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an tó ni o sé rg io s en a microcontroladores PIC www.mecatronicadegaragem.blogspot.com an tó ni o sé rg io s en a microcontroladores PIC www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Índice antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 3 Índice de Conteúdos COMO TUDO COMEÇOU .................................................................... 10 Microcontrolador versus Microprocessador .............................................. 13 Conceitos Básicos ...................................................................................... 14 Um mundo de números ......................................................................................................................14 Sistema de numeração Binário ...........................................................................................................15 Sistemas de numeração Hexadecimal ................................................................................................16 O código BCD....................................................................................................................................17 Conversão de Binário para Decimal ..................................................................................................17 Conversão de Hexadecimal para Decimal .........................................................................................18 Conversão de Hexadecimal para Binário ...........................................................................................18 Bit .......................................................................................................................................................19 Byte ....................................................................................................................................................19 Circuitos Lógicos ...............................................................................................................................20 Porta lógica AND ...............................................................................................................................20 Porta lógica OR ..................................................................................................................................21 Porta lógica NOT ...............................................................................................................................21 Porta lógica EXCLUSIVE OR / XOR ...............................................................................................22 Registo ...............................................................................................................................................23 SFR / Special Function Register - Registo de Função Especial ........................................................23 Portas de Entrada/Saída - I/O .............................................................................................................24 Unidade de memória ..........................................................................................................................26 Interrupções ........................................................................................................................................27 CPU - Unidade Central de Processamento ........................................................................................28 Barramento .........................................................................................................................................29 Comunicações Série ...........................................................................................................................29 Baud Rate - Velocidade de transferência ...........................................................................................30 Oscilador ............................................................................................................................................32 Circuito de Alimentação ....................................................................................................................32 Temporizadores e Contadores ............................................................................................................33 Temporizadores / Contadores ............................................................................................................34 Contadores .........................................................................................................................................37 Temporizador Watchdog ....................................................................................................................37 Conversores Analógico/Digital ..........................................................................................................38 www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Índice antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 4 Arquitectura Interna .................................................................................. 40 Arquitectura von-Neumann ...............................................................................................................40 Arquitectura Harvard .........................................................................................................................40 Conjunto de Instruções .............................................................................. 42 Como escolher o microcontrolador certo para a aplicação? ........................ 43 Microcontroladores PIC ............................................................................ 43 Microcontrolador PIC16F887 .................................................................. 44 Uma panorâmica ........................................................................................ 44 Descrição dos pinos ...........................................................................................................................48 CPU ....................................................................................................................................................51 Memória .............................................................................................................................................52 Registos de função geral - GPR .........................................................................................................54 Registos de função especial - SFR .....................................................................................................55 Bancos de Memória ...........................................................................................................................55 Pilha de memória - Stack ...................................................................................................................59 Sistema de interrupção .......................................................................................................................60 Como usar os Registos de função especial - SFR ..............................................................................61 Os Registos de Função Especial - SFR - do CPU ....................................... 62 Características e Funções ........................................................................... 62 Registo STATUS ................................................................................................................................62 Registo OPTION_REG ......................................................................................................................64 Registos do Sistema de Interrupções .................................................................................................66 Registo PCON ....................................................................................................................................75 Registos PCL e PCLATH ...................................................................................................................76 Endereçamento Indirecto ...................................................................................................................79 Portas I/O - Entrada/Saída ....................................................................... 80 Funcionalidades e Funções ......................................................................... 80 www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Índice antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 5 Registos PORTA e TRISA .................................................................................................................81 Unidade ULPWU ...............................................................................................................................82 Registos PORTB e TRISB .................................................................................................................84 Pino RB0/INT ....................................................................................................................................87 Pinos RB6 e RB7 ...............................................................................................................................87 Registos PORTC e TRISC .................................................................................................................88 Registos PORTD e TRISD .................................................................................................................89 Registos PORTE e TRISE..................................................................................................................89 Registos ANSEL e ANSELH .............................................................................................................90 Temporizadores ......................................................................................... 93 Temporizador TMR0 ................................................................................ 93 Registo OPTION_REG............................................................................ 94 Temporizador TMR1 ................................................................................ 99 Divisor do TMR1 ...............................................................................................................................100 Oscilador do TMR1 ...........................................................................................................................101 Gate do TMR1 ...................................................................................................................................101 TMR1 em modo de Temporizador .....................................................................................................102 Oscilador do TMR1 ...........................................................................................................................103 TMR1 em modo de Contador ............................................................................................................104 Registo T1CON .................................................................................................................................105 Temporizador TMR2 ................................................................................ 106 Registo T2CON .................................................................................................................................108 Módulos CCP ............................................................................................ 110 Capture/Compare/PWM - Captura/Compara/PWM .............................. 110 Módulo CCP1 ........................................................................................... 110 Modo de Captura com CCP1 .............................................................................................................111 Modo de Comparação com CCP1 ......................................................................................................112 www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Índice antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 6 Modo de PWM com CCP1 ................................................................................................................113 Periodo do PWM................................................................................................................................116 Duty-Cycle do PWM .........................................................................................................................116 Resolução do PWM ...........................................................................................................................117 Registos CCP1CON ...........................................................................................................................117 Módulo CCP2 ........................................................................................... 120 Registo CCP2CON ............................................................................................................................120 Confi guração do módulo CCP1, para funcionamento em PWM ............... 121 Modo avançado do CCP1 .......................................................................... 122 Módulos de Comunicação Série ................................................................. 123 Modo Assíncrono da EUSART ................................................................. 124 Transmissor Assíncrono da EUSART ................................................................................................125 Receptor Assíncrono da EUSART .....................................................................................................127 BRG - Baud Rate Generator - Gerador de Relógio para a EUSART ................................................133 Registo BAUDCTL ............................................................................................................................137 Resumidamente: .................................................................................................................................139 Modo Síncrono da EUSART ..................................................................... 141 Modo SPI ...........................................................................................................................................142 Modo I2C ...........................................................................................................................................146 I2C em modo Mestre .........................................................................................................................154 Módulos Analógicos .................................................................................. 161 Registos e Modo do ADC - Conversor A/D.......................................................................................161 Registos ADRESH e ADRESL ..........................................................................................................162 www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Índice antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 7 Requisitos da Aquisição A/D .................................................................... 163 Periodo do ADC .................................................................................................................................163 Como usar o Conversor A/D ..................................................................... 164 Registo ADCON0 ..............................................................................................................................165 Registo ADCON1 ..............................................................................................................................167 Resumidamente: .................................................................................................................................167 Comparador Analógico .............................................................................. 168 Fonte de Tensão de Referência interna ..............................................................................................169 Comparadores e funcionamento com Interrupções ............................................................................170 Registo CM1CON0 ............................................................................................................................171 Registo CM2CON0 ............................................................................................................................173 Registo CM2CON1 ............................................................................................................................175 Registo VRCON ................................................................................................................................176 Em resumo : ............................................................................................... 177 Outros circuitos internos ........................................................................... 178 Oscilador, EEPROM e Reset ..................................................................... 178 Registo OSCCON ..............................................................................................................................179 Modos de Relógio Externo ........................................................................ 181 Modo EC - Oscilador Externo ...........................................................................................................181 Modo LP, XT ou HS - Oscilador Externo ..........................................................................................183 Ressoador Cerâmico no modo XT ou HS ..........................................................................................184 Modo RC e RCIO - Oscilador Externo ..............................................................................................185 www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Índice antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 8 Modos de Relógio Interno ......................................................................... 186 Modo INTOSC - Oscilador Interno ...................................................................................................186 Modo INTOSCIO - Oscilador Interno ...............................................................................................186 Confi guração do Oscilador Interno ............................................................ 187 Modo de Arranque de Relógio a Duas-Velocidades .................................. 188 Fail-Safe Clock Monitor - FSCM - Monitor de Relógio contra falhas ..............................................188 Registo OSCTUNE ............................................................................................................................189 Memória EEPROM ................................................................................... 191 Registo EECON1 ...............................................................................................................................191 Leitura da EEPROM ..........................................................................................................................192 Escrita da EEPROM ..........................................................................................................................193 Reset! Black-out, Brown-out ou Ruidos? ................................................... 195 Reset por Black-out - Falha de Energia Súbita ..................................................................................196 Reset por Brown-out - Descida de Tensão Lenta e Gradual ..............................................................196 Ruidos ................................................................................................................................................197 Pino de MCLR ...................................................................................................................................197 Conjunto de Instruções ............................................................................. 198 Conjunto de Instruções da Família PIC16Fxx de Microcontroladores ...... 198 Transferência de dados .............................................................................. 200 Lógicas e aritméticas .................................................................................. 200 Operações com bits .................................................................................... 201 www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Índice antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 9 Controlo de Execução de um Programa .............................................................................................201 Período de execução da instrução ......................................................................................................203 Listagem das instruções .....................................................................................................................203 Como programar um Microcontrolador .................................................... 224 Linguagem Assembly ................................................................................. 226 Instruções .................................................................................................. 227 Operandos ................................................................................................. 227 Comentários .............................................................................................. 228 Directivas .................................................................................................. 228 Directiva PROCESSOR .....................................................................................................................228 Directiva EQU ...................................................................................................................................228 Directiva ORG ...................................................................................................................................229 Directiva END ...................................................................................................................................229 Directiva .............................................................................................................................................$IN- CLUDE ..............................................................................................................................................230 Directivas CBLOCK e ENDC ...........................................................................................................230 Directivas IF, ENDIF e ELSE ............................................................................................................231 Directiva BANKSEL .........................................................................................................................232 Operadores aritméticos de assembler ........................................................ 233 Exemplo de como escrever um Programa ................................................... 234 Ficheiros criados ao compilar um programa ............................................... 236 MPLAB ..................................................................................................... 