f (d) (W) OU (f) Z 1 IORWF TEST,1 f, d Z = 0 o resultado da operação "OU" é diferente de zero. Z = 1 o resultado da operação "OU" é igual a 0 (0 OU 0 é igual a zero). Exsto Tecnologia 45
  • 46. Microcontroladores PIC16F877A RLF O valor contido em f é rotacionado para a esquerda através do bit de Carry (bit C do registro STATUS). O resultado é armazenado no destino: d=0 para W ou d=1 para o registro designado por f. A operação de rotação a esquerda consiste no deslocamento sucessivo de bits de sua posição inicial para a posição consecutiva de modo que o último bit do registro f vá para C e o bit que estava em C vá para o primeiro bit do registro f. Sintaxe Operadores Operação Flags Afetados Ciclos Exemplo RLF f,d 0 ≤ f ≤ 127 d=0:W d = 1 : registro f veja a figura abaixo C 1 RLF TEST,1 C Registro f Alterações nas Flags: C passa conter o valor (0 ou 1) do 8 bit do registro f. RRF O valor contido em f é rotacionado para a direita através do bit de Carry (bit C do registro STATUS). O resultado é armazenado no destino: 0 para W ou 1 para o registro designado por f. A operação de rotação a direita consiste no deslocamento sucessivo de bits de sua posição inicial para a posição consecutiva de modo que o primeiro bit do registro f vá para C e o bit que estava em C vá para o último bit do registro f. Sintaxe Operadores Operação Flags Afetados Ciclos Exemplo RRF f,d 0 ≤ f ≤ 127 d=0:W d = 1 : registro f veja a figura abaixo C 1 RRF TEST,1 C Registro f Alterações nas Flags: C passa a conter o valor (0 ou 1) do registro f. Exsto Tecnologia 46
  • 47. Microcontroladores PIC16F877A SWAPF O nibble (conjuntos de 4 bits) mais significativo e o menos significativo do registro f são trocados. Ou seja, os bits de 7 a 4 vão para as posições de 3 a 0 e os bits de 3 a 0 vão para as posições de 7 a 4. A figura abaixo ilustra esse processo. O resultado é armazenado no destino: d=0 para W ou d=1 para o registro designado por f. Sintaxe Operadores Operação Flags Afetados Ciclos Exemplo SWAPF f,d 0 ≤ f ≤ 127 d=0:W d = 1 : registro f Destino [7:4] f [3:0] Destino [3:0] f [7:4] Nenhum 1 SWAPF TEST,1 XORLW Realiza uma operação "OU exclusivo" entre o valor contido em W e a constante de oito bits k. O resultado é armazenado em W. Sintaxe Operadores Operação Flags Afetados Ciclos Exemplo Alterações nas Flags: XORLW k 0 ≤ k ≤ 255 (W) (W) XOU (f) Z 1 XORLW OFh Z = 0: o resultado da operação "OU exclusivo" é diferente de zero. Z = 1: o resultado da operação "OU exclusivo" é 0 (um valor "OU-exclusivo" consigo mesmo é igual a zero). XORWF Realiza a operação "OU exclusivo" entre o valor contido em W com o valor do registro indicado por f. O resultado é armazenado no destino: d=0 para W ou d=1 para o registro designado por f. Sintaxe Operadores XORWF 0 ≤ f ≤ 127 d= 0 → W f, d Exsto Tecnologia 47
  • 48. Microcontroladores PIC16F877A Operação Flags Afetados Ciclos Exemplo Alterações nas Flags: d=1 → registro f (d) ← (W) XOU (f) Z 1 XORWF TEST,0 Z = 0: o resultado da operação "OU exclusivo" é diferente de zero. Z = 1: o resultado da operação "OU exclusivo" é 0 (um valor "OU-exclusivo" consigo mesmo é igual a zero). 2.11.5 Testes BTFSC Testa o bit b do registro f : se o bit for '1' a próxima instrução é executada; se o bit for '0' a próxima instrução não é executada, em seu lugar é executada uma instrução NOP, seguindo o programa na segunda instrução após a BTFSC. Sintaxe Operadores Operação Flags Afetados Ciclos Exemplo BTFSC f, b 0 ≤ f ≤ 127 0≤ b≤7 se f[b]=0 salta a próxima instrução nenhum se o bit não estiver em 1; se o bit estiver em 1. BTFSC STATUS,Z GOTO ZERO BTFSS Testa o bit b do registro f : se o bit for '0' a próxima instrução é executada; se o bit for '1' a próxima instrução não é executada, em seu lugar é executada uma instrução NOP, seguindo o programa na segunda instrução após a BTFSS. Sintaxe Operadores Operação Flags Afetados Ciclos Exemplo BTFSS f, b 0 ≤ f ≤ 127 0≤ b≤7 se f[b]=1 salta a próxima instrução Nenhum se o bit não estiver em 1; se o bit estiver em 1. BTFSS STATUS,Z GOTO NO_ZERO DECFSZ Decrementa o valor contido no registro f. O resultado é armazenado no destino: d=0 para W ou d=1 para o registro designado por f. Se o resultado for diferente de 0 a próxima instrução é executada; se o resultado for 0 a próxima instrução não é executada, em seu lugar é executada uma instrução NOP, seguindo o programa na segunda instrução após a DECFSZ. Exsto Tecnologia 48
  • 49. Microcontroladores PIC16F877A Sintaxe Operadores Operação Flags Afetados Ciclos Exemplo DECFSZ f,d 0 ≤ f ≤ 127 d=0→W d = 1 → registro f (d) (f) - 1 se f[b] = 1 salta a próxima instrução Nenhum 1 DECFSZ COUNT,1 INCFSZ Incrementa o valor contido no registro f. O resultado é armazenado no destino: d=0 para W ou d=1 para o registro designado por f. Se o resultado for diferente de 0 a próxima instrução é executada; se o resultado for 0 a próxima não é executada, em seu lugar é executada uma instrução NOP e o seguindo o programa na segunda instrução após a INCFSZ. Sintaxe Operadores Operação Flags Afetados Ciclos Exemplo 2.11.6 INCFSZ f,d 0 ≤ f ≤ 127 d= 0 → W d=1 → registro f (d) ← (f)+1 se f[b]=1 salta a próxima instrução Nenhum 1 INCFSZ COUNT,1 Chamadas e desvio CALL Chamada de sub-rotina. O endereço de retorno (próxima instrução) é guardado no topo da pilha (TOS) e um valor de 11 bits é carregado nos bits menos significativos do PC (PC[10:0]), fazendo a seqüência do programa ser transferida para o endereço indicado por k. Os bits superiores do PC (PC[12:11]) são carregados a partir de PCLATH. Ver tópico "Desvio X Chamada" para maiores informações. Sintaxe Operadores Operação Flags Afetados Ciclos Exemplo CALL k 0 ≤ k ≤ 2047 TOS PC+1 PC[10:0] k PC[12:11] (PCLATCH[4:3]) Nenhum 2 CALL TX_SERIAL Exsto Tecnologia 49
  • 50. Microcontroladores PIC16F877A GOTO Realiza um desvio incondicional para endereço k. O endereço de 11 bits é carregado no PC, fazendo a seqüência do programa ser transferida para o endereço indicado por k. Os bits superiores do PC são carregados de PCLATH. Ver tópico "Desvio X Chamada" para mais informações. Sintaxe Operadores Operação Flags Afetados Ciclos Exemplo GOTO k 0 ≤ k ≤ 2047 PC[10:0] k PC[12:11] (PCLATCH[4:3]) Nenhum 2 GOTO INICIO RETURN Retorno de sub-rotina. O endereço de retorno salvo na pilha quando da ocorrência da interrupção é carregado no PC. Ver tópico "Desvio X Chamada" para mais informações. Sintaxe Operadores Operação Flags Afetados Ciclos Exemplo RETURN Nenhum PC TOS Nenhum 2 RETURN RETLW Realiza o retorno de uma sub-rotina com o W contendo a constante de oito bits k . W passa a conter k e o endereço de retorno salvo na pilha quando da ocorrência da interrupção é carregado no PC. Sintaxe Operadores Operação Flags Afetados Ciclos Exemplo RETLW k 0 ≤k ≤ 255 PC TOS (W) k nenhum 2 RETLW 69h Exsto Tecnologia 50
  • 51. Microcontroladores PIC16F877A RETFIE Retorno de interrupção. O endereço de retorno salvo na pilha quando da ocorrência da interrupção é carregado no PC. O bit GIE do registro INTCON é setado (as interrupções são reativadas). Sintaxe Operadores Operação Flags Afetados Ciclos Exemplo 2.11.7 RETFIE nenhum PC TOS GIE 1 nenhum 2 RETFIE Controle NOP Um ciclo de instrução ocorre sem que nenhuma ação seja realizada. Sintaxe Operadores Operação Flags Afetados Ciclos Exemplo NOP Nenhum Nenhuma Nenhum 1 NOP CLRWDT Reseta o timer do Watchdog. O prescaler do Watchdog também é resetado. O bits NOT_TO e NOT_PD são setados. Sintaxe Operadores Operação CLRWDT nenhum WDT 00h WDT prescaler 0 NOT_TO 1 NOT_PD 1 NOT_TO, NOT_PD 1 CLRWDT Flags Afetados Ciclos Exemplo Alterações nos Flags: NOT_PD = 1: indica que não houve queda de energia. NOT_TO = 1: indica que não houve time-out. Exsto Tecnologia 51
  • 52. Microcontroladores PIC16F877A SLEEP O Processador entra no modo SLEEP, desativando oscilador. O bit NOT_PD é zerado; O bit NOT_TO é setado. O timer do Watchdog e seu prescaler são zerados. Sintaxe Operadores Operação SLEEP nenhum WDT 00h WDT prescaler 0 NOT_TO 1 NOT_PD 0 NOT_TO, NOT_PD 1 SLEEP Flags Afetados Ciclos Exemplo Alterações nos Flags: NOT_PD=0 e NOT_TO=1 indicam que o microcontrolador está em modo SLEEP. 2.12 Programando em assembly Como já foi visto, a principal característica de um sistema computacional é permitir que um mesmo hardware execute diferentes funções pela mudança de seu software. Então, para programar um sistema computacional deve-se criar uma seqüência lógica de comandos que possam ser traduzidos em uma determinada linguagem de programação, para que o sistema possa entender o que deve ser feito. Linguagem de programação é uma forma de escrever um programa. Cada linguagem possui sua sintaxe, suas regras de escritas, suas instruções. Exemplos de linguagem de programação são Assembly, C/C++, Pascal, Basic, Cobol. A seqüência lógica de ações é o que chamamos de algoritmo. Dessa forma, é importante notar que o algoritmo é independente da linguagem de programação. Um mesmo algoritmo pode ser implementado por qualquer linguagem de programação: o que muda é como podemos escrever-lo numa linguagem. E ainda, um algoritmo não necessariamente precisa ser implementado em um computador. Na execução de um projeto, antes de se começar a programar é importante se ter bem claro os objetivos a serem alcançados e o modo de alcançá-los, pois em fazer o algoritmo é que está a verdadeira “arte” da programação, e não saber essa ou aquela linguagem. De fato, simplesmente conhecer as instruções de uma linguagem está tão distante de se saber programar quanto saber várias palavras está longe de se saber escrever. A apresentação de um algoritmo pode ser feita de forma escrita, o que é chamado português estruturado ou “portugol”, ou de forma gráfica, utilizando fluxogramas. O fluxograma, por se tratar de uma ferramenta gráfica, deixa bem clara a seqüência de ações realizadas pelo programa. Contudo não apresenta muitos detalhes de implementação. O fluxograma consiste em um diagrama em blocos (cada tipo de bloco representa um tipo de estrutura) ligados por setas que indicam qual o fluxo seguido pelo programa. Como não existe uma Exsto Tecnologia 52
  • 53. Microcontroladores PIC16F877A interpretação universal de fluxograma, foi desenvolvido um conjunto específico para trabalho com programação de microcontroladores para esse curso. Suas principais características são possuir símbolos diferentes para entrada e saída de dados e possuir um símbolo de Atraso, devido à importância desse conceito para sistemas microcontrolados. Quanto às linguagens de programação, elas são classificadas em “níveis”, sendo as de nível mais alto as próximas da linguagem humana e as de baixo nível as próximas à linguagem de máquina, que o que o microcontrolador/processador efetivamente entende. O Assembly do PIC é uma linguagem de baixo nível. 2.13 Estrutura do Programa Abaixo temos a estrutura básica de um programa em assembly. O símbolo ‘ ; ’ (ponto e vírgula) indica comentário e os textos que vêm a direita eles são ignorados pelo montador. Exsto Tecnologia 53
  • 54. <variáveis> ENDC ; *** Definições de Hardware ; *** Software org 0000H GOTO ; vetor de reset INICIO ; inicio do programa principal ; *** Tratamento de interrupção org 0004H ; vetor de interrupção ; <aqui deve estar o salvamento de contexto> ; ; <aqui devem ser inseridas as rotinas de tratamento de interrupções, quando houverem > ; <aqui deve estar o retorno de contexto> ; Rotina Principal RETFIE ; *** Rotina principal INICIO: < aqui fica a inicialização> PRINCIPAL: Início do Programa Definições de hardware e Software 20h Tratamento de Interrupção ; *** Variáveis CBLOCK Configuraçõe ;============================================================= ; <Nome da empresa> ; <Nome do projeto/programa> ;============================================================= ; Versão: ; <numero> <descrição da versão> ; <descrição da finalidade e operação do programa> ; Cristal <freqüência> - Ti = <tempo de instrução> ; ; <autor> ; <e-mail do autor> ;============================================================= #include<P16F877A.INC> ; microcontrolador a ser utilizado __CONFIG <opções> ; configurações do programa Cabeçalho Microcontroladores PIC16F877A < a rotina principal fica aqui > <nome da subrotina>: ; Descrição da função da sub-rotina ; Entrada: < parâmetros de entrada> ; Saída: < parâmetros de saída > ; <aqui vem o código da sub-rotina> RETURN END (1) (2) (3) Sub-rotinas GOTO PRINCIPAL ; loop principal ; *** Sub-Rotinas ; < as sub-rotinas podem ser inseridas aqui > ; FIM DO CÓDIGO Exsto Tecnologia 54
  • 55. Microcontroladores PIC16F877A Como pude ser observado, várias partes da estrutura do programa não constituem código executável propriamente dito, mas comentários e outras informações. Isso é feito visando documentar adequadamente o projeto, permitindo realizar melhor o entendimento e a manutenção do software, além de seu desenvolvimento. Cabeçalho O cabeçalho contém informações sobre o programa, como objetivo, autor, revisões e seus motivos, dentre outras. Sua finalidade e documentar um resumo do programa, quem é o responsável pela sua implementação e outras observações que permitam estabelecer a finalidade e o contexto para os quais aquele código foi desenvolvido. Assim como no cabeçalho, em muitas outras partes do texto são feitos comentário e explicações sobre o que está sendo realizado. Esse procedimento é extremamente recomendado, pois, como logo será percebido, o código em Assembly muitas vezes não deixa claro o que está sendo feito. É comum que um programador, ao retomar um programa com o qual não trabalhou por algumas semanas, não se lembre mais do motivo de ter feito certas partes do código. Quando é necessária alguma manutenção em um programa, por pessoas que não o desenvolveram, e não há comentários, o trabalho se torna virtualmente impossível. Configurações Nesse ponto do programa é incluído o arquivo de definições do microcontrolador a ser utilizado e são realizadas as configurações dos bits de configuração. Definições de Hardware e Software Aqui são realizadas as declarações de variáveis, as definições de constantes e as definições de hardware. Podemos fazer definições de hardware utilizando a diretiva #DEFINE para tornar o programa mais claro. A idéia é atribuir nomes aos pinos e/ou aos portais, segundo sua função. Dessa forma, na escrita do programa, não é necessário lembrar qual função está associada a cada pino, apenas a função. Por exemplo, suponhamos que existe um LED no pino RB2, isto é, no bit 2 do PORTB. É mais cômodo nos referirmos a ele simplesmente por LED, não sendo preciso lembrar onde realmente está o LED. Além disso, se por algum motivo for preciso mudar o LED para o pino RB6, basta alterar somente a definição, e não todo local onde se faça referências ao LED. O trecho de código abaixo exemplificar o que discutimos acima. ... CBLOCK 20h ENTRADA ; ARMAZENA OS VALORES DE ENTRADA CONT ; CONTADOR PARA TEMPORIZAÇÃO ... ENDC ... #DEFINE LED PORTB,2 ; o LED está em RB2 ... Exsto Tecnologia 55
  • 56. Microcontroladores PIC16F877A BSF ... LED ;é o mesmo que BSF PORTB,2 -> acende o LED Início do programa É aqui que o programa que vai ser gravado no microcontrolador realmente começa. A diretiva ORG indica que o programa vai ser escrito a partir do vetor de reset (0000h). Como logo em seguida temos o vetor de interrupção, caso esta esteja sendo utilizada, é necessário fazer um desvio para a rotina principal do programa. Tratamento de interrupção A partir do vetor de interrupção (0004h) é colocado o código para tratar das interrupções, quando estas forem utilizadas, conforme será discutido no futuro. Rotina principal É o corpo principal do programa. Na quase totalidade de programas para microcontroladores essa rotina é constituída por uma seqüência de inicialização e um loop, que será repetido indefinidamente. Não existe uma ordem obrigatória da posição onde deve estar essa rotina, mas é comum que ele seja a primeira, ou a última, rotina do programa, para facilitar sua localização. Na inicialização do microcontrolador serão realizadas todas as configurações do componente para que o programa opere conforme o desejado. Sub-rotinas As sub-rotinas devem ser devidamente identificadas com seus cabeçalhos, informando sua função e seus parâmetros de entrada e saída. Ao utilizar sub-rotinas bem feitas e documentadas reduzimos o tempo de desenvolvimento, pois passamos a simplesmente organizar a rotinas já desenvolvidas, cujo funcionamento é totalmente descrito pelo cabeçalho, não sendo necessário refazer a rotina nem mesmo perder tempo estudando-a. 2.14 Programação estruturada Programar de forma estruturada é seguir uma série de regras que fazem com que o software final tenha uma estrutura que facilite seu desenvolvimento, compreensão e manutenção. O problema a ser resolvido, que geralmente é um problema complexo, deve ser dividido em blocos de problemas mais simples, e assim sucessivamente até que os sub-problemas atinjam uma simplicidade tal que possam ser resolvidos com o uso de estruturas básicas. Para resolver qualquer tipo de problema, independente de sua complexidade, existe apenas três tipos de estruturas: a atribuição de valores, as estrutura de decisão e as estruturas de repetição. É importante que um programa estruturado seja modular. Isto quer dizer que deve ser composto por partes independentes do todo, que resolvam problemas específicos. Essas partes são chamadas subrotinas. Harmoniosamente organizadas, as sub-rotinas nos permitem solucionar o problema, que é o objetivo do software. A divisão do programa em módulos acarreta uma série de vantagens. Como cada função trata de um problema específico, fica fácil identificar onde está ocorrendo algum problema e também solucionaExsto Tecnologia 56
  • 57. Microcontroladores PIC16F877A lo. Além disso, uma função pode facilmente ser “levada” para outro programa onde a mesma solução se faça necessária, reduzindo assim o tempo de desenvolvimento. E ainda, um programa modular é mais facilmente compreendido quando lido. Exsto Tecnologia 57
  • 58. Microcontroladores PIC16F877A 3 PROGRAMANDO O PIC16F877A 3.1 Diretivas Diretivas podem ser vistas como instruções dadas ao montador, e não ao microcontrolador. Elas são reconhecidas ou interpretadas pelo processador e realizam várias funções na criação do programa. Trataremos aqui de algumas diretivas principais, que serão utilizadas na grande maioria dos programas. ORG e END Sintaxe Exemplo ORG <endereço> org INICIO: CALL GOTO 0000h ; inicio do programa INIT PRINCIPAL A diretiva ORG indica ao compilador que o código que se segue será alojado a partir da posição de memória indicada por <endereço>. Sempre é necessária uma diretiva ORG para indicar o começo do programa, conforme mostrado no exemplo. Sintaxe END Exemplo org INICIO: ... end 0000h ; inicio do programa ; corpo do programa ; fim do programa A diretiva END indica o fim do programa. Todo código escrito deve ser finalizado com END. Qualquer código escrito após END será ignorado pelo compilador. #INCLUDE Sintaxe #include <nome_do_arquivo> Exemplo #include #include <PIC16F628A.inc> ;definições do 16F628A <MINHAS_MACROS.inc>; biblioteca de macros Exsto Tecnologia 58
  • 59. Microcontroladores PIC16F877A A diretiva #INCLUDE permite incluir arquivos no código fonte principal. Esses arquivos podem ser arquivos de definições dos microcontroladores (cada microcontrolador tem seu arquivo de definições, que deve ser incluído no início do programa) ou “bibliotecas”, que são conjuntos de funções e/ou macros já prontas. No exemplo dado, temos esses dois casos #DEFINE e EQU Sintaxe #define <nome> <texto> Exemplo #define #define #define SETPOINT ENTRADA LED 32h PORTA PORTB,5 Sintaxe <nome> EQU <texto> Exemplo MEDIDA TESTE SETPOINT EQU EQU EQU 20h 21h 32h ; variável ; variável ; constante Essas duas diretivas têm função semelhante, que é estabelecer uma substituição de texto. Em ambos os casos, elas informam ao compilador que <nome> deve ser substituído por <texto> quando o programa for compilado. A diferença fundamental entre elas é que #DEFINE aceita textos compostos por virgulas, pontos, espaços, etc, enquanto EQU aceita apenas uma seqüência simples de caracteres. Ambas as diretivas pode ser utilizadas para declarar variáveis. Como veremos, declarar uma variável nada mais é que dar um nome a um endereço de memória, que é a mesma coisa que declarar uma constante. A diferença entre constante e variável está somente no tratamento dado no programa. Apesar disso, vamos estabelecer o critério de utilizar EQU para definição de variáveis e #DEFINE para definição de constantes. Veremos na próxima diretiva que existe um jeito mais eficiente de declarar variáveis. CBLOCK e ENDC Sintaxe Exemplo CBLOCK <valor_inicial> <nome_1> <nome_2> ... <nome_N> ENDC CBLOCK 20h ;endereço inicial da RAM geral TESTE MEDIDAS VALOR ... ENDC A diretiva CBLOCK permite criar um bloco de constantes consecutivas. É especificado um valor inicial, que será o valor atribuído ao primeiro nome do bloco de constantes, a partir dele, cada nome recebe Exsto Tecnologia 59
  • 60. Microcontroladores PIC16F877A um valor em ordem crescente a partir do valor inicial. No exemplo dado, o valor inicial é 20h, o que resulta em TESTE = 20h, MEDIDAS = 21h e VALOR = 22h. O bloco é sempre terminado pela diretiva ENDC. Essa diretiva é muito útil para a definição de variáveis, pois nos permite estabelecer o endereço onde começa a RAM de uso geral e simplesmente dar o nomes as variáveis, sem preocupação com o endereço individual de cada variável. Contudo, deve-se estar atento para que o número de variáveis não seja tão grande que extrapole os endereços do banco. BANKSEL Sintaxe BANKSEL <endereço_de_memória> EQU EQU Exemplo MEDIDA TESTE ... MOVFW BANKSEL MOVWF BANKSEL 20h A0h MEDIDA TESTE TESTE MEDIDA ; ; ; ; ; variável no banco 0 ; variável no banco 1 banco 0 muda para o banco 1 banco 1 retorna ao banco 0 Essas duas diretivas são utilizadas quando é necessário realizar mudanças de bancos de RAM de dados. BANKSEL realiza automaticamente a alteração dos valores de RP0 e RP1 para acessar <endereço_de_memória> diretamente. BANKISEL realiza a alteração de IRP para realizar acesso indireto. A vantagem de se utilizar essas diretivas é que não é preciso saber em qual banco está o registro acessado, apenas que ele não está no banco corrente. Como elas geram código para alterar os bits em questão, sua utilização deve ser cuidadosa. No exemplo acima da diretiva BANKSEL são declaradas duas variáveis, MEDIDA e TESTE, nos endereços 20h (banco 0) e A0h (banco 1), respectivamente. Considerando a formação de endereços por 7 bits essas duas variáveis correspondem ao mesmo valor de operando na instrução, no entanto se encontram em bancos diferentes. Para a manipulação de dados entre elas é necessário o ajuste de banco, que é feito atribuído os valores corretos a RP0 e RP1. A diretiva BANKSEL realiza essa ação. No exemplo, o valor contido em MEDIDA é carregado em W, a diretiva BANKSEL realiza o ajuste de banco para acessar a variável TESTE, ou seja, realiza a mudança de banco para o banco 1, o valor contido em W é transferido para TESTE e a diretiva BANKSEL é novamente utilizada, agora para fazer o ajuste para o banco de MEDIDA, isto é, para o banco 0. __CONFIG Sintaxe __CONFIG Exemplo __CONFIG INTRC_OSC_NOCLKOUT & _WDT_OFF <opções> A diretiva __CONFIG (existem dois ‘_’ (dois caracteres underline) antes de CONFIG) permite estabelecer a configuração dos “fusíveis” utilizada pelo programa. Fusíveis ou fuses são como são Exsto Tecnologia 60
  • 61. Microcontroladores PIC16F877A chamados os bits de configuração das diversas características especiais, das quais trataremos mais adiante. As várias opções, que na verdade são constantes, são associadas pelo símbolo &, que realiza uma operação E entre os valores dessas constantes. Para cada PIC existem várias opções, que podem ser encontradas no arquivo de definições. A tabela 4.1 contém as opções de configuração para os PIC 16F628 e 16F628A Opção _BODEN_ON _BODEN_OFF _CP_ALL _CP_OFF _CPD_ON _CPD_OFF _PWRTE_OFF _PWRTE_ON _WDT_ON _WDT_OFF _LVP_ON _LVP_OFF _DEBUG_ON _DEBUG_OFF _RC_OSC _LP_OSC _XT_OSC _HS_OSC _WRT_OFF _WRT_256 _WRT_1FOURTH _WRT_HALF Descrição Brown-out Reset habilitado Brown-out Reset desabilitado Proteção de código total Proteção de código desativada Proteção da memória EEPROM habilitada Proteção da memória EEPROM desabilitada Power-up Timer habilitado Power-up Timer desabilitado Watch-dog ligado Watch-dog desligado Programação em baixa tensão habilitada Programação em baixa tensão desabilitada Depurador ativo Depurador inativo Oscilador externo (Modo EC) Oscilador a cristal/ressonador – modo LP Oscilador a cristal/ressonador – modo XT Oscilador a cristal/ressonador – modo HS Proteção de escrita na FLASH desabilitada Proteção de escrita nos primeiros 256 bytes Proteção de escrita no primeiro quarto Proteção de escrita em metade da memória Tabela 4.1 – Parâmetros da diretiva CONFIG Padrão x x x x x x x x x 3.2 Variáveis Os dados a serem manipulados pelo microcontrolador são armazenados na memória RAM de uso geral. É nessa região da memória onde são declaradas as variáveis do programa. Quando se trabalha em Assembly no PIC somente dois tipos de variável existem diretamente. O primeiro é o byte, que pode ser encarado como o tipo caracter (8 bits). Byte aceita valores de 0 a 255 se considerarmos valores não sinalizados ou de –128 a 127 se considerarmos valores sinalizados (notação complemento 2). A outra possibilidade é o tipo lógico. Nesse caso, como a variável pode assumir somente dois valores, verdadeiro (‘1’ ou true) ou falso (‘0’ ou false), são utilizados individualmente bits de bytes pertencentes a RAM. É comum se referir a esses bits como flags (bandeiras). As variáveis a serem usadas em um programa devem ser declaradas, isto é, deve-se informar ao sistema que elas existem antes de usá-las, para que lhes seja destinado um espaço de memória. Exsto Tecnologia 61
  • 62. Microcontroladores PIC16F877A Declarar bytes é simplesmente atribuir um nome a um determinado endereço de memória. Para a declaração de bytes utiliza-se a diretiva CBLOCK, conforme já tratado. Para declarar variáveis de tipo lógico, ou flags, primeiramente declara-se um endereço que irá conter os flags. Em seguida utiliza-se a diretiva #DEFINE para declarar o flag dentro do byte de flags, conforme a sintaxe abaixo. #define <nome_do_flag> <Nome_do_byte_flags> , <bit> Sendo que o campo <bit> pode conter valores de 0 a 7, sendo 0 o bit menos significativo do byte e 7 o mais significativo. Abaixo pode ser observado um exemplo de declaração de variáveis lógicas. FLAGS1 #define #define ; #define EQU F_RECEBEU F_ACABOU . . . F_ALARME 20h ; o byte de flags ocupa o endereço 20h FLAGS1, 0 FLAGS1, 1 FLAGS1, 7 Uma boa dica de programação é usar sempre nomes de variáveis e flags que deixem clara sua função, facilitando a compreensão do código. Pode-se ainda obedecer a regra de sempre iniciar o nome de variáveis lógicas com “F_”, para indicar que se trata de um flag e não de um byte. 3.3 Sub-rotinas Para a implementação de programas modulares é de fundamental importância o conceito de subrotinas. Uma sub-rotina é definida como um trecho de código que realiza uma ação específica, assim como uma função matemática. Ela pode ou não ter parâmetros de entrada (operandos de uma função matemática) e parâmetros de saída (resultados). O conceito de sub-rotina admite ainda que ela será “chamada” pelo programa, isto é, ela será executada e depois retornará ao ponto onde foi chamada. Em Assembly, uma sub-rotina inicia-se no Label (ou rótulo) que dá lhe o nome pelo qual ela será “chamada” pelo programa e termina sempre com uma instrução RETURN. A instrução RETURN é necessária para que o programa retorne ao ponto onde a sub-rotina foi chamada. As sub-rotinas seguirão a forma geral abaixo. <nome da subrotina>: ; Descrição da função da sub-rotina ; Entrada: < parâmetros de entrada> ; Saída: < parâmetros de saída > ; (1) (2) (3) <aqui vem o código da sub-rotina> RETURN Exemplo 4.1 Por exemplo, o código abaixo soma o valor de duas variáveis e salva esse valor em W. ADD_FUNCTION: ; soma dois números ; entrada: ; NUMERO_1 NUMERO_2 (1) (2) (2) Exsto Tecnologia 62
  • 63. Microcontroladores PIC16F877A ; saída: MOVFW ADDWF W (3) NUMERO_1 NUMERO_2,W ; W ; W NUMERO_1 W + NUMERO_2 RETURN 3.3.1 Passagem de Parâmetros A passagem de parâmetros nos algoritmos é feita na própria forma de escrita da sub-rotina. A forma geral de referência à sub-rotina no português estruturado e em fluxograma será a apresentada abaixo, sendo que o campo [destino] é opcional, pois a sub-rotina pode não retornar nenhum valor, e os parâmetros podem ser de qualquer quantidade, inclusive nenhum. [destino] [destino] <Nome da função> ( [Parâmetro1], ..., [ParâmetroN] ); <Nome da função> ( [Parâmetro1], ..., [Parâmetro N] ) Em um programa em Assembly, porém, esse tipo de construção é impossível. A passagem de parâmetros é feita então simplesmente atribuindo os valores a serem processados nas variáveis que serão utilizadas na função. Uma boa técnica é, sempre que existir apenas um valor de entrada e/ou de saída da função, utilizar o registro W para o transporte de parâmetros. Isso facilita as operações e reduz o tamanho do código. Outra boa prática de programação é nunca manter valores importantes em W, pois, como destino de grande parte das operações da ALU, ele pode ser alterado a qualquer momento. Exemplo 4.2 Para a implementação da sub-rotina de soma suposta no exemplo anterior podemos utilizar o código abaixo. Simule-o para observar seu funcionamento. CBLOCK 20h NUMERO_1 NUMERO_2 SOMA ENDC ORG MOVLW MOVWF MOVLW MOVWF CALL MOVWF 0000H 32h NUMERO_1 04h NUMERO_2 ADD_FUNCTION SOMA GOTO $ ADD_FUNCTION: ; entrada: ; ; saída: MOVFW ADDWF ; NUMERO_1 <- 32h ; NUMERO_2 <- AUX ; chama a função ; SUM <- resultado contido em W ; soma dois números NUMERO_1 NUMERO_2 W NUMERO_1 NUMERO_2,W (1) (2) (2) (3) ; W <- NUMERO_1 ; W <- W + NUMERO_2 Exsto Tecnologia 63
  • 64. Microcontroladores PIC16F877A RETURN ; retorna o resultado em W END Pode-se notar que abaixo do nome da sub-rotina foram introduzidas algumas linhas de comentários que especificam (1) o que faz a sub-rotina, (2) quais são os parâmetros de entrada e (3) quais são os parâmetros de saída. É extremamente recomendado que se siga esse procedimento para garantir maior facilidade de compreensão e melhor documentação do software. 3.3.2 Chamada X Desvio (CALL X GOTO) Um problema que atinge praticamente a todos quando começam o estudo de uma linguagem de programação de baixo nível é não ter claro em mente a diferença entre desvio e chamada no fluxo do programa. O fluxo do programa em um microcontrolador se dá da seguinte maneira: partindo de um endereço inicial as instruções são executadas seqüencialmente. É aí que entra a conceito do PC (Program Counter – Contador de programa). O programa seguindo normalmente, a cada instrução o PC é incrementado, fazendo com que no próximo ciclo de leitura de instrução o endereço lido seja o imediatamente seguinte ao atual. Porém para a grande maioria das aplicações não é de grande utilidade um programa que seja executado sempre na mesma seqüência. Por isso o programa deve ser capaz de mudar seu próprio fluxo. Nas chamadas de sub-rotinas e tratamento de interrupções ele deve ser capaz de interromper sua seqüência normal, executar um código armazenado em outra região da memória e retornar ao ponto onde a seqüência foi interrompida. Numa estrutura de decisão ele deve ser capaz de executar o bloco verdadeiro ou o bloco falso. E ainda, numa estrutura de repetição ele deve ser capaz de realizar a mesma seqüência N vezes, dependendo das condições da estrutura. Para realizar tudo isso existem dois meios: o desvio e a chamada. O desvio, que no PIC é realizado pela execução da instrução GOTO, consiste em alterar o valor do PC, fazendo com ele contenha o endereço onde está o código que se deseja executar. Dessa maneira a seqüência do código é desviada para aquele endereço e de lá segue seqüencialmente, até encontrar uma outro desvio ou uma chamada. A chamada, que no PIC é realizada pela execução da instrução CALL, é semelhante ao desvio, porém fundamentalmente diferente. A chamada também altera o valor do PC, causando um desvio na seqüência do programa para um determinado endereço, porém antes de realizar essa alteração ela “salva” o valor do PC (próximo endereço depois do CALL), que será seu endereço de retorno, numa região de memória chamada pilha. Isso é feito porque o conceito de chamada é de que uma parte do código, gravada em uma diferente região da memória, deve ser executada e depois o fluxo retorna o ponto em que a chamada foi originada. Portanto uma instrução de chamada sempre exigirá uma instrução de retorno, que no PIC é a instrução RETURN. A chamada em Assembly funciona então como a chamada de funções numa linguagem de médio ou alto nível, porém temos que nos preocupar com o retorno dessa função. Uma função em Assembly sempre terminará com uma instrução de retorno (RETURN ou RETLW). O que o RETURN faz é recuperar o valor salvo na pilha pela última instrução CALL executada e carrega-lo no PC, fazendo com que o fluxo do programa volte ao ponto onde foi executada a chamada. Exsto Tecnologia 64
  • 65. Microcontroladores PIC16F877A A pilha do PIC possui somente oito níveis, isto é, pode armazenar somente oito endereços de retorno. Ela trabalha de forma circular, assim, já tendo 8 endereços armazenados, o nono substitui o primeiro e assim por diante. Em uma analogia com uma pilha de pratos, o nono prato tomará o lugar do primeiro que está em baixo. Portanto deve-se tomar cuidado para não se fazer mais de 8 chamadas consecutivas (incluindo a interrupção!), senão perde-se os endereços de retorno das primeiras chamadas, fazendo com que o programa perca completamente sua seqüência lógica. A figura 4.1 ilustra o a seqüência do programa dentro da memória, quando temos uma chamada, um 0000h CALL A A GOTO B C RETURN B CALL C RETURN desvio, depois mais uma chamada, o retorno da segunda chamada e o retorno da primeira. Figura 4.1 – CALL X GOTO No programa existirão labels com duas finalidades: indicar o início de sub-rotinas e indicar pontos de desvio. Para desvios curtos (poucas instruções acima ou abaixo do ponto atual) é possível utilizar a construção: GOTO $ +/- k Onde k é um valor constante e $ indica o endereço atual. Sendo assim, para realizar um salto a 3 instrução abaixo soma-se 3 ao endereço atual. Para saltar para a instrução anterior, subtrai-se 1 do endereço atual. Esses procedimentos são apresentados abaixo. Exsto Tecnologia 65