238 Instalando o programa - MPLAB ......................................................................................................238 A implementação de um PROJECTO ................................................................................................243 Escrever um novo Programa ..............................................................................................................245 O primeiro programa ..........................................................................................................................247 Simulador ...........................................................................................................................................249 www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Introdução antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 1 COMO TUDO COMEÇOU Em 1969, uma equipa de engenheiros Japoneses da BUSICOM, foi para os EUA com o pedido de desenhar alguns circuitos integrados para calculadoras. O pedido foi enviado para a INTEL, e Marcian Hoff estava en- carregue do projecto. Tendo experiência em trabalhar com um computador, o PDP8, ele teve a ideia de sugerir soluções diferentes, ao invés dos designs sugeridos pelos Japoneses. A ideia dele presumia que o funcionamento do circuito integrado, era determinado pelo programa armazenado dentro do chip. Signifi cava que a confi gura- ção era mais simples, mas iria requerer muito mais memória que o projecto dos engenheiros Japoneses. Após um certo tempo, apesar de os Japoneses estarem ainda a tentar encontrar uma solução mais simples, a ideia de Marcian venceu, e o primeiro microprocessador nasceu. Federico Faggin foi uma grande ajuda em tornar a ideia num produto acabado. E, nove meses após ter sido contratado, a INTEL tinha acabado de de- senvolver um produto desde a ideia original. Em 1971, a INTEL obteve os direitos de venda deste circuito integrado, e antes disso já tinha comprado a licença da BUSICOM. Durante esse ano, um microprocessador chamado 4004 foi lançado no mercado. Esse foi o primeiro processador de 4 bits, com a velocidade de 6000 instruções por segundo. Não muito tempo depois, uma empresa Americana chamada CTC pediu à INTEL e TEXAS Instruments, para fabricarem um microprocessador de 8 bits, para ser aplicado nos seus terminais. Embora a CTC tenha desistido do projecto, a INTEL e a TEXAS continuaram o trabalho e, em Abril de 1972, o primeiro micro- processador de 8 bits, chamado de 8008, foi lançado no mercado. Podia endereçar 16Kb de memória, tinha 45 instruções e uma velocidade de 300.000 instruções por segundo. Esse microprocessador foi o predecessor de todos os actuais microprocessadores. A INTEL continuou o desenvolvimento e, em Abril de 1974, lançou um processador de 8 bits, chamado de 8080. Podia endereçar 64Kb de memória, tinha 75 instruções, e um preço inicial de $360. Outra empresa Americana chamada MOTOROLA, depressa se apercebeu do potencial, e então lançaram o www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Introdução antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 2 microprocessador de 8 bit, 6800. O engenheiro chefe era Chuck Peddle. Aparte do microprocessador, a MO- TOROLA também fabricava periféricos como o 6820 e 6850. Nessa altura muitas empresas reconheciam a importância dos microprocessadores, e iniciaram o seu próprio desenvolvimento. Chuck Peddle deixou a MOTOROLA, juntou-se à MOS Technology, e continuou o traba- lho intensivo no desenvolvimento em microprocessadores. Na exposição WESCON, nos EUA em 1975, um evento crucial na história dos microprocessadores aconte- ceu. A MOS Technology anunciou que estava a vender os processadores 6501 e 6502 a $25 cada, que os inte- ressados podiam comprar na hora. Foi tamanha a sensação, que muita gente pensava em fraude, considerando que a concorrência vendia o 8080 e 6800, a $179 cada. No primeiro dia da exposição, em resposta à concorrência, a MOTOROLA e a INTEL baixaram os seus microprocessadores para $69,95. A MOTOROLA acusou a MOS Technology e Chuck Peddle de plagiarem o protegido 6800. Devido a isto, a MOS Technology desistiu do fabrico do 6501, mas continuou o fabrico do 6502. Era um pro- cessador de 8 bits, com 56 instruções, e capaz de endereçar directamente 64Kb de memória. Devido ao seu baixo preço, o 6502 tornou-se muito popular, e então foi instalado em computadores como o KIM-1, Apple I, Apple II, Atari, Commodore, Acorn, Oric, Galeb, Orao, Ultra e muitos outros. Em breve, muitas empresas começaram a fabricar o 6502 (Rockwell, Sznertek, GTE, NCR, Ricoh, Commo- dore assumiram a MOS Technology). No ano da sua prosperidade, 1982, este processador estava a ser vendido à taxa de 15 milhões de unidades por ano. Outras empresas não desistiram. Frederico Faggin deixou a INTEL, e abriu a sua própria empresa chamada ZILOG INC. Em 1976 a ZILOG anunciou o Z80. Quando desenhou este processador, Faggin tomou uma decisão crucial. O 8080 já tinha sido desenvolvido, e ele apercebeu-se que muitos iriam continuar fi eis a esse processador, devido aos grandes gastos em reescrever todos os programas. Então, ele decidiu que este novo processador teria de ser compativel com o 8080, ou seja, teria de poder correr todos os programas escritos para o 8080. Aparte desta decisão, muitas outras funcionalidades foram acrescentadas, para que o Z80 fosse o micropro- www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Introdução antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 3 cessador mais poderoso da altura. Podia endereçar directamente 64Kb de memória, tinha 176 instruções, um grande número de registos, uma opção interna para fazer o refrescamento da RAM, só uma fonte de alimenta- ção, maior velocidade, entre outros. O Z80 foi um grande sucesso, e toda a gente substituiu o 8080 pelo Z80. Além da ZILOG, outros fabricantes como Mostek, NEC, SHARP e SGS apareceram logo a seguir. O Z80 era o coração de muitos computadores, tais como: Spectrum, Partner, TRS703, Z-3 and Galaxy. Em 1976 a INTEL lançou uma versão melhorada do microprocessador de 8 bits, chamado de 8085. No en- tanto, o Z80 era muito melhor, e a INTEL perdeu a batalha. Mesmo após outros microprocessadores terem aparecido no mercado, 6809, 2650, SC/MP, etc, não havia grandes melhoramentos que justifi casse aos fabricantes mudarem de processador, por isso o 6502, o Z80 e o 6800 continuaram os microprocessadores dominantes, e durante muito tempo. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Introdução antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 4 Microcontrolador versus Microprocessador Um microcontrolador difere de um microprocessador em diversas formas. A primeira, e mais importante, é a sua funcionalidade. Para que um microprocessador possa ser usado, outros componentes tais como memória, têem que ser ligados ao chip. Mesmo sendo os microprocessador considera- dos potentes máquinas matemáticas, o seu ponto fraco é a sua parca possibilidade de comunicar com periféri- cos. Então, de maneira a que possa comunicar com periféricos, o microprocessador tem que usar circuitos especiais, como chips externos. Resumindo, os microprocessadores são o coração dos computadores. Era assim no início, e ainda nos dias de hoje se mantêm. Microcontrolador versus Microprocessador www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Introdução antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 5 Por outro lado, o microcontrolador está desenhado para ser um “tudo-em-um”. Não são necessários componen- tes externos, para as suas aplicações, porque todos os circuitos, que pertencem aos periféricos, já estão dentro do chip. Poupa tempo e espaço necessários, aquando do design de um sistema. Conceitos Básicos Um mundo de números O universo por ser descrito com apenas 10 digitos. Mas, precisamos apenas de 10 digitos? Claro que não, é apenas uma questão de hábito. Por exemplo, o número 764 o que signifi ca?: quatro unidades, seis dezenas e sete centenas, ou 4 + 60 + 700, ou 4*1 + 6*10 + 7*100! Podemos representar o número de uma maneira mais científi ca? a resposta é positiva: 4*10^0 + 6*10^1 + 7*10^2. Mas porquê? Simplesmente porque usamos um sistema de numeração de base 10, ou seja, um sistema de numeração décimal. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Introdução antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 6 Sistema de numeração Binário O que aconteceria se apenas dois digitos pudessem er usados, o 0 e o 1? Nada de especial, continuaríamos a usar números mas de forma diferente. Por exemplo: 11011010. Qual a quantidade que o número 11011010 indica? De maneira a que possamos aprender isto, devemos seguir a mesma lógica do exemplo anterior, mas em ordem inversa. Não esquecer que se trata de matemática com apenas dois digitos, ou seja, um sistema de numeração binário. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Introdução antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 7 É o mesmo número, representado de duas formas distintas. A única diferença reside no número de dígitos necessários para escrever um número. Um dígito (2) é usado para escrever o número 2 em décimal, onde dois dígitos (1 e 0), são usados para escrever esse número em sistema binário. É chamado de nível lógico zero (0) e nível lógico um (1), com os quais a electrónica perfeita e simplesmente trabalha as operações complexas matemáticas. É a electrónica que aplica a matemática, onde todos os números são representados por apenas dois dígitos, e onde só importa saber se há tensão eléctrica, ou não. Estamos a falar de electrónica digital. Sistemas de numeração Hexadecimal No início do desenvolvimento dos computadores, percebeu-se que as pessoas tinham muitas difi culdades em trabalhar com numeração binária. Devido a isto, um novo sistema de numeração foi desenvolvido, e usando 16 digitos distintos. Os primeiros dez dígitos são os tradicionais (0, 1, 2,... 9), mas existem mais seis. Por forma a não inventar novos símbolos, convencionou-se usar as seis primeiras letras do alfabeto: A, B, C, D, E e F. Um sistema hexadecimal de numeração, consistindo nos dígitos: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E e F foi estabelecido. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Introdução antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 8 O maior número que pode ser representado por 4 dígitos binários é 1111. E corresponde ao número 15 no sistema decimal. Esse número no sistema hexadecimal, é representado pelo dígito F. É o maior número de um dígito no sistema hexadecimal. O número da fi gura escrito com oito dígitos, é ao mesmo tempo o número he- xadecimal de dois dígitos. Não esquecer que os computadores usam números binários de 8 dígitos. O código BCD O código BCD é um código binário apenas para números decimais. É usado para fazer comunicar os circuitos electrónicos com os periféricos, e num sistema binário dentro do seu próprio mundo. Consiste em números binários de quatro dígitos, que representam os primeiros dez dígitos décimais (0, 1, 2,... 9). Embora quatro digitos nos dêem 16 combinações possiveis, apenas as primeiras 10 são usadas. Conversão de Binário para Decimal Os digitos de um número binário têem diferentes valores, dependendo da posição onde se encontram. Adi- cionalmente, cada posição pode ter 1 ou 0, e o seu valor facilmente determinado através da sua posição desde a direita. Para executar a conversão, é necessário multiplicar valores pelos dígitos correspondentes, e somar os resultados. 110 = (1 * 2^2) + (1 * 2^1) + (0 * 2^0) = 6 www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Introdução antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 9 Conversão de Hexadecimal para Decimal Por forma a se fazer a conversão de um número hexadecimal para decimal, cada digito hexadecimal deve ser multiplicado por 16, levantado ao expoente da sua posição. Por exemplo: Conversão de Hexadecimal para Binário Não é necessário nenhum cálculo, de maneira a converter números hexadecimais para binario. Os dígitos hexa- cedimais são simplesmente substituidos pelos seus congéneres 4 dígitos binários. Por exemplo: Esta tabela comparativa, tem os valores dos números de 0 a 255, em três sistemas de numeração distintos: www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Introdução antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 10 Bit Um bit é um dígito binário. De igual forma que o sistema de numeração decimal, no qual os dígitos de um nú- mero não têem o mesmo valor, o signifi cado do bit depende da sua posição no número binário. Então, não faz sentido falar de unidades, dezenas, etc. Deve-se, sim, falar do bit zero, bit um, bit dois, etc. Sempre a contar do lado direito. E, como o sistema binário usa apenas dois dígitos, 0 e 1, o valor de um bit só pode ser 0 ou 1. Não nos devemos confundir, se o bit tiver valor de 4, 16 ou 32. Isso signifi ca que os valores dos bits estão repre- sentado em sistema decimal. Será correcto dizer que: o valor do quinto bit de um número binário, é equivalente ao decimal 32. Byte Um byte consiste em oito bits agrupados. À semelhança dos digitos de outro qualquer sistema de numeração, www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Introdução antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 11 os dígitos dos bytes não têem o mesmo signifi cado. O maior valor tem o bit mais à esquerda chamado de Bit Mais Signifi cativo (MSB - Most Signifi cant Bit). O bit mais à direita tem o menor valor, e é chamado de Bit Menos Signifi cativo (LSB - Least Signifi cant Bit). Como um byte pode ter 256 combinações possiveis de bits, o maior número decimal possível de representar é o 255, pois há uma combinação que representa zero. Um nibble é representado como meio byte. Dependendo de que metade do byte estamos a falar, há nibbles “altos” ou “baixos”. Circuitos Lógicos A electrónica de que são feitos os circuitos integrados, microcontroladores ou microprocessadores, é composta de elementos chamados de “circuitos lógicos” ou “portas lógicas”. Os princípios operacionais desdes elementos foram estabelecidos pelo matemático Inglês, George Boole, e a ideia central era expressar formas lógicas, como funções de álgebra. Mais tarde o princípio evoluiu para o que hoje conhecemos como circuitos lógicos AND, OR e NOT, também conhecido como Álgebra de Boole. Como algumas instruções de programa do microcontrolador funcionam da mesma maneira que as portas lógi- cas, o seu princípio de funcionamento é descrito a seguir. Porta lógica AND A porta lógica AND tem duas ou mais entradas, e uma saída. A saída terá um 1 lógico, se as as suas entradas A e B estiverem a nivel lógico 1. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Introdução antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 12 A tabela mostra dependência entre entradas e saída. Qualquer outra combinação nas entradas, dará um nivel lógico 0 na saída. Quando usada num programa, a operação lógica AND é feita por instruções, que serão discutidas mais à fren- te. Por agora, é importante referir que AND num programa, faz correspondência aos bits de dois registos. Porta lógica OR A porta lógica OR tem duas ou mais entradas, e uma saída. A saída terá um 1 lógico, se qualquer das suas en- tradas A ou B estiverem a nivel lógico 1. Num programa, a operação lógica OR é feita entre os bits correspondentes dos registos. À semelhança da ope- ração lógica AND. Porta lógica NOT A porta lógica NOT tem apenas uma entrada, e uma saída. Quando um 0 lógico está presente na entrada, a www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Introdução antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 13 saída apresenta um 1 lógico, e vice-versa. Esta porta é também chamada de Inversora. Se for executada num programa, a operação NOT é feita num byte. O resultado é esse byte com todos os bits inver- tidos. Se o byte for considerado um número, o valor invertido é na realidade o complemento desse número. Isto é, o complemento de um número é o que é necessário adicionar-lhe, para que o mesmo atinja o máximo valor de 8 bits (255). Porta lógica EXCLUSIVE OR / XOR Esta porta é uma combinação das atrás referidas. A saída apresenta um 1 lógico, apenas quando as suas entradas apresentam niveis lógicos diferentes. Em um programa, esta operação também é usada para comparar dois bytes, para inverter quaisquer bits de um byte ou para subtrair. E não há o perigo de subtrair um número grande, de um menor. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Introdução antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 14 Registo Um registo é um circuito electrónico que consegue memorizar o estado de um byte. Registo SFR / Special Function Register - Registo de Função Especial Como acrescento aos registos que não têem qualquer função predeterminada, todos os microcontroladores têem alguns registos em que a sua função está predeterminada pelo fabricante. Os seus bits estão interligados fi sicamente aos circuitos internos, tais como temporizadores, conversores A/D, osciladores, portas série e ou- tros, o que signifi ca que são responsaveis pelo funcionamento do microcontrolador. Como um byte tem oito bits, é como se fossem oito interruptores que comandam outros pequenos circuitos dentro do chip. Os SFR têem essa exacta função. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Introdução antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 15 SFR - Special Function Register - Registo de Função Especial Portas de Entrada/Saída - I/O De maneira a tornar o microcontrolador de alguma utilidade, o mesmo tem que estar ligado a electrónica adi- cional no seu exterior, tais como periféricos. Cada micro tem um ou mais registos, chamados de Portas, ligados aos pinos do mesmo. O porquê de I/O, deve-se a que o utilizador pode alterar a função a seu belo prazer, e conforme a aplicação a dar-lhes. Como exemplo, vamos supor que queremos comandar três LEDs, e simultaneamente controlar o es- tado lógico de cinco botões: algumas portas têem de ser confi guradas para que haja três saídas e cinco entradas. Esta confi guração é simples e confortavelmente feita por software, o que signifi ca, também, que a função pode ser alterada durante a operação (on-the-fl y). Uma das mais importantes especifi cações dos pinos I/O, é a corrente máxima que os mesmos podem suportar. Para a maioria dos microcontroladores, a corrente possível de tirar de um pino é a sufi ciente para activar um LED, ou outro dispositivo similar de baixa corrente (5-25mA). Se o microcontrolador tiver muitos pinos I/O, então a máxima corrente de um só pino é menor. Resumidamente, não é possível que todos os pinos suportem a máxima corrente, se houver mais de 80 pinos em total no microcontrolador. A corrente máxima descrita nas especifi cações, é partilhada entre todos os portos I/O. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Introdução antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 16 Outra importante função, é a de que podem ter resistências de “pull-up” (polarização positiva). Estas resistên- cias ligam os pinos à alimentação positiva, e o seu efeito é visivel quando o pino está confi gurado como entrada. As novas versões de microcontroladores já têem estas resistências confi guraveis por software. Normalmente, cada porto I/O é controlado por um SFR, o que signifi ca que, cada bit desse registo, determina o estado do pino correspondente do microcontrolador. Como exemplo, escrevendo 1 lógico no bit desse SFR, o pino da porta correspondente é automaticamente confi gurado como entrada. De outra maneira, escrevendo 0 lógico no SFR, o pino da porta correspondente é confi gurado como saída. A tensão deste pino, 0v ou 5v, cor- responde ao estado do correspondente bit do registo da Porta. Se escrevermos 0 em um bit de registo da Porta, esse pino apresentará 0v. Se, inversamente, escrevermos 1 no mesmo bit, o pino já vai apresentar 5v. Portas Input/Output - Entrada/Saída www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Introdução antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 17 Unidade de memória A memória é a parte do microcontrolador usada para o armazenamento de dados. Cada endereço de memória corresponde a uma po- sição de memória. O conteúdo dessa posição, é co- nhecido através do seu endereçamento. A memória tanto pode ser lida de, como pode ser escrita para. Existem vários tipos de memória dentro do micro- controlador. ROM - Read Only Memory: Apenas de Leitura, é usada para permanentemente gravar o programa a execu- tar. OTP ROM - One Time Programmable ROM: ROM onde só se pode escrever o programa na memória ape- nas uma vez. Se houver necessidade de alterar o mesmo, terá de se fazer a gravação em um novo chip. UV EPROM - UltraViolet Erasable Programmable ROM: ROM que permite apagar o programa, usando luz Ultra-Violeta. O chip tem uma janela de vidro no topo do seu corpo, o que permite a passagem dos raios Ultra-Violeta, que vão apagar a memória. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Introdução antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 18 FLASH - Este tipo de memória foi inventada pela Intel nos anos 80. O seu conteúdo pode ser escrito/apaga- do quase que infi nitamente. Os microcontroladores com memória Flash são muito uteis para aprendizagem, investigação e desenvolvimento, bem como para pequenas séries. Devido à sua popularidade, a maioria dos microcontroladores são fabricados com este tipo de memória. RAM - Random Access Memory: Este tipo de memória é volátil, o que signifi ca que quando se desliga a ali- mentação do chip, a sua informação desaparece. É usada para o armazenamento temporário de dados, criados e usados durante a operação do microcontrolador. Como exemplo, se o programa faz uma adição, é necessário haver um registo que tenha o valor da soma. Para esse fi m, um dos registos da RAM é chamado de “soma” e usado para armazenar o resultado da adição. EEPROM - Electrically Erasable Programmable ROM: ROM programavel, que se pode apagar electricamen- te. O conteúdo desta memória pode ser mudado durante a operação, mas o seu conteúdo não é perdido quando se desliga a alimentação do microcontrolador. Este tipo de memória é usada para guardar valores, criados du- rante a operação, que devem ser permanente armazenados. Interrupções A maioria dos programas usa interrupções durante a execução normal dos mesmos. O fi m de um microcon- trolador é o de reagir consoante os estímulos exteriores. Posto por outras palavras, quando algo acontece, o microcontrolador faz qualquer coisa. Como exemplo, quando se pressiona um botão de um controlo remoto, o microcontrolador vai registar o acto, e responder à ordem aumentando/baixando o volume, mudando de canal, etc. Se o microcontrolador dispendesse o teu tempo indefi nidademente, a ler alguns botões durante horas ou dias, simplesmente seria impraticavel. Em vez de o fazer, o microcontrolador delega este trabalho ao “especialista”, que vai apenas reagir quando houver necessidade de atenção. O sinal que informa o processador central deste tipo de eventos, é chamado de Interrupção. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Introdução antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 19 CPU - Unidade Central de Processamento Como o seu nome sugere, esta é a unidade que monitoriza e controla todos os processos dentro do microcon- trolador. Consiste em variadas subunidades, em que as mais importantes são: Descodifi cador de Instruções: é a parte electrónica que reconhece as instruções de programa, e faz funcionar o outros circuitos com base nisso. O conjunto de instruções que é diferente para cada familia de microcontro- ladores, mostra as capacidades deste circuito. ALU: Unidade Lógica e Aritmética: responsavel por todas as operações lógicas e matemáticas. Acumulador: é um registo SFR responsavel pela operação da ALU. É como um registo de trabalho, usado para armazenar todos os dados que são usados para executar uma operação, e que também armazena os resultados prontos para serem usados para a continuação do processamento. Um dos SFR, chamado de Status, contém bastante informação sobre o estado dos dados armazenados no Acumulador (o número é maior ou menor que zero, etc). CPU - Central Processing Unit - Unidade de Processamento Central www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Introdução antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 20 Barramento Fisicamente, o barramento é constituido por 8, 16 ou mais condutores. Existem dois tipos de barramento: o de endereçamento e o de dados. O barramento de endereçamento consiste no número de linhas necessárias para poder endereçar a memória. É usado para transmitir o endereço da CPU para a Memória. O barramento de dados é tão largo quanto os dados que vão ser trabalhados, e no caso deste manual é de 8 bits ou largura de fi os. É usado para ligar todos os circuitos dentro do microcontrolador. Comunicações Série Ligações paralelas entre microcontroladores e periféricos, através de portas I/O, são a solução ideal para curtas distâncias - poucos metros. No entanto, e em outros casos em que há necessidade de estabelecer comunicações entre dois dispositivos em maiores distâncias, não é possível utilizar comunicações paralelas. Nestas situações, a comunicação série é a melhor solução. Hoje em dia, a maior parte dos microcontroladores têem dentro, já de fábrica, variados sistemas para comuni- cações série. Quais destes são usados, depende de muitos factores, os quais mais importantes são: com quantos dispositivos, o microcontrolador tem de trocar informação? com que velocidade tem que ser feita a troca de dados? qual é a distância entre os dispositivos? é necessário enviar e receber dados simultaneamente? Um dos mais importantes pontos a considerar na comunicação série, é o Protocolo. O protocolo é um conjunto de regras que devem ser obedecidas, de maneira a que os dispositivos possam cor- rectamente interpretar os dados que todos trocam entre si. Felizmente, o microcontrolador trata desta situação de maneira perfeitamente autónoma, o que liberta o programador para a tarefa de simplesmente ler e escrever. • • • • www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Introdução antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 21 CPU - Central Processing Unit - Unidade de Processamento Central Baud Rate - Velocidade de transferência O termo Baud Rate é normalmente usado para especifi car o número de bits transferidos por segundo (bps). Dever-se-á ter em atenção que se referem bits, e não bytes. É, normalmente, requisito do protocolo, que cada byte seja transferido em conjunto com vários bits de controlo, o que pode signifi car que um byte da trama de dados série, consista em 11 bits. Como exemplo, se o Baud Rate é de 300 bps, então, um máximo de 37 e um mínimo de 27 bytes podem ser transferidos por segundo, ambos dependentes do tipo de ligação e protocolo usado. Os sistemas de comunicação Série mais usados são: I2C (Inter Integrated Circuit) é um sistema usado quando a distância entre microcontroladores e periféricos é curta (normalmente o emissor e o receptor estão na mesma placa de circuito impresso). A ligação é feita com dois condutores: um para transferência de dados, e o outro para o sinal de relógio (sincronização). Como se pode ver na fi gura, um dos dispositivos é sempre o Mestre. Faz o endereçamento de um chip Escravo, antes da comunicação se iniciar. Desta maneira, um microcontrolador pode comunicar com 112 dispositivos diferentes. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Introdução antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 22 O Baud Rate é normalmente de 100 Kbit/s no modo normal, ou de 10 Kb/s em modo lento. A distância má- xima, sem ajudas, entre dispositivos que se comunicam por I2C, está limitada a poucos metros. Comunicação I2C SPI (Serial Peripheral Interface Bus) é um sistema de comunicação série, que usa até 4 condutores: um para receber dados, outro para enviar dados, um para sinal de relógio, e em alternativa outro para escolher com qual dos dispositivos o Mestre vai comunicar. É uma ligação Full-Duplex, o que signifi ca que o envio e a recepção podem ser feitas simultaneamente. O Baud Rate máximo é superior a uma ligação I2C. Comunicação SPI UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter) é uma ligação assíncrona, o que signifi ca que o sinal de relógio não é usado. Como há apenas uma linha de comunicação, ambos o receptor e emissor trabalham a um Baud Rate pré-determinado, de maneira a manter a sua sincronização. Esta é uma maneira muito simples de transferir informação, pois representa a conversão de dados 8-bit em formato paralelos, para formato série. O Baud Rate faz-se abaixo de 1 Mbit/s. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Introdução antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 23 Oscilador Pulsos dados pelo oscilador, possibilitam a operação síncrona de todos os circuitos do microcontrolador. O módulo oscilador é normalmente confi gurado para usar um cristal de quartzo, ou um ressoador cerâmico, para ter a sua oscilação estabilizada. Se não houver, por parte da aplicação, necessidade de estabilidade da oscilação, então pode usar-se um oscilador RC (resistência/condensador). É importante sublinhar que, as instruções, não são executas ao ritmo imposto pelo oscilador, mas algumas vezes mais lento. Isto acontece porque cada instrução é executada em vários passos. Em alguns microcontroladores, o mesmo número de ciclos é necessário para qualquer instrução, enquanto que em outros, o tempo de execução não é o mesmo para todas as instruções. Se o sistema usa um cristal de 20 MHz, o tempo de execuçaõ de uma instrução não é de 50ns, mas 200ns, 400 ou 800ns, dependendo do tipo de microcontrolador usado. Oscilador Circuito de Alimentação Há duas situações a ter em atenção, no que toca à alimentação do microcontrolador: www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Introdução antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 24 Brown-Out, é um estado potencialmente perigoso, e que acontece no momento em que o microcontrolador está a ser desligado, ou em situações onde a energia de alimentação cai para o limite, devido a ruido eléctrico. Como o microcontrolador consiste em vários circuitos com diferentes necessidades de nível de tensão, este esta- do pode causar um grande desvio na sua performance. De maneira a preveni-lo, este circuito imediatamente faz Reset a toda a electrónica interna, quando a tensão de alimentação desce abaixo de um nível pré-determinado. Pino Reset, normalmente marcado como MCLR (Master Clear Reset), e serve para fazer o Reset externo do microcontrolador, aplicando nível lógico 0 ou 1, dependendo do tipo de microcontrolador usado. No caso de o chip não ter circuito de Brown-Out, um simples circuito externo de Brown-Out pode ser ligado a este pino. Temporizadores e Contadores O microcontrolador usa, normalmente, cristal de quartzo para funcionar. Mesmo que não seja a solução mais simples, há muitas razões para o fazer. Nomeadamente, a frequência do oscilador é precisamente defi nida e muito estavel, os pulsos originados têem sempre a mesma largura, o que os faz ideais para medições de tempo. Estes osciladores são usados em relógios de quartzo. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Introdução antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 25 Temporizadores / Contadores Se é necessário medir o tempo entre dois eventos, é sufi ciente contar os pulsos enviados pelo oscilador. Isto é exactamente o que o Temporizador faz. Muitos programas usam estes cronómetros miniatura, que são SFR de 8 ou 16 bits, e o seu conteudo é automa- ticamente incrementado a cada pulso recebido. Quando um registo chegar ao fi m da contagem (255 ou 65535), uma Interrupção é gerada. Se os temporizadores usam um oscilador interno de quartzo, então é possível medir o tempo entre dois eventos (se o valor do registo é T1 no momento inicial, e T2 no momento fi nal, então o tempo passado é igual ao resul- tado da subtração T2-T1). Se os temporizadores usam pulsos externos, então o temporizador é transformado em contador. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Introdução antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 26 Como funciona um temporizador Na prática, os pulsos que chegam do oscilador de quartzo a cada ciclo de máquina, ou através o divisor, vão incrementar (somar uma unidade) o valor do registo do temporizador. Se uma instrução (um ciclo de máqui- na) durar por quatro periodos do oscilador de quartzo, então, o número vai mudar um milhão de vezes por segundo, ou a cada microsegundo (us). Funcionamento do Temporizador É simples medir curtos intervalos de tempo (até 256us), pelo método descrito acima, porque é o maior número que um registo pode ter. Esta óbvia desvantagem pode ser facilmente contornavel de diversas maneiras, como usando um oscilador mais lento, registos com mais bits, um divisor ou interrupções. Como as duas primeiras soluções são menos simples de resolver, é preferivel enveredar pelas duas últimas. Usar o divisor no funcionamento do temporizador Um divisor é um dispositivo electrónico usado para reduzir a frequência, por um factor pré-determinado. O que signifi ca que, para gerar um pulso na sua saída, é necessário fazer chegar 1, 2, 4, 8 ou mais pulsos à sua entrada. Este circuito é parte integrante do microcontrolador, e o seu factor de divisão pode ser alterado pelo software. É usado quando é necessário medir períodos de tempo longos. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Introdução antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 27 Este divisor é normalmente partilhado pelo Temporizador e pelo Watchdog, o que faz com que não possa ser usado por ambos em simultâneo. Usando o Divisor, no funcionamento do Temporizador Usar a Interrupção no funcionamento do Temporizador Se o registo do temporizador for de 8 bits, o maior número que lhe poderá ser escrito é de 255 (ou de 65535 se o registo for de 16 bits). Se este número for excedido, o temporizador vai automaticamente limpar-se (auto reset), e a contagem vai iniciar-se do 0. Esta condição é chamada de Overfl ow. Se for habilitado pelo software, esse overfl ow pode gerar uma interrupção, o que nos trás imensas novas possibilidades. Como exemplo, o estado dos registos de um relógio, segundos-minutos-horas, podem ser alterados dentro da rotina de interrupção. Todo o processo, excepto a rotina de interrupção, é executado em “background”, o que possibilita que o circuito principal do microcontrolador execute outras operações. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Introdução antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 28 Usando a Interrupção, no funcionamento do Temporizador Atrasos de diferente duração, com mínima interferência do programa principal, podem facilmente ser obtidos atribuindo o divisor ao temporizador. Contadores Se o temporizador estiver a ser carregado com pulsos do exterior, então o mesmo torna-se num Contador. O circuito não mudou, mantém-se o mesmo. A única diferença é que, neste caso, os pulsos a contar chegam através das portas, e a sua duração nunca é defi - nida. Esta é a razão pela qual não podem ser usados para medição de tempo, embora os seus fi ns sejam imensos. Desde a contagem de peças numa linha de montagem, quantidade de passos que o motor andou, número de passageiros numa fi la, etc. As possibilidades são vastas, e são dependentes dos sensores usados. Temporizador Watchdog O watchdog é um temporizador ligado a um oscilador RC, e totalmente independente do microcontrolador. O que faz com que não possa ser desligado durante o funcionamento. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Introdução antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 29 Se o watchdog estiver ligado, escolha que apenas pode ser feita durante a programação física, cada vez que chega ao fi m da sua contagem, ocorre um reset do microcontrolador, e a execução do programa volta à primeira instrução. O objectivo é fazer com que isto não aconteça, pelo uso de uma instrução específi ca. Assim, se algo se descontrolar na execução do programa, o microcontrolador poderá reiniciar-se, não correndo o risco de fi car empatado num círculo infi nito. Se as instruções que fazem o reset do watchdog, forem colocadas em sítios específi cos do programa, então, o funcionamento do watchdog não vai interferir com o programa principal. Se, por alguma razão, normalmente por ruidos na linha eléctrica, o programa fi car bloqueado em alguma posição da qual não consegue sair, não vai ser feito o reset do watchdog e, quando este chegar ao fi m da contagem, o reset do microcontrolador acontece, iniciando o programa desde o início. Temporizador Watchdog Conversores Analógico/Digital Os sinais externos são, normalmente, diferentes dos que o microcontrolador compreende (1’s e 0’s). Devido a isto, os sinais têem que ser convertidos para linguagem compatível. Um conversor de Analógico para Digital, é um circuito que converte sinais contínuos, para números digitais. Este circuito é, então, usado para converter um valor analógico, para um número binário, e enviá-lo ao CPU para processamento. Posto por outras pala- vras, este módulo é usado para medir tensões presentes no pino. O resultado da medida é um número de valor www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Introdução antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 30 digital, usado e processado pelo programa. Conversor A/D www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Introdução antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 31 Arquitectura Interna Todos os microcontroladores modernos usam uma de duas arquitecturas: Harvard ou von-Neumann. Em suma, são duas formas distintas de trocar a informação entre o CPU e a Memória. Arquitectura von-Neumann Os microcontroladores que usam esta tecnologia, só têem disponivel uma zona de memória, e um barra- mento de dados de 8 bits. Como todos os dados são trocados, usando estas 8 linhas, este barramento é sobrecarregado e a comunicação extremamente lenta e inefi ciente. O CPU pode lêr uma instrução, ou lêr/escrever da- dos de/para a memória. Ambas as situações ao mes- mo tempo são impossiveis, pois as instruções parti- lham o barramento com os dados. Arquitectura Harvard Os microcontroladores que usam esta arquitectura, dispõem de dois barramentos de dados distintos. Um é de 8 bits e liga o CPU à RAM. O outro tem várias linhas (12, 14 ou 16) e liga o CPU à ROM. Assim, o CPU pode ler uma instrução, ao mesmo tempo que faz um acesso à memória de dados. Como todos os registos RAM são de 8 bits, todos os dados trocados dentro do microcontrolador estão no mesmo formato. Adicionalmente, durante a escrita do software, apenas 8 bits de dados são considerados. Por outras palavras, só se pode trabalhar com 8 bits de dados, no máximo. Um programa escrito para estes microcontroladores, depois de compilado, vai ser guardado na ROM interna. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Introdução antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 32 No entanto, estas posições de memória não têem apenas 8 bits, mas sim 12, 14 ou 16. Os restantes 4, 6 ou 8 bits representam a própria instrução, especifi cando ao CPU o que fazer com os dados de 8 bits. Arq. Harvard As vantagens deste modelo, são as seguintes: Todos os dados são de 8 bits. Como o barramento usado para a leitura do programa tem 12, 14 ou 16 linhas, ambos as instruções e dados pode ser lidos simultaneamente. Assim, todas as instruções são execu- tadas em apenas um ciclo. A única excepção são as instruções de salto, que são executadas em dois ciclos. Como a ROM e RAM são separadas, o CPU pode executar duas instruções simultaneamente. Enquanto a leitura/escrita da RAM está a ser feita, a próxima instrução está a ser lida pelo outro barramento. Nesta arquitectura, o barramento de programa é maior que um byte, o que possibilita que cada linha de programa seja feita de instrução + dados. Por outras palavras: uma linha de programa - uma instrução. • • • www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Introdução antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 33 Conjunto de Instruções As instruções que são compreendidas pelo microcontrolador, são conhecidas como o “Conjunto de Instruções”. Quando se escreve um programa em linguagem Assembler, está-se a “contar uma estória”, especifi cando as instruções pela ordem que as mesmas devem ser executadas. A única restrição, é pelo reduzido número de instruções disponiveis. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Introdução antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 34 Como escolher o microcontrolador certo para a aplicação? Antes de se começar a desenvolver um sistema baseado num microcontrolador, dever-se-á equacionar o seguin- te: quantas entradas/saídas são necessárias? comunicações série? conversor A/D? outro... Quando se defi ne muito bem os requisitos do projecto, a larga oferta é naturalmente fi ltrada, e é muito mais simples fazer a escolha adequada. Por último, fazer a escolha consoante o número de unidades do produto, e o preço por unidade. Microcontroladores PIC Estes microcontroladores, fabricados pela Microchip, são provavelmente a melhor aposta para iniciados. O verdadeito nome deste microcontroladores é PICmicro, mas são mais conhecidos por PIC. O primeiro modelo foi desenhado em 1975 pela General Instruments. Chamava-se PIC1650, e foi idealizado para fi ns totalmente diferentes. Após 10 anos, e juntando memória EEPROM, este circuito transforma-se num verdadeiro microcontrolador PIC. • • • • www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Panorâmica antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 44 Microcontrolador PIC16F887 Uma panorâmica O PIC16F887 é um dos mais recentes produtos da Microchip. Tem todos os componentes que um moderno microcontrolador tem e, pelo baixo custo, amplo campo de aplicações, alta qualidade e facilidade de adquirir, é a solução ideal para aplicações como: controlo de processo industrial, controlo de máquinas, medição de valores, entre outros. Algumas das funcionalidades estão descritas abaixo: Arquitectura RISC (CPU de instruções reduzidas) apenas 35 instruções para aprender todas as intruções de um-ciclo, excepto os saltos Frequência de operação de 0 a 20MHz Oscilador interno de precisão calibrado de fábrica frequência escolhida por software entre 31KHz e 8MHz Tensão de alimentação entre 2.0V e 5.5V consumo: 220uA @ 2.0V @ 4MHz, 11ua @ 2.0V @ 32KHz, 50nA em Stand-by Modo de poupança de energia Reset por Brown-out, com controlo por software • • • • • • • • • • • www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Panorâmica antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 45 35 pinos de I/O alta corrente para polarizar LEDs directamente resistências individuais de polarização positiva, programaveis por software interrupção quando há mudança no estado lógico dos pinos de entrada Memória ROM de 8k, em tecnologia FLASH o chip pode ser reprogramado cerca de 100.000 vezes Opção de gravação no circuito o chip pode ser programado, quando está já montado no sistema fi nal Memória EEPROM de 256 bytes pode ser escrita cerca de 1.000.000 vezes Memória RAM de 368 bytes Conversor A/D 14 canais 10 bits de resolução 3 Temporizadores/Contadores independentes Temporizador Watch-dog Módulo comparador analógico com dois comparadores analógicos tensão fi xa de referência, 0.6V referência de tensão programavel Saída por PWM • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Panorâmica antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 46 Módulo USART melhorado suporta RS-485, RS-232 e LIN2.0 detecção automática de Baudrate Porta série síncrona suporta os modos I2C e SPI Microcontrolador PIC16F887 - Encapsulamento PDIP40 • • • • • www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Panorâmica antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 47 Microcontrolador PIC16F887 - Encapsulamento QFN44 Microcontrolador PIC16F887 - Diagrama de Blocos www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Panorâmica antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 48 Descrição dos pinos Como se pode ver na fi gura acima, quase todos os pinos são multi-funcionais. Como exemplo, o pino 33, com a designação RB0/AN12/INT, tem as seguintes funções: RB0, Porta B, primeiro pino entrada/saída (I/O) AN12, Décima segunda entrada analógica INT, Pino de interrupção externa Este modo de dar funcionalidade extra aos pinos, faz o microcontrolador mais compacto, sem perder a sua fun- cionalidade. Estas funcionalidades não podem ser usadas em simultâneo, mas podem ser alteradas a qualquer momento pelo software. As tabelas seguintes, referem-se ao microcontrolador com caixa PDIP 40 pinos : • • • www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Panorâmica antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 49 Atribuição de Pinos www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Panorâmica antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 50 Atribuição de Pinos www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Panorâmica antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 51 Atribuição de Pinos CPU Não vamos falar do funcionamento da CPU por enquanto. Mas é importante frisar que a CPU é desenhada com tecnologia RISC, o que é um importante factor a ter em conta, aquando da decisão de que microcontro- lador usar. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Panorâmica antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 52 Esta tecnologia oferece duas grandes vantagens: apenas 35 instruções para aprender o tempo de execução é o mesmo para todas as instruções, excepto para as que fazem salto. O que signifi ca que com o microcontrolador a 20MHz, o tempo de execução de cada instrução é ed 200ns, ou seja, o pro- grama é executado à velocidade de 5 milhões de instruções por segundo. A CPU e a Memória Memória Este microcontrolador tem três tipos de memória: ROM, RAM e EEPROM. Todas elas vão ser separada- mente discutidas, pois cada uma delas têm funcionalidade e organização especifi cas. Memória ROM A memória ROM é usada para permanentemente guardar o programa a executar, e esta é a razão pela qual é • • www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Panorâmica antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 53 chamada de memória de programa. O PIC16F887 tem 8Kb de ROM, num total de 8192 posições. Como esta ROM é feita com tecnologia FLASH, o seu conteúdo pode ser mudado electricamente, com o auxílio de um programador externo. Conceito de Memória ROM Memória EEPROM Com parecenças à memória de programa, o conteúdo da EEPROM é permanentemente gravado, mesmo que a energia seja desligada. No entanto, ao contrário da ROM, o conteúdo da EEPROM pode ser alterado durante a execução do programa. E esta é a razão, pela qual esta memória é perfeita para guardar resultados criados, e usados, durante a operação. Memória RAM Esta é a mais complexa memória do microcontrolador. Neste caso, consiste em dois módulos: os registos-de- função-geral (GPR), e os registos-de-função-especial. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Panorâmica antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 54 Embora ambos os módulos de registos sejam limpos quando a alimentação desliga, e sejam fabricados da mesma maneira, as suas funções são completamente díspares. Registos SFR - Special Funcion Registers, e GPR - General Purpose Registers Registos de função geral - GPR Os GPR são usados para armazenar temporariamente os dados, e resultados, criados durante a execução do www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Panorâmica antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 55 programa. Se o programa está a executar uma contagem, é necessário que haja um registo que sirva de “soma- dor” ou contador. Como o microcontrolador tem que ser confi gurado para trabalhar como o utilizador deseja, é necessário, também, especifi car o endereço de alguns GPR’s e dar-lhes novas funções. Então, o microcontrolador pode executar o programa, porque “sabe” o quê, e onde está a “soma” que deve ser incrementada. Por analogia, a cada variavel do programa deve ser atribuido um GPR. Registos de função especial - SFR Os SFR também são locais na RAM, mas contrariamente aos GPR, o seu fi m é predeterminado no processo de fabrico, e não pode ser alterado. Como os seus bits estão fi sicamente ligados a circuitos internos do chip (módulo de comunicações série, con- versor A/D, temporizadores, etc), qualquer alteração ao seu conteudo, afecta directamente o funcionamento do microcontrolador, ou alguns dos seus circuitos. Como exemplo, mudando o registo TRISB, a função de cada pino da porta B pode ser alterada, para que seja ou entrada ou saída. Outra particularidade dos SFR’s, é a de que estes têem nomes, tanto o registo como os seus bits, o que torna a escrita do programa mais facilitada. Como a programação em linguagens de alto-nível pode usar a lista de todos os registos, com o seu endereço exacto, é apenas necessário especifi car o nome do registo, de maneira a escrever/lêr o seu conteudo. Bancos de Memória A memória de dados está particionada em quatro bancos. Antes de aceder a algum registo, durante a escrita do programa para escrever/lêr, é necessário seleccionar o banco que contém esse mesmo registo. Dois bits no reg- isto STATUS são usados para a selecção dos bancos. De forma a facilitar esta operação, os SFR mais comuns têm o mesmo endereço em todos os bancos, o que possibilita que possam ser facilmente acedidos. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Panorâmica antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 56 Bancos de Memória www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Panorâmica antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 57 SFR - Banco 0 www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Panorâmica antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 58 SFR - Banco 1 www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Panorâmica antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 59 SFR - Banco 2 SFR - Banco 3 Pilha de memória - Stack A parte da RAM destinada à Stack, consiste em oito registos de 13 bits. Antes do microcontrolador executar www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Panorâmica antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 60 uma subrotina (instrução CALL), ou quando surge uma interrupção, o endereço da próxima instrução é em- purrado para dentro de um registo da stack. Dessa maneira, aquando da conclusão da subrotina ou interrupção, o microcontrolador sabe de onde deve con- tinuar a execução normal do programa. Este endereço, na stack, é limpo depois do retorno ao programa princi- pal, pois não há necessidade de o conservar, e essa posição fi ca automaticamente disponivel para ser usada. É importante compreender que a stack funciona em círculo, ou seja, quando a stack já foi carregada oito vezes, a nona carga vai ser sobrepôr-se ao valor que está guardado na primeira posição. A décima carga vai sobrepôr a segunda posição, e por aí em diante. Os dados que foram sobrepostos desta maneira, não têem qualquer ma- neira de serem recuperados. Ainda, o programador não tem acesso a estes registos para escrever/ler, e não há nenhum bit no registo STATUS que indique que houve “stack overfl ow” ou “stack underfl ow”. Devido a isto, deve ter-se em consideração esta particularidade aquando da programação. Sistema de interrupção A primeira situação que o microcontrolador faz quando acontece uma interrupção, é executar a actual instrução e parar a execução do programa. Imediatamente depois disso, o endereço da memória do programa é automaticamente empurrado para a stack, e o endereço predefi nido é carregado para o contador de programa. Essa localização de onde o programa con- tinua, chama-se de Vector de Interrupção. Para o PIC em causa, o vector é 0x0004. Como se pode ver na fi gura abaixo, o endereço que tem o vector de interrupção é saltado durante a execução normal do programa. Parte do programa que é activado quando acontece uma interrupção, é chamado de Rotina de Interrupção. A sua primeira instrução está localizada no vector de interrupção. Quão longa a subrotina vai ser, e como vai ser, depende apenas do programador, bem como do tipo de interrupção. Alguns microcontroladores têem mais vectores de interrupção (cada interrupção têm um vector associado), mas no caso deste PIC, existe apenas um vector. Consequentemente, a primeira parte da rotina de interrupção, consiste no reconhecimento da fonte da mesma, ou onde foi originada. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Panorâmica antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 61 Por último, quando a origem da interrupção foi encontrada, e a rotina de interrupção é executada, o micro- controlador chega à instrução RETFIE, puxa o endereço da stack, e continua a execução do programa de onde tinha saído. Stack e Sistema de Interrupção Como usar os Registos de função especial - SFR O programador adquire o microcontrolador, já com uma ideia bem defi nida do que vai fazer com o mesmo. Há uma lista longa de SFR’s, com os seus bits. Cada um deles controla um qualquer processo. Num todo, é tudo como uma grande tabela de controlo, com muitos instrumentos e interruptores. Os microcontroladores oferecem muitos produtos a baixo preço, que cabe ao programador tomar a decisão. Assim, este deve escolher a área que mais o agrada, e estudar apenas aquilo que necessita de saber. Depois, quando compreender por completo o funcionamento completo do hardware, deve estudar os SFR’s que o controlam. E não esquecer!, que durante a escrita do programa, aquando do trabalho com registos e seus bits, deve ser lembrado mudar para o banco apropriado. As tabelas acima são perfeitamente explanatórias. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Registos de Função Especial antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 62 Os Registos de Função Especial - SFR - do CPU Características e Funções Os SFRs podem ser classifi cados em duas categorias: SFR do CPU, que controlam e monitorizam os processos no processador central. Mesmo havendo poucos, a operação de todo o microcoltrolador depende do seu conteúdo. SFR periféricos, que controlam a operação dos periféricos (conversor A/D, módulo de comunicações série, etc). Cada um destes registos é normalmente usado para um circuito, e por esta razão, será explicado mais à frente o seu funcionamento junto com o do periférico. Os SFR do CPU do PIC, serão descritos neste capítulo. Visto que os seus bits controlam vários circuitos den- tro do chip, não é possivel classifi cá-los por grupos. Estes bits são descritos juntamente com o processo que vão controlar. Registo STATUS O registo de STATUS contém: o estado aritmético do registo W, o estado do RESET e os bits de selecção do banco de memória. O programador deve ser cauteloso, quando escreve valores para este registo porque, se o fi zer erradamente, os • • www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Registos de Função Especial antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 63 resultados podem ser diferentes do esperado. Por exemplo, se se tentar apagar todos os bits, usando a instrução “CLRF STATUS”, o resultado no registo será 000xx1xx, em vez do esperado 00000000. Tais erros acontecem, porque alguns bits deste registos são comandados pelo hardware, e não podem ser altera- dos pelo programa. E, também, os bits 3 e 4 são apenas de leitura. Por estas razões, se é necessário alterar o seu conteúdo, é recomendado usar instruções que não alterem os bits de estado C, DC e Z. Consultar o capítulo sobre as Instruções do PIC. IRP - selecciona o banco de resgistos. É usado para endereçamento indirecto. 1 - Bancos 0 e 1 são activados (endereços de memória 0x00 a 0xFF) 2 - Bancos 2 e 3 são activados (endereços de memória 0x100 a 0x1FF) RP1,RP0 - selecciona o banco de registos. É usado para endereçamento directo RP1 RP0 Banco Activo 0 0 Banco 0 0 1 Banco 1 1 0 Banco 2 1 1 Banco 3 TO - bit de Time-out 1 - A seguir ao Power-on, ou depois de executar a instrução CLRWDT, que limpa o temporizador do watch- dog, ou da instrução SLEEP, que põe o microcontrolador em modo adormecido. 0 - A seguir a ter ocorrido um time-out do temporizador watchdog. PD - bit de Power-down 1 - Depois do Power-on, ou depois de executar a instrução CLRWDT, que limpa o temporizador watchdog. 0 - Depois de de executar a instrução SLEEP, que coloca o microcontrolador em modo adormecido e baixo consumo. Z - bit Zero 1 - O resultado da operação lógica ou aritmética é zero www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Registos de Função Especial antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 64 0 - O resultado da operação lógica ou aritmética é diferente de zero DC - bit de transporte de digito, é mudado durante a soma ou subtracção, se houver “overfl ow” ou um “borrow” do resultado 1 - Houve transporte do 4º bit do resultado. 0 - Não houve transporte do 4º bit do resultado. C - bit de Transporte, é mudado durante a soma ou subtracção, se houver “overfl ow” ou um “borrow” do resul- tado: se o resultado é maior que 255 ou menor que 0 1 - Houve transporte do bit mais signifi cativo do resultado 0 - Não houve transporte do bit mais signifi cativo do resultado Registo OPTION_REG O registo OPTION_REG tem vários bits de controlo, para confi gurar: divisor do TMR0/WDT, temporiza- dor TMR0, Interrupção externa e Pull-ups da Porta B. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Registos de Função Especial antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 65 RBPU - Interruptor dos Pull-ups da Porta B 1 - Pull-ups desligados 0 - Pull-ups ligados INTEDG - Selecção do fl anco da interrupção 1 - Interrupção no fl anco ascendente do pino RB0/ INT 0 - Interrupção no fl anco descendente do pino RB0/ INT T0CS - Selecção da fonte de clock para o TMR0 1 - Transição no pino T0CKI 0 - Clock interno a Fosc/4 T0SE - Selecção do fl anco para o contador TMR0, no pino RA4/T0CKI 1 - Incrementa no fl anco descendente do pino T0CKI 0 - Incrementa no fl anco ascendente do pino T0CKI www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Registos de Função Especial antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 66 PSA - Selecciona a atribuição para o TMR0 ou Watchdog, do divisor 1 - Divisor atribuido ao Watchdog 0 - Divisor atribuido ao TMR0 PS2, PS1 e PS0 - Bits de selecção da magnitude de divisão, do divisor interno A magnitude de divisão, do divisor interno, é confi gurada por estes três bits, descritos na tabela abaixo. A mag- nitude depende de se o divisor está atribuido ao TMR0, ou ao Watchdog. PS2 PS1 PS0 TMR0 WDT 0 0 0 1:2 1:1 0 0 1 1:4 1:2 0 1 0 1:8l 1:4 0 1 1 1:16 1:8 1 0 1 1:64 1:32 1 1 0 1:128 1:64 1 1 1 1:256 1:128 De maneira a conseguir uma divisão de 1:1, quando o temporizador TMR0 é usado, o divisor deverá estar atri- buido ao Watchdog. Como resultado, o temporizador TMR0 não usa o divisor, e conta directamente os pulsos que lhe são chegados pelo oscilador interno, ou por via externa no pino RA4/T0CKI. Registos do Sistema de Interrupções Quando um pedido de interrupção chega ao microcontrolador, não signifi ca que a interrupção seja automatica- mente atendida pois, a mesma, terá de estar habilitada pelo programador. Devido a isto, há bits seleccionados para ligar/desligar as interrupções. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Registos de Função Especial antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 67 É simples reconhecer estes bits, porque o seu nome tem a sigla “IE” (Interrupt Enable, ou Habilitação da Inter- rupção). Além disto, cada interrupção está associada com outro bit chamado de Flag (sinalizador), que indica que o pedido de interrupção chegou ao microcontrolador, independentemente se a interrupção está habilitada, ou não. Também são facilmente reconhecidos pelas últimas letras “IF” (Interrup Flag, ou Sinalizador de Inter- rupção). Como já foi descrito, o princípio é baseado numa ideia simples e efi ciente. Quando um pedido de interrupção chega, o bit de fl ag é também automatica e autonomamente ligado em primeiro lugar. Registos do Sistema de Interrupções Se o bit respectivo IE não está activado, este evento será completamente ignorado pelo microcontrolador. De outra forma, a interrupção será trabalhada pelo CPU. Se várias fontes de interrupção estão activadas, então é necessário detectar as que estão activas, antes de iniciar a execução da interrupção. A detecção é feita, analisando quais os bits de fl ags que estão activos. É importante compreender que os bits de fl ag não são automaticamente limpos, depois da interrupção ser ex- ecutada. Sim, devem ser apagados pelo programador, dentro do software de execução da interrupção. Se este pormenor não fôr tomado em conta, outra interrupção irá disparar quando se voltar para o programa principal, mesmo que não haja mais pedidos para a sua execução. Resumindo, o bit de fl ag e o bit IE continu- arão activados. Todas as fontes de interrupção do microcontrolador PIC16F887, poderão ser visualisadas na imagem abaixo. De notar os seguintes pontos: www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Registos de Função Especial antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 68 bit GIE - activa/desactiva todas as interrupções bit PEIE - activa/desactiva todas as interrupções de periféricos. Não se aplicam ao TMR0 e Porta B. Para habilitar as interrupções causadas pela mudança de estado na Porta B, é necessário activar cada bit sepa- radamente. Neste caso, os bits do registo IOCB têem essa função em particular. SFR’s - Special Function Registers das Interrupções Registo INTCON O registo INTCON contém vários bits de activação, e fl ag, para o TMR0, Porta B e pino INT. • • www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Registos de Função Especial antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 69 GIE - Habilitação global e simultânea de Interrupções 1 - Activa todas as interrupções 0 - Desactiva todas as interrupções PEIE - Habilita as Interrupções dos periféricos 1 - Activa todas as interrupções dos periféricos 0 - Desactiva todas as interrupções dos periféricos T0IE - Habilita a interrupção de fi m de contagem do TMR, quando da contagem de 255 para 0. 1 - Activa interrupção do TMR0 0 - Desactiva interrupção do TMR0 INTE - Habilita interrupção externa em RB0/INT, causada pela mudança de estado no pino 1 - Activa interrupção do RB0/INT 0 - Desactiva interrupção do RB0/INT RBIE - Habilita interrupção da Porta B, da mudança de estado nos pinos. Quando confi gurados como entra- das, os pinos da Porta B podem causar interrupção, se mudarem de estado lógico. Seja com fl anco ascendente, seja descendente. Interessa apenas que houve mudança. 1 - Activa interrupção por mudança de estado da Porta B 0 - Deactiva interrupção por mudança de estado da Porta B T0IF - Flag de interrupção de fi m de contagem do TMR0 1 - TMR0 chegou ao fi m da contagem, fl ag deverá ser limpa pelo software 0 - TMR0 não chegou ao fi m da contagem www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Registos de Função Especial antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 70 INTF - Flag de interrupção externa por mudança de estado no pino RB0/INT 1 - Ocorreu interrupção externa em INT, fl ag deverá ser limpa pelo software 0 - Não ocorrer interrupção externa em INT RBIF - Flag de interrupção pela mudança de estado nos pinos da Porta B 1 - Pelo meno um dos pinos da Porta B mudou de estado lógico. Após a leitura da Porta B, a fl ag RBIF deverá ser limpa pelo software. 0 - Nenhum dos pinos da Porta B mudou de estado lógico. Registo PIE1 O registo PIE1 contém os bits que habilitam as interrupções dos periféricos. ADIE - Habilita a interrupção do Conversor A/D 1 - Liga a interrupção do conversor A/D 0 - Desliga a interrupção do conversor A/D RCIE - Habilita a interrupção da Recepção da EUSART 1 - Liga a interrupção da Recepção da EUSART 0 - Desliga a interrupção da Recepção da EUSART TXIE - Habilita a interrupção da Transmissão da EUSART 1 - Liga a interrupção da Transmissão da EUSART www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Registos de Função Especial antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 71 0 - Desliga a interrupção da Transmissão da EUSART SSPIE - Habilita a interrupção da Porta Série Síncrona (MSSP), a cada transferência efectuada 1 - Liga a interrupção MSSP 0 - Desliga a interrupção MSSP CCP1IE - Habilita a interrupção do módulo CCP1 (Capture/Compare/PWM - Captura/Compara/ PWM) 1 - Liga a interrupção CCP1 0 - Desliga a interrupção CCP1 TMR2IE - Habilita a interrupção por comparação entre PR2 e TMR2 1 - Liga a interrupção da comparação PR2 e TMR2 0 - Desliga a interrupção da comparação PR2 e TMR2 TMR1IE - Habilita a interrupção de fi m de contagem do TMR1, quando da contagem de 255 para 0. 1 - Activa interrupção do TMR1 0 - Desactiva interrupção do TMR1 Registo PIE2 O registo PIE2 também contém bits que habilitam as interrupções dos periféricos. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Registos de Função Especial antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 72 OSFIE - Habilita interrupção por falha do Oscilador interno 1 - Liga interrupção por falha do Oscilador 0 - Desliga interrupção por falha do Oscilador C2IE - Habilita interrupção do Comparador C2 1 - Liga interrupção do Comparador C2 0 - Desliga interrupção do Comparador C2 C1IE - Habilita interrupção do Comparador C1 1 - Liga interrupção do Comparador C1 0 - Desliga interrupção do Comparador C1 EEIE - Habilita a interrupção pela escrita da EEPROM 1 - Liga a interrupção pela escrita da EEPROM 0 - Desliga a interrupção pela escrita da EEPROM BCLIE - Habilita a interrupção pela Colisão de Dados no Barramento 1 - Liga a interrupção pela Colisão de Dados no Barramento 0 - Desliga a interrupção pela Colisão de Dados no Barramento ULPWUIE - Habilita a interrupção pelo “Despertar” em extrema baixa potência 1 - Liga a interrupção pelo “Despertar” em extrema baixa potência 0 - Desliga a interrupção pelo “Despertar” em extrema baixa potência CCP2IE - Habilita a interrupção do módulo CCP2 (Capture/Compare/PWM - Captura/Compara/ PWM) 1 - Liga a interrupção CCP2 0 - Desliga a interrupção CCP2 www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Registos de Função Especial antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 73 Registo PIR1 O registo PIR1 contém as fl ags das interrupções. ADIF - Flag da interrupção do conversor A/D 1 - A conversão A/D está completa. Flag deverá ser limpa por software 0 - A conversão não está completa ou não foi iniciada RCIF - Flag da interrupção da recepção da EUSART 1 - O buff er de recepção da EUSART está completo. A fl ag é limpa, lendo o registo RCREG. 0 - O buff er de recepção da EUSART não está completo. TXIF - Flag de interrupção da transmissão da EUSART 1- O buff er de transmissão da EUSART está vazio. A fl ag é limpa, escrevendo para o registo TXREG 0 - O buff er de transmissão da EUSART está completo. SSPIF - Flag de interrupção da Porta Série Síncrona (MSSP) 1 - A interrupção MSSP durante a transmissão/recepção ocorreu. Estas condições diferem, dependendo do modo em que se opera: SPI ou I2C. Esta fl ag deve ser limpa por software. 0 - Nenhuma interrupção MSSP ocorreu. CCP1IF - Flag de interrupção de CCP1 1 - A interrupção de CCP1 ocorreu. Dependendo do modo de operação, ocorreu um valor coincidente com sucesso na captura ou comparação. Em ambos os casos, a fl ag deverá ser limpa por software. Este bit não é usado no modo de PWM. 0 - A interrupção de CCP1 não ocorreu. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Registos de Função Especial antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 74 TMR2IF - Flag de interrupção de coincidência de valores entre TMR2 e PR2 1 - Ocorreu coincidência de valores entre o TMR2 e PR2. Este bit deverá ser limpo por software. 0 - Não ocorreu coincidência de valores entre TMR2 e PR2. TMR1IF - Flag de interrupção de fi m de contagem do TMR1 1 - O TMR1 chegou ao fi m da contagem. Este bit deverá ser limpo por software. 0 - O TMR1 não chegou ao fi m da contagem. Registo PIR2 O registo PIR2 também contém as fl ags das interrupções. OSFIF - Flag de interrupção por falha do Oscilador 1 - O oscilador do sistema falhou, e o clock do sistema foi transferido para o oscilador INTOSC. Este bit de- verá ser limpo por software 0 - O oscilador do sistema funciona normalmente. C2IF - Flag de interrupção do comparador C2 1 - A saída do comparador C2 mudou de estado (bit C2OUT). Este bit deverá ser limpo por software. 0 - A saída do comparador C2 não mudou de estado. C1IF - Flag de interrupção do comparador C1 1 - A saída do comparador C1 mudou de estado (bit C1OUT). Este bit deverá ser limpo por software. 0 - A saída do comparador C1 não mudou de estado. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Registos de Função Especial antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 75 EEIF - Flag de interrupção da operação de escrita na EEPROM 1 - Escrita na EEPROM completa. Este bit deverá ser limpo por software 0 - Escrita na EEPROM não está completa, ou não foi iniciada. BCLIF - Flag de interrupção de colisão de transferência de dados no Barramento 1 - Ocorreu uma colisão no barramento, quando o módulo MSSP está confi gurado para I2C mestre. Este bit deverá ser limpo por software 0 - Não ocorreu colisão no barramento ULPWUIF - Flag de interrupção de “Despertar” em extrema baixa potência 1 - Condição de “Despertar” ocorreu. Este bit deverá ser limpo por software 0 - Condição de “Despertar” não ocorreu. CCP2IF - Flag de interrupção de CCP2 1 - A interrupção de CCP2 ocorreu. Dependendo do modo de operação, ocorreu um valor coincidente com sucesso na captura ou comparação. Em ambos os casos, a fl ag deverá ser limpa por software. Este bit não é usado no modo de PWM. 0 - A interrupção de CCP2 não ocorreu. Registo PCON O registo PCON contém apenas duas fl ags, para diferenciar entre: Reset de Power-on, Reset de Brown-out, Reset de Watchdog ou Reset externo. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Registos de Função Especial antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 76 ULPWUE - Habilitação do modo de “Despertar” em extrema baixa potência 1 - Liga “Despertar” em extrema baixa potência 0 - Desliga “Despertar” em extrema baixa potência SBOREN - Habilitação por software do Reset de Brown-out 1 - Liga Reset de Brown-out 0 - Desliga Reset de Brown-out POR - Flag de estado do Reset de Power-on 1 - Não ocorreu Reset de Power-on 0 - Reset de Power-on ocorreu. Este bit deverá ser limpo por software, depois de um Reset de Power-on acon- tecer. BOR - Flag de estado do Reset de Brown-out 1 - Não ocorreu Reset de Brown-out 0 - Reset de Brown-out ocorreu. Este bit deverá ser limpo por software, depois de um Reset de Brown-out acontecer. Registos PCL e PCLATH O tamanho da memória de programa do PIC16F887 é de 8k. Então, tem 8192 posições para armazenar o pro- grama. Por esta razão, o contador de programa tem de ter 13 bits (2^13 = 8192). Por forma a que o conteúdo de qualquer posição seja alterada por software durante a operação, o seu endereço deverá ser acessível através de algum SFR. Como os SFR’s são todos de 8 bits, este registo é “artifi cialmente” criado, dividindo os seus 13 bits por dois registos independentes: PCLATH e o PCL. Se a execução do programa não interferir com o contador de programa, o valor deste registo é automatica e constantemente incrementado +1, +1, +1, +1 ... Desta forma, o programa é executado como está escrito - in- strução a instrução, seguindo um constante incremento de endereço de memória de programa. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Registos de Função Especial antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 77 Se o contador de programa é alterado pelo software, então há alguns pontos a ter consideração, para evitar problemas: Os oito bits menos signifi cativos são provenientes do registo PCL, que é legível e escrevível, quando os cinco bits mais signifi cativos provêem do registo PCLATH que é apenas escrevível. O registo PCLATH é limpo aquando de qualquer RESET. Em linguagem assembler, o valor do contador de programa é marcado como PCL, mas obviamente apenas se refere aos 8 bits menos signifi cativos. O programador deverá ter em atenção quando usar a instrução “ADDWF PCL”. O resultado é um salto na posição de memória, através da soma de um número ao actual endereço. É bastante usado quando de saltos para tabelas de conversão (look-up). Um problema surge quando esta soma se arrasta para mais dos 8 bits do registo PCL. Não esquecer que, acima destes 8 bits, já se trata do registo PCLATH. Executando qualquer instrução para o registo PCL, simultaneamente causa os bits do contador de pro- grama serem substituidos pelo conteudo do registo PCLATH. No entanto, o PCL tem acesso a apenas 8 bits do resultado da instrução, e o salto consequente será totalmente erróneo. O problema é resolvido colocando essas instruções em endereços terminando por 0xXX00. Isto possibilita o programa saltar até 255 posições. Se saltos maiores são executados por esta instrução, o PCLATH deverá ser incrementado em uma unidade para cada excesso do PCL (255 para 0). Aquando da chamada, ou salto, para subrotinas (instruções CALL e GOTO), o microcontrolador dispõe apenas de 11 bits para endereçar. Por esta razão, como a RAM que também é dividida em bancos, a ROM está dividida em “páginas” de 2k cada. Tais instruções são executadas dentro destas páginas, sem quais- quer problemas. Simplesmente, como o processador tem 11 bits de endereço do programa, pode endereçar qualquer posição dentro dos 2KB. A fi gura abaixo explica em mais detalhe esta situação, como um salto • • • • • www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Registos de Função Especial antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 78 para a subrotina PP1. No entanto, se a subrotina, ou endereço de salto, não está dentro da mesma página da origem do mesmo, os dois bits superiores em falta devem ser escritos no PCLATH. Esta operação está descrita na fi gura abaixo, como um salto para o endereço da subrotina PP2. Registos do PCLATH Em ambos os casos, quando a subrotina encontra as instruções RETURN, RETLW ou RETFIE (para voltar ao programa principal), o microcontrolador vai simplesmente continuar a execução do programa de onde tinha deixado, pois o endereço de retorno foi armazenado na stack que, como mencionado, consiste de registos de 13 bits. • www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Registos de Função Especial antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 79 Endereçamento Indirecto Juntamente com o endereçamento indirecto, o qual é lógico por si só, este microcontrolador é capaz de fazer endereçamento indirecto através dos registos INDF e FSR. E, por vezes, simplifi ca em muito a escrita do pro- grama. Todo o procedimento é possível porque o registo INDF não é um verdadeiro registo (fi sicamente não existe), mas apenas especifi ca o registo que é dado pelo valor que está no FSR. Devido a isto, escrever ou ler do INDF, signifi ca que se está a ler ou a escrever no registo que é dado pelo valor que está no FSR. Por outras palavras, os endereços dos registos são especifi cados pelo FSR, e o conteúdo dos registos está armazenado no INDF. A diferença entre endereçamento directo e indirecto, é exemplifi cado na fi gura abaixo. Endereçamento Directo e Indirecto Como se pode ver, o problema dos “bits de endereços não existentes”, é solucionado por “pedi-los emprestado” de outro registo. Desta vez, é o sétimo bit chamado IRP, do registo STATUS. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Portas I/O - Entrada/Saída antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 80 Portas I/O - Entrada/Saída Funcionalidades e Funções Uma das mais importantes funcionalidades do microcontrolador, é o número de pinos I/O usados para ligação aos periféricos externos. Neste caso do PIC16F887, há um total de 35 pinos I/O de uso geral. De maneira a que o funcionamento dos pinos I/O coincida com a organização a 8 bits, todos eles estão, simi- larmente aos registos, agrupados em Portas denominadas A, B, C, D e E. Todas têem características em comum: Por razões práticas, a maioria dos pinos I/O têm várias funções. Se um pino é usado para uma qualquer função, não pode ser usado como I/O; Cada porta tem um par, isto é, o correspondente registo TRIS: TRISA, TRISB, TRISC, TRISD e TRISE, que determina o funcionamento, mas não o conteúdo. Limpando os bits do TRIS (bit=0), o correspondente pino da Porta é confi gurado como Saída. De igual forma, activando os bits do TRIS (bit=1), o correspondente pino da Porta é confi gurado como En- trada. Esta regra é simples de memorizar: 0 = Output (Saída), 1 = Input (Entrada) • • www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Portas I/O - Entrada/Saída antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 81 Portas I/O - Entrada/Saída Registos PORTA e TRISA A Porta A é um registo de 8 bits bidireccionais. Os bits do TRISA e ANSEL controlam os pinos da PORTA. Todos os pinos da PORTA funcionam como I/O digital, e cinco deles ainda podem trabalhar como entradas analógicas (descritas a AN): www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Portas I/O - Entrada/Saída antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 82 Similarmente aos bits do TRISA, que determinam quais dos pinos vão ser confi gurados como entrada ou saída, os bits respectivos do ANSEL determinam quais os pinos que vão ser usados como entradas analógicas ou I/O digitais. RA0 = AN0 (determinado pelo bit ANS0 do registo ANSEL); RA1 = AN1 (determinado pelo bit ANS1 do registo ANSEL); RA2 = AN2 (determinado pelo bit ANS2 do registo ANSEL); RA3 = AN3 (determinado pelo bit ANS3 do registo ANSEL); e RA5 = AN4 (determinado pelo bit ANS4 do registo ANSEL). Cada bit desta porta tem uma funcção adicional, relacionada com algum periférico interno. Estas funções adicionais vão ser discutidas mais à frente. Unidade ULPWU O microcontrolador é normalmente usado em dispositivos que têem que funcionar periodicamente e, comple- tamente independentemente, usando energia de baterias. Nestes casos, o consumo de energia deverá ser o mais reduzido possível e prioritário. Exemplos típicos dessas são: termómetro, sensores de detecção de incêndio e produtos de baixo consumo similares. Também é sabido que, uma redução na frequência de relógio reduz o consumo energético, então, uma das mais convenientes soluções para esta situação é reduzir o relógio (usar um cristal de 32KHz em vez de 4MHz ou 20MHz). • • • • • www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Portas I/O - Entrada/Saída antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 83 Colocar o microcontrolador em modo de adormecido (Sleep) é outro passo a dar. No entanto, mesmo com ambas as medidas aplicadas, outra situação aparece. Como acordar o microcontrolador, e colocá-lo em modo normal de opera- ção. É obviamente necessário ter um sinal externo, que mude de estado lógico em um dos pinos. Mesmo assim, a situação ainda persisnte. Este sinal deverá ser gerado por electrónica adicional, o que causa um aumento do consumo de energia do sistema. A solução ideal será a de, o microcontrolador, acordar sózinho periódicamente, o que é perfeitamente possível. O circuito que o permite fazer, é mostrado aqui. O princípio de operação é simples: Um pino é confi gurado como saída, e é activado a nível lógico 1. Isso causa o condensador ser carregado. Imediatamente depois, o mesmo pino é confi gurado como entrada. A mudança de estado lógico, habilita uma interrupção, e o microcontrolador é posto em modo Sleep. Seguidamente não há nada a fazer, excepto aguardar que o condensador se descarregue, através da corrente de fuga que fl ui pelo pino de entrada. Quando isso ocorre, uma interrupção é gerada e o microcontrolador continua a execução do programa em modo normal. A sequência é outra vez repetida. Teoricamente, esta é uma solução perfeita. O problema é que, todos os pinos possíveis de gerar uma interrup- ção, são digitais, e têem uma corrente de fuga excessivamente grande, quando a sua voltagem não está próxima dos limites de Vdd ou Vss. Neste caso, o condensador é descarregado rapidamente, pois a corrente de descarga é de várias centenas de microamperes. Esta é a razão pela qual o circuito ULPWU foi desenhado para ter lentas quedas de tensão, e muito baixo consumo. A sua saída gera uma interrupção, enquanto que a entrada é ligada a um dos pinos do microcontrolador. Está no pino RA0. Vendo a fi gura abaixo, com R=200ohms e C=1nF, descarrega em aproximadamente 30ms, enquanto que o consumo total do microcontrolador reduz-se em 1000 vezes (algumas centenas de nanoamperes). www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Portas I/O - Entrada/Saída antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 84 Unidade ULPWU Registos PORTB e TRISB A Porta B é um registo de 8 bits bidireccionais. Os bits do registo TRISB determinam a função dos seus pinos. Similarmente à Porta A, um 1 lógico no registo TRISB, confi gura o pino respectivo como entrada, e vice-versa. Seis pinos desta porta podem ser confi gurados como entrada analógica (AN). Os bits do registo ANSELH determinam quais destes pinos vão trabalhar como entradas analógicas ou I/O digitais. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Portas I/O - Entrada/Saída antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 85 RB0 = AN12 (determinado pelo bit ANS12 do registo ANSELH); RB1 = AN10 (determinado pelo bit ANS10 do registo ANSELH); RB2 = AN8 (determinado pelo bit ANS8 do registo ANSELH); RB3 = AN9 (determinado pelo bit ANS9 do registo ANSELH); RB4 = AN11 (determinado pelo bit ANS11 do registo ANSELH); e RB5 = AN13 (determinado pelo bit ANS13 do registo ANSELH). Cada bit desta porta tem uma função adicional, relacionada com algum periférico interno. Estas funções adi- cionais vão ser discutidas mais à frente. Todos os pinos desta porta têem resistências pull-ups internas, o que faz deles ideais para ligar botões- de-pressão, interruptores, foto-acopladores, entre outros. De forma a ligar estas resistências às portas dos microcontroladores, o bit apropriado do registo WPUB deve ser activado. Além dos bits do WPUB, há outro bit que afecta a operação das resistências pull-up: o bit RBPU do registo OPTION_REG. É um bit de uso geral, porque afecta a instalação global destas resistências. Sendo de alta impedância, estes resistências virtuais não afectam os pinos confi gurados como saídas, mas servem de extraordinária ajuda para as entradas. Assim, estão ligadas às entradas dos circuitos lógicos CMOS. De outra maneira, comportar-se-iam como se estivessem a fl utuar, devido ao estado de alta impedância. • • • • • • • www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Portas I/O - Entrada/Saída antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 86 Resistências de Pull-up Se habilitado, cada pino da Porta B confi gurado como entrada, pode causar uma interrupção, mudando o seu estado lógico. De maneira a habilitar os pinos que podem gerar a interrução, o bit respectivo no registo IOCB deverá ser activado. Devido a estas particularidades, os pinos da Porta B são normalmente usados para ligar botões-de-pressão, ou teclados, pois não há necessidade de perder ciclos de programa a fazer o “varrimento” destas entradas. • www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Portas I/O - Entrada/Saída antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 87 Exemplo de Teclado Quando os pinos X, Y e Z estão confi guradas como saídas activadas ao estado lógico 1, é apenas necessário esperar por um pedido de interrupção, que chega quando qualquer botão é premido. Fazendo, então, o var- rimento das teclas, pode encontrar-se qual a que está a ser premida. Pino RB0/INT O pino RB0/INT é uma fonte verdadeira de interrupção externa. Pode ser confi gurado para reagir a um fl anco ascendente ou descentence. O bit INTEDG do registo OPTION_REG selecciona qual o sinal. Pinos RB6 e RB7 O leitor já deve ter notado que o microcontrolador PIC não tem quaisquer pinos especiais para a programação (escrever para a memória de programa). Os pinos I/O normalmente usados para o funcionamento normal, são usados para este fi m (RB6 para o clock e RB7 para dados). Também, é necessário alimentar o chip com 5V em www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Portas I/O - Entrada/Saída antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 88 Vdd e 0V em Vss, como também a tensão de programação Vpp da FLASH (12-14V). Durante a programa- ção, a tensão Vpp é aplicada no pino de Reset (MCLR). Apesar destas ligações serem necessárias, o microcontrolador pode ser gravado mesmo estando já montado no sistema fi nal. Normalmente, um programa já gravado pode ser alterado pelo mesmo processo. Esta função chama-se ICSP (In-Circuit Serial Programming - Programação Série Dentro do Circuito). É necessário planear o sistema, se se pretende usar esta funcionalidade. Não é nada de complicado, basta instalar um conector de 5 pinos no sistema a gravar, para que as tensões do hardware programador possam aceder ao microcontrolador. De maneira a que estas tensões não interfi ram com a restante electrónica, deverá ser pensado um circuito para travar as mesmas, usando resistências, díodos ou jumpers. Ligação ICSP Registos PORTC e TRISC A Porta C é um registo de 8 bits bidireccionais. Os bits do registo TRISC determinam a função dos seus pinos. Todas as funções adicionais desta porta, serão explicadas mais à frente. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Portas I/O - Entrada/Saída antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 89 Registos PORTD e TRISD A Porta D é um registo de 8 bits bidireccionais. Os bits do registo TRISD determinam a função dos seus pinos. Registos PORTE e TRISE A Porta E é um registo de 8 bits bidireccionais. Os bits do registo TRISE determinam a função dos seus pinos. A única excepção é o pino RE3, que apenas serve de entrada, e o seu bit TRIS lê sempre “1”. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Portas I/O - Entrada/Saída antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 90 Similarmente às Portas A e B, três pinos podem ser confi gurados como entradas analógicas. Os bits do registo ANSELH determinam se o pino vai funcionar como entrada analógica (AN), ou se como I/O digital : RE0 = AN5 (determinado pelo bit ANS5 do registo ANSELH); RE1 = AN6 (determinado pelo bit ANS6 do registo ANSELH); e RE2 = AN7 (determinado pelo bit ANS7 do registo ANSELH). Registos ANSEL e ANSELH Ambos estes registos são usados para confi gurar os pinos como analógico, ou I/O digital. • • • www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Portas I/O - Entrada/Saída antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 91 Como fazê-lo: Para confi gurar um pino como entrada analógica, o bit respectivo do ANSEL, ou ANSELH, deverá ser acti- vado a 1. Para confi gurar o pino como I/O digital, o bit respectivo deverá ser desactivado (0). O estado dos bits ANSEL, não tem qualquer efeito nas funções de saída digitais. O resultado de qualquer tentativa de leitura de um pino confi gurado como entrada analógica, é 0. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Portas I/O - Entrada/Saída antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 92 Quando se projecta um sistema, escolher a porta através da qual o microcontrolador vai comunicar com os periféricos circundantes. Se se pretender usar apenas I/O digitais, pode escolher-se qualquer das portas. Se se pretender usar algumas das entradas analógicas, deverá escolher-se as portas apropriadas que suportam essa confi guração, AN0-AN13; Qualquer pino pode ser confi gurado como entrada ou saída, excepto o RE3 apenas como entrada. Os bits dos TRISA, TRISB, TRISC, TRISD e TRISE, determinam como os respectivos pinos das PORTA, PORTB, PORTC, PORTD e PORTE se vão comportar; Se se usarem quaisquer entradas analógicas, activar o bit respectivo no ANSEL e ANSELH, no início do programa; Se se usarem interruptores ou botões-de-pressão, deverão ser ligados à Porta B, porque esta têm resistências de pull-up. O uso destas resistências é habilitado pelo bit RBPU no OPTION_REG, e onde a activação de resistências individualmente é possivel nos bits do WPUB; e É normalmente necessário reagir, assim que os pinos de entrada mudam de estado lógico. No entanto, não é necessário escrever um programa para mudar o estado lógico dos pinos. É mais simples ligar estas entradas aos pinos da PORTB, e habilitar a interrupção a cada mudança de estado lógico. Os bits dos registos IOCOB e INTCON servem para tal. • • • • • www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Temporizadores antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 93 Temporizadores Os temporizadores deste PIC, podem ser descritos sucintamente. Há apenas três temporizadores/contadores totalmente independentes, mas dados como TMR0, TMR1 e TMR2. Mas não tão simples quanto isso. Temporizador TMR0 O temporizador TMR0 permite uma panóplia de aplicações práticas. É bastante conveniente, e simples, de usar, para gerar pulsos de duração arbitrária, medição do tempo, ou para contar pulsos externos. Isto tudo quase sem limitações. O TMR0 é um temporizador/contador de 8 bits, com as seguintes funcionalidades: Temporizador/contador de 8 bit; Divisor de 8 bit, partilhado com o Watchdog; Fonte de relógio interna, ou externa, programavel; Interrupção por fi m de contagem (255 -> 0); Selecção do fl anco do relógio externo. A fi gura abaixo representa o TMR0 com todos os bits que determinam a sua operação. Estes bits são armaze- nados no registo OPTION_REG. • • • • • www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Temporizadores antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 94 Temporizador TMR0 Registo OPTION_REG RBPU - Bit de habilitação dos Pull-ups da PORTB 0 - Os pinos da PORTB podem ser ligados a resistências de Pull-up 1 - As resistências de pull-up estão desactivadas www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Temporizadores antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 95 INTEDG - Bit de selecção do fl anco da Interrupção 0 - Interrupção no fl anco descendente no pino INT 1 - Interrupção no fl anco ascendente no pino INT T0CS - Bit de selecção do relógio do TMR0 0 - Relógio interno (Fosc/4) 1 - Relógio através dos pulsos no pino RA4 T0SE - Bit de selecção do fl anco de incrementação do TMR0 0 - Incrementa no fl anco ascendente no pino RA4 1 - Incrementa no fl anco descendente no pino RA4 PSA - Bit de atribuição do Divisor 0 - Divisor atribuido ao TMR0 1 - Divisor atribuido ao Watchdog PS2, PS1, PS0 - Bit de selecção da taxa de divisão A taxa de divisão é ajustada, combinando estes três bits. Como se pode ver na tabela abaixo, a mesma combinação dos bits, atribui diferentes taxas para o TMR0 e para o Watchdog, respectivamente. PS2 PS1 PS0 TMR0 WDT 0 0 0 1:2 1:1 0 0 1 1:4 1:2 0 1 0 1:8 1:4 0 1 1 1:16 1:8 1 0 0 1:32 1:16 1 0 1 1:64 1:32 1 1 0 1:128 1:64 1 1 1 1:256 1:128 A função do bit PSA, é descrita nas duas fi guras abaixo: • www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Temporizadores antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 96 Função do bit PSA = 0 Função do bit PSA = 1 Como se vê, o estado lógico do bit PSA determina qual a atribuição do divisor: se para o TMR0, se para o Watchdog. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Temporizadores antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 97 Também, é de valor acrescentar: Quando o divisor é atribuido ao TMR0, qualquer escrita no mesmo vai também limpar o divisor; Quando o divisor é atribuido ao Watchdog, a instrução CLRWDT vai limpar ambos o divisor e o WDT; Escrever para o registo TMR0, usado como temporizador, não dá o início de qualquer contagem, mas sim após dois ciclos de relógio. Então é necessário ajustar o valor escrito no registo TMR0; Quando o microcontrolador é posto em modo Sleep, o oscilador é desligado. O overfl ow (fi m de contagem, 255->0) não pode acontecer, pois não há pulsos para contar. É por esta razão que, a interrupção por over- fl ow do TMR0, não pode “acordar” o microcontrolador; Quando usado como contador de pulsos externos, sem divisor, a duração mínima do pulso, ou pausa, deverá ser de 2 Tosc + 20ns. Tosc é o periodo do oscilador interno; Quando usado como contador de pulsos externos, com divisor, a duração mínima do pulso, ou pausa, deverá ser de 10ns; O registo, do divisor de 8 bits, não está disponivel ao programador, o que signifi ca que não pode ser directa- mente lido/escrito; Aquando da mudança da atribuição do divisor, do TMR0 para o Watchdog, a seguinte sequência de in- struções deverá ser feita, de maneira a evitar um Reset: • • • • • • • • www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Temporizadores antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 98 BANKSEL TMR0 CLRWDT ;CLEAR WDT CLRF TMR0 ;CLEAR TMR0 AND PRESCALER BANKSEL OPTION_REG BSF OPTION_REG,PSA ;PRESCALER IS ASSIGNED TO THE WDT CLRWDT ;CLEAR WDT MOVLW b’11111000’ ;SELECT BITS PS2,PS1,PS0 AND CLEAR ANDWF OPTION_REG,W ;THEM BY INSTRUCTION “LOGICAL AND” IORLW b’00000101’ ;BITS PS2, PS1, AND PS0 SET MOVWF OPTION_REG ;PRESCALER RATE TO 1:32 Da mesma forma, aquando da mudança da atribuição do divisor, do Watchdog para o TMR0, a seguinte sequência de instruções deverá ser feita: BANKSEL TMR0 CLRWDT ;CLEAR WDT AND PRESCALER BANKSEL OPTION_REG MOVLW b’11110000’ ;SELECT ONLY BITS PSA,PS2,PS1,PS0 ANDWF OPTION_REG,W ;CLEAR THEM AFTERWARDS BY INSTRUCTION ;“LOGICAL AND” IORLW b’00000011’ ;PRESCALER RATE IS 1:16 MOVWF OPTION_REG De maneira a usar o TMR0 convenientemente, é necessário: Seleccionar o modo: O modo do TMR0 é escolhido com o bit T0CS do OPTION_REG: 0=temporizador, 1=contador; Quando usado, o divisor deverá ser atribuido ao TMR0, desactivando o bit PSA do OPTION_REG. A • • • www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Temporizadores antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 99 taxa do divisor é atribuida pelos bits PS2-PS0 do mesmo registo; e Quando se usa a interrupção, os bits GIE e TMR0IE do INTCON, deverão ser activados. Para medir tempo: Limpar o valor do TMR0, ou escrever um valor conhecido; O tempo decorrido (em microsegundos, quando se usa um cristal de 4MHz) é medido lendo o TMR0; e A fl ag TMR0IF do registo INTCON, é automativamente activada, a cada vez que há um overfl ow do TMR0. Se activada, é gerada uma interrupção. Para contar pulsos: A polaridade dos pulsos a contar no pino Ra4, é seleccionada pelo bit T0SE do OPTION_REG: 0=fl anco ascendente, 1=fl anco descendente; e O número de pulsos pode ser lido do registo TMR0. O divisor, e interrupção, são usados da mesma ma- neira do medidor de tempo. Temporizador TMR1 O módulo TMR1 é um temporizador/contador de 16 bit, o que signifi ca que tem dois registos, TMR1L e TMR1H. Pode contar até 65535 pulsos num só ciclo, ou seja, antes do contador retornar a zero (overfl ow). Temporizador TMR1 • • • • • • www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Temporizadores antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 100 Similarmente ao TMR0, estes registos podem ser lidos/escritos a qualquer momento. Em caso de overfl ow, uma interrupção é gerada. O TMR1 pode funcionar em um de dois modos básicos: como temporizador, ou como contador. No entanto, ao contrário do TMR0, cada um destes módulos tem funçoes adicionais. Partes do registo T1CON, controlam o funcionamento do TMR1. Panorâmica do Temporizador TMR1 Divisor do TMR1 O TMR1 tem um divisor separado, o que permite divisões por 1, 2, 4 ou 8, da entrada de relógio. Não se pode ler/escrever directamente o divisor. No entanto, o contador do divisor é automaticamente limpo aquando de uma escrita nos registos TMR1H ou TMR1L. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Temporizadores antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 101 Oscilador do TMR1 Os pinos RC0/T1OSO e RC1/T1OSI são usados para registar os pulsos dos periféricos externos, mas tam- bém têem uma funcionalidade acrescida. Como se pode ver pela fi gura abaixo, são simultaneamente confi gura- dos como entradas, pino RC1, e como saída, pino RC0, do oscilador adicional de baixa potência de quartzo. Este circuito adicional, é principalmente desenhado para funcionar a baixas frequências (até 200KHz), mais precisamente, para ser usado com cristais de quartzo de 32.768 KHz. Estes cristais são usados nos relógios de quartzo, pois é simples de obter pulsos de um segundo, simplesmente dividindo a frequência. Como este oscilador não depende do relógio interno, pode funcionar quando no modo de Sleep. É activado pelo bit T1OSCEN do registo T1CON. O programador deve certifi car-se que aguarda alguns milisegundos, para garantir um bom arranque deste oscilador. Oscilador do TMR1 A tabela abaixo, mostra os valores recomendados para os condensa- dores do cristal de quartzo. Estes valores não têem necessáriamente de ser exactos. Oscillator Frequency C1 C2 LP 32 kHz 33 pF 33 pF LP 100 kHz 15 pF 15 pF LP 200 kHz 15 pF 15 pF Gate do TMR1 A origem da gate do TMR1 (interruptor que liga ou desliga), é controlado por software para ser o pino TG1 ou a saída do comparador C2. Esta gate permite ao TMR1 contar eventos de estado lógico no pino TG1, ou eventos analógicos usando a saída do comparador C2. Ver fi gura a baixo. De maneira a medir a duração de um www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Temporizadores antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 102 sinal, é sufi ciente ligar esta gate, e contar os pulsos que vão passando pela mesma. TMR1 em modo de Temporizador De maneira a seleccionar este modo, é necessário limpar o bit TMR1CS. Depois disto, o registo de 16 bits vai ser incrementado a cada pulso que chegar do oscilador interno. Se um cristal de 4MHz estiver a ser usado, vai haver uma incrementação a casa microsegundo. Neste modo, o bit T1SYNC não afecta o temporizador, porque o mesmo está a contar pulsos do relógio interno. Como toda a electrónica usa estes pulsos, não há necessidade de sincronização. TMR1 em modo de Temporizador O relógio oscilador do microcontrolador não funciona durante o modo Sleep. Devido a isto, o Overfl ow do TMR1 não causa nenhuma interrupção. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Temporizadores antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 103 Oscilador do TMR1 O consumo energético do microcontrolador é reduzido, ao seu nível mínimo, quando no modo Sleep. O objec- tivo é parar o oscilador. De qualquer forma, é simples colocar o TMR1 neste modo - escrevendo uma instrução de SLEEP no pro- grama. Surge o problema de como acordar o microcontrolador, porque apenas uma interrupção o pode fazer. Como o microcontrolador “dorme”, uma interrupção tem que ser gerada por electrónica externa. Oscilador do TMR1 De modo a resolver esta situação, um oscilador de baixo consumo a quartzo, que funciona quando no modo Sleep, foi desenhado dentro do PIC. Aquilo que dantes era externo ao microcontrolador, está agora embutido no silício e destinado ao TMR1. O oscilador é ligado, activando o bit T1OSCEN do registo T1CON. Seguidamente, o bit TMR1CS é usado para indicar que o TMR1 usa pulsos desse oscilador. O sinal deste oscilador de quartzo é sincronizado, com o relógio do microcontrolador, desactivando o bit T1SYNC. Neste caso, o TMR1 não pode trabalhar no modo Sleep. Simplesmente porque o circuito de sincronização usa o relógio do microcontrolador; e A interrupção por Overfl ow do TMR1 pode ser habilitada. Estas interrupções vão ocorrer no modo de Sleep. • • www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Temporizadores antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 104 TMR1 em modo de Contador O TMR1 inicía o seu funcionamento como contador, activando o bit TMR1CS. Signifi ca que, o TMR1, é incrementado a cada fl anco ascendente do pino T1CKI. Se o bit de controlo T1SYNC estiver desactivado, os pulsos externos vão ser sincronizados. Por outras palavras, o TMR1 é sincronizado com o relógio de sistema do microcontrolador, o que o torna um Contador Síncrono. Quando o microcontrolador, funcionando desta maneira, é posto em Sleep, os registos TMR1H e TMR1L não são incrementados, mesmo havendo pulsos externos na entrada T1CKI. Como o relógio do sistema não funciona quando em Sleep, não há relógio para sincronização. No entanto, o divisor mantém o seu funciona- mento, pois é apenas um divisor de frequência. TMR1 em modo Contador Este contador regista estados lógicos “1” na sua entrada. É importante compreender que, pelo menos, um fl anco de- scendente tem que ser registado, antes do primeiro fl anco ascendente. Ver fi gura abaixo. A seta mostra quando o TMR1 incrementa. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Temporizadores antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 105 Registo T1CON T1GINV - Bit de inversão da Gate do TMR1, serve de inversão do estado lógico do pino T1G ou da saída do comparador C2 (C2OUT). Permite que o TMR1 incrementa, tanto quando recebe pulsos de fl anco ascen- dente, como de fl anco descendente. 1 - TMR1 incrementa a cada fl anco ascendente; e 0 - TMR1 incrementa a cada fl anco descendente. TMR1GE - Bit que habilita a Gate do TMR1, que determina se a gate do pino T1G, ou a saída do compara- dor C2, vai estar activa, ou não. Este bit só é funcional, se o bit TMR1ON estiver activo. De outra maneira, o TMR1GE é ignorado. 1 - TMR1 está ligado, apenas se a Gate estiver desligada; e 0 - A gate não afecta o funcionamento do TMR1 T1CKPS1, T1CKPS0 - Bits de selecção do divisor de frequência da entrada de relógio do TMR1 T1CKPS1 T1CKPS0 Prescaler Rate 0 0 1:1 0 1 1:2 1 0 1:4 1 1 1:8 T1OSCEN - Bit que habilita o Oscilador de Baixa Potência 1 - Oscilador de baixa potência está activo como relógio do TMR1; e 0 - Oscilador de baixa potência está desligado. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Temporizadores antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 106 T1SYNC - Bit de sincronização do relógio externo do TMR1, habilita a sincronização dos pulsos de entrada no T1CKI ou pelo oscilador de baixa potência. Quando conta pulsos do oscilador interno (TMR1CS=0), este bit é ignorado. 1 - Não sincroniza a entrada externa de relógio; e 0 - Sincroniza a entrada externa de relógio. TMR1CS - Bit de selecção da fonte de relógio do TMR1 1 - Conta pulsos do pino T1CKI, no fl anco ascendente; e 0 - Conta pulsos pelo relógio interno do microcontrolador. TMR1ON - Bit que habilita o TMR1 1 - Liga o TMR1; e 0 - Desliga o TMR1. De forma usar o TMR1 correctamente, é necessário o seguinte: Como não é possivel desligar o divisor, a sua taxa de divisão é ajustada pelos bits T1CKPS1 e T1CKPS0, do registo T1CON; O modo deverá ser escolhido pelo bit TMR1CS: 0=clock interno, 1=pulsos externos; Activando o bit T1OSCEN, o TMR1 é ligado, e os registos TMR1H e TMR1L são incrementados a cada pulso do cristal externo. A contagem pára quando este bit é desactivado; O divisor é limpo, quando se limpa ou escreve nos registos contadores TMR1H e TMR1L; e Quando os registos TMR1H e TMR1L excedem o seu valor, a fl ag TMR1IF é activada, e a contagem começa do zero. Temporizador TMR2 O temporizador TMR2 é um módulo temporizador que funciona de uma maneira específi ca, e é controlado por bits do registo T2CON. • • • • • www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Temporizadores antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 107 Temporizador TMR2 Os pulsos do oscilador interno, passam primeiro pelo divisor, em que a taxa pode ser alterada pelos bits T2CKPS1 e T2CKPS0. A saída do divisor é então usada para incrementar o registo do TMR2, começando de 0x00. Os valores do TMR2 e PR2, são constantemente comparados, e o TMR2 é constantemente incrementado até que o seu valor coincida com o de PR2. Quando ambos coincidem, o TMR2 é automaticamente posto a 0x00. O pós-divisor é incrementando, e a sua saída é usada para gerar uma interrupção, se a mesma estiver habilitada. Ambos os registos TMR2 e PR2 são possiveis de ler e escrever. A contagem é interrompida a qualquer mo- mento, desactivando o bit TMR2ON, o que contribui para a poupança de energia. Como opção extra, o momento do Reset do TMR2 pode, também, ser usado para determinar a velocidade de comunicações síncronas série. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Temporizadores antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 108 Registo T2CON TOUTPS3 - TOUTPS0 - Bits de selecção da taxa de divisão do pós-divisor do TMR2: TOUTPS3 TOUTPS2 TOUTPS1 TOUTPS0 Postscaler Rate 0 0 0 0 1:1 0 0 0 1 1:2 0 0 1 0 1:3 0 0 1 1 1:4 0 1 0 0 1:5 0 1 0 1 1:6 0 1 1 0 1:7 0 1 1 1 1:8 1 0 0 0 1:9 1 0 0 1 1:10 1 0 1 0 1:11 1 0 1 1 1:12 1 1 0 0 1:13 1 1 0 1 1:14 1 1 1 0 1:15 1 1 1 1 1:16 TMR2ON - Bit que liga o TMR2 1 - TMR2 está ligado; 0 - TMR2 está desligado. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Temporizadores antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 109 T2CKPS1, T2CKPS0 - Bits de selecção da taxa de divisão do divisor do TMR2 T2CKPS1 T2CKPS0 Prescaler Rate 0 0 1:1 0 1 1:4 1 x 1:16 Quando se usa o TMR2, não deverão ser esquecidos alguns detalhes que têem a ver com os seus registos: Quando do Power-on, o registo PR2 tem o valor de 0xFF; Ambos o divisor e pós-divisor, são limpos quando se escreve para o TMR2; Ambos o divisor e pós-divisor, são limpos quando se escreve para o T2CON; Em qualquer Reset, ambos o divisor e pós-divisor são limpos. • • • • www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Módulos CCP antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 110 Módulos CCP Capture/Compare/PWM - Captura/Compara/PWM O módulo CCP é um periférico que permite, ao programador, controlar e medir o tempo de diversos eventos. Modo de Captura - permite a medição do tempo de duração de um evento. Este circuito monitoriza o estado do TMR1, que constantemente muda de valor. Modo de Comparação - compara valores entre os registos do TMR1 e CCPR. Também permite, ao pro- gramador, gerar um sinal quando um determinado tempo já expirou. Modo de PWM - Pulse Width Modulation = Modulação por Largura de Impulsos - gera sinais de frequência e Duty-Cycle variaveis. O PIC 16F887 tem dois destes módulos: CCP1 e CCP2. Ambos são idênticos nas suas funções, com a excepção das funcionalidades avançadas do CCP1. Módulo CCP1 Uma parte importante deste circuito, é o registo CCPR1 de 16 bits, que consiste nos registos CCPR1L e CCPR1H. É usado para capturar, ou comparar com o TMR1 (TMR1H and TMR1L). Módulo CCP1 www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Módulos CCP antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 111 No modo de comparação, se habilitado por software, o Reset do temporizador TMR1 pode ocorrer com coincidência de valores. Além disto, o módulo CCP1 pode gerar sinais PWM, de frequência e duty-cycle variaveis. Os bits do registo CCP1CON, controlam o módulo CCP1. Modo de Captura com CCP1 Neste modo, o TMR1 é copiado para o CCP1, nas seguintes situações: Cada fl anco descendente no pino RC2/CCP1; Cada fl anco ascendente no pino RC2/CCP1; Cada 4º fl anco ascendente no pino RC2/CCP1; Cada 16º fl anco ascendente no pino RC2/CCP1. A combinação dos quatro bits (CCP1M3 - CCP1M0) do registo de controlo, determina destas situações quais vão disparar a transferência dos 16 bits. Também, o pino RC2/CCP1 deverá estar confi gurado como entrada, e o TMR1 deverá funcionar como temporizador ou contador síncrono. CCP1 em modo de Captura • • • • www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Módulos CCP antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 112 A fl ag CCP1IF é activada quando a captura é feita. Se tal acontecer, e se o bit PIE estiver activado, então uma interrupção é gerada. Quando o modo de captura é mudado, interrupções de captura não desejaveis poderão ser geradas. De maneira a evitar esta situação, ambos os bits CCP1IE e CCP1IF deverão ser desactivados, antes de fazer qualquer mudança. Interrupções não desejaveis também poderão ser geradas, ao mudar de um divisor de captura para outro. Para evitar esta situação, o módulo CCP1 deve ser temporáriamente desligado, antes de mudar de divisor. É recomendada a seguinte sequência de comandos: BANKSEL CCP1CON CLRF CCP1CON ;CONTROL REGISTER IS CLEARED ;CCP1 MODULE IS OFF MOVLW XX ;NEW PRESCALER MODE IS SELECTED MOVWF CCP1CON ;NEW VALUE IS LOADED TO THE CONTROL REGISTER ;CCP1 MODULE IS SIMULTANEOUSLY SWITCHED ON Modo de Comparação com CCP1 Neste modo, o valor do CCP1 é constantemente comparado com o valor do TMR1. Quando os valores co- incidem, o estado lógico da saída RC2/CCP1 pode alterar, o que vai depender do estado dos bits CCP1M3 - CCP1M0. A fl ag CCP1IF é, também, simultaneamente activada. Para confi gurar o módulo CCP1 para funcionar deste modo, duas condições devem ser verdadeiras: - O Pino RC2/CCP1 deverá ser confi gurado como saída; - O temporizador TMR1 deverá ser sicronizado com o clock interno. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Módulos CCP antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 113 CCP1 em modo de Comparação Modo de PWM com CCP1 Sinais com frequência e duty-cycle variavel, têem uma grande aplicação em automação. Um exemplo típico é um circuito de controlo de potência, que está na fi gura abaixo. Se um estado lógico 0 representa o interruptor- desligado, e um estado lógico 1 representa o interruptor-ligado, a energia que a carga consome, é directamente proporcional à duração do pulso. Esta relação é chamada de Duty-Cycle, ou ciclo-activo. CCP1 em modo de PWM www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Módulos CCP antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 114 Outro exemplo muito comum, é o uso de sinais PWM para gerar sinais ou formas de onda arbitrárias, como por exemplo uma onda sinusoidal. CCP1 em modo de PWM, com fi ltragem Dispositivos que funcionam desta maneira, são frequentemente usados como reguladores comutados, que con- trolam o funcionamento de motores: velocidade, aceleração, desaceleração, etc. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Módulos CCP antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 115 Módulo PWM A fi gura acima, mostra o diagrama de blocos do módulo CCP1 confi gurado no modo de PWM. De maneira a gerar pulsos de forma arbitrária no pino de saída, é necessário determinar dois valores: a frequência do pulso e a sua duração. Modo PWM www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Módulos CCP antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 116 Periodo do PWM O periodo (T) do pulso de saída é especifi cado pelo registo PR2 do TMR2. O periodo do PWM pode ser calculado pela seguinte equação: PWM Periodo (T) = (PR2 +1) * 4Tosc * Valor Divisor TMR2 Se o periodo do PWM fôr conhecido, é facil de calcular a frequência, pois esta é o inverso do periodo -> F = 1 / T. Duty-Cycle do PWM O Duty-Cycle do PWM é confi gurado usando 10 bits: oito MSb’s (bits mais signifi cativos) do registo CCP1RL e dois adicionais LSb’s (bits menos signifi cativos) do registo CCP1CON (DC1B1 e DC1B0). O resultado é um número de 10 bits, presente na fórmula: Duty-Cycle = Largura do Pulso = (CCPR1L,DC1B1,DC1B0) * Tosc * Valor Divisor TMR2 A tabela seguinte, mostra como gerar sinais PWM de frequência variavel, se se usar um cristal quartzo de 20MHz (Tosc=50ns) Frequency [KHz] 1.22 4.88 19.53 78.12 156.3 208.3 TMR2 Prescaler 16 4 1 1 1 1 PR2 Register FFh FFh FFh 3Fh 1Fh 17h A lembrar: O pino de saída será constantemente activado, caso a Largura do Pulso seja maior que o periodo do PWM; Nesta aplicação, o pós-divisor do TMR2 não pode ser usado para gerar periodos maiores de PWM. • • www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Módulos CCP antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 117 Resolução do PWM Um sinal de PWM não é mais que uma sequência de pulsos, com largura do pulso variavel. Para uma de- terminada frequência (número de pulsos por segundo), há um número limitado de combinações de larguras de impulso. Este número é chamado de resolução, e medido em bits. Por exemplo, uma resolução de 10 bits, resulta em 1024 larguras de impulso, onde uma resolução de 8 bits, resulta em 256 larguras de impulso. Relativamente a este microcontrolador, a resolução é especifi cada pelo PR2. O valor máximo é obtido escre- vendo 0xFF. Frequências e resolução do PWM, com Fosc de 20MHz: PWM Frequency 1.22kHz 4.88kHz 19.53kHz 78.12kHz 156.3kHz 208.3kHz Timer Prescale 16 4 1 1 1 1 PR2 Value FFh FFh FFh 3Fh 1Fh 17h Maximum Resolution 10 10 10 8 7 6 Frequências e resolução do PWM, com Fosc de 8MHz: PWM Frequency 1.22kHz 4.90kHz 19.61kHz 76,92kHz 153.85kHz 200.0kHz Timer Prescale 16 4 1 1 1 1 PR2 Value 65h 65h 65h 19h 0Ch 09h Maximum Resolution 8 8 8 6 5 5 Registos CCP1CON www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Módulos CCP antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 118 P1M1, P1M0 - bits de confi guração da saída de PWM - em todos os modos, excepto no PWM, o pino P1A é a entrada do módulo de Captura/Comparação. Os pinos P1B, P1C e P1D são I/O da Porta D. No modo de PWM, estes bits afectam o módulo CCP1, como mostra a tabela abaixo: P1M1 P1M0 Mode 0 0 PWM com saída única Pino P1A, saída de sinal modulado, Pinos P1B, P1C e P1D são I/O da porta D 0 1 Confi guração em Ponte completa Pino P1D, saída de sinal modulado Pino P1A está activo Pinos P1B e P1C estão inactivos 1 0 Confi guração em Meia Ponte Pinos P1A e P1B, saída modulada de sinal Pinos P1C e P1D são I/O da porta D 1 1 Confi guração em Ponte completa Reversa Pino P1B, saída de sinal modulado Pino P1C está activo Pinos P1A e P1D estão inactivos DC1B1, DC1B0 - MSb’s do Duty-Cycle do PWM - são apenas usados no modo de PWM, em que represen- tam os dois bits menos signifi cativos de um número de 10 bit. Este número determina a Largura de Impulso do sinal PWM. Os restantes 8 bits, estão armazenados no registo CCP1RL. CCP1M3-CCP1M0 - bits de selecção do modo de CCP1 : www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Módulos CCP antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 119 CCP1M3 CCP1M2 CCP1M1 CCP1M0 Mode 0 0 0 0 Módulo desligado 0 0 0 1 Não usado 0 0 1 0 Modo de Comparação bit CCP1IF é activado quando coincide 0 0 1 1 Não usado 0 1 0 0 Modo de Captura A cada fl anco descendente no pino CCP1 0 1 0 1 Modo de Captura A cada fl anco ascendente no pino CCP1 0 1 1 0 Modo de Captura A cada 4º fl anco ascendente no pino CCP1 0 1 1 1 Modo de Captura A cada 16º fl anco ascendente no pino CCP1 1 0 0 0 Modo de Comparação Saída e bit CCP1IF são activados quando coincide 1 0 0 1 Modo de Comparação Saída é desactivada e bit CCP1IF é activado quando coincide 1 0 1 0 Modo de Comparação Chamada de interrupção e bit CCP1IF é activado quando coincide 1 0 1 1 Modo de Comparação bit CCP1IF é activado e registos de temporizadores 1 ou 2 são limpos 1 1 0 0 Modo de PWM Pinos P1A e P1C são activos a 1 Pinos P1B e P1D são activos a 1 1 1 0 1 Modo de PWM Pinos P1A e P1C são activos a 1 Pinos P1B e P1D são activos a 0 1 1 1 0 Modo de PWM Pinos P1A e P1C são activos a 0 Pinos P1B e P1D são activos a 1 1 1 1 1 Modo de PWM Pinos P1A e P1C são activos a 0 Pinos P1B e P1D são activos a 0 www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Módulos CCP antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 120 Módulo CCP2 Excluindo a diferença de nomes de registos e bits, este módulo é uma boa cópia do CCP1, em modo normal. Há apenas uma diferença entre ambos, quando o CCP2 opera no modo de Comparação. Essa diferença centra-se no sinal de Reset do TMR1. Nomeadamente, se o conversor A/D está ligado, no momento em que os valores de TMR1 e CCPR2 coincidem, o sinal de Reset do TMR1 vai automaticamente iniciar uma conversão A/D. Módulo CCP2 Similarmente ao módulo anterior, este circuito é controlador pelos bits do registo CCP2CON. Registo CCP2CON DC2B1, DC2B0 - MSb’s do Duty-Cycle do PWM - são apenas usados no modo de PWM, em que represen- tam os dois bits menos signifi cativos de um número de 10 bit. Este número determina a Largura de Impulso do sinal PWM. Os restantes 8 bits, estão armazenados no registo CCP2RL. CCP2M3-CCP2M0 - bits de selecção do modo de CCP2 www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Módulos CCP antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 121 CCP2M3 CCP2M2 CCP2M1 CCP2M0 Mode 0 0 0 0 Módulo desligado 0 0 0 1 Não usado 0 0 1 0 Não usado Não usado 0 0 1 1 Não usado 0 1 0 0 Modo de Captura A cada fl anco descendente no pino CCP2 0 1 0 1 Modo de Captura A cada fl anco ascendente no pino CCP2 0 1 1 0 Modo de Captura A cada 4º fl anco ascendente no pino CCP2 0 1 1 1 Modo de Captura A cada 16º fl anco ascendente no pino CCP2 1 0 0 0 Modo de Comparação Saída e bit CCP2IF são activados quando coincide 1 0 0 1 Modo de Comparação Saída é desactivada e bit CCP2IF é activado quando coincide 1 0 1 0 Modo de Comparação Chamada de interrupção e bit CCP2IF é activado quando coincide e pino CCP2 não é afectado 1 0 1 1 Modo de Comparação bit CCP2IF é activado, registos do TMR1 são lim- pos, ADC arranca se o ADC estiver ligado quando coincide 1 1 x x Modo de PWM Confi guração do módulo CCP1, para funcionamento em PWM De maneira a confi gurar o módulo CCP para funcionamento em PWM, os seguintes passos devem ter-se em conta: Confi gurar o pino CCP1 como entrada;• www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Módulos CCP antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 122 Ajustar o periodo do PWM, carregando o registo PR2; Confi gurar o módulo CCP, para o modo de PWM, combinando bits do registo CCP1CON; Ajustar o Duty-Cycle do PWM, carregando o registo CCP1RL, e os bits DC1B1-DC1B0 do CCP1CON; Para confi gurar e ligar o TMR2: Limpar a Flag de interrupção TMR2IF, no registo PIR1; Ajustar o divisor do TMR2, carregando os bits T2CKPS1 e T2CKPS0 do registo T2CON; Ligar o TMR2, activando o bit TMR2ON no T2CON; Habilitar os