  • 66. Microcontroladores PIC16F877A GOTO ... GOTO $+3 ; salta para a 3 instrução abaixo $-1 ; volta para a instrução anterior 3.4 Atribuição A estrutura mais simples existente em algoritmo ou fluxograma é a atribuição, que nada mais é que o modo pelo qual se atribui valor a uma variável. Em outras palavras, trata-se de mover o valor de uma origem, sendo essa uma constante ou uma variável, para uma variável de destino. Tanto nos fluxogramas como no português estruturado essa operação será caracterizada pelo símbolo “ ”, sendo que o destino encontra-se na ponta da seta e a origem na extremidade oposta a ponta. Abaixo são apresentados alguns exemplos. Português Estruturado X Fluxograma Soma; X F_ALARME Falso; Soma; F_ALARME Falso; No Assembly do PIC a atribuição é feita pelas seguintes instruções: Orientadas a bytes: MOVLW k : W k MOVF f, 1 : f f MOVF f, 0 : W f MOVWF f : f W CLRF f : f 0 : W 0 : W k e realiza o retorno CLRW RETLW k (instrução especial MOVFW) Orientadas a bit: BSF f, b : f[b] Verdadeiro BCF f, b : f[b] Falso Obs.: f[b] significa bit “b” do registrador “f” Devido ao reduzido número de instrução no Assembly do PIC não existem instruções que permitam mover o conteúdo de uma variável diretamente para outra ou uma constante diretamente para uma variável (exceto quando a constante for zero). Para mover uma constante para uma variável utiliza-se a seqüência abaixo. Exsto Tecnologia 66
  • 67. Microcontroladores PIC16F877A MOVLW k ; W k MOVWF f ; f W Para atribuir o valor de uma constante a outra procede-se da seguinte forma. MOVLW <origem> ; W <origem> MOVWF <destino> ; f <destino> 3.5 Entrada e Saída Nos modelos básicos de algoritmos e fluxogramas utilizados existem funções de entrada e saída. Elas permitem a comunicação do software com o “mundo exterior”. O PIC tem a particularidade de não possuir instruções de entrada e saída de dados, sendo estas funções realizadas pela escrita e leitura dos registros de cada portal (instruções de atribuição). Esses registros são nomeados como PORTA, PORTB, PORTC, etc. No caso específico do PIC16F628A existem o PORTA e o PORTB. Assim, comandos de entrada e saída resumem-se a simples atribuições envolvendo os registros de portais (PORTA, PORTB). Esta característica ocorre de forma a simplificar o set de instruções, facilitando o desenvolvimento de software e reduzindo o número de instruções. Uma instrução de saída é uma atribuição que tem como destino o registro de um portal. Do mesmo modo, uma instrução de entrada é uma atribuição que tem como origem o registro de um portal. Exemplos são apresentados abaixo. MOVFW MOVWF ... MOVLW MOVWF PORTA RX_DTMF ; W <-- PORTA ; RX_DTMF <-- W Entrada 0AFh PORTB ; W <-- 0Afh ; PORTB <-- W Saída Para saída de dados é possível ainda trabalhar alterando somente um bit de um portal, sendo essa alteração refletida em um único terminal de saída. Para isso utilizam-se as instruções de atribuição orientadas a bit (BCF e BSF), como pode ser visto abaixo. Também é possível realizar entradas em nível de bit, procedimento esse que será tratado mais adiante. BCF BSF PORTA,3 PORTB,0 ; bit 3 do portal A <-- Falso ; PORTB[0] <-- Verdadeiro Na figura 4.2 são apresentados os símbolos de entrada (a) e saída (b) para fluxogramas. (a) (b) Figura 4.2 – Símbolos de (a) entrada e (b) saída em fluxogramas As representações em português estruturadas são as palavras Escreva para saída de dados e Leia para a entrada de dados. Exsto Tecnologia 67
  • 68. Microcontroladores PIC16F877A 3.6 Estruturas de Decisão Um programa composto apenas por atribuições teria aplicações bastante limitadas. Além disso, uma das vantagens do software é que ele pode tomar decisões a partir de informações de entrada. Estruturas permitem que isso seja feito são chamadas estruturas de decisão. As estruturas de decisão existentes são: • • • • Se Se-Senão Se-Senão-Se Caso No Assembly do PIC, as estruturas de decisão são implementadas através de instruções que realizam teste e desvios, que são: BTFSS <registro>, <bit> Salta a próxima instrução se <bit> de <registro> estiver em ‘1’. BTFSC <registro>, <bit> Salta a próxima instrução se <bit> de <registro> estiver em ‘0’. DECFSZ <registro>, <destino> Decrementa <registro> e salta a próxima instrução se o resultado for ‘0’. INCFSZ <registro>, <destino> Incrementa <registro> e salta a próxima instrução se o resultado for ‘0’ (255 + 1 = 0 e ‘vai um’ para STATUS,C). Juntamente com as instruções citadas acima, geralmente se utilizam instruções de desvio para os endereços do código que tratam de cada situação. O exemplo abaixo mostra como isso acontece: LOOP: ... DECFSZ GOTO CONTADOR,F LOOP ; desvia para LOOP se o contador ; não vale ‘0’ Os procedimentos acima descritos podem ser utilizados para o teste de bits em portais, realizando assim decisão e entrada de dados ao mesmo tempo. Dessa forma consegue-se maior agilidade no software. O exemplo abaixo realiza uma decisão a partir de um bit de entrada; neste caso o bit em questão foi definido com o nome SENSOR_1. BTFSC GOTO SENSOR_1 DISPARA_ALARME ; Se (SENSOR_1 = Verdadeiro)então ; dispara o alarme Exsto Tecnologia 68
  • 69. Microcontroladores PIC16F877A 3.7 Condições As decisões que devem ser tomadas em um programa muitas vezes são baseadas na comparação numérica entre dois valores, isso é, se esses valores são iguais ou não, qual é o maior, etc. No set de instruções da linha PIC 16Xxxx não existe nenhuma instrução de comparação. Então para realizar comparação se faz necessário utilizar instruções de teste associada a manipulações matemáticas. Assim, antes de tratar propriamente das estruturas de decisões, deve-se saber como reconhecer essas condições. Condições A = B e A != B Uma forma simples de saber se dois valores são iguais é subtraindo um do outro: se o resultado for zero os dois valores são iguais; qualquer outro resultado significa que os valores são diferentes. Em Assembly realiza-se a subtração e estuda-se o bit Z do registro STATUS, conforme pode ser observado no exemplo abaixo. Simule esse exemplo, alterando o valor da variável MEDIDA para 25h e outros valores e observado o que ocorre. #INCLUDE<P16F877A.INC> ; definições dos registros do PIC CBLOCK 20H MEDIDA ENDC ORG MOVLW SUBWF BTFSC GOTO GOTO IGUAIS: GOTO DIFERENTES: GOTO 0000H 25h MEDIDA,W STATUS,Z IGUAIS DIFERENTES ; ; ; ; ; W <-- 25h W <-- MEDIDA - W Se (Medida = 25h) então desvia para IGUAIS senão, desvia para diferentes $ ; se forem iguais, para aqui $ ; se forem diferentes, para aqui END E ainda, para testar se uma variável é igual a zero, pode-se utilizar a instrução MOVF, tendo como destino o próprio registro. Nesse caso o valor da variável é movido para ela mesma, não sofrendo qualquer alteração. Porém, se a variável for igual a zero o bit Z de STATUS será afetado, assumindo valor igual a 1. Condições A > B, A >= B, A < B, A <= B Pode haver a necessidade de saber qual de dois valores é o maior, sendo eles diferentes entre si. Para tanto, novamente subtrai-se um valor pelo outro e então analisa-se o bit de Carry (Transporte) que é o bit C do registro STATUS. Supondo dois valores , A e B, diferentes e tais que A > B, temos que: A – B : resultado normal (valor positivo) Exsto Tecnologia 69
  • 70. Microcontroladores PIC16F877A B – A : ocorrência de estouro do acumulador na subtração, chamado de Borrow. (valor negativo) O Borrow pode ser percebido pela análise do bit C do STATUS. É importante notar que na subtração esse bit trabalha com lógica inversa à adição. Assim: C = ‘1’ : resultado normal C = ‘0’ : ocorrência de borrow Resultado normal inclui 0. Dessa forma, se fazendo A – B resulta em C = 1 conclui-se que A >= B (ou que B <= A). O trecho de código abaixo chama a sub-rotina “AJUSTE” se MEDIDA for maior que MAX. Simule seu funcionamento para diferentes valores de MEDIDA e MAX. #INCLUDE<P16F877A.INC> CBLOCK 20H MAX MEDIDA ENDC ORG REPETE: MOVFW SUBWF BTFSC CALL GOTO ; ... AJUSTE: NOP NOP NOP RETURN 0000H MAX MEDIDA,W STATUS,C AJUSTE REPETE ; ; ; ; ; W <-- MAX W <-- MEDIDA - W Se (MEDIDA >= MAX) então AJUSTE é chamado senão desvia para REPETE ; ; > corpo da sub-rotina ; / ;retorna para o endereço de chamada END Finalmente, para testar se um valor é somente menor ou maior que outro, e não igual, testa-se na mesma operação o bit Z de STATUS. O código abaixo exemplifica essa operação: #INCLUDE<P16F877A.INC> ; definições dos registros do PIC CBLOCK 20H MEDIDA ENDC ORG MOVLW SUBWF BTFSC GOTO BTFSC GOTO GOTO 0000H 05h ; MEDIDA,W ; STATUS,Z ; IGUAL ; STATUS,C MAIOR ; se MEDIDA > MENOR ; se MEDIDA < W <-- 05h W <-- MEDIDA - W Se (Medida = 05h) então desvia para IGUAIS 05h 05h : C = 1 : C = 0 Exsto Tecnologia 70
  • 71. Microcontroladores PIC16F877A IGUAL: GOTO MENOR: GOTO MAIOR: GOTO $ ; se MEDIDA == 05h, para aqui $ ; se MEDIDA < 05h, para aqui $ ; se MEDIDA > 05h, para aqui END Resumo das condições Em resumo, havendo dois valores, A e B, e sendo realizada a subtração A – B, temos que: Z 0 0 1 1 C 0 1 0 1 Condição A<B A>B impossível A=B 3.8 Se A estrutura de decisão Se funciona da seguinte forma: se a condição for verdadeira, o Bloco_verdadeiro é executado; senão, programa continua o fluxo normalmente a partir de Fim_Se. Em outras palavras, o código contido no Bloco_verdadeiro é executado somente se a condição for verdadeira. Se (<condição>) então [Bloco_verdadeiro] <Condição> F V Bloco Fim_Se A implementação dessa estrutura pode ser feita com uma instrução de teste e salto seguida por uma chamada de função. Essa chamada contem o Bloco_verdadeiro. É conveniente a utilização de uma chamada de função, pois o programa retorna ao ponto onde foi chamado e continua o programa da próxima linha, isto é, do mesmo ponto de onde continuaria se a condição fosse falsa. Esse procedimento é exemplificado abaixo. BTFSS PORTB,2 CALL BL_VERDADE BCF PORTC,0 . . . BL_VERDADE: MOVLW 0Fh MOVWF PORTB RETURN ; se (PORTB[2] = Verdadeiro) então ; executa o bloco verdadeiro e retorna ; senão, segue o programa ; Bloco verdadeiro Exsto Tecnologia 71
  • 72. Microcontroladores PIC16F877A Se por algum motivo não for interessante a utilização de uma chamada, devemos fazer o teste inverso, de forma a desviar quando a condição for falsa. Esse desvio deve ser para o ponto que também será o destino do termino do bloco verdade. O trecho de código abaixo realiza o mesmo que o código anterior, porém sem a utilização de chamada. BTFSC GOTO MOVLW MOVWF FIM_SE: BCF . . . PORTB,2 FIM_SE 0Fh PORTB ; se (PORTB[2] != Vedadeiro)então ; segue para END_IF ; se (PORTB[2] = Vedadeiro) então ; executa o bloco verdadeiro PORTC,0 ; em qualquer caso, o programa segue 3.9 Se senão A estrutura Se-Senão é uma derivação da estrutura Se onde, além de um bloco a ser executado somente quando a condição for verdadeira (o Bloco_verdadeiro), existe um bloco a ser executado somente quando a condição for falsa (o Bloco_falso). Sua representação é ilustrada abaixo. Se (<condição>) então F <Condição> V [Bloco_verdadeiro] Bloco Falso Senão Bloco Verdadeiro [Bloco_falso] Fim_Se Essa estrutura é implementada em Assembly por uma instrução de teste e salto seguida de dois desvios, conforme o trecho abaixo. CBLOCK 20H CANAL TST1 ENDC ORG MOVFW SUBLW SKPNZ GOTO GOTO BL_VERDADE: MOVLW MOVWF GOTO BL_FALSO: MOVLW MOVWF 0000H CANAL 35h BL_VERDADE BL_FALSO 03h TST1 FIM_SE ; ; ; ; instrução especial = BTFSC se (CHANNEL) = 35h senão Bloco Verdadeiro STATUS,Z ; vai para o “Fim_Se” ; Bloco Falso 08h TST1 ; vai para o “Fim_Se” Exsto Tecnologia 72
  • 73. Microcontroladores PIC16F877A FIM_SE: $ ; os dois ; para aqui. blocos convergem para cá GOTO END Um modo mais compacto de se implementar um se-senão é fazendo todos os blocos de forma seguida no código, dessa forma são economizadas instruções de desvio. Esse modo é apresentado abaixo. CBLOCK 20H CANAL TST1 ENDC ORG 0000H MOVFW SUBLW SKPNZ GOTO CANAL 35h MOVLW MOVWF GOTO 08h TST1 FIM_SE BL_VERDADE ; instrução especial = BTFSC ; se (CHANNEL) = 35h ; Bloco Falso vem aqui STATUS,Z ; vai para o “Fim_Se” BL_VERDADE: MOVLW MOVWF 03h TST1 ; Bloco Verdadeiro FIM_SE: $ ; vai para Fim_se ; os dois blocos convergem para cá GOTO ; para aqui. END A diferença entre esses dois códigos é que no segundo, as instruções do bloco falso vêm logo em seguida ao desvio BL_VERDADE sem que seja necessário colocar outro desvio para a as instruções a serem executadas em caso de a condição da estrutura de decisão ser falsa. 3.10 Se senão se Uma outra possibilidade de construção utilizando-se a estrutura Se-Senão é a chamada estrutura SeSenão-Se, que é simplesmente a implementação onde o bloco falso de uma estrutura Se-Senão é composto por outra estrutura Se-Senão. Esta forma pode ser utilizada em cascata, possibilitando a verificação de quantas possibilidades forem necessárias no programa. Abaixo é apresentada a forma geral dessa estrutura. Deve-se notar que todos os “FIM_SE” da estrutura levam na verdade a um mesmo ponto. E ainda, pode haver ou não um Bloco Falso, que será executado caso nenhuma das condições seja satisfeitas. Exsto Tecnologia 73
  • 74. Microcontroladores PIC16F877A Se (<condição 1>) então [Bloco_verdadeiro 1] Senão Se (<condição 2>) então [Bloco_verdadeiro 2] Senão Se (<condição 3>) então [Bloco_verdadeiro 3] Senão ... Se (<condição n>) então [Bloco_verdadeiro n] Senão [Bloco Falso] Fim_Se ... Fim_Se Fim_Se Fim_se V Bloco Verdadeiro Condição 1 V Bloco Verdadeiro F Condição 2 V Bloco Verdadeiro F Condição 3 F Bloco Falso Uma estrutura Se-Senão-Se em Assembly é implementada facilmente utilizando-se as técnicas já apresentas para a estrutura Se-Senão. Contudo, deve-se dar especial atenção para o fato de o destino final de todos os blocos é o mesmo, para que não se perca a estruturação do código. Abaixo é apresentado um exemplo da utilização da estrutura Se-Senão-Se para controle de temperatura e umidade. Exsto Tecnologia 74
  • 75. Microcontroladores PIC16F877A CBLOCK 20h TEMP UMIDADE ENDC ORG 0000H TEST_TEMP: MOVLW SUBWF SKPC GOTO CALL GOTO TEST_2: MOVLW SUBWF SKPC GOTO CALL GOTO TEST_3: MOVLW SUBLW SKPNC GOTO CALL GOTO DEFAULT: CALL FIM_SE: GOTO ESFRIA: NOP RETURN .30 TEMP,W TEST_2 ESFRIA FIM_SE .80 UMIDADE,W TEST_3 ALARME FIM_SE .20 UMIDADE DEFAULT MOLHA FIM_SE ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; 1o. teste W <-- 30 W <-- TEMP - W Se (TEMP < 30) então vai para o próximo teste Se (TEMP > 30) então executa a sub-rotina vai para Fim_Se 2o. teste W <-- 80 W <-- UMIDADE - W Se (UMIDADE < 80) então vai para o próximo teste Se (UMIDADE > 80) então executa a sub-rotina vai para Fim_Se 3o. teste w <-- 20 W <-- UMIDADE - W Se (UMIDADE > 20) então vai para a exceção Se (UMIDADE < 20) então executa a sub-rotina vai para Fim_Se tratamento de exceção VENTILAR TESTE_TEMP ; todos os blocos convergem para cá ; repete todos os testes ; Rotina para esfriar alguma coisa ALARME: NOP RETURN ; Rotina que dispara o alarme MOLHA: NOP RETURN ; Rotina que molha alguma coisa VENTILAR: NOP RETURN ; Rotina que ventila alguma coisa END 3.11 Caso A estrutura Caso (Case ou Switch) é uma estrutura de admite múltiplas condições de igualdade, com um bloco verdade para cada condição. Existe também a possibilidade de um bloco de exceção para tratar os casos que não se enquadram em nenhuma condição. Dessa forma temos: Exsto Tecnologia 75
  • 76. Microcontroladores PIC16F877A Caso <Variável> de <Opção 1>: [Bloco_1] <Opção 2>: [Bloco_2] <Opção 3>: [Bloco_3] ... <Opção n>: [Bloco_n] Senão: [Bloco_exceção] Fim_caso A estrutura Caso apresentada em fluxograma é similar a estrutura Se-Senão-Se, porém as condições devem ser somente igualdades de uma mesma variável. Usando essa estrutura em Assembly pode-se construir tabelas, que são de grande utilidade em muitos casos. Elas são de grande ajuda no trabalho com displays de segmentos e na linearização de medidas analógicas provenientes de sensores não lineares. Uma tabela de software comporta-se como uma tabela no papel, onde a partir de um valor de entrada obtemos um valor de saída associado a ele. Como exemplo podemos implementar uma tabela que retorne uma letra do alfabeto a partir do valor de sua posição ou uma tabela que retorne o quadrado do valor de entrada. Para construção de tabelas é utilizada a instrução RETLW (Retorna com uma constante em W). Primeiramente é feito um desvio por software, somando-se o valor de uma variável ao Registro PCL (bits menos significativos do PC (Program Counter)). Dessa forma a próxima instrução a ser executada é a n-ésima instrução após a soma, sendo n o valor contido na variável. Algumas regras devem ser observadas na construção de tabelas. Primeiramente deve-se estar atento ao banco onde se encontra a tabela. É recomendado que se faça uma tabela no início de um bloco de 256 endereços (0000h, 0100h, 0200h, etc.), pois caso a operação de soma com o PCL der overflow, isto é, resultar em um valor maior que 256 o PCLATH não será incrementado automaticamente, o que limita o tamanho da tabela em 256 valores. Além disso, um overflow em PCL causado por uma instrução de soma não ocasiona automaticamente o incremento de PCH (bits mais significativos do PC). Dessa forma não se pode fazer tabelas com comprimento maior que 256 itens sem um tratamento especial, supondo que nesse caso a tabela comece no primeiro endereço de cada bloco de 256 endereços. A linha ADDWF PCL,F ; (PCL) (PCL) + (W) soma um valor n com o PC, o que resulta em a próxima instrução executada ser n-ésima após a soma. Ou seja, a instrução a ser executada está no n-ésimo endereço a partir do endereço seguinte a instrução ADDWF. Esse processo é chamado desvio por software. Exsto Tecnologia 76
  • 77. Microcontroladores PIC16F877A A rotina abaixo, que converte valores em BCD para a palavra de ativação dos respectivos caracteres e um display de LED´s ligado a um portal. A sub-rotina chamada é SEGMENTOS; dentro dela é feito um desvio para o label TABLE e o retorno é realizado por uma das instruções RETLW. O endereço de TABLE é tal que o primeiro valor da tabela ocupa a posição 700h. Admite-se que a variável NUMERO não contém valores maiores que 9. O registro PCLATH é carregado com 07h porque esse é o valor da parte mais significativa das linhas tabela (como pode ser observado a direita) e o endereço para onde se desvia é dado pelo par PCLATH e PCL SEGMENTOS: MOVFW GOTO ; . . . ORG TABELA: MOVLW MOVWF ADDWF PCL,F RETLW RETLW RETLW RETLW RETLW RETLW RETLW RETLW RETLW RETLW RETLW RETLW RETLW RETLW RETLW RETLW NUMERO TABELA ; move o número a ser convertido para W ; desvia para a tabela 06FDH ; o código abaixo começa no endereço 6FDh 07H PCLATH ; ajusta os bits mais significativos (06FDh) ; de PCH (06FEh) ; (PCL) (PCL) + (W) (06FFh) 01110111B 00000110B 10110011B 10010111B 11000110B 11010101B 11110101B 00000111B 11110111B 11010111B 11100111B 11110100B 01110001B 10110110B 11110001B 11100001B ; ;0 ;1 ;2 ;3 ;4 ;5 ;6 ;7 ;8 ;9 ;A ;B ;C ;D ;E ;F ABCDEFG 1111110 0110000 1101101 1111001 0110011 1011011 1011111 1110000 1111111 1111011 1110111 0011111 1001110 0111101 1001111 1000111 (0700h) (0701h) (0702h) (0703h) (0704h) (0705h) (0706h) (0707h) (0708h) (0709h) (070Ah) (070Bh) (070Ch) (070Dh) (070Eh) (070Fh) 3.12 Estruturas de repetição Estruturas de repetição são estruturas que permitem que trechos do programa sejam repetidos várias vezes. Elas são implementadas com instruções de decisão associadas a desvios, desvios esses que levam a execução de blocos e depois retornam ao teste que as originou. Na grande maioria dos casos, os programas para microcontroladores ficam repetindo a mesma seqüência de instruções indefinidamente ou, pelo menos, checando entradas indefinidamente. Como pode ser observado nos programas desenvolvidos até o momento, todo programa tem como “núcleo” uma estrutura de repetição infinita, chamado normalmente de laço principal, loop principal ou main loop. Existem três tipos de estruturas de descisão: Faça-Enquanto, Enquanto e Para. Essa estruturas de repetição são implementadas em linguagens de médio e alto nível por comando como While, DoWhile e For, respectivamente. Exsto Tecnologia 77
  • 78. Microcontroladores PIC16F877A 3.12.1 Faça-Enquanto Faça-Enquanto (Do-While): estrutura de repetição que executa um bloco enquanto uma determinada condição é verdadeira. A apresentação dessa estrutura em português estruturado e fluxograma segue abaixo. Faça [Bloco] Bloco V Enquanto (<Condição>) Cond? F Abaixo é apresentado um trecho de código implementando uma estrutura Faça-enquanto. LOOP: INCF MOVWF CALL CONTROL,W PORTB MEDIDA ; ; ; > Bloco ; / MOVFW SUBLW BTFSC GOTO MED 40h STATUS,C LOOP ; (W) 40h – (W) ; se((MED) < 40h) então sai do loop ; senão retorna ao inicio loop ... 3.12.2 ; Quando sai do loop segue a partir daqui Enquanto Enquanto (While): estrutura de repetição semelhante a condição Faça-Enquanto, porém difere em um ponto muito importante: enquanto um Faça-Enquanto executa o bloco primeiro e testa a condição depois a estrutura Enquanto testa a condição primeiro e executa o bloco depois. Essa diferença pode mudar totalmente a lógica do programa. A apresentação da estrutura abaixo deixa clara essa diferença. Enquanto (<Condição>) [Bloco] F V Cond? Bloco Fim_Enquanto Exsto Tecnologia 78
  • 79. Microcontroladores PIC16F877A O trecho de código abaixo exemplifica a utilização de uma estrutura Enquanto. LOOP: CALL SUBLW BTFSS GOTO MEDIDA 40h STATUS,C CONTINUA ; ; ; ; realiza uma medida (W) 40h – (W) só “sai”quando (MED) < 40h sai do loop ; INCF MOVWF MOVFW GOTO CONTINUA: . . . 3.12.3 CONTROL,W PORTB MED LOOP ; ; > Bloco ; / Para Para (For): estrutura de repetição que tem uma característica que a torna diferente da estruturas de repetição até agora estudadas: nas estruturas Enquanto e Faça-Enquanto a condição da estrutura é uma condição aleatória, isto é, ela não depende da estrutura de repetição; isso significa que o número de vezes que o bloco é repetido não é conhecido a priori. Na estrutura Para a condição está intimamente ligada a estrutura e seu estado é alterado por esta. De fato, a estrutura Para serve para que blocos de código sejam repetidos um número de vezes conhecido, o que implica na existência de uma variável contadora associada à estrutura. Deve-se notar então que para essa estrutura a variável contadora não deve ter seu valor alterado pelo bloco de instruções, somente pela estrutura de repetição em si. Para <contador> = <valor_inicial> até <valor_final> faça [Bloco] Fim_Para <contador> <valor inicial> Bloco Passo <contador> = <valor final> ? V F A estrutura funciona da seguinte maneira: (1) primeiramente a variável contadora recebe o valor inicial. (2) O programa entra no loop propriamente dito, o bloco é executado e (3) a instrução que dará o passo à contagem das vezes que o loop é executada. (4) Em seguida é testado se a variável Exsto Tecnologia 79
  • 80. Microcontroladores PIC16F877A contadora atingiu o valor final. Se o atingiu, o programa sai do loop e segue; senão o processo é repetido novamente a partir do ponto (2). O passo é como a variável contadora varia a cada execução do loop. Apesar de poder assumir qualquer forma (por exemplo, a cada execução do loop o contador pode ser elevado ao quadrado) normalmente o passo é ou um incremento (contador contador + 1) ou um decremento (contador contador - 1). Pelo exposto acima, o bloco contido na estrutura será repetido N vezes, N dado por: N = <valor final> - <valor inicial> , quando for usado incremento N = <valor inicial> - <valor final> , quando for usado decremento. Ou Para a implementação de uma estrutura Para em Assembly são usadas as instruções DECFSZ e INCFSZ: DECFSZ INCFSZ CONT,F ; CONT CONT – 1 ; se (CONT = 0) salta a próxima instrução CONT,F ; CONT CONT + 1 ; se (CONT = 0) salta a próxima instrução ; obs: saltar a próxima instrução signifi ; ca não executar a instrução seguinte a ; a DECFSZ ou INCFSZ Para o caso de INCFSZ, o valor do contador será igual a zero quando for somado 1 ao valor 255. Se INCFSZ for usado, o valor final obrigatoriamente será 256, então o valor inicial deve ser calculado subtraindo a quantidade de vezes que o loop deve ser executado de 256. Por exemplo, para N = 12, o valor inicial deve ser 256 - 12 = 244. Quando é usada a instrução DECFSZ o valor final obrigatoriamente será 0. Dessa forma, o valor inicial será o número de vezes que o bloco deve se repetir. A contagem nesse caso é regressiva, isto é, o passo é de decremento. O código abaixo apresenta um loop que será repetido 123 vezes. . . . MOVLW MOVWF .123 CONT LOOP: CALL DECFSZ GOTO . . . TX_SERIAL CONT,F LOOP ; o “.” (ponto) indica que o valor é decimal ; (1) (CONT) 123 ; (2) o bloco será executado 123 vezes ; bloco a ser repetido ;(3)e(4) CONT <-CONT-1, se (CONT=0) salta ; senão volta para LOOP 3.13 Temporização por software – Rotinas de atraso O microcontrolador executa cada instrução em um determinado tempo. No caso do PIC esse tempo é quatro vezes o período do clock (existem instruções de 2 ciclos, que demoram o dobro das instruções normais). Por exemplo, com cristal de 4MHz tem-se um período de 250ns e logo cada instrução demora 1µs para ser executada. Exsto Tecnologia 80
  • 81. Microcontroladores PIC16F877A Porém muitas vezes não se deseja que uma instrução seja executada imediatamente após outra. Em muitas situações necessitamos de gerar atrasos na execução normal do programa. Por exemplo, em muitos casos onde um usuário interage com o microcontrolador, é necessário esperar o usuário; em muitas situações também é preciso respeitar a temporização de outros componentes, não tão rápidos quanto o microcontrolador. Esses atrasos são conseguidos com as chamadas sub-rotinas de atraso, ou de delay (atraso, em inglês), como é mais comum chamá-las. Existem basicamente dois modos de se conseguir “delay”. Um seria utilizando o Timer incorporado ao microcontrolador, trabalhando então com temporização por interrupção, a qual será tratada mais adiante. Outra forma é criando estruturas de repetição nas quais possamos “perder” o tempo necessário, que é a temporização por software. Ainda considerando o PIC trabalhando a 1 MIPS (1 Milhão de Instruções Por Segundo) quando é necessário um atraso de 10µs basta executarmos 10 vezes uma instrução qualquer. Porém, aplicando o mesmo raciocínio para um atraso de 3s é necessário repetir a mesma instrução 3.000.000 vezes, o que ocupa 3.000.000 endereços da memória de programa! Como pode ser notada, na maior parte das vezes não podemos criar delays com a simples seqüência do número de instruções necessário. O que se faz é a criar estruturas de repetição que executem um ou algumas instruções o número de vezes necessário para nos dar o atraso desejado. Repetir um bloco de 4 instruções 50 vezes equivale (do ponto de vista do tempo gasto) a executar 200 instruções. Deve-se tomar cuidado, porém, com o fato de que a estrutura de repetição também demora um tempo para ser executada. Para atrasos precisos devemos considerar o tempo de execução das estruturas, principalmente quando temos laços de repetição dentro de outros laços de repetição. O núcleo de uma rotina de delay é estrutura de repetição Para responsável por repetir um bloco de instruções um determinado número de vezes. Observemos o trecho de código abaixo. Os comentários em cada linha indicam quantos ciclos de máquina são executados em cada instrução (Devemos lembrar que instruções de desvio e instruções de teste, quanto a condição testada é verdadeira, gastam 2 ciclos de máquina). MOVLW MOVWF n CONT1 ; 1 ; 1 LOOP1: NOP DECFSZ GOTO CONT1,F LOOP1 ; 1 ; 1 normalmente, 2 quando CONT1 == 0 | Bloco ; 2 No código acima, “n” será substituído por uma constante que, como veremos mais a seguir, dará o tempo de execução do código. O “bloco“ é será repetido até que CONT1, que é decrementado a cada execução, resulte em 0. Ou seja, o bloco será repetido “n” vezes. Como a execução do bloco leva 4 ciclos de máquina, o tempo total gasto na repetição do bloco é 4 x n. Já o tempo total de execução da rotina do trecho de código deve levar em consideração o tempo gasto para carregar a variável CONT1, que é de 2 ciclos de máquina. Portanto, podemos concluir que o tempo total de execução desse trecho de código é dado pela equação (1) , sendo TCY o tempo do ciclo de máquina do microcontrolador (que estamos considerando como sendo de 1µs): Exsto Tecnologia 81
  • 82. Microcontroladores PIC16F877A T = ( 4 × n + 2) × TCY (1) Supondo que necessitamos desse atraso em mais de um ponto de um ponto do programa, poderíamos transformar o trecho de código acima em uma sub-rotina. Fazendo isso devemos considerar o tempo gasto pela instrução CALL que chama a sub-rotina (2 ciclos de máquina) e o tempo da instrução RETURN que retorna da sub-rotina (2 ciclos de máquina). Assim, temos a subrotina abaixo, cujo tempo de execução é dado pela equação (2). DELAY: ; rotina de atraso ; entrada: nulo ; saída: nulo MOVLW n MOVWF CONT1 LOOP1: NOP DECFSZ GOTO ; 1 ; 1 ; 1 CONT1,F ; 1 normalmente, 2 quando CONT1 == 0 | Bloco LOOP1 ; 2 / RETURN T = ( 4 × n + 6) × TCY (2) Para determinar o valor da constante “n” basta isolá-la na equação (2) e obtemos a equação (3), lembrando sempre que “n” é um valor inteiro entre 1 e 255.  n = 0,25 T  T − 6  CY  (3) Devemos atentar para duas limitações dessa sub-rotina. A primeira é que não é possível obter um valor de n inteiro para qualquer valor de T. Por exemplo, para T = 31µs temos n = 6,25. Nesse caso, se adotarmos n = 6 obtemos um tempo de 30µs. Nessa situações, porém, a diferença entre o valor desejado e o valor obtido será sempre pequena, e podemos completar o tempo necessário com a simples adição de um instrução NOP Outra limitação é que o valor máximo de n é 255, o que nos leva a um tempo máximo de 1,026 ms. Para obter tempos maiores que esse o procedimento é considerar todo o código da rotina como sendo um bloco, e inseri-lo dentro de outro loop. Observe como isso é feito na sub-rotina baixo. DELAY_MAIOR: ; rotina de atraso para tempos maiores que 1 ms ; entrada: nulo ; saída: nulo MOVLW m ; 1 MOVWF CONT2 ; 1 LOOP2: ; --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- --MOVLW n ; 1 MOVWF CONT1 ; 1 LOOP1: Exsto Tecnologia 82
  • 83. Microcontroladores PIC16F877A NOP ; 1 DECFSZ CONT1,F ; 1 normalmente, 2 quando CONT1 == 0 | Bloco GOTO LOOP1 ; 2 ; --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- --DECFSZ CONT2,F ; 1 normalmente, 2 quando CONT2 == 0 GOTO LOOP2 ; 2 83 / RETURN O tempo total gasto para essa rotina é determinado pela equação (4). A equação (5) permite calcular o valor de “m” arbitrando-se o valor de “n”. T = [(4 × n + 5) × m + 6]TCY (4) −6 TCY m= 4n + 5 T (5) Com essa rotina é possível se obter tempos de até 261,381 ms. Para tempos ainda maiores, basta usar o mesmo raciocínio: considerar a sub-rotina um bloco e colocá-la dentro de outro loop. Exsto Tecnologia
  • 84. Microcontroladores PIC16F877A 4 RECURSOS AVANÇADOS 4.1 Display de cristal Líquido Grande parte das aplicações com microcontroladores necessitam de uma interface homem-máquina, para que os usuários possam passar informações ao sistema e/ou receber informações dele. Para que informações do sistema sejam passadas ao usuário pode-se utilizar uma serie de recursos, porém muitos deles não são nada maleáveis e alguns pouco amigáveis. Por exemplo, um modo bastante simples de se ter informações do sistema é através de um painel com LED´s, cada um indicando uma determinada situação. Embora em muitas aplicações só isso seja suficiente, em muitas outras, principalmente quando a quantidade e variedade de informações são grande, esse método se torna insuficiente. Outro método também muito utilizado e que, porém, aceita uma grande variedade e quantidade de informações é o Display de Cristal Líquido (LCD – Liquid Cristal Display). Existe uma grande variedade de LCD’s no mercado. Existem displays gráficos e displays que aceitam somente caracteres, esses últimos chamados displays alfanuméricos. Esses podem ter diferentes quantidades de linha e colunas. LCD’s alfanuméricos tem uma determinada “inteligência”, isto é, possuem circuitos que controlam o display propriamente dito, e fazer com que algo seja escrito no LCD é somente o trabalho de comunica-se com esses circuitos. Para a comunicação com o display são necessários 8 bits como via de dados (podendo também ser configurado para trabalhar com 4 bits), um bit EN (Enable - Habilitação) e um bit RS (seleção entre dados e comandos). O display reconhece dois tipos de informação na via de dados: comandos e dados. Os comandos, que são reconhecidos quando RS = 0, são instruções para o display (limpar a tela, ir para a segunda linha, ir para a décima coluna, etc... ); os dados são caracteres a serem escritos no display, e são indicados por RS = 1. A 4 bits da via de dados são ligados aos bits 4 a 7 do LCD. Abaixo é apresentada uma tabela resumida de códigos hexadecimais de comandos do LCD. Exsto Tecnologia 84
  • 85. Microcontroladores PIC16F877A Descrição do Comando Modo RS R/W Controle do display Ativo (sem cusor) Inativo 0 0 0 0 0 0 Código do Comando (Hexadecimal) 0C 0A, 08 01 0 0 02 Ativo (ligado, fixo) Inativo Alternado Desloc. à esquerda Desloc. à direita Retorno Piscante Para esquerda 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0E 0C 0F 10 14 02 0D 04 Para direita 0 0 06 Deslocamento da Para esquerda mensagem com a entrada Para direita de um novo caracter 0 0 07 0 0 05 Deslocamento da mensagem sem entrada de novos caracteres Endereço da primeira posição (à esquerda) Para esquerda 0 0 18 Para direita 0 0 1C 1a Linha 0 0 80 2a Linha 0 0 C0 Limpeza do Display com retorno do cursor Retorno do cursor à 1a linha e da mensagem à sua posição inicial Controle do Cursor Sentido de deslocamento do cursor na entrada de um novo caracter Tabela 7.1 – Comandos do LCD Os endereços de cada posição no display são dados pela tabela abaixo. Para que um caracter seja escrito em uma determinada posição, envia-se o valor dessa posição como comando e em seguida envia-se o caracter a ser escrito. 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 8A 8B 8C 8D 8E 8F C0 C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 CA CB CC CD CE CF A figura 7.1 apresenta o circuito básico LCD. Exsto Tecnologia 85
  • 86. Microcontroladores PIC16F877A Figura 7.1 – Esquema Básico do Display A tabela seguinte apresenta a função de cada um dos pinos do display e em como eles estão ligados ao PIC. Pino Símbolo Função Ligação com o PIC 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Vss Vdd Vo RS R/W EN D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 GND +5V Controle de contraste Seleção de modo Leitura/Escrita Habilitação PORTE, 0 0 PORTE, 1 PORTD, 0 PORTD, 1 PORTD, 2 PORTD, 3 PORTD, 4 PORTD, 5 PORTD, 6 PORTD, 7 Via de Dados Tabela 7.2 – Conexão do LCD A comunicação com o display é feita conforme os algoritmos descritos baixo,apresentados em forma de português estruturado: Comando: LCD_COMANDO (byte Comando) { RS Falso; PORTD Comando; Atraso de 50 us; EN Verdadeiro; Atraso de 50 us; EN Falso; Atraso de 50 us; } // seleciona comando // bits mais significativos primeiro // espera 50 us // espera 50 us // espera 50 us Exsto Tecnologia 86
  • 87. Microcontroladores PIC16F877A Dados: LCD_DADO (byte Dado) { RS Verdadeiro; // seleciona dado PORTD Comando; // bits mais significativos primeiro Atraso de 50 us; // espera 50 us EN Verdadeiro; Atraso de 50 us; // espera 50 us EN Falso; Atraso de 50 us; // espera 50 us } Deverá ser criada uma função que gere um atraso de aproximadamente 50 µs. Enquanto EN estiver em ‘0’ (‘Falso’) qualquer mudança em RS ou na via de dados é ignorada pelo display. Além dessas duas sub-rotinas básicas, deve-se criar também uma sub-rotina de inicialização do display, pois esse também necessita ser configurado. Essa sub-rotina será chamada logo após a inicialização do microcontrolador. Somente para a inicialização deve-se utilizar um atraso de 5ms na rotina de envio de comando. Uma seqüência de inicialização básica é apresentada abaixo. • • • • • • Comando 0x33: Configura o LCD para trabalha no modo 8 bits Comando 0x32: Configura o LCD para trabalha no modo 8 bits Comando 0x38: Configura o LCD para trabalha no modo 8 bits Comando 0x06: Deslocamento de cursor na entrada de novos caracteres será para a direita; Comando 0x0C: O display está ativo Comando 0x01: Limpa a tela. 4.2 Teclado Uma forma muito comum de usuário de um sistema microcontrolado passar informações ao sistema é através de teclas. Em muitas aplicações o número teclas existentes pode ser bastante grande. Nesses casos, a leitura dessas teclas simplesmente conectando-as aos terminais do microcontrolador incorre na utilização de muitos terminais. Nessa aplicação é apresentado um sistema de varredura que permite fazer um uso otimizado dos terminais do microcontrolador de foram a reduzir o número de terminais utilizados. Para essa experiência será feito uso do teclado do kit. Esse módulo funciona implementando um sistema de varredura que nos permite realizar a leitura de um número de teclas N utilizando menos de N entradas. Isso é importante quando existe uma grande quantidade de teclas a serem lidas e não se dispõe tanta entrada. Para o caso da placa de teclado existem 16 teclas e seus estados são lidos com apenas 4 saídas e 4 entrada, num total de 8 terminais. A varredura funciona da seguinte maneira: o teclado é organizado de forma a ter 4 colunas e 4 linhas, conforme a figura abaixo. Cada linha é ligada a uma entrada, e cada coluna a uma saída. Existem resistores de pull-up nas entradas de forma que enquanto uma tecla não for pressionada, a entrada ficando em aberto tem nível lógico alto. Começando a varredura, é forçado “0” na coluna 0 (C0), “1” nas coluna 1 (C1), 2 (C2) e 3 (C3) e são lidas as quatro linhas (L0, L1, L2 e L3). Em seguida coloca-se “1” em C0 e C2 e “0” em C1 e lêem-se as linhas, e assim Exsto Tecnologia 87
  • 88. Microcontroladores PIC16F877A sucessivamente.. Nos momentos em que é feita a leitura das linhas podemos determinar se uma tecla está pressionada e qual é essa tecla da seguinte maneira: admitindo que a tecla está ligada a coluna que está em zero no momento a linha ligada a ela estará em também. As linhas que contém teclas que não estão pressionadas estarão em “1”, devido aos resistores de pull-up. Seguindo esse raciocínio podemos gerar a seguinte tabela: C3 C2 C1 C0 L3 L2 L1 L0 Tecla 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 3 A 4 5 6 B 7 8 9 C */F 0 #/E D Tabela 7.3 – Funcionamento do LCD O circuito do teclado é apresentado na figura abaixo. Figura 7.2 - Esquema Simplificado do Teclado Exsto Tecnologia 88
  • 89. Microcontroladores PIC16F877A No programa que utilizar leitura de teclado deve-se ativar os resistores de pull-up do portal B. Caso contrário, o teclado não funcionará corretamente. Isso é feito zerando o bit NOT_RBPU do registro OPTION_REG, assim BCF OPTION_REG, NOT_RBPU O teclado está ligado ao PIC seguindo a tabela 7.4: Teclado C3 C2 C1 C0 L0 L1 L2 L3 PIC I/O PORTB,0 Saída PORTB,1 Saída PORTB,2 Saída PORTB,3 Saída PORTB,4 Entrada PORTB,5 Entrada PORTB,6 Entrada PORTB,7 Entrada Tabela 7.4 –Conexões do teclado 4.3 Interrupções Interrupções são poderosos recursos presentes nos sistemas computacionais, que permitem desenvolver códigos mais elaborados e profissionais, garantindo tratamento imediato a eventos de maior prioridade. Suponhamos uma situação em que o microcontrolador realize medidas para mostrá-las em um display. Entre cada processo de leitura de medidas, o microcontrolador aciona uma rotina para ler o estado de um botão, que quando acionado, seleciona a medida. Se o processo de leitura levar alguns segundos, corre-se o risco de pressionar o botão durante esse processo de forma que o microcontrolador não tome conhecimento deste pressionamento. O ideal é que o processo de leitura fosse contínuo e que pudesse ser interrompido para executar a rotina referente ao acionamento do botão quando o mesmo fosse pressionado. Uma interrupção faz exatamente isso: interrompe a execução normal do programa para executar tarefas de maior prioridade no momento. Ela pode ser chamada por determinados eventos, parando a execução normal no momento em que ocorre o evento, executando o código armazenado em uma posição de memória vinculada a interrupção e depois retornam a execução normal do programa. As interrupções podem ser vistas como chamadas de sub-rotinas realizadas pelo hardware. Observe que a distância entre o vetor de inicialização (0000h) e o vetor de reset (0004h) é de apenas 4 endereços. Dessa forma quando as interrupções estão desabilitadas o PC passa por 0004h normalmente durante a execução de um programa. Quando se faz necessário o uso de interrupções, as rotinas de tratamento de interrupção são colocadas a partir do vetor de reset 0004h. No intervalo entre o vetor de inicialização e o vetor de reset é colocado um desvio para um endereço após as rotinas de interrupção a partir do qual o programa realmente começa. Quando ocorre um pedido de interrupção para a CPU do PIC16F877A, o programa é desviado para um endereço pré-estabelecido, o vetor de reset (0004h). Desse endereço em diante é feito o tratamento de interrupção, isto é, são executadas as rotinas que se deseja associar ao evento causador da interrupção. Exsto Tecnologia 89
  • 90. Microcontroladores PIC16F877A O PIC 16F877A possui 15 fontes de interrupções: • • • • • • • • • • • • • • • Interrupção do timer 0; Interrupção do timer 1; Interrupção do timer 2; Interrupção externa (RB0/INT); Interrupção por mudança de estado (bits 4 a 7 do portal B); Interrupção de transmissão serial; Interrupção de recepção serial; Interrupção do módulo comparador analógico; Interrupção do módulo CCP1; Interrupção do módulo CCP2; Interrupção da memória EEPROM; Interrupção do conversor analógico para digital; Interrupção da porta paralela escrava; Interrupção da comunicação SPI; Interrupção por colisão no barramento I2C. A cada interrupção são associados dois bits, para seu controle, sendo que um é o bit de habilitação, alterado somente pelo programa, e o outro é o flag indicador de interrupção, que é setado quando ocorre a interrupção em questão. Esse último bit pode, porém, ser alterado também pelo programa. A Figura 2.9 mostra a lógica como se relacionam as interrupções. Existem mais dois bits envolvidos no trabalho com interrupção, PEIE e GIE. PEIE habilita as interrupções dos periféricos. GIE, por sua vez, realiza a habilitação global. Como pode ser notado, se GIE estiver em ‘0’ todas interrupções estão desabilitadas; se GIE estiver em ‘1’ as interrupções que estiverem habilitadas gerarão pedidos de interrupção à CPU. Figura 8.1 – Lógica de Interrupções Exsto Tecnologia 90
  • 91. Microcontroladores PIC16F877A Atenção: Os flags das interrupções são setados quando ocorre um evento que geraria a interrupção, mesmo que essa interrupção não esteja habilitada. As interrupções externas, isto é, que são causadas diretamente por eventos externos ao microcontrolador, são a interrupção INT em RB0 e a interrupção por mudança de estado do portal B. As demais interrupções são internas, ou seja, causadas pelos periféricos para indicar determinados eventos (chegada de dado pelo portal serial, "estouro" de timer, etc). Quando ocorre uma interrupção o endereço chamado é (sempre) o vetor de interrupção (0004h). Conseqüentemente, a rotina de tratamento de interrupção deve obrigatoriamente começar nesse endereço. Para a determinar qual interrupção ocorreu testa-se os bits de flags de todas as interrupções ativas. Pela ordem em que esses bits são testados pode-se atribuir a prioridade à interrupção, sendo que as interrupções testadas em primeiro lugar têm prioridade maior. Ao contrário de alguns microcontroladores, quando ocorre uma interrupção nenhum registro é automaticamente salvo. Assim é importante salvar os registros W e STATUS antes que seja realizado qualquer tratamento de interrupção, bem como qualquer outro SFR que for usado dentro e fora das rotinas de interrupção. Esse processo é chamado salvamento de contexto. Também é recomendável que o registro STATUS seja zerado. É necessário então que existam variáveis criadas para salvar esses registros. Outra prática recomendada é de nunca usar dentro de uma rotina de tratamento de interrupção registros que são utilizados em outras partes do programa. Todo esse cuidado é necessário por que uma interrupção pode ocorrer a qualquer momento. Portanto, se durante a execução de um trecho do programa um determinado endereço de memória (variável do programa ou SFR) é usado, e exatamente quando esse trecho é execuatdo ocorre o pedido de interrupção que altera o valor do registro em questão, quando retornar a execução do programa normal o valor do registro terá sido alterado. Um outro cuidado que deve ser tomado quando se trabalha com interrupções é não executar rotinas muito grandes. Isso porque o tratamento de interrupção deve tomar medidas emergenciais. Nada que não seja estritamente necessário deve ser trabalhado na interrupção, e isso principalmente porque podem ocorrer várias interrupções em seguida, e só se pode tratar uma por vez. Quando uma interrupção é chamada, a habilitação das demais fica desativada, e só é reativada após a execução do RETFIE. Se outra interrupção ocorrer nesse intervalo de tempo, ela é tratada após RETFIE. Deve-se notar que o que ativa a chamada de interrupção é a existência de um flag setado de uma interrupção habilitada. Assim, depois de tratar uma determinada interrupção deve-se zerar o flag associado a ela. Caso contrário, o programa fica travado, pois cada vez que há o retorno de interrupção (instrução RETFIE), a interrupção é chamada novamente. Finalmente, é necessário considerar que na realidade o tratamento de interrupção não ocorre no exato momento em que a interrupção acontece. Primeiramente, a checagem dos eventos que causam a interrupção obedece a uma varredura interna. E depois de detectado o evento, algumas ações devem ser realizadas, como o desvio para o endereço 0004h, por exemplo. O tempo decorrido entre a ocorrência real do evento que causa interrupção e início de seu tratamento efetivo é chamado de latência da interrupção. Assim, após a real ocorrência de uma interrupção ela só vai começar a ser tratada 3 ciclos de máquina após sua ocorrência, se for uma interrupção interna, e de Exsto Tecnologia 91
  • 92. Microcontroladores PIC16F877A 3 a 3,75 ciclos de máquina se for uma interrupção externa. Esses tempos devem ser considerados em aplicações onde a precisão de tempo é importante. 4.3.1 Utilização das Interrupções Para trabalhar com uma interrupção deve-se primeiramente configurar o periférico associado a ela, o que é feito normalmente uma única vez, na inicialização programa. Nada impede, porém que um periférico seja configurado, ou re-configurado, em qualquer ponto programa. O próximo passo é habilitar as interrupções a serem utilizadas, e isso pode ser feito em dois momentos. Pode-se determinar que uma interrupção esteja ativa durante toda a execução do programa, e nesse caso sua habilitação deve ser feita na inicialização. Por outro lado, em algumas situações deseja-se que a interrupção seja ativada somente a partir de um dado momento ou ainda que seja ativada e posteriormente desativada. Nessa situação basta habilitar, ou desabilitar, a interrupção no momento oportuno. É importante lembrar que as interrupções habilitadas somente causam chamadas de interrupção se o bit de habilitação global (GIE) estiver habilitado. Finalmente, deve-se fazer o “tratamento” de interrupção, isto é, construir as Rotinas de Tratamento de Interrupção (RTI) que serão chamadas quando ocorrerem as interrupções habilitadas. Essas rotinas deverão seguir as recomendações dadas acima e deve-se salvar os registros de interesse conforme exposto. Como para cada interrupção existe um flag que indica sua ocorrência, para se determinar qual interrupção basta testar os flags das interrupções habilitadas e tratar a que ocorreu. Somente uma interrupção pode ser tratada por vez e enquanto uma interrupção é tratada (intervalo que vai desde sua chamada até o retorno realizado pela interrupção RETFIE) não ocorre outra chamada. Isso porque quando uma interrupção é chamada, automaticamente GIE é zerado, só sendo setado novamente pela instrução RETFIE. Os pedidos de interrupção que porventura ocorram nesse intervalo não são descartados, visto que quando GIE volta a ‘1’ e existe algum flag de interrupção habilitada também em ‘1’ imediatamente o processo de tratamento de interrupção recomeça e será repetido até que todas as interrupções pendentes sejam tratadas. Os bits de habilitação das interrupções e respectivos flags, além de GIE e PEIE encontram-se em quatro registros, apresentados abaixo. INTCON (presente em todos os bancos) Contém o controle das interrupções do timer 0, mudança de estado do portal B e a interrupção externa INT, o controle de interrupção de periféricos e o controle geral de interrupções. Os flags indicadores de interrupção devem ser zerados por software. Pode ser lido ou escrito. R/W – 0 GIE Bit 7 R/W – 0 PEIE R/W– 0 T0IE R/W – 0 R/W – 0 R/W – 0 R/W – 0 INTE RBIE T0IF INTF R/W – x RBIF Bit 0 INTCON GIE: Habilitação global das interrupções o 1 = interrupções habilitadas Exsto Tecnologia 92
  • 93. Microcontroladores PIC16F877A o 0 = interrupções desabilitadas PEIE: Habilitação das interrupções de periféricos o 1 = interrupções de periféricos habilitadas o 0 = interrupções de periféricos desabilitadas T0IE: Interrupção do timer 0 (por overflow) o 1 = interrupção habilitada o 0 = interrupção desabilitada INTE: Interrupção RB0/INT o 1 = interrupção habilitada o 0 = interrupção desabilitada RBIE: Interrupção por mudança de estado no portal B o 1 = interrupção habilitada o 0 = interrupção desabilitada T0IF: flag da interrupção do timer 0 o 1 = ocorreu overflow de timer 0 o 0 = não ocorreu overflow de timer 0 INTF: flag da interrupção INT o 1 = ocorreu interrupção externa o 0 = não ocorreu interrupção externa RBIF: flag da interrupção por mudança de estado no portal B o 1 = pelo menos um dos bits RB4~RB7 mudou o 0 = nenhum dos bits RB4~RB7 mudou PIE1 (Banco 1) Contém bits de habilitação de interrupções de periféricos. Essas interrupções só ocasionam chamada se PEIE estiver em ‘1’. R/W – 0 PSPIE Bit 7 R/W – 0 ADIE R/W– 0 RCIE R/W – 0 R/W – 0 R/W – 0 R/W – 0 R/W – 0 TXIE SSPIE CCP1IE TMR2IE TMR1IE Bit 0 PIE1 EEIE: Interrupção de operação de escrita na EEPROM o 1 = interrupção habilitada o 0 = interrupção desabilitada CMIE: Interrupção do módulo comparador analógico o 1 = interrupção habilitada o 0 = interrupção desabilitada RCIE: Interrupção de recepção da USART o 1 = interrupção habilitada o 0 = interrupção desabilitada TXIE: Interrupção de transmissão da USART o 1 = interrupção habilitada o 0 = interrupção desabilitada CCP1IE: Interrupção do CCP1 o 1 = interrupção habilitada o 0 = interrupção desabilitada TMR2IE: Interrupção do Timer 2 o 1 = interrupção habilitada o 0 = interrupção desabilitada TMR1IE: Interrupção do Timer 1 Exsto Tecnologia 93
  • 94. Microcontroladores PIC16F877A o o 1 = interrupção habilitada 0 = interrupção desabilitada PIR1 (Banco 0) Contém flags das interrupções de periféricos. R/W – 0 R/W – 0 EEIF Bit 7 CMIF R/W– 0 RCIF R/W – 0 U–0 R/W – 0 R/W – 0 R/W – 0 TXIF - CCP1IF TMR2IF TMR1IF Bit 0 PIR1 EEIE: Flag de operação de escrita na EEPROM o 1 = operação de escrita completa o 0 = operação de escrita incompleta ou não iniciada CMIF: Flag do módulo comparador analógico o 1 = houve mudança no estado das saída dos comparadores o 0 = não houve mudança no estado das saída dos comparadores RCIF: Interrupção de recepção da USART o 1 = o buffer de recepção está cheio o 0 = o buffer de recepção está vazio TXIF: Interrupção de transmissão da USART o 1 = o buffer de recepção está vazio o 0 = o buffer de recepção está cheio CCPIF Flag do CCP1 o Modo Captura 1 = ocorreu a captura do registro TMR1 0 = não ocorreu a captura do registro TMR1 o Modo Comparador 1 = ocorreu uma comparação de igualdade com TMR1 0 = não ocorreu uma comparação de igualdade com TMR1 o Modo PWM Não utilizado TMR2IF: Flag de igualdade entre PR2 e TMR 2 o 1 = ocorreu igualdade entre PR2 e TMR2 o 0 = interrupção desabilitada TMR1IF : Flag de overflow de Timer 1 o 1 = ocorreu overflow de TMR1 o 0 = não ocorreu overflow de TMR1 PIE2 (Banco 1) Contém bits de habilitação de interrupções de periféricos. Essas interrupções só ocasionam chamada se PEIE estiver em ‘1’. R/W – 0 Bit 7 R/W – 0 CMIE R/W– 0 - R/W – 0 R/W – 0 R/W – 0 R/W – 0 R/W – 0 EEIE BCLIE - - CCP2IE Bit 0 PIE1 Exsto Tecnologia 94
  • 95. Microcontroladores PIC16F877A CMIE: Interrupção do módulo comparador analógico o 1 = interrupção habilitada o 0 = interrupção desabilitada EEIE: Interrupção de escrita na EEPROM o 1 = interrupção habilitada o 0 = interrupção desabilitada BCLIE: Interrupção de colisão no barramento I2C o 1 = interrupção habilitada o 0 = interrupção desabilitada CCP2IE: Interrupção do CCP2 o 1 = interrupção habilitada o 0 = interrupção desabilitada PIR2 (Banco 0) Contém flags das interrupções de periféricos. R/W – 0 Bit 7 R/W – 0 CMIF R/W– 0 - R/W – 0 U–0 R/W – 0 R/W – 0 R/W – 0 EEIF BCLIF - - CCP2IF Bit 0 PIR1 CMIF: Flag do módulo comparador analógico o 1 = houve mudança no estado das saída dos comparadores o 0 = não houve mudança no estado das saída dos comparadores EEIF: Flag de operação de escrita na EEPROM o 1 = operação de escrita completa o 0 = operação de escrita incompleta ou não iniciada BCLIE: Flag de colisão no barramento I2C o 1 = ocorreu uma colisão no barramento I2C (estando o módulo SSP configurado no modo I2C Master) o 0 = não ocorreu uma colisão no barramento I2C CCPIF Flag do CCP1 o Modo Captura 1 = ocorreu a captura do registro TMR1 0 = não ocorreu a captura do registro TMR1 o Modo Comparador 1 = ocorreu uma comparação de igualdade com TMR1 0 = não ocorreu uma comparação de igualdade com TMR1 o Modo PWM Não utilizado O trecho de código abaixo trata salvamento de contextos e pode ser utilizado como base para rotinas de tratamento de interrupção. ; Definição das variáveis para salvamento CBLOCK 20h INT_W INT_STATUS INT_FSR ENDC ... ; Tratamento de interrupção org 0004H ; Vetor de interrupção Exsto Tecnologia 95
  • 96. Microcontroladores PIC16F877A MOVWF MOVFW MOVWF CLRF MOVFW MOVWF INT_W STATUS INT_STATUS STATUS FSR INT_FSR ; ; ; ; ; ; salva W em INT_W > salva STATUS em INT_STATUS zera STATUS > salva FSR em INT_FSR ; ; > tratamento das interrupções ; / MOVFW MOVWF MOVFW MOVWF MOVFW INT_STATUS STATUS INT_FSR FSR INT_W RETFIE ; ; > recupera STATUS ; ; > recupera FSR ; recupera W ; retorno de interrupção 4.3.2 Interrupção externa em RB0 Das duas interrupções que são acionadas diretamente por elementos externos ao microcontrolador, a primeira que será estudada é chamada simplesmente de INT e é multiplexada com o bit 0 do portal B. Essa interrupção destina-se a ser usada para a chamadas de interrupções provenientes das diversas partes do circuito. Quando existem várias fontes de interrupção deve-se montar uma lógica externa, de forma a fazer uma operação OU entre todas as fontes de interrupção com uma única saída ligada a INT. A interrupção ocorre na mudança de estado lógico no terminal PORTB,0. Isto significa que não é um determinado estado lógico (‘0’ ou ‘1’) que causa a chamada da interrupção; o flag que indica a interrupção INT (o bit INTF do registro INTCON) não é uma “cópia” do estado de RB0. A interrupção pode ser configurada para “disparar” na transição de subida (0 para 1) ou decida (1 para 0). Isso é feito configurando o bit INTEDG de OPTION_REG conforme mostrado abaixo. INTEDG = 0 : transição de descida INTEDG = 1 : transição de subida A habilitação da interrupção INT é feita setando o bit INTE de INTCON. O bit de habilitação global das interrupções, GIE de INTCON, também deve ser setado. Da mesma forma que a interrupção por mudança de estado, INT pode tirar o processador do modo SLEEP. 4.3.3 Interrupção por mudança no portal B Outra interrupção externa existente no microcontrolador é a interrupção por mudança na porta B. Essa interrupção é chamada toda vez que ocorre uma mudança (seja ela qual for) nos bits 4, 5, 6 e 7 do portal B. Essa interrupção pode ser utilizada da mesma maneira que a interrupção INT, com a limitação de que a interrupção irá ocorrer toda vez que acontecer uma transição de alto para baixo ou de baixo para alto em algum pino. Outra possibilidade de uso da interrupção por mudança de estado no portal B é em conjunto com teclados matriciais. O teclado do kit, conforme estudado, tem suas linhas conectadas aos pinos do portal B associados à interrupção. Dessa forma, quando uma tecla é pressionada ocorre uma chamada de interrupção, bastando para isso apenas que as colunas do teclado estejam todas em nível lógico baixo. Dentro da rotina de tratamento de interrupção pode- Exsto Tecnologia 96
  • 97. Microcontroladores PIC16F877A se executar a rotina de leitura do teclado, identificando a tecla lida e retornando as colunas a nível lógico baixo. Esse funcionamento é bastante útil em sistema que ficam muito tempo ociosos. Nesses casos é possível colocar o microcontrolador em modo de baixo consumo e “acorda-lo” somente quando uma tecla for pressionada, num processo parecido ao utilizado em celulares. Exsto Tecnologia 97
  • 98. Microcontroladores PIC16F877A 5 PERIFÉRICOS DO PIC16F877A 5.1 Timers Um dos periféricos mais comuns em qualquer linha de microcontroladores é Timer/Couter – Temporizador/ Contador. Trata-se de nada mais, nada a menos, que um componente contador dentro do microcontrolador. Se atuar fazendo contagem de eventos externos, aleatórios, é dito no modo contador (Counter). Se o evento que causa a contagem for um sinal periódico de freqüência conhecida, gerado dentro ou fora do microcontrolador, é dito no modo temporizador (timer). O PIC16F877A possui três timer´s: timer 0, Timer 1 e Timer 2. A operação dos três é bastante semelhante, bastando estudar apenas um (no caso o Timer 1) para se estar habilitado a trabalhar com os outros dois. 5.1.1 Timer 1 O Timer 1 é um temporizador/contador (timer/counter) de 16 bits. O sinal de clock pode ser selecionado como interno ou externo. Caso seja usada a fonte de clock interna, o sinal será o do clock de periféricos, que corresponde à freqüência do oscilador dividida por 4. No caso kit, que utiliza um cristal de 4MHz, trata-se de um sinal com período de 1 microssegundo. Já no caso de sinal de clock externo, o sinal deve ser aplicado ao terminal RC0. Quando se utiliza fonte de clock externo é possível selecionar em qual transição (subida ou descida) o timer incrementa. Existem ainda uma interrupção no overflow do timer e uma pré-escala programável que permite dividir a freqüência do sinal de clock até por 8. A figura 9.1 apresenta o diagrama elétrico simplificado do timer 1. O contador propriamente dito é composto pelo par de registros TMR1H e TMR1L. Quando ocorre o overflow desse timer o flag TMR1IF é setado, podendo ocasionar uma interrupção. Para economia de energia o timer pode ser desabilitado através do bit TMR1ON, que inibe os pulsos de clock para o timer. O sinal de clock, caso seja externo, pode ser sincronizado ou não com o clock interno; essa escolha é feita através do bit T1SYNC. A pré-escala permite dividir a freqüência do sinal de clock por 1, 2, 4 ou 8. Através do bit TMR1CS seleciona-se se a fonte de clock é interna ou externa. Sendo externo, o clock pode ser gerado por qualquer circuito conectado a RC0 ou por um oscilador próprio do timer, que é ativado por T1OSCEN. Esse oscilador permite colocar um cristal (tipicamente de 32.768 Hz) entre RC0 e RC1, e que pode operar quando o microcontrolador estiver em SLEEP, ou seja, com o oscilador principal desligado. Exsto Tecnologia 98
  • 99. Microcontroladores PIC16F877A Figura 9.1 – Diagrama em blocos do Timer 1 O registro para controle do timer é chamado T1CON, detalhado abaixo. U–0 Bit 7 U–0 - R/W– 0 T1CKPS1 R/W – 0 R/W – 0 R/W – 0 R/W – 0 R/W – 0 T1CKPS0 T1OSCEN T1SYNC TMR1CS TMR1ON Bit 0 T1CON T1CKPS1: T1CKPS0: seleção da taxa de divisão da pré-escala (tabela 18.4). T1OSCEN: Controle do oscilador do Timer 1 o 1 = oscilador ligado o 0 = oscilador desligado T1SYNC: Controle de sincronismo de sinal de clock externo o Se TMR1CS = 1 1 = modo assíncrono 0 = modo síncrono o Se TMR1CS = 0 Esse bit é irrelevante TMR1CS: seleção de fonte de clock o 1 = Clock externo no terminal RB6/T1CKI (transição de subida) o 0 = Clock de periféricos interno (Fosc/4) TMR1ON: habilitação do Timer 1 o 1 = timer ligado o 0 = timer desligado A pré-escala do timer 1 permite a seleção de 4 fatores de divisão, através do bits T1CKPS1 e T1CKPS0, conforme mostrado na tabela 9.1. Valor Taxa de divisão T1CKPS1 T1CKPS0 0 0 1:1 0 1 1:2 1 0 1:4 1 1 1:8 Tabela 9.1 – Pré-escala do timer 1 Exsto Tecnologia 99
  • 100. Microcontroladores PIC16F877A Há também o bit TMR1ON, que permite desligar todo o timer 1 quando este não for usado, reduzindo assim o consumo de energia. Ele também pode ser utilizado para parar o timer em algumas situações que trataremos mais adiante. O timer 1 tem três modos de operação: temporizador contador o síncrono o assíncrono No modo temporizador, o sinal de clock utilizado é o clock de periférico (TMR1CS = ‘0’). Nesse caso, seu funcionamento é bem semelhante ao do timer 0, porém realizando contagens de 0000h á FFFFh (16 bits), além da pré-escala. O modo contador, por sua vez, utiliza como fonte de clock o sinal aplicado ao terminal RB6. O timer é incrementado a cada transição de subida nesse pino. Podemos trabalhar no modo síncrono ou assíncrono. A seleção de modo é feita pelo bit T1SYNC, sendo que ‘0’ indica modo síncrono e ‘1’ modo assíncrono. No modo síncrono o sinal de clock é amostrado duas vezes a cada ciclo de instrução. Se a taxa de divisão do pré-escala for 1, significa que o sinal de entrada é aplicado diretamente ao circuito de sincronismo. Nestas condições, o sinal aplicado deve ter tempos em alto e em baixo de no mínimo 2 ciclos de instrução mais 20 ns. Por outro lado, se o valor da pré-escala for diferente de 1, os tempos mínimo de alto e baixo são de 10 ns e o período mínimo depende do fator de divisão, conforme é mostrado na tabela 9.4. Como o modo síncrono depende do sinal de clock, se o microcontrolador for colocado em modo SLEEP (baixo consumo) o timer para de funcionar. No modo assíncrono, o contador trabalha de forma completamente independente do clock do microcontrolador. Essa configuração pode ser utilizada no modo SLEEP, inclusive podendo acionar a interrupção, fazendo o microcontrolador sair do modo de baixo consumo. Nesse modo, os tempos mínimos em alto e em baixo são de 30ns e o período mínimo é de 60ns, com ou sem pré escala. A tabela 9.2 resume os limites de operação do timer 1 nos vários modos. Parâmetro Largura de pulso (alto e baixo) Período Condição Valor mínimo Síncrono Sem pré-escala Síncrono Com pré-escala Assíncrono Síncrono. N é o fator da pré-escala. Sem pré-escala, N é 1. 0,5TCY + 20 15 30 TCY + 40 N Assíncrono 60 Tabela 9.2 – Requisitos mínimos para o timer 1 Unidade ns ns ns ns ns Novamente devemos tomar cuidados contra bouncing quando a fonte do sinal de contagem for mecânica. Exsto Tecnologia 100
  • 101. Microcontroladores PIC16F877A 5.1.2 Oscilador do timer 1 O timer 1 foi equipado com um circuito oscilador próprio, que nos permite ligar um cristal entre pinos RC0 e RC1, para gerar uma base de tempo independente do clock do microcontrolador. A principal função dessa característica é implementar um relógio de tempo real. Tanto que esse oscilador foi desenvolvido para trabalhar com um cristal de 32.768 Hz. Esse valor é exatamente 215. Dessa forma podemos gerar uma interrupção a cada segundo, carregando o valor inicial de 32768 (8000h) nos registros do timer ou utilizando o módulo CCP do modo de comparação. Esse oscilador pode operar durante o modo SLEEP, podendo ser usado para despertar o microcontrolador periodicamente. Além do cristal 32.768 Hz são necessários dois capacitores de 15pF dos terminais do cristal a terra. Para ativar o oscilador, o bit T1OSCEN deve ser setado. Quando isso ocorre, os pinos RC0 E RC1 deixam de trabalhar como I/O e seus estados no PORTB ficam irrelevantes. 5.1.3 Interrupção O bit de habilitação da interrupção do timer é o TMR1IE do registro PIE1. O bit indicador de overflow do timer é TMR1IF de PIR1. 5.2 Módulo CCP No PIC16F877A existem dois módulos CCP, chamados CCP1 e CCP2. Aqui será tratado o CCP1, mas todo o raciocínio é válido para CCP2. O módulo CCP (Captura, Comparação e PWM) permite realizar uma série de funções por hardware. Para exemplificar a versatilidade desse periférico, podemos citar como exemplos de sua utilização: geração de sinais de PWM, geração de sinais analógicos, medida de freqüência, medida de largura de pulso, dentre várias. Existem três modos de operação: • Captura • Comparação • PWM (Modulação por largura de pulso) Esse periférico é controlado por dois registros que operam conjuntamente como um parâmetro de 16 bits (CCP1H e CCP1L) e um registro de controle (CCP1CON). Além disso, nos modos de captura e comparação é usado e no modo PWM o timer 2 fornece a base de tempo. Por fim, existe uma interrupção associada ao módulo CCP, que é disparada em situações diferentes para cada modo. U–0 Bit 7 U–0 - R/W– 0 CCP1X R/W – 0 R/W – 0 R/W – 0 R/W – 0 R/W – 0 CCP1Y CCP1M3 CCP1M2 CCP1M1 CCP1M0 Bit 0 CCP1CON Os bits CCP1X e CCP1Y são utilizados somente no modo PWM. Os demais bits implementados servem para seleção de modos de operação, conforme é apresentado na tabela 10.1. Deve-se observar que após o reset, o módulo CCP fica desativado. Valor Modo Exsto Tecnologia 101
  • 102. Microcontroladores PIC16F877A CCP1M3 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 CCP1M2 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 CCP1M1 CCP1M0 0 0 Módulo CCP desligado Transição de descida 0 0 Captura Transição de subida 0 1 4 transições de subida 1 0 16 transições de subida 1 1 0 0 Comparação Pino de saída em ‘1’ na coincidência Pino de saída em ‘0’ na coincidência 0 1 Somente seta flag de interrupção 1 0 Reset timer (Special trigger) 1 1 x x PWM Tabela 10.1 – Modos de operação do módulo CCP 5.2.1 Modo captura No modo captura, o valor do timer 1(TMR1H:TMR1L) é armazenado nos registros CCP1H:CCP1L quando ocorre um “evento”. Além disso, o flag CCP1IF é setado, permitindo acionar a interrupção. Esse evento, que é configurado conforme a tabela 10.1 pode ser a ocorrência de : • • • • 1 transição de descida no terminal RB3/CCP1 1 transição de subida no terminal RB3/CCP1 4 transições de subida no terminal RB3/CCP1 16 transições de subida no terminal RB3/CCP1 Para operação nesse modo, o terminal RB3/CCP1 deve estar configurado como entrada e o timer deve estar no modo temporizador ou no modo contador síncrono. O modo captura pode ser utilizado para determinar a diferença de tempo entre dois eventos. Isso pode ser feito de duas formas. No primeiro evento, o timer é resetado e no segundo, o valor capturado do timer 1 multiplicado pelo período do seu clock corresponde ao tempo transcorrido entre os dois eventos. Outra forma é deixar o timer 1 incrementado livremente e capturar seu valor nos dois eventos. Fazendo uma subtração entre os dois valores capturados, temos o tempo entre os eventos. Esse procedimento pode ser utilizado para medir velocidade e freqüências (nesse caso temos o período e sabemos que f = 1/T). Os modos onde o evento de captura é a ocorrência de 4 ou 16 transições podem ser vistos como tendo uma pré-escala na entrada. Essa pré-escala pode ser útil para trabalhar com sinais de freqüências altas, como será mostrado. Sua contagem só pode ser zerada com a mudança de modo do CCP. A figura 10.1 apresenta o diagrama em blocos para o modo de captura. Exsto Tecnologia 102
  • 103. Microcontroladores PIC16F877A Figura 10.1 – Diagrama do modo captura Durante o modo SLEEP, se ocorrer um evento, o flag é setado, mas o valor de Timer 1 não é capturado, pois o timer 1 (como temporizador ou contador síncrono) não opera durante o SLEEP. No reset, zera a pré-escala. 5.2.2 Modo comparação Nesse modo, o par de registros do módulo CCP (CCP1H:CCP1L) é constantemente comparado com o par de registros do timer 1 (TMR1h:TMR1L). Quando eles coincidem, é setado o flag CCP1IF. Além disso, podemos zerar o timer 1 ou forçar um estado no pino RB3/CCP1. Quando optamos por zerar o timer 1, o funcionamento é muito parecido com o do timer 2 em relação ao registro PR2. Quando se seleciona os modos que forçam estados (‘1’ ou ‘0’) no pino RB3/CCP1, o pino fica no estado oposto ao desejado até que ocorra a coincidência. Nesse caso, o pino deve ser configurado como saída. A figura 10.2 apresenta o diagrama do modo comparação. Figura 10.2 – Diagrama do modo comparação 5.2.3 Modo PWM O módulo PWM permite utilizar sinais modulados em largura de pulso (PWM – Pulse Width Modulation), que consiste em representar um valor pelo duty-cicle (tempo em alto) de um trem de Exsto Tecnologia 103
  • 104. Microcontroladores PIC16F877A pulsos de freqüência fixa. Por exemplo, admitindo que estamos trabalhando com o PWM do PIC, sua resolução máxima é de 10 bits, ou seja, 1023 corresponde a 100% de duty-cicle. Usando uma regra de três simples, podemos determinar a quanto que corresponde 30%, 25%, 99%, etc. É chamada de modulação porque permite carregar uma informação (expressa no duty-cicle) em uma portadora (trem de pulsos). A maior parte das aplicações de PWM para microcontroladores se aproveita da propriedade da energia de um sinal retangular ser proporcional ao seu duty-cicle (a energia de um sinal está relacionada com a área entre o sinal e o eixo do tempo). Vamos imaginar que um sinal PWM é aplicado a uma lâmpada DC. Um duty-cicle de 100% (sinal sempre em ‘1’) fará a lâmpada acender em sua potência máxima; já um sinal com 70% de tempo em alto entrega a lâmpada 70% da potência máxima, e assim por diante. Essa propriedade é utilizada no acionamento de cargas DC, controle de motores, etc. Outra característica importante do PWM é que, se o sinal for filtrado, podemos obter níveis analógicos, também proporcionais ao duty-cicle. Isso permite que geremos desde níveis analógicos fixos até sinais mais complexos, como tons DTMF (de telefonia). O PWM precisa de uma base de tempo que dará a freqüência do sinal. O módulo CCP utiliza o Timer 2 para conseguir essa base. Isso pode ser observado no diagrame em blocos do PWM, na figura 10.3. Também é necessário que o pino RB3/CCP1 seja configurado como saída. Figura 10.3 – Diagrama em blocos no modo PWM A geração do sinal PWM se dá da seguinte maneira. Cada vez que TMR2 coincide com PR2, o pino RB3/CCP1 é setado e TMR2 é resetado. Isso nos dá a freqüência do sinal. O duty-cicle é conseguido comparando o CCPR1H concatenado com dois bits de latch com TMR2 concatenado com mais dois bits, da pré-escala ou gerados pelos ciclos Q; Quando há a coincidência, o pino RB3/CCP1 é zerado. As concatenações nos dão 10 bits de resolução. Esse processo pode ser observado na figura 10.4. O registro CCPR1H não é acessível para leitura no modo PWM. O duty-cicle é configurado através de CCP1L e dos bits 4 e 5 de CCP1CON. Esse valor é atualizado em CCPR1H e nos bits de latch a cada período. Exsto Tecnologia 104
  • 105. Microcontroladores PIC16F877A Figura 10.4 – Sinal PWM Configurar o PWM é estabelecer sua freqüência e seu duty-cicle. De posse desses dois parâmetros, podemos calcular os valores em cada registro. O período é o inverso da freqüência e é configurado através de PR2 e da pré-escala do TMR2 e pode ser calculado através da equação 10.1. TPWM = ( PR 2 + 1) × 4 × TOSC × (TMR 2 PS ) (10.1) Onde: TPWM : período do PWM TOSC: período do oscilador TMR2PS: fator de pré-escala do timer 2 Para encontrar o valor de PR2 a partir de um dado valor de período pode ser usada a equação 10.2. Valor de PR2 deve ser inteiro e menor que 256. Logo, em alguns casos será necessário arredondar esse valor, o que gerará um pequeno erro entre a freqüência desejada e a real. Com valores diferentes de pré-escala podemos chegar a valores menores que 256 e a aproximações que levem a um erro menor. PR 2 = TPWM −1 4 × TOSC × TMR2 PS (10.2) O duty-cicle por sua vez é configurado através de CCPR1L e dos bits 4 e 5 de CCP1CON. Geralmente se especifica o duty-cicle em porcentagem do tempo total. Assim, dado um duty-cicle em porcentagem (DC%), o tempo correspondente a ele é encontrado pela equação 10.3 TDC = TPWM × DC % 100 (10.3) Esse tempo também pode ser calculado pela equação 10.4. TDC = DC[9 : 0] × TOSC × TMR2 PS (10.4) Onde: Exsto Tecnologia 105
  • 106. Microcontroladores PIC16F877A TPWM : período do PWM TOSC: período do oscilador TMR2PS: fator de pré-escala do timer 2 DC[9:0] : é um valor de 10 bits obtido acrescentando os bit 5 e 4 a esquerda de CCP1RL Dispondo do tempo do duty-cicle, o valor de DC[9:0] é dado pela equação 10.5. Esse valor deve ser inteiro e menor que 1023. O valor da pré-escala deve ser o mesmo utilizado para a determinação do período. DC[9 : 0] = T DC TOSC × TMR 2 PS (10.5) O período (e conseqüentemente a freqüência) é dado pelo registro PR2. Para freqüências altas (períodos pequenos) existe uma perda da resolução, isto é, na verdade trabalhamos com menos de 10 bits. Por exemplo, se o valor usado para PR2 for 63, os dois bits mais significativos são “perdidos” e 100% de duty-cicle corresponderá á 255. Teremos um PWM de 8 bits. A resolução, dada em bits, para uma dada freqüência de PWM é dada pela equação 10.6. FOSC ) FPWM log( 2) log( RESOLUÇÃO = (10.6) 5.2.4 Interrupção O bit de habilitação de interrupção é CCP1IE em PIE1. O flag de interrupção é CCP1IF em PIR1. O evento que dispara a interrupção depende do modo de trabalho. Assim a interrupção significa: • Modo Captura: a ocorrência de uma captura • Modo Comparação: coincidência entre TMR1H:TMR1L e CCPR1H:CCP1L Modo PWM: não há interrupção associada a esse modo. 5.3 Comunicação Serial A comunicação entre circuitos eletrônicos digitais pode ser feita basicamente de duas maneiras: de forma paralela ou serial. 5.3.1 Comunicação Paralela No envio de dados de forma paralela todos os bits que compõe uma palavra são transmitidos ao mesmo tempo e por diferentes condutores. O exemplo clássico são os barramentos dos PC´s, facilmente reconhecíveis pelas diversas trilhas que correm paralelas na placa de circuito impresso. Esse tipo de condução exige pouco ou nenhum preparo para o envio, visto que os dados são tratados dentro do processador de forma paralela. Outra característica dessa forma de comunicação é a velocidade. Como a informação toda é enviada de uma só vez, a transferência de informações ocorre em tempo mínimo. Exsto Tecnologia 106
  • 107. Microcontroladores PIC16F877A As limitações dessa técnica surgem quando as distâncias entre os pontos que se deseja comunicar aumentam. Em primeiro lugar para interconexão de equipamentos em distâncias grandes o uso de comunicação paralela exige conectores de muitos pinos e cabos de várias vias.Como pode ser intuído, o custo dos cabos e conectores é proporcional ao número de vias do cabo. Além do custo dos cabos outro impedimento para a comunicação paralela são os efeitos reativos (capacitivos e indutivos) dos meios de comunicação paralela (sejam eles cabos ou trilhas numa placa). Em altas taxas de transmissão devemos considerar os condutores a luz da teoria de guias de ondas, que de forma resumida nos diz que em altas freqüências um fio ou uma trilha não devem ser encarados como um curto-circuito, mas como uma associação de resistências, capacitâncias e indutâncias. Em virtude disso os sinais podem se degradas por interferência mútua e também, pelas próprias características do meio. Outro ponto importante é o ruído (interferência) inserido nos condutores e proveniente do onde eles estão. Novamente o maior número de condutores agrava a situação. Esses fatos são inerentes a qualquer linha de transmissão de sinais elétricos, mas o agrava os problemas na comunicação paralela é que cada linha de transmissão é um meio diferente das demais, ou seja, cada bit é degradado de forma diferente. Isso pode acarretar problemas na comunicação de dados a distâncias longas (o critério para dizer se uma distância é “grande” é sua comparação com o comprimento de onda do sinal que se transmite), limitando assim a comunicação a pequenas distâncias em alta velocidade (por exemplo, barramentos do PC) ou a distâncias maiores com baixa taxa de transmissão (por exemplo, comunicação entre PC e impressora). 5.3.2 Comunicação serial A forma encontrada para solucionar os problemas apresentados pela comunicação paralela a foi transmitir os bits de forma serial, ou seja, um bit de cada vez. Quanto ao quesito custo essa forma de transmissão é bastante eficiente, porque em sua forma mais simples pode ser implementada com apenas dois condutores, um para envio de dados e outro de referência. A comunicação serial também traz vantagens no aumento das taxas e das distâncias de comunicação. Técnicas para a redução de ruído e degradação do sinal podem ser aplicadas mais facilmente quando a informação transita por um único caminho. Além disso, não há problemas em os bits serem afetados de forma diferente, pois são tratados separadamente. Em contrapartida, a comunicação serial demanda um circuito mais complexo, uma vez que a informação que é tratada de forma paralela pelo processador deve ser convertida para o formato paralelo. Pelo mesmo motivo, a transmissão é mais lenta que a paralela (observando apenas o tempo do envio de uma informação). O principal problema a ser resolvido na comunicação serial, porém, é saber quando um bit termina e quando começa o próximo. E ainda, os cabos não deixam de ser guias de ondas, apresentando os problemas discutidos acima e mantendo sempre uma relação de compromisso entre o comprimento dos cabos e a taxa transmissão máxima. Por todas essas razões a quase totalidade das conexões entre equipamentos é feita por comunicação serial. Entre as formas de comunicação serial mais difundida podemos citar o EIA-232, EIA-485, o USB e mesmo as LAN´s Ethernet. A comunicação serial pode se dar de duas maneiras principais, a síncrona e assíncrona, que diferem na forma de localizar cada bit em uma “rajada”. Exsto Tecnologia 107
  • 108. Microcontroladores PIC16F877A Como o próprio nome diz, na comunicação serial síncrona existe um sincronismo, nesse caso entre o sinal transmitido e um clock enviado juntamente. O clock permite determinar o exato momento em que o bit do sinal deve ser lido, evitando assim erros na recepção e a correta montagem do dado na forma paralela. Entres as formas de comunicação serial síncrona podemos citar o I2C e o SPI, que não serão tratados aqui. Já na comunicação assíncrona nenhuma referencia de onde o bit deve ser lido é enviado com o sinal. A solução nesse caso é “adivinhar” o momento certo de ler o bit. Para isso é necessário que o receptor saiba a taxa e transmissão, e portanto a duração de cada bit, e que o transmissor indique de alguma forma onde começa e onde termina a transmissão. Dessa maneira, o receptor aguarda a chegada da indicação de início, chamado start bit ou bit de início e quando esse é lido ele sabe que a cada intervalo de tempo, chamado tempo de bit (tB) um bit novo está presente na via de comunicação. Para minimizar o risco de erro a leitura é feita na metade da duração do bit ou são feitas algumas amostras durante esse intervalo de tempo. Aparentemente, se procedermos dessa forma, bastaria enviar um start bit e para sincronizar receptor e transmissor e depois poderia vir uma seqüência infinita de bits. Na verdade, porém, isso não ocorre, pois sempre existira uma pequena diferença entre as bases de tempo de TX e RX. Como uma amostra ocorre tB após a anterior, se esse tempo estiver errado, o erro vais se acumulando até que se perca o sincronismo. Por exemplo, se o relógio de RX for 5% mais lento ou mais rápido que o de TX a cada 20 bits recebido o sincronismo será perdido. Na prática os dados são enviados em “pacotes” de alguns bits, iniciados por um start bit e terminados por um stop bit. O stop bit tem a função de marcar o fim do pacote, para que um bit de informação não seja confundido com um novo start bit. O formato genérico de um “pacote” de comunicação serial é apresentado na figura abaixo. Tempo ocioso (opcional) 1, 1 ½ ou 2 stop bits Bit de paridade (opcional) 5 a 9 bits de dados 1 start bit Figura 11.1 – Transmissão serial genérica Dos diversos padrões de comunicação serial assíncrona, dois são de especial interesse por sua ampla utilização nas aplicações de microcontroladores. São eles o EIA-232C e o EIA-485 Exsto Tecnologia 108
  • 109. Microcontroladores PIC16F877A 5.3.3 EIA-232C Popularmente conhecido como RS-232, esse protocolo foi inicialmente desenvolvido para permitir a comunicação entre computadores e modens, para transmissão de dados a longa distância. A norma que rege o protocolo é a TIA/EIA-232, cuja revisão C é a mais recente (1969). Devido a sua aplicação inicial como protocolo de comunicação entre um terminal de computador e um equipamento de comunicação, o protocolo estabelece os conceitos de DTE (Data Terminal Equipament – Equipamento Terminal de Dados) e DCE (Data Communication Equipament – Equipamento de comunicação de dados). O sentido dos pinos de comunicação é dado do ponto de vista do DTE. Como tipicamente o EIA-232 é utilizado para comunicação entre um computador e o microcontrolador vamos sempre admitir aqui que computador é o DTE e o microcontrolador DTE. A norma especifica vários pinos mas na prática os mais utilizados são os apresentados na tabela abaixo. As funções e direções dos pinos são dadas em função do DTE Pino TxD RxD RTS CTS DSR DTR Função Transmissão do DTE para o DCE Transmissão do DCE para o DTE Sinaliza que o DTE está pronto para receber dados do DCE Sinaliza que o DCE está pronto para receber dados do DTE DCE pronto para operação DTE pronto para operação Tabela 11.1 - Pinos de comunicação serial Direção Saída Entrada Saída Entrada Entrada Saída Os pinos DSR e DTR servem para indicar que os equipamentos estão conectados e prontos para comunicação. DTS e CTS servem para fazer controle de fluxo: Quando o DTE tem dados para transmitir ele informa o DCE através de RTS; se o DCE pode receber esses dados CTS é ativado. As sinalização são ativadas em ‘0’ e desativadas em ‘1’. Em uma grande maioria dos casos são utilizados apenas os terminais de transmissão e recepção de dados, podendo ser usado um cabo com apenas 3 fios (TxD, RxD e Terra). Segundo a norma, a comunicação serial pode suportar taxas de bit (geralmente chamadas baud rate) de até 20 kbps. É possível realizar comunicação full-duplex, ou seja, nos dois sentidos ao mesmo tempo. A distância máxima do cabo de comunicação deve ser inferior a 15 metros (50 pés). Umas das principais causas da limitação de taxa e distância do EIA-232C é limitação nos tempos de subida e descida do sinal, que deve ser menor que 4% do tempo de bits. As especificações elétricas do EIA-232C podem ser observadas na figura abaixo. Exsto Tecnologia 109
  • 110. Microcontroladores PIC16F877A TX Cabo RX +15V +15V ‘0’ +5V +3V ? -3V -5V ‘1’ -15V -15V Figura 11.2 – Faixas de tensão do EIA-232C No transmissor o nível lógico ‘0’ é representado por uma tensão entre +5 e +15 Volts e o nível lógico ‘1’ é representado por tensões entre -5 e -15 Volts. No receptor tensões entre +3 e +15 Volts são interpretadas como ‘0’ e entre -3 e -15 Volts interpretadas como ‘1’; tensões entre +3 e -3 Volts levam a estados ideterminados. A diferença entre os limites de tensão no transmissor (-5V e +5V) e os limites do receptor (-3V e +3V) constitui a margem de segurança, dentro da qual ruídos e eventuas perdas no cabo não degradam os dados. As tensões máxima mínima que podem ser aplicadas ao receptor sem que haja dano são, respectivamente, +25V e -25V. Além disso, a norma especifica que qualquer curto circuito entre quaisquer pinos, inclusive o pino de terra, não devem causar dano ao circuito. Como na maioria das aplicações trabalha com circuitos alimentados com +5V são necessários conversores de nível para criar uma interface elétrica com o EIA-232, dentre os quais os mais conhecidos são o MAX232 e seus equivalentes. 5.3.4 A USART do PIC16F877A O PIC16F877A, assim como diversos outros microcontrolador, possui um módulo de realiza comunicação serial. Ele é conhecido como USART (Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter – Receptor e Transmissor Síncrono Assíncrono Universal) ou SCI (Serial Communications Interface). A USART pode ser configurada para trabalhar nos seguintes modos: • • • Assíncrono (Full Duplex) Síncrono Mestre (Half Duplex) Síncrono Escravo (Half Duplex) A diferença entre os módos Síncrono Mestre e Escravo é que o Mestre gera o clock para os escravos. Abordaremos somente o modo assíncrono, que nos permitirá implementar uma comunicação sob o protocolo RS-232 com o PC. Os pinos do microcontrolador associados à USART são RB6 para transmissão (TxD) e RB7 para recepção (RxD). Quando a USART está habilitada esses pinos deixam de operar como entradas e saídas digitais. Exsto Tecnologia 110
  • 111. Microcontroladores PIC16F877A 111 Para configurar transmissão e recepção são utilizados dois registros TXSTA e RCSTA. R/W – 0 R/W – 0 CSRC Bit 7 R/W – 0 TX9 TXEN U–0 R/W – 0 R–1 SYNC R/W– 0 - BRGH R/W – 0 TRMT TX9D Bit 0 TXSTA CSRC: Seleção de clock. o Modo Assíncrono: não tem efeito o Modo síncrono 1 = Modo mestre, clock gerado internamente. 0 = Modo escravo, clock recebido. TX9: Habilitação de transmissão de 9 bits o 1 = Transmissão de 9 bits o 0 = Transmissão de 8 bits TXEN: Habilitação de transmissão o 1 = Transmissão ligada o 0 = Transmissão desligada SYNC: seleção de modo da USART o 1 = Modo síncrono o 0 = Modo assíncrono BRGH: Seleção de taxa de transmissão aula o Modo assíncrono 1 = Alta velocidade 0 = Baixa velocidade o Modo síncrono: não tem efeito TRMT: Status do buffer de transmissão ] o 1 = buffer vazio o 0 = buffer cheio TX9D: 9º bit de transmissão, quando TXEN for usado R/W – 0 SPEN Bit 7 R/W – 0 RX9 R/W– 0 SREN R/W – 0 R/W – 0 R–0 R–0 R –x CREN ADDEN FERR OERR RX9D Bit 0 RCSTA SPEN: Habilitação da porta serial o 1 = Habilitada (pinos RC6 e RC7 operam como pinos da USART) o 0 = Desabilitada RX9: Habilitação de recepção de 9 bits o 1 = Recepção de 9 bits o 0 = Recepção de 8 bits SREN: Habilitação de recepção única o Modo assíncrono: não tem efeito o Modo síncrono: 1 = Habilita recepção única 0 = Habilita transmissão única CREN: habilitação de recepção contínua o Modo síncrono 1 = habilita recepção contínua 0 = desabilita recepção contínua o Modo assíncrono Exsto Tecnologia
  • 112. Microcontroladores PIC16F877A 112 1 = habilita recepção contínua 0 = desabilita recepção contínua ADDEN: Habilitação de detector de endereço o 1 = habilita detecção de endereço o 0 = desabilita detecção de endereço FERR: Erro de enquadramento o 1 = houve erro de enquadramento (dado recebido com taxa diferente da configurada) o 0 = não houve erro de enquadramento OERR: Erro de sobrescrita no buffer de recepção o 1 = houve sobrescrita no buffer de recepção o 0 = não houve sobrescrita no buffer de recepção RX9D: 9 bit recebido, se RX9 = 1; Além das configurações feitas pelos registros acima é importante configurar a taxa de transmissão da comunicação serial. Isso é feito carregando o valor adequado no registro SPBRG, que configura o gerador de taxa de transmissão do PIC. Para determinar esse valor é usada a equação 11.1, se o bit BRGH está ‘0’, e a equação 11.2 se BRGH está em ‘1’. Taxa = Fosc 64 × ( SPBRG + 1) (11.1) Taxa = Fosc 4 × ( SPBRG + 1) (11.2) 5.3.5 Transmissão Durante o processo de transmissão serial assíncrona entra em operação o circuito apresentado na figura 11.3. Figura 11.3 - Diagrama em blocos do sistema de transmissão O processo de transmissão se inicia quando um dado é escrito no registro TXREG. Quando isso ocorre o valor de TXREG é transferido para o registro interno TSR (desde que esse esteja vazio) e o flag TXIF é setado. O valor contido em TSR é enviado de forma serial pelo tino RB6/TxD, conforme a taxa de transmissão selecionada. Exsto Tecnologia
  • 113. Microcontroladores PIC16F877A Para realizar um processo de transmissão serial basta seguir os seguintes passos: 1. Carregar SPBRG com o valor correto para a taxa de transmissão desejada. 2. Habilitar comunicação serial síncrona: TXSTA, SYNC 0 e RCSTA, SPEN 1; 3. Habilitar a transmissão: TXSTA, TXEN 1 Feito isso, toda vez que um dado é movido para TXREG o mesmo é automaticamente transmitido de forma serial. 5.3.6 Recepção Para receber dados de forma serial o circuito interno a USART comporta-se como apresentado na figura 11.4 Figura 11.4 - Diagrama em blocos do sistema de recepção Os dados recebidos pela porta serial são rotacionados e alojados no registro interno RSR. Uma vez verificado a coerência de start bit e stop bit, os dados são transferidos para o buffer de recepção, isto é, o registro RCREG e o flag RCIF é setado. Caso haja alguma incoerência com os bits de start e stop, o indicador de erro de equadramento FERR é setado. O flag RCIF é zerado toda quando o registro RCREG é lido. Podem ser recebidos até dois bytes sem que faça a leitura do registro RCREG, sendo que o primeiro recebido fica armazenado em RCREG e o segundo em RSR, sendo transferido para RCREG assim que este é lido. Caso chegue um terceiro byte RSR é sobrescrito e o bit de erro OERR é setado. Para realizar recepção de dados enviados pela serial é necessário seguir os seguintes passos: 1. Carregar SPBRG com o valor correto para a taxa de transmissão desejada. 2. Habilitar comunicação serial síncrona: TXSTA, SYNC 0 e RCSTA, SPEN 1; 3. Habilitar a transmissão: RCSTA, RXEN 1 Exsto Tecnologia 113
  • 114. Microcontroladores PIC16F877A Feito isso, basta monitorar o bit RCIF, que será setado toda vez que existir um dado válido no registro RCREG. 5.4 Conversor Analógico para digital – ADC Alguns microcontroladores PIC da família 16Fxxx, dentre eles o PIC16F877A possuem módulos para conversão de níveis de tensão DC em valores digitais (ADC). O ADC converte a tensão em palavras de 8 bits ou 10 bits, dependendo do componente. Aqui será tratado especificamente do módulo ADC de 10 bits do PIC16F877A, porém o funcionamento desses módulos é o mesmo para demais componentes com ADCs de 10 bits e muito semelhante para os de 8 bits. Figura 12.1 - Diagrama em blocos do ADC PIC16F877A possui um ADC com oito canais analógicos. Isso significa que a tensão a ser escolhida dentre a de oito entradas diferentes, porém não somente uma entrada pode ser convertida por vez. Além disso, as tensões de referência para a conversão, tanto superior (Vref+) como inferior (Vref-), podem ser selecionadas por software entre as tensões de alimentação e tensões presentes em determinados terminais do microcontrolador. Esses valores de tensão estipulam a faixa de valore a ser convertida. Por exemplo, sendo Vref+ = Vdd e Vref- = Vss temos uma faixa de 5V, correspondendo o valor 0 a 0V e 1024 a 5V. Para determinar um qual o valor correspondente dentro dessa faixa, basta aplicar uma simples regra de três. Essas considerações podem ser observadas na figura 12.1. Exsto Tecnologia 114
  • 115. Microcontroladores PIC16F877A O módulo ADC realiza todo o processo de “Sample and Hold” (Amostragem e retenção). Esse processo é realizado quando uma determinada entrada é selecionada e inicia-se a carga de um capacitor interno CHOLD . Após o tempo de carga do capacitor (THOLD) a entrada é desconectada e inicia-se o processo de conversão da tensão armazenada no capacitor, que é feito pelo método de aproximações sucessivas. A figura abaixo apresenta o circuito equivalente da entrada da do ADC. Figura 12.2 - Circuito Equivalente da entrada do ADC Requisitos de funcionamento A resistência da fonte da tensão a ser convertida (Rs no circuito acima) não deve ser superior a 10kΩ, caso contrário o capacitor CHOLD pode não ser completamente carregado quando se iniciar a conversão. Além disso, o processo de conversão só poderá ser iniciado depois de decorrido o tempo de carga do capacitor (THOLD). A ativação do processo de conversão será explicada mais adiante. O tempo total de amostragem, que vai do instante em que o canal a ser amostrado é selecionado ao momento em que o resultado da conversão é armazenado nos registros de resultado do AD, é a soma do tempo de aquisição com o tempo de conversão. O tempo de aquisição varia em função da a temperatura, da tensão de alimentação e da resistência da fonte do sinal a ser amostrado. Para temperaturas inferiores a 25oC, alimentação de 5V o tempo de aquisição encontra-se no intervalo: 11 µs < TAQ < 20µs onde o menor tempo é conseguido para uma Rs = 0Ω e o maior para Rs = 10kΩ. Já o tempo de conversão depende do clock de conversão. Esse clock pode ser selecionado como Fosc/2, Fosc/8, Fosc/32 ou baseado em um oscilador RC interno que varia entre 2 e 6 µs. A seleção do clock de conversão deve ser tal que o período seja de 1,6µs no mínimo. Quando utilizando a fonte de clock proveniente do oscilador RC o processo de conversão pode ocorrer estando o microcontrolador em modo SLEEP. Esse procedimento pode ser utilizado para que o oscilador do microcontrolador não introduza ruídos na tensão a ser medida. Finalmente, após uma conversão ser concluída é necessário aguardar 2 períodos do clock de conversa antes de se reiniciar o processo. Exsto Tecnologia 115
  • 116. Microcontroladores PIC16F877A 5.4.1 Configuração e uso Para a utilização do ADC são utilizados 4 registros especiais ADRESH : registro de resultado do A/D (MSbits); ADRESL : registro de resultado do A/D (LSbits); ADCON0 : registro de controle 0; ADCON1 : registro de controle 1. Abaixo são apresentadas as funções desse registros. ADRESH e ADRESL São os registros onde são armazenados os valores resultantes da conversão. Como se trata de ADC de 10bits são necessários 2 registros para esse resultado, ficando 2 bits em um registro e 8 em outro. A disposição desse registro pode ter dois formatos. O formato “justificado a esquerda” é aquele em os 8 bits mais significativos são armazenados em ADRESH e os 2 menos significativos em ADRESL. Já no formato “justificado a direita”, os 2 bits mais significativos são armazenados em ADRESH e os 8 menos significativos em ADRESL. O formato é escolhido pelo valor do bit ADFM do registro ADCON1, conforme ilustrado pela figura abaixo. Figura 12.3 - Formato do resultado do ADC Utilizando a justificação à esquerda e desconsiderando os 2 bits menos significativos temos o comportamento de um ADC de 8 bits. ADCON0 Bit 7e 6: ADCS1:ADCS0: Bits de seleção do clock de conversão o 00 = Fosc/2 o 01 = Fosc/8 o 10 = Fosc/32 o 11 = FRC (oscilador RC interno) Bit 5 à 3: CHS2:CHS0: Seleção de canal analógico o 000 = canal 0 (RA0/AN0) Exsto Tecnologia 116
  • 117. Microcontroladores PIC16F877A o 001 = canal 1 (RA1/AN1) o 010 = canal 2 (RA2/AN2) o 011 = canal 3 (RA3/AN3) o 100 = canal 4 (RA5/AN4) o 101 = canal 5 (RE0/AN5) o 110 = canal 6 (RE1/AN6) o 111 = canal 7 (RE2/AN7) Bit 2: GO/DONE: Status da conversão o 1 = Conversão em progresso o 0 = Conversão concluída Bit 1: Não implementado Bit 0: ADON: habilitação do ADC o 1 = ADC habilitado o 0 = ADC desabilitado (para menor consumo de corrente) ADCON1 Bit 7 ADFM: Seleção de formato de resultado o 1 = justificado direita o 0 = justificado a esquerda Bit 6 à 4: não implementados Bit 3 à 0 PCFG3:PCFG0: Configuração das portas do ADC Esses bits permitem configurar a quais dos terminais que são multiplexados com entradas do ADC serão entradas analógicas e quais serão I/O digitais. As configurações possíveis são apresentadas pela tabela abaixo. Tabela 12.1 – Configurações de entradas analógicas Para a utilização do AD são necessários os seguintes procedimentos: 1. Configurar o AD na inicialização: a. Selecionar clock de conversão b. Definir formato do resultado Exsto Tecnologia 117
  • 118. Microcontroladores PIC16F877A 2. 3. 4. 5. 6. c. Definir quais terminais serão utilizado como entradas do AD d. Habilitar o modo AD Selecionar qual canal será lido Aguardar o tempo de aquisição Iniciar o processo de conversão (fazendo ADCON0, GO/DONE igual a 1). Aguardar que o processo ser concluído (Verificando se ADCON0, GO/DONE é igual a 0.); Aguardar 2 períodos de clock de conversão. 5.5 Memórias EEPROM e Flash 5.5.1 Memória EEPROM A memória EEPROM muitas vezes é necessária para armazenar dados que devem ser mantidos na falta de energia do sistema, mas porém podem ser alterados. Por exemplo, as senhas armazenadas em um alarme não podem se perder caso o alarme seja desligado. O banco de memórias EEPROM é tratado como periférico porque seu funcionamento se assemelha mais ao de um periférico que as demais memórias. Os endereços de EEPROM não podem ser acessados diretamente, como endereços de RAM. Seu acesso é feito através de endereçamento indireto e seguindo certas seqüências obrigatórias de comando. A seguir serão apresentados o funcionamento dessa memória e as rotinas para acessos de leitura e escrita. Existem no PIC16F877A 256 bytes de memória EEPROM. O acesso a esses bytes é feito de forma indireta através dos registros seguintes registros: • EEDATA : contém o dado lido / a ser escrito • EEADR: contém o endereço a ser acessado • EECON1: registro de controle • EECON2: utilizado na seqüência de proteção Existe uma seqüência de proteção para prevenir escritas acidentais da EEPROM que faz uso do EECON2, como será mostrado mais adiante. O registro EECON1 apresenta a configuração abaixo. U–0 Bit 7 U–0 U–0 U–0 R/W – x R/W – 0 R/W – 1 - - - WRERR WREN WR R/W – 1 RD Bit 0 EECON1 WRERR: Flag indicador de erro o 1 = houve um erro no processo de escrita da EEPROM, devido a um reset o 0 = o processo de escrita da EEPROM foi concluído com sucesso WREN: habilitação da escrita da EEPROM o 1 = permite a escrita da EEPROM o 0 = não permite a escrita da EEPROM WR: controle de escrita o 1 = inicia o processo de escrita o 0 = processo de escrita concluído (zerado pelo hardware) RD: controle de leitura o 1 = inicia o processo de leitura o 0 = processo de leitura concluído (zerado pelo hardware) Exsto Tecnologia 118
  • 119. Microcontroladores PIC16F877A O bit WRERR permite que em aplicações de maior segurança sejam tomadas providências caso ocorra uma falha na gravação de algum dado. O bit WREN impede a escrita acidental da EEPROM. O processo de leitura se dá da seguinte maneira: o endereço a ser lido é carregado no registro EEADR; em seguida o bit RD é setado, dando início ao processo de leitura. Quando a leitura foi finalizada, o bit RD é zerado pelo hardware, indicando que o dado já foi lido e se encontra no registro EEDATA. O bit RD só pode ser zerado pelo hardware. Para a escrita da memória, inicialmente os registros EEDATA e EEADR são carregados com o dado a ser escrito e o endereço, respectivamente. Em seguida deve ser habilitada a escrita, fazendo WREN igual ‘1’. Em seguida, uma seqüência obrigatória, que consiste em carregar os valor 55h e AAh no registro EECON2, deve ser realizada para permitir a gravação da memória. Esse é mais um dispositivo de segurança contra escritas acidentais da EEPROM. Por fim, o bit WR é setado, dando início ao processo de escrita, e quando ele se torna ‘0’, o processo de gravação foi concluído. WR também só pode ser setado pelo software. 5.5.2 Rotinas de acesso a EEPROM Para acesso à EEPROM podemos usar as duas rotinas apresentadas abaixo. Elas têm como requisito que duas variáveis, E2DATA e E2ADR sejam declaradas no últimos 16 bytes do banco 0, isto é, entre os endereços 70h e 7Fh. Os endereços devem ser estar nessa posição pra minimizar mudança de banco. READ_EEPROM realiza a leitura enquanto WRITE_EEPROM é responsável pela escrita. READ_EEPROM: ; realiza a leitura da EEPROM ; entrada: E2ADR ; saída: E2DATA ; W BANKSEL MOVFW MOVWF BSF MOVFW MOVWF BANKSEL EEADR E2ADR EEADR EECON1,RD EEDATA E2DATA PORTA de -> -> -> dados endereço a ser lido dado lido dado lido ; ; ; ; ; ; ; muda para o banco de EEADR W <- E2ADR EEADR <- W inicia o processo de leitura W <- EEDATA E2DATA <- EEADR retorna ao banco 0 RETURN WRITE_EEPROM: ; realiza a escrita da EEPROM de dados ; entrada: E2DATA -> Dado a ser escrito ; E2ADR -> Endereço a ser escrito ; saída: nulo ; BANKSEL MOVFW MOVWF MOVFW MOVWF BSF BCF EEADR E2ADR EEADR E2DATA EEDATA EECON1,WREN INTCON,GIE ; ; ; ; ; ; ; MOVLW 55H seleciona o banco de EEADR W <- E2ADR EEADR <- W W <- E2DATA EEDATA <- W habilita gravação desabilita interrupções ; Exsto Tecnologia 119
  • 120. Microcontroladores PIC16F877A MOVWF MOVLW MOVWF BSF ; sequencia ; obrigatória ; ; inicia processo de gravação CLRWDT BTFSC GOTO EECON1,WR $-2 ; fica em loop até a gravação ser ; completada ; BSF BCF INTCON,GIE EECON1,WREN ; reabilita as interrupções ; desabilita gravação BANKSEL ; EECON2 0AAH EECON2 EECON1,WR PORTA ; retorna ao banco 0 RETURN 5.5.3 Memória FLASH de programa Da mesma forma que a EEPROM, no PIC16F877A é possível ler e escrever dados na memória flash de programa. Isso é útil não só porque permite utilizar todas as regiões de memória FLAHS não ocupadas pelo programa como se fossem EEPROM como também permite que o próprio programa altere seu conteúdo. Isso permite que aplicações onde exista uma comunicação remota possam ser atualizadas a distância, desde que exista uma parte do programa responsável por isso que não seja alterada na atualização. Além dos registros usados para EEPROM existem mais dois necessários ao trabalho com a memória FLASH, uma vez que são maiores tanto o dado (14 bits) como endereço (13 bits): • EEDATH : contém a parte mais significativa do dado lido / a ser escrito • EEADRH: contém a parte mais significativa do endereço a ser acessado 5.5.4 Rotinas de acesso a FLASH. As rotinas para acesso a memória FLASH são muito semelhantes as utilizadas para memória EEPROM e são apresentadas a seguir. READ_FLASH: ; realiza a leitura da memória FLASH de programa ; entrada: E2ADR -> LSByte do endereço a ser gravado(Banco 2) ; E2ADRH -> MSByte do endereço a ser gravado(Banco 2) ; saída: E2DATA -> LSByte do contendo o dado lido (Banco 2) ; E2DATH -> MSByte do contendo o dado lido (Banco 2) BCF STATUS,RP0 ; BSF STATUS,RP1 ; Banco 2 MOVFW E2ADR ; parte menos significativa MOVFW EEADR ; do endereço a ser lido MOVFW E2ADRH ; parte mais significativa MOVFW EEADRH ; do endereço a ser lido BSF STATUS,RP0 ; Banco 3 BSF EECON1,EEPGD ; Acesso a memória FLASH BSF NOP NOP EECON1,RD ; Leitura da FLASH ; A memória é lida nesses dois ciclos ; Exsto Tecnologia 120
  • 121. Microcontroladores PIC16F877A BCF MOVFW MOVWF MOVFW MOVWF BCF STATUS,RP0 EEDATA E2DATA EEDATH E2DATH STATUS,RP1 ; ; ; ; ; ; Banco 2 parte menos significativa do dado lido parte mais significativa do dado lido Banco 0 RETURN WRITE_FLASH: ; realiza a escrita da memória FLASH de programa ; entrada: EEADR -> LSByte do endereço a ser gravado(Banco 2) ; EEADRH -> MSByte do endereço a ser gravado(Banco 2) ; EEDATA -> LSByte do dado a ser gravado (Banco 2) ; EEDATH -> MSByte do dado a ser gravado (Banco 2) ; saída: nulo BCF STATUS,RP0 ; BSF STATUS,RP1 ; Banco 2 MOVFW E2ADR ; parte menos significativa MOVFW EEADR ; do endereço a ser escrito MOVFW E2ADRH ; parte mais significativa MOVFW EEADRH ; do endereço a ser escrito MOVFW EEDATA ; parte menos significativa do MOVWF E2DATA ; dado a ser escrito MOVFW EEDATH ; parte mais significativa do MOVWF E2DATH ; dado a ser escrito BCF STATUS,RP0 ; BSF EECON1,EEPGD ; Acesso a memória FLASH BSF EECON1,WREN ; Habilita gravação BCF INTCON,GIE ; Desabilta interrupções MOVLW MOVWF MOVLW MOVWF BSF 55h EECON2 0AAh EECON2 EECON1, WR ; ; EECON1 <- 55h ; ; EECON1 <- AAh ; Inicia gravação BSF BCF INTCON,GIE EECON1,WREN ; ; ; ; ; ; ; BCF BCF STATUS,RP0 STATUS,RP1 ; ; Banco 0 NOP NOP Instruções escritas aqui são ignoradas pois o microcontrolador interrompe a execução do programa, aguarda a fim do processo de escrita e continua da terceira instrução. Habilita as interrupções Desabilita a escrita RETURN Exsto Tecnologia 121
  • 122. Microcontroladores PIC16F877A Apêndices Apêndice A – Conjunto de Instruções do PIC16 Exsto Tecnologia 122
  • 123. Microcontroladores PIC16F877A Apêndice B – Mapeamento de memória de dados Exsto Tecnologia 123