pinos de saída do PWM, depois de um cíclo de PWM ter passado; Esperar pelo fi m de contagem do TMR2 (overfl ow), bit TMR2IF do registo PIR1 é activado; Confi gurar o respectivo pino como saída, no registo TRISx. • • • • • • • • • • www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Módulos de Comunicação Série antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 123 Módulos de Comunicação Série O módulo EUSART - Enhanced Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter - Receptor/ Transmissor Síncrono/Assíncrono Série Avançado, é um periférico interno de comunicações I/O série. Tam- bém é conhecido como SCI - Serial Communications Interface - Interface de Comunicações Série. Contém todos os geradores de relógio, “shift-registers” e registos de dados necessários para fazer uma emissão, ou recepção, de dados série, independentemente da execução do programa principal. Como o seu nome indica, aparte do uso do relógio para sincronização, este módulo também pode estabelecer comunicações assíncronas, o que o torna insubstituivel em algumas aplicações. Como exemplo, no caso de ser difi cil, ou impossivel, de disponibilizar canais especiais de Relógio e Dados, ex.: controlo remoto por rádio ou infravermelhos, o módulo EUSART é uma solução bastante conveni- ente. O sistema EUSART, dentro do PIC16F887, tem as seguintes características: Transmissão/Recepção Assíncrona em Full-Duplex (envia e recebe ao mesmo tempo); Tamanho de dados confi guravel entre 8 ou 9 bits; Detecção de endereço no modo de 9 bits; Detecção de erro, de registo de entrada já cheio; Comunicação Hall-Duplex (ou envia, ou recebe) no modo Síncrono Mestre, ou Escravo. • • • • • www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Módulos de Comunicação Série antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 124 Modo Assíncrono da EUSART A EUSART transmite e recebe dados, usando um formato normalizado de “non-return-to-zero (NRZ)”, ou não-retorna-ao-zero. Como de pode ver na fi gura abaixo, este modo não usa sinal de relógio, enquanto os dados estão a ser transferidos: EUSART em modo Assíncrono Cada pacote de dados é transferido da seguinte maneira: Quando parado, o pino de saída está no estado lógico 1; Cada transmissão de dados começa com um bit START, que é sempre zero (0); Cada pacote de dados tem 8 ou 9 bits de tamanho, onde o LSB é sempre o primeiro a ser transferido; Cada transmissão de dados termina com um bit de STOP, que tem sempre estado lógico (1). • • • • www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Módulos de Comunicação Série antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 125 Transmissor Assíncrono da EUSART Transmissor Assíncrono da EUSART De maneira a possibilitar a transmissão de dados com o módulo EUSART, é necessário confi gurá-lo para trabalhar como transmissor. Ou seja, é necessário defi nir o estado dos seguintes bits: TXEN = 1 - O transmissor da EUSART está ligado, activando este bit no registo TXSTA; SYNC = 0 - A EUSART está confi gurada para funcionar em modo assíncrono, desactivando este bit do registo TXSTA; SPEN = 1 - Activando este bit do registo RCSTA, a EUSART é activada e o pino TX/CK é automaticamente confi gurado como saída. Se este bit é simultaneamente usado para alguma função analógica, esta deve ser desactivada, limpando o bit correspondente no registo ANSEL. O cerne do transmissor EUSART, é o “shift-register” TSR, que não é directamente acessivel pelo utilizador. De maneira a iniciar a transmissão, o módulo deve estar ligado, activando o bit TXEN. Os dados a enviar, devem ser escritos no registo TXREG, o que vai causar a seguinte sequência de eventos: www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Módulos de Comunicação Série antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 126 O byte é imediatamente transferido para o “shift-register” TSR; O registo TXREG mantém-se vazio, o que é indicado pela fl ag TXIF do PIR1. Se o bit TXIE do registo PIE1 estiver activo, uma interrupção é gerada. De qualquer modo, quer a interrupção esteja activa, ou não, esta fl ag é sempre activada. Também, não pode ser apagada pelo sotware, mas é apagada quando se escreve para o TXREG; A electrónica “empurra” os dados para o pino TX, ao mesmo ritmo do relógio interno: START bit ... dados ... STOP bit; Quando o último bit abandona o TSR, o bit TRMT do registo TXSTA é automaticamente activado; Se, entretanto, o TXREG recebeu um novo caracter, todo o procedimento é repetido imediatamente ao STOP bit do caracter anteriormente transmitido. O envio de dados de 9 bits, é habilitado activando o bit TX9 do TXSTA. O bit TX9D do TXSTA é o nono MSB. Quando da transferência, o TX9D deverá ser escrito, antes de escrever para o TXREG. Todos os noves bits de dados serão transmitidos, assim que a escrita no TXREG estiver completa. • • • • • www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Módulos de Comunicação Série antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 127 Receptor Assíncrono da EUSART Receptor Assíncrono da EUSART Para activar a recepção de dados, é necessário fazer o seguinte: CREN = 1 - O receptor da EUSART é ligado, activando este bit no registo RCSTA; SYNC = 0 - A EUSART está confi gurada para funcionar em modo assíncrono, desactivando este bit do registo TXSTA; SPEN = 1 - Activando este bit do registo RCSTA, a EUSART é activada e o pino TX/CK é automaticamente confi gurado como saída. Se este bit é simultaneamente usado para alguma função analógica, esta deve ser desactivada, limpando o bit correspondente no registo ANSEL. Quando estes passos forem concluidos, e o START bit detectado, os dados são transferidos para o shift-regis- ter RSR pelo pino RX. Quando o STOP bit fôr recebido, a seguinte ocorre: www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Módulos de Comunicação Série antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 128 Os dados são automaticamente transferidos para o RCREG, se vazio; A fl ag RCIF é activada, e uma interrupção, se estiver habilitada pelo bit RCIE no PIE1, ocorre. De igual forma ao transmissor, a fl ag é limpa apenas quando se lê do RCREG. Não esquecer que é uma memória de recepção de dois bytes, o que permite receber dois caracteres simultaneamente; Se o RCREG estiver ocupado, com os dois bytes e o shift-register detectar um STOP bit, o bit the Over- fl ow OERR vai ser activado. Neste caso, os dados que chegaram são perdidos, e o bit OERR deverá ser limpo pelo software. Tal é feito desactivando e activando o bit CREN. NOTA: não é possivel receber novos dados, enquanto o bit OERR estiver activo; Se o STOP bit for zero, o bit FERR do RCSTA é activado, indicando erro na recepção; Para receber dados com 9 bits, é necessário activar o bit RX9 no RCSTA. Detecção de Erros na Recepção Há dois tipos de erros que o microcontrolador pode detectar automaticamente. O primeiro é chamado de erro de Framing, e ocorre quando o receptor não detecta o STOP bit no tempo certo. Este erro é indicado pelo bit FERR do RCSTA. Se este bit estiver activado, signifi ca que a última recepção de dados pode estar incorrecta. É importante lembrar: Um erro de Framing não gera uma interrupção por si próprio; Se este bit estiver activo, os últimos dados têem erros; Um erro de Framing, não impossibilita a recepção de dados; O bit FERR é limpo, lendo os dados recebidos; O bit FERR não pode ser limpo por software. Se necessário, pode ser limpo, desactivando o bit SPEN do RCSTA. Vai simultaneamente causar Reset de todo o sistema EUSART. Outro tipo de erro, é chamado de “Overrun”. A memória de receoção pode conter dois caracteres. Um erro overrun vai ser gerado se o terceiro caracter é recebido. Simplesmente não há espaço para outro byte, e um error é inevitavel. Quando esta situação acontece, o bit OERR do RCSTA é activado. As consequências são as seguintes: • • • • • • • • • • www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Módulos de Comunicação Série antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 129 Os dados já recebidos, e armazenados na memória de recepção, podem ser normalmente lidos; Nenhum byte adicional vai ser recebido, enquanto o bit OERR não for desactivado; Este bit não é directamente acessivel. Para o limpar, é necessário desactivar o bit CREN do RCSTA, ou fazendo um Reset ao módulo EUSART, limpando o bit SPEN do TCSTA. Recepção de dados de 9 bits Além de receber dados de 8 bits, o sistema EUSART suporta recepção de dados com 9 bits. No lado transmissor, o nono bit está “agarrado” ao byte original, mesmo antes do STOP bit. No lado receptor, quando o bit RX9 do RCSTA está activo, o nono bit vai ser automaticamente escrito no bit RX9D, do mesmo registo. Quando este byte é recebido, o programador deve ter em atenção em como o vai ler. O nono bit deverá ser lido antes de ler os restantes 8 bits, pois se não o fi zer, o nono bit será automaticamente limpo. Recepção de dados a 9 bits • • • www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Módulos de Comunicação Série antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 130 Detecção de endereços Quando o bit ADDEN do registo RCSTA está activo, o módulo EUSART está habilitado a receber dados de 9 bits, onde todos os dados de 8 bits serão ignorados. Embora pareça uma restrição, este modo permite a comunicação série entre vários microcontroladores. O principio de operação é simples. O Mestre envia 9 bits, que representa o endereço de um microcontrolador. Todos os microcontroladores Escravos que partilham a linha de transmissão, recebem estes dados. Todos os escravos deverão ter o bit ADDEN activado, para permitir a detecção de endereço. Depois da recepção, cada Escravo verifi ca se esse endereço é o seu. O software, depois de confi rmar o endereço, deverá desactivar a detecção de endereço, limpando o bit ADDEN. O dispositivo Mestre continua o envio de dados de 8 bits. Todos os dados passando pela linha de transmissão, vão ser recebidos e reconhecidos apenas pelo Escravo já correctamente endereçado. Após receber o último byte, o Escravo deverá activar o bit AD- DEN. de maneira a poder detectar outra vez os endereços. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Módulos de Comunicação Série antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 131 Registo TXSTA CSRC - Bit de selecção da origem do relógio. É apenas usado no modo síncrono. 1 - modo Mestre. Clock é gerado internamente pelo gerador de Baud Rate; 0 - modo Escravo. Clock é gerado por uma fonte externa. TX9 - Bit de activação de transmissão de 9 bits 1 - Transmissão a 9 bits 0 - Transmissão a 8 bits TXEN - Bit de activação da Transmissão 1 - Transmissão activa 0 - Transmissão desligada SYNC - Bit de selecção do modo da EUSART 1 - EUSART funciona no modo síncrono 0 - EUSART funciona no modo assíncrono SENDB - Bit de envio de caracter de “break”. Apenas usado em modo assíncrono, e apenas no caso de desco- brir o standard do barramento LIN 1 - O envio do caracter Break activado 0 - O envio do caracter Break terminou BRGH - Bit de selecção de High Baud Rate (alta velocidade de relógio) no modo assíncrono. Não afecta a EUSART no modo síncrono. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Módulos de Comunicação Série antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 132 1 - EUSART funciona em alta velocidade 0 - EUSART funciona em baixa velocidade TRMT - Bit de estado do Shift-Register de Transmissão 1 - Registo TSR está vazio 0 - Registo TSR está cheio TX9D - Nono bit de dados transmitidos. Pode ser usado para endereço ou para bit de paridade. Registo RCSTA SPEN - Bit de activação da porta Série 1 - Porta Série activa. Os pinos RX/DT e TX/CK são automaticamente confi gurados como entrada e saída, respectivamente 0 - Porta Série desactivada RX9 - Bit de activação da Recepção de 9 bits 1 - Recepção de 9 bits 0 - Recepção de 8 bits SREN - Bit de activação de Recepção singular. Usado apenas em modo síncrono, quando o microcontrolador funciona como Mestre 1 - Recepção singular activada 0 - Recepção singular desactivada www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Módulos de Comunicação Série antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 133 CREN - Bit de activação de Recepção contínua Modo Assíncrono: 1 - Recepção contínua activada 0 - Recepção contínua desactivada Modo Síncrono 1 - Recepção contínua activada, até o bit CREN ser limpo 0 - Recepção contínua desactivada ADDEN - Bit de activação de Detecção de Endereço 1 - Activa a detecção de endereço, com recepção a 9 bits 0 - Desactiva a detecção de endereço, e o nono bit pode ser usado como bit de paridade FERR - Bit de erro de “Framing” 1 - Na recepção, erro de Framing detectado 0 - Sem erro de Framing OERR - Bit de erro de “Overrun” 1 - Na recepção, erro de Overrun detectado 0 - Sem erro de Overrun RX9D - O nono bit dos dados recebidos, pode ser usado com endereço, ou bit de paridade BRG - Baud Rate Generator - Gerador de Relógio para a EUSART Se se olhar atentamente para o diagrama do receptor/transmissor assíncrono da EUSART, em ambos os casos, pode ver-se que o sinal de relógio do temporizador local BRG, é usado para a sincronização. A mesma fonte de relógio é usada no modo síncrono. Este temporizador consiste em dois registos de 8 bits, num total de 16 bits. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Módulos de Comunicação Série antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 134 Gerador de Baud Rate da EUSART Um número escrito para estes dois registos, determina o Baud Rate - Velocidade da porta Série. Além do mais, ambos o bit BRGH do TXSTA e o bit BRGH16 do BAUDCTL, infl uenciam a frequência de relógio. A fórmula usada para calcular o Baud Rate, é dada pela tabela abaixo: Bits BRG / EUSART Mode Baud Rate Formula SYNC BRG1G BRGH 0 0 0 8-bit / assíncrono Fosc / [64 (n + 1)] 0 0 1 8-bit / assíncrono Fosc / [16 (n + 1)] 0 1 0 16-bit / assíncrono Fosc / [16 (n + 1)] 0 1 1 16-bit / assíncrono Fosc / [4 (n + 1)] 1 0 x 16-bit / assíncrono Fosc / [4 (n + 1)] 1 1 x 16-bit / assíncrono Fosc / [4 (n + 1)] As tabelas seguintes, contêem valores que devem ser escritos no registo SPBRG, e nos bits SYNC, BRGH e BRGH16, de maneira a obter Baud Rates padronizadas. As fórmulas usadas para determinar o Baurd Rate, são: www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Módulos de Comunicação Série antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 135 www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Módulos de Comunicação Série antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 136 www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Módulos de Comunicação Série antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 137 Registo BAUDCTL www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Módulos de Comunicação Série antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 138 ABDOVF - Flag de Overfl ow da detecção de Auto-Baud-Rate, é apenas usado no modo assíncrono, durante a detecção do baud rate 1 - Temporizador Auto Baud Rate chegou ao fi m 0 - Temporizador Auto Baud Rate não chegou ao fi m RCIDL - Flag de Recepção parada, apenas usado no modo assíncrono 1 - A recepção está parada 0 - O START bit foi recebido, e a recepção está em progresso. SCKP - Bit de selecção da polaridade do Relógio Síncrono Modo Assíncrono: 1 - Dados invertidos na transmissão no pino RC6/TX/CK 0 - Dados não invertidos na transmissão no pino RC6/TX/CK Modo Síncrono: 1 - Sincronização no fl anco ascendente do relógio 0 - Síncronização no fl anco descendente do relógio WUE - Bit que habilita o Wake-up (“acordar”) pela EUSART 1 - O receptor aguarda por um fl anco descendente no pino RC7/RX/DT, para acordar o microcontrolador do modo Sleep 0 - O receptor funciona normalmente ABDEN - Bit de habilitação de Detecção Automática do Baud Rate, apenas em modo assíncrono 1 - Modo de detecção automática do baud rate está ligado. Este bit é automaticamente limpo aquando da detecção do baud rate 0 - Modo de detecção automática do baud rate está desligado www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Módulos de Comunicação Série antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 139 Resumidamente: Enviar dados pela EUSART em modo assíncrono: O baud rate deverá ser ajustado, pelos bits BRGH do registo TXSTA, e BRG16 do registo BAUDCTL, e pelos registos SPBRGH eSPBRG; O bit SYNC do TXSTA deverá ser limpo, e o bit SPEN do RCSTA deverá ser activado, de maneira a ligar a porta série; Na transmissão de 9 bits, o bit TX9 do TXSTA deverá ser activado; A transmissão de dados é habilitada, activando o bit TXEN do TXSTA. O bit TXIF do PIR1 é automati- camente activado; Se for necessário haver um interrupção, o bit TXIE do PIE1, e os GIE e PEIE do INTCON deverão ser activados; Na transmissão de 9 bits, o valor do nono bit deverá ser escrito no bit TX9D do TXSTA; A transmissão inicia quando se escreve no registo TXREG; Receber dados pela EURSAR em modo assíncrono: O baud rate deverá ser ajustado, pelos bits BRGH do registo TXSTA, e BRG16 do registo BAUDCTL, e pelos registos SPBRGH eSPBRG; O bit SYNC do TXSTA deverá ser limpo, e o bit SPEN do RCSTA deverá ser activado, de maneira a ligar a porta série; Se for necessário haver uma interrupção, o bit RCIE do PIE1, e os GIE e PEIE do INTCON deverão ser activados; Na recepção de 9 bits, o bit RX9 do RCSTA deverá ser activado; A recepção de dados deverá ser habilitada, activando o bit CREN do RXSTA; O registo RCSTA deverá ser lido, para tirar a informação de possiveis erros que ocorreram durante a transmisssão. Na recepção a 9 bits, o nono bit estará armazenado neste registo; O byte recebido e armazenado no registo RCREG, deverá ser lido. • • • • • • • • • • • • • • www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Módulos de Comunicação Série antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 140 Activar o modo de Detecção de Endereço: O baud rate deverá ser ajustado, pelos bits BRGH do registo TXSTA, e BRG16 do registo BAUDCTL, e pelos registos SPBRGH e SPBRG; O bit SYNC do TXSTA deverá ser limpo, e o bit SPEN do RCSTA deverá ser activado, de maneira a ligar a porta série; Se for necessário haver uma interrupção, o bit RCIE do PIE1, e os GIE e PEIE do INTCON deverão ser activados; O bit RX9 do RCSTA deverá ser activado; O bit ADDEN do RCSTA deverá ser activado, o que habilita que um caracter recebido, seja interpretado como endereço; A recepção de dados deverá ser habilitada, activando o bit CREN do RXSTA; Imediatamente após os 9 bits serem recebidos, o bit RCIF do PIR1 é automaticamente activado. Se habil- itada, uma interrupção é gerada; O registo RCSTA deverá ser lido, para tirar a informação de possiveis erros que ocorreram durante a transmisssão. Na recepção a 9 bits, o nono bit estará armazenado neste registo; Os 8 bits recebidos e armazenados no registo RCREG, deverão ser lidos. Agora deve ser feita a verifi cação do endereço. Se coincidirem, é necessário limpar o bit ADDEN do RCSTA, o que possibilita a continui- dade da recepção em 8 bits. • • • • • • • • • www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Módulos de Comunicação Série antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 141 Modo Síncrono da EUSART O módulo MSSP - Master Sínchronous Serial Port, Porta Série Síncrona Mestre, é bastante útil, porque é ao mesmo tempo um dos mais complexos circuitos dentro do microcontrolador. Ele permite comunicações de alta velocidade entre o microcontrolador e periféricos externos, usando algumas linhas de I/O. É comum usá-lo para ligar a ecrãns LCD, conversores A/D, EEPROM’s série, shift-registers, entre outros. A principal funcionalidade deste tipo de comunicações é a de ser síncrona, e óptimo para sistemas onde há um só Mestre, e um ou mais Escravos. O dispositivo Mestre tem os circuitos necessários para a geração do Baud Rate, e fornece o Relógio para todos os dispositivos do sistema. Os dispositivos Escravos, podem dessa maneira, eliminar o gerador de Relógio interno. O módulo MSSP funciona das seguintes maneiras: Modo SPI, Serial Peripheral Interface Modo I2C, Inter-Integrated Circuit Módulo MSSP • • www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Módulos de Comunicação Série antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 142 Como se pode ver na fi gura, um módulo MSSP representa metade do hardware necessário para estabelecer uma comunicação série, enquanto que a outra metade está presente no dispositivo com que se vai trocar a informação. Apesar dos módulos serem iguais em ambos os lados, os seus modos são essencialmente diferentes, dependendo se operam como Mestre ou Escravo: Se o microcontrolador a ser programado, controla outros dispositivos, então vai funcionar como Mestre. Um módulo defi nido como tal, vai gerar o relógio quando necessário, e apenas quando informação é en- viada/recebida. Depende do Mestre, se a ligação é estabelecida, ou não. Se o microcontrolador a ser programado, é parte de um sistema periférico, então vai funcionar como dis- positivo Escravo. Então, terá sempre de aguardar os pedidos por parte do Mestre. Modo SPI O modo de SPI permite o envio/recepção simultânea, de dados de 8 bits, usando 3 linhas I/O; SDO - Saída de dados série - linha de transmissão; SDI - Entrada de dados série - linha de recepção; SCK - Relógio série - linha de síncronização. Em conjunto com esta linha, se o microcontrolador trocar informação com vários periféricos, a quarta linha, SS, também pode ser usada. Ver fi gura abaixo. SS - Selecção de Escravo - um pino adicional usado para selecção de dispositivo. Está apenas activo se o micro- controlador está em modo Escravo. Quando opera em modo SPI, o módulo MSSP usa um total de 4 registos: SSPSTAT - registo de estado; • • • www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Módulos de Comunicação Série antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 143 SSPCON - registo de controlo; SSPBUF - registo de armazenamento de dados; SSPSR - shift register (não disponivel directamente) Os primeiros três registos são possiveis de escrever/ler, e podem ser alterado a qualquer momento, enquanto que o quarto registo, como não está disponivel, é usado para converter os dados para formato série. Modo SPI Como pode ser visto na fi gura abaixo, o cerne do módulo SPI consiste em, dois registos ligados aos pinos para receber, transmitir e sincronizar. Modo SPI O Shift Register, SSPRS, é directamente ligado aos pinos do microcontrolador, e usado para transmissão de dados em formato série. O SSPRS tem a sua entrada e saída, e desloca os dados para dentro/fora do disposi- tivo. Por outras palavras, cada bit que aparece na entrada (linha de recepção) simultaneamente empurra outro bit para a saída (linha de transmissão). www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Módulos de Comunicação Série antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 144 O registo SSPBUF, é um bloco de memória para temporariamente armazenar a informação escrita no SSPRS, até que os dados recebidos estejam prontos. Após a recepção dos 8 bits de dados, esse byte é deslocado para o SSPBUF. Esta dupla memória dos dados recebidos, SSPBUF, permite ao próximo byte ser recebido, antes de ler os dados acabados de receber. Qualquer escrita no SSPBUF durante a transmissão/recepção de dados, é ignorada. Nomeadamente, se as confi gurações do modo forem esquecidas, a transferência de dados SPI signifi ca que apenas se escreve e lê deste registo. Enquanto que o funcionamento do módulo em si, é automaticamente feito por hardware. Resumidamente: Antes de inicializar o SPI, é necessário especifi car certos pontos: Modo Mestre, o pino SCK é a saída de relógio; Modo Escravo, o pino SCK é a entrada de relógio; Fase do bit de entrada, no meio ou no fi m do ciclo de relógio, bit SMP; Flanco do relógio, bit CKE; Baud Rate, só no modo Mestre; Modo de selecção de Escravo, no modo Escravo apenas. Passo 1 O byte a transmitir, deve ser escrito para a memória temporária SSPBUF. Imediatamente depois, se o módulo SPI opera em modo Mestre, o microcon- trolador vai automaticamente fazer os passos 2, 3 e 4. Se o módulo SPI opera como Escravo, o microcontrolador não vai fazer nenhum destes passos, até que o pino SCK detectar um sinal de relógio. • • • • • • www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Módulos de Comunicação Série antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 145 Passo 2 Este byte é agora deslocado para o registo SSPSR, e a memória temporária SSPBUF não é limpa. Passo 3 Sincronizado com o relógio de entrada, este byte é empurrado para o pino de saída, sendo o MSB primeiro, enquanto o registo é simultaneamente preenchido com bits do pino de entrada. No modo Mestre, o microcon- trolador gera o relógio, enquanto o Escravo usa o relógio externo SCK. Passo 4 O registo SSPSR está preenchido, quando os 8 bits de dados forem recebidos. É indicado activando os bits BF e SSPIF. O byte recebido é automaticamente movido do SSPSR para o SSPBUF. Como a transferência é feita automaticamente, o programa prin- cipal é normalmente executado, enquanto a transferência está em progresso. Nesse caso, a função do bit SSPIF é gerar uma inter- rupção, quando a transmissão está completa. Passo 5 Finalmente, o byte armazenado no SSPBUF está pronto a ser usado, e movido para qualquer registo disponivel. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Módulos de Comunicação Série antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 146 Modo I2C O modo I2C é especialmente útil quando, o microcontrolador e um circuito integrado com o qual o micro deverá trocar informação, estiverem montados no mesmo sistema. Esta forma de transmissão de dados é co- mum a outros microcontroladores, ou circuitos integrados especializados, tais como memórias, sensores de temperatura, expansores de porta, relógios em tempo-real, etc. Similarmente ao SPI, a transferência de dados por I2C é síncrona e bidireccional. Desta vez, apenas dois pinos são usados para a transferência de dados. Estes são o SDA, dados série, e o SCL, relógio série. O programador deve confi gurar estes pinos como entradas/saídas, através dos bits do TRISC. Provavelmente não é directamente perceptivel, mas observando regras particulares (protocolos), este modo possibilita que 122 dispositivos diferentes estajam simultaneamente ligados, usando apenas dois pinos I/O. Funciona da seguinte maneira; o relógio necessário para sincronizar a operação de ambos os dispositivos, é sempre gerado pelo Mestre. A frequência de relógio mais habitual é de 100KHz, mas não há limite no caso de frequência mínima. Quando o Mestre e Escravo estão sincronizados com o relógio, toda a troca de dados é sempre iniciada pelo Mestre. Assim que o módulo MSSP está activo, fi ca a aguardar uma condição de Start. Primeiro, o Mestre envia o bit de Start, depois o endereço de 7 bits do Escravo, e fi nalmente o bit que especifi ca se vai ler ou escrever no Escravo. A seguir ao bit de Start, os oito bits são enviados para o registo SSPSR. Todos os Escravos partilham a linha de transmissão, e vão simultaneamente receber o primeiro byte, mas apenas um deles tem o endereço coincidente. Confi guração Mestre e Escravo www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Módulos de Comunicação Série antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 147 Depois do primeiro byte ter sido enviado, o Mestre entra em modo de recepção, e aguarda o ACK - Acknowl- edge (confi rmação) do Escravo com o endereço coindicente. Se o Escravo envia um ACK lógico 1, a transferên- cia vai continuar até o Mestre enviar o bit de Stop. Esta é uma simples explicação de como dois dispositivos comunicam. Se necessário, este microcontrolador é capaz de controlar situações mais complicadas, onde 1024 dispositivos diferentes, partilhados por diferentes Mestres, estão ligados. Transferência de Dados A fi gura em baixo, mostra o diagrama de blocos do módulo MSSP no modo I2C: www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Módulos de Comunicação Série antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 148 Diagrama de blocos do módulo MSSP, em modo I2C O módulo usa estes registos, para trabalhar em I2C. SSPCON - registo de controlo 1 SSPCON2 - registo de controlo 2 SSPSTAT - registo de estado SSPBUF - registo de memória temporária para transmissão/recepção SSPSR - registo Shift-Register (não directamente acessível) SSPADD - registo de endereço SSPMSK - registo de máscara. • • • • • • • www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Módulos de Comunicação Série antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 149 Registo SSPSTAT SMP - Bit de amostragem Modo SPI Mestre, este bit indica a fase dos dados 1 - O estado lógico é lido no fi m do ciclo de relógio, 0 - O estado lógico é lido no meio do ciclo de relógio. Modo SPI Escravo. Este bit deve estar limpo, quando se usa SPI Escravo Modo I2C, Mestre ou Escravo 1 - Slew Rate - Controlo de interferências desligado, para velocidades de 100KHz; 0 - Slew Rate - Controlo de interferências ligado, para velocidades de 400KHz ou maiores. CKE - Bit de selecção do fl anco de relógio CKP=0: 1 - Os dados são transmitidos no fl anco ascendente; 0 - Os dados são transmitidos no fl anco descendente. CKP=1: 1 - Os dados são transmitidos no fl anco descendente. 0 - Os dados são transmitidos no fl anco ascendente; D/A - bit de Dados/Endereço, é usado no modo I2C apenas 1 - Indica que o último byte recebido ou transmitido, foi de dados; 0 - Indica que o último byte recebido ou transmitido, foi de endereço. P - O bit de Stop, é usado no modo I2C apenas 1 - O Stop bit foi detectado; • • • • • • • www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Módulos de Comunicação Série antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 150 0 - O Stop bit não foi detectado; S - Bit de Start, é usado no modo I2C apenas 1 - O bit de Start foi detectado; 0 - O bit de Start não foi detectado; R/W - Bit de Escrita/Leitura, usado em I2C apenas. Este bit guarda a informação R/W a seguir ao endereço. Só é válido desde a coincidência de endereço, até ao próximo bit de Start, Stop ou não-ACK. I2C Escravo: 1 - Ler dados; 0 - Escrever dados. I2C Mestre: 1 - Transmissão em progresso; 0 - Transmissão parada. UA - Bit de refrescamento do endereço. É usado no modo de 10 bits de I2C. 1 - Indica que é necessário fazer o refrescamento do endereço no registo SSPADD; 0 - O endereço no SSPADD está correcto, e não precisa de ser refrescado. BF - Bit de estado do Buff er - memória intermédia temporária Durante a recepção em SPI ou I2C: 1 - Recepção completa. O SSPBUF está completo; 0 - Recepção não completa. O SSPBUF está vazio. Durante a transmissão em SPI ou I2C: 1 - Transmissão de dados em andamento (não inclui os bits ACK e STOP); 0 - Transmissão de dados completa (não inclui os bits ACK e STOP). www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Módulos de Comunicação Série antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 151 Registo SSPCON WCOL - bit de detecção de Colisão de Escrita 1 - Colisão detectada. Uma escrita para o SSPBUF foi tentada, enquanto que a condição I2C não era válida para uma transmissão se iniciar; 0 - Não houve colisão. SSPOV - Bit indicador de “Overfl ow” de Recepção 1 - Um novo byte foi recebido, enquanto o SSPSR continha o byte anterior. Como não há espaço para a recep- ção dos dados, um destes dois bytes deve ser limpo. Neste caso, o byte dentro do SSPSR é perdido; 0 - Dados série correctamente recebidos. SSPEN - Bit que habilita a porta série síncrona, e inicializa o módulo MSSP: No modo SPI: 1 - Liga módulo MSSP e confi gura os pinos SCK, SDO, SDI e SS, para a porta série; 0 - Desliga módulo MSSP e confi gura estes pinos como portas I/O. No modo I2C: 1 - Liga módulo MSSP e confi gura os pinos SDA e SCL, para a porta série; 0 - Desliga módulo MSSP e confi gura estes pinos como portas I/O. CKP - Bit de selecção da polaridade do Relógio, não usado em I2C Mestre No modo SPI: 1 - Modo de descanso para o relógio, é nível lógico alto; 0 - Modo de descanso para o relógio, é nível lógico baixo. No modo I2C Escravo: www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Módulos de Comunicação Série antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 152 1 - Habilita o relógio; 0 - Mantém o relógio a estado lógico 0, para dar mais tempo à estabilização dos dados. SSPM3-SSPM0 - Bits de selecção da porta série Síncrona. O modo é defi nido por estes três bits: SSPM3 SSPM2 SSPM1 SSPM0 Mode 0 0 0 0 SPI Mestre, clock = Fosc/4 0 0 0 1 SPI Mestre, clock = Fosc/16 0 0 1 0 SPI Mestre, clock = Fosc/64 0 0 1 1 SPI Mestre, clock = (saída TMR)/2 0 1 0 0 SPI Escravo, pino SS de controlo ligado 0 1 0 1 SPI Escravo, pino SS de controlo desligado, SS pode ser usado como pino I/O 0 1 1 0 I²C Escravo, endereço de 7-bit usado 0 1 1 1 I²C Escravo, endereço de 10-bit usado 1 0 0 0 I²C Mestre, clock = Fosc / [4(SSPAD+1)] 1 0 0 1 Máscara usada no modo I²C Escravo 1 0 1 0 Não usado 1 0 1 1 Modo controlado I²C Mestre 1 1 0 0 Não usado 1 1 0 1 Não usado 1 1 1 0 I²C Escravo, endereço de 7-bit usado, bits START e STOP activam a interrupção 1 1 1 1 I²C Escravo, endereço de 10-bit usado, bits START e STOP activam a interrupção Registo SSPCON2 www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Módulos de Comunicação Série antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 153 GCEN - Bit de habilitação de Chamada Geral No modo I2C Escravo apenas: 1 - Habilita uma interrupção, quando uma chamada geral de endereço 0x000 é recebida no SSPSR; 0 - Chamada geral de endereço desligado. ACKSTAT - Bit de estado de ACKnowledge - confi rmação No modo I2C Mestre transmissão apenas: 1 - ACK não foi recebido do Escravo; 0 - ACK foi recebido do Escravo. ACKDT - Bit de ACKnowledge No modo I2C Mestre recepção apenas: 1 - Não houve ACK; 0 - Houve ACK. ACKEN - Bit de habilitação de ACKnowledge No modo I2C Mestre recepção apenas: 1 - Inicia condição ACK nos pinos SDA e SCL, e transmite bit ACKDT. É automaticamente limpo por hardware; 0 - Condição ACK não iniciada. RCEN - Bit habilitação da Recepção No modo I2C Mestre apenas: 1 - Possibilita a recepção no modo I2C; 0 - Recepção desligada. PEN - Bit de habilitação da condição de STOP No modo I2C Mestre apenas: 1 - Inicia uma condição de STOP nos pinos SDA e SCL. Seguidamente, este bit é automaticamente limpo por hardware; 0 - Condição de STOP não iniciada. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Módulos de Comunicação Série antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 154 RSEN - Bit de habilitação da condição de Repetição de START No modo I2C Mestre apenas: 1 - Inicia uma condição de START nos pinos SDA e SCL. Seguidamente, este bit é automaticamente limpo por hardware; 0 - A repetição de START não é iniciada. SEN - Bit de habilitação de condição de START ligada/prolongada (Enabled/Stretch) No modo I2C Mestre apenas: 1 - Inicia uma condição de START nos pinos SDA e SCL. Seguidamente, este bit é automaticamente limpo por hardware; 0 - A condição de START não é iniciada. I2C em modo Mestre O caso mais comum é quando o microcontrolador funciona como Mestre, e os periféricos como Escravos. Esta é a razão de apenas se falar aqui deste modo. Também se vai considerar que o endereço é de 7 bits, e o sistema electrónico só tem um microcontrolador, ou um só mestre. De maneira a ligar o módulo MSSP neste modo, é necessário fazer o seguinte: Confi gurar o Baud Rate, registo SSPADD; Confi gurar o Slew Rate - Controlo de interferências, bit SMP no registo SSPSTAT; Seleccionar o modo, registo SSPCON. Depois destes passo feitos, e do módulo ter sido ligado pelo bit SSPEN do SSPCON, deverá esperar-se pela electrónica interna indicar que está pronta para transmissão: bit SSPIF do registo PIR1 activado. Este bit deverá ser limpo por software, e seguidamente o microcontrolador está pronto a iniciar uma comuni- cação com os periféricos. • • • www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Módulos de Comunicação Série antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 155 I2C em modo Mestre Transmissão de dados no modo I2C Mestre Cada condição de relógio no pino SDA, é iniciado com estado lógico 0, que aparece após ligar o bit SEN do SSPCON2. Mesmo depois de ligar, o microcontrolador aguarda um momento antes de iniciar a comunicação. É a chamada Condição de Start, durante a qual há estabilização interna da electrónica. Se todas as condições satisfazerem, o bit SSPIF do PIR1 é activado, e a transferência de dados é iniciada, assim que o registo SSP- BUF for carregado com um byte. Como só um máximo de 112 dispositivos podem partilhar a mesma linha de transmissão, o primeiro byte enviado contém o endereço de apenas um Escravo. Cada compo- nente tem o seu endereço escrito no próprio datasheet. O oitavo bit deste primeiro byte, especifi ca se o Mestre vai enviar ou receber dados. Neste caso vai-se receber infor- mação, e o oitavo bit deverá ser lógico 0. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Módulos de Comunicação Série antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 156 Quando o endereço coincide, o microcontrolador tem de esperar pelo bit de ACK. O Escravo con- fi rma o endereço, limpando o bit ACKSTAT do SSPCON2. Se houver coincidência de endereço, todos os bytes serão enviados da mesma forma. A transmissão de dados termina activando o bit SEN do SSPCON2. A condição de STOP ocorre, o que possibilita o pino SDA a receber a condição: Start - Endereço - ACK - Dados - ACK ..... Dados - ACK - Stop. Recepção de dados no modo I2C Mestre A preparação para a recepção de dados, é similar à de transmissão de dados, com a excepção de que, o último bit do byte de endereço, é lógico 1. Especifi ca que o Mestre espera receber informação do Escravo endereçado. O seguinte vai ocorrer: Depois da preparação interna terminar e do bit START ser activado, o Escravo dá início ao envio de um byte de cada vez. Estes bytes são armazenados no registo SSPSR. Cada byte é carregado para o SSPBUF, de onde pode ser lido. Ao ler este registo, o bit ACK é automaticamente enviado, signifi cando que o Mestre está pronto para receber novo byte. No fi nal, a recepção de dados termina activando o bit STOP: www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Módulos de Comunicação Série antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 157 Recepção de dados no modo I2C Mestre Start - Endereço - ACK - Dados - ACK .... Dados - ACK - Stop. É desta maneira que o ACK é enviado ao Escravo. Gerador de Baud Rate De maneira a sincronizar as comunicações, todos os eventos no pino SDA devem ser síncronizados com o relógio gerado no Mestre. Este relógio é gerado por um simples oscilador, em que a frequência depende do oscilador principal do microcontrolador, do valor escrito no registo SSPADD e do modo corrente de SPI e I2C. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Módulos de Comunicação Série antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 158 A frequência de relógio dos modos descritos neste manual, dependem do cristal de quartzo e do registo SSPADD. A fórmula usada para a calcular está na fi gura abaixo: Gerador de Baud Rate www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Módulos de Comunicação Série antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 159 Quando o microcontrolador comunica com os periféricos, pode acontecer que a transferência de dados falha por alguma razão. Neste caso, é recomendada a verifi cação do estado de alguns bit, que podem ajudar a clari- fi car o problema. Na prática, o estado destes bits é verifi cado através da execução de uma subrotina, depois da transmissão/recepção de um byte. WCOL - SPCON,7 - Se se tentar escrever um novo byte para o SSPBUF, enquanto estiver em progresso uma transmissão/recepção, o bit WCOL vai ser activado e o conteúdo do SSPBUF mantém-se inalterado. A escrita não ocorre e, depois disto, o WCOL deverá ser limpo por software. BF - SSPSTAT,0 - No modo de transmissão, este bit é activado quando o CPU escreve para o SSPBUF, e mantém-se activo enquanto o byte é deslocado para fora do registo SSPSR. No modo de recepção, este bit é activado quando um byte é carregado para o SSPBUF. É limpo quando o SSPBUF é lido. SSPOC - SSPCON,6 - No modo de recepção, este bit é activado quando um novo byte é recebido pelo SSPSR, quando o byte anterior ainda não foi lido do SSPBUF. Pinos SDA e SCL - Quando o módulo SSP está activo, estes pinos transformam-se em saídas Open Drain (Dreno Comum). Signifi ca que, estes pinos, devem ser ligados a resistências de Pull-Up (entre o pino e o terminal positivo da alimentação). Resistências de saída para os Drenos Abertos dos Transistores internos www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Módulos de Comunicação Série antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 160 Resumidamente: De maneira a estabelecer uma comunicação série no modo I2C, o seguinte tem que ser tomado em conta: Ajustar o modo e enviar o endereço: O valor que determina o Baud Rate, deve ser escrito para o registo SSPADD Slew Rate - Controlo de interferências, deve ser desligado, limpando o bit SMP do registo SSPSTAT De modo a escolher modo Mestre, o valor binário 1000 deverá ser escrito nos bits SSPM3-SSPM0 do registo SSPCON O bit SEN do registo SSPCON2 deverá ser activado - Condição START O bit SSPIF é automaticamente activado no fi m do START, quando o módulo está pronto a funcionar. Deverá ser limpo por software O endereço do Escravo deverá ser escrito para o SSPBUF Quando o byte é enviado, o bit SSPIF é automaticamente activado quando o ACK é recebido do Escravo. Transmissão de dados: Os dados a enviar, deverão ser carregados no SSPBUF Quando o byte é enviado, o bit SSPIF é automaticamente activado quando o ACK é recebido do Escravo De maneira a informar o Escravo que a transmissão está completa, uma condição de STOP deverá ser iniciada, activando o bit PEN no SSCON. Recepção de dados: De maneira a ligar a recepção de dados, o bit RSEN do SSPCON2 deverá ser activado O bit SSPIF assinala a recepção de um byte. Quando o byte é lido do SSPBUF, o bit ACKEN do SSP- CON2 deverá ser activado, de maneira a enviar o bit de ACK De maneira a informar o Escravo que a transmissão está completa, uma condição de STOP deverá ser iniciada, activando o bit PEN no SSCON. • • • • • • • • • • • • • www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Módulo Analógico antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 161 Módulos Analógicos Além de uma variedade de linhas digitais de I/O, este PIC tem ainda várias entradas analógicas. Estas, pos- sibilitam ao microcontrolador reconhecer, não só os estados lógicos 0 e 1, bem como fazer a medição precisa da sua tensão e converte-la para um valor digital. Todo o procedimento acontece no módulo conversor A/D, que tem as seguintes características: O conversor gera um resultado binário de 10 bits, usando o método de aproximação sucessiva (SAR), e armazena o resultado nos registos ADRESL e ADRESH; Disponibiliza 14 entradas analógicas; O conversor possibilita a conversão de um sinal analógico, para um número binário de 10 bits; Escolhendo tensões diferentes para o Vref- e Vref+, a resolução mínima, ou qualidade de conversão, pode ser ajustada à necessidade do projecto. Registos e Modo do ADC - Conversor A/D Apesar do uso de um ADC parecer deveras complicado, na prática é bastante simples. Mais simples do que usar temporizadores e comunicações série. O módulo está sob o controlo dos bits de quatro registos: ADRESH - Byte alto do resultado da conversão ADRESL - Byte baixo do resultado da conversão ADCON0 - Registo de controlo 0 ADCON1 - Registo de controlo 1 • • • • • • • • www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Módulo Analógico antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 162 Registos e modo do Conversor A/D Registos ADRESH e ADRESL Quando se converte um sinal analógico, o resultado dos 10 bits vai ser guardado em dois registos. De maneira a lidar com este valor mais facilmente, o mesmo pode aparecer em dois formatos: justifi cado à esquerda, ou justifi cado à direita. O bit ADFM do registo ADCON1 determina o formato de conversão. No caso de o ADC não ser usado, estes registos podem ser usado para quaisquer fi ns. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Módulo Analógico antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 163 Registos ADRESL e ADRESH Requisitos da Aquisição A/D Para o ADC ter a exactidão especifi cada, é necessário que haja um certo atraso entre a escolha da entrada analógica, e a medição. Este atraso chama-se Tempo de Aquisição, e depende apenas da impedância da fonte de sinal. Há uma equação para o cálculo exacto deste atraso, que no pior dos casos é de 20 microsegundos. Momentaneamente, após escolher a entrada analógica, e antes de iniciar a conversão, é necessário esperar 20 microsegundos para que a conversão seja o mais exacta possível. Periodo do ADC O tempo necessário para completar a conversão de um-bit, é defi nido como TAD. O TAD necessário é de pelo menos 1.6 microsegundos. Uma conversão completa de 10 bits demora cerca de 11 TAD. No entanto, como ambos o relógio e a fonte de conversão são confi gurados por software, uma das combinações disponiveis dos bits ADCS1 e ADCS0, deverá ser escolhida antes da medição analógica. Estes bits estão no registo ADCON0. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Módulo Analógico antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 164 Origem Relógio ADC ADCS1 ADCS0 Frequência do micro (Fosc) 20MHz 8MHz 4MHz 1MHz Fosc/2 0 0 100 nS 250 nS 500 nS 2 uS Fosc/8 0 1 400 nS 1 uS 2 uS 8 uS Fosc/32 1 0 1.6 uS 4 uS 8 uS 32 uS Frc 1 1 2 - 6 uS 2 - 6 uS 2 - 6 uS 2 - 6 uS Período de Relógio do ADC Qualquer mudança na frequência de relógio do sistema, vai afectar o relógio do ADC, o que poderá afectar o resultado do ADC. Os valores nas células com fundo cinza, estão fora do recomendando. Como usar o Conversor A/D De maneira a possibilitar o ADC a funcionar sem problemas, bem como a evitar resultados inesperados, é necessário considerar o seguinte: O ADC não distingue entre tensões analógicas ou digitais. De maneira a evitar erros na medição, ou es- tragos no chip, os pinos devem ser confi gurados como entradas analógicas, antes de iniciar a conversão. Os bits usados para este fi m, estão nos registos TRIS e ANSEL. Quando a porta com entradas analógicas CH0-CH13 é lida, os bits correspondentes vão estar a lógico 0 A medição de tensão no conversor, é baseada na comparação da tensão de entrada, com uma escala interna que tem 1024 posições. O nível mais baixo da escala é o Vref-, e o nível mais alto é o Vref+. A fi gura abaixo mostra os níveis possiveis para cada um deles. • • • www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Módulo Analógico antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 165 Como usar o ADC Registo ADCON0 ADCS1-ADCS0 - Bits de selecção do Relógio de Conversão do ADC, usado para sincronização interna do ADC. Também afecta a duração da conversão. ADCS1 ADCS2 Clock 0 0 Fosc/2 0 1 Fosc/8 1 0 Fosc/32 1 1 RC * * Relógio gerado por oscilador interno no microcontrolador www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Módulo Analógico antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 166 CHS3-CHS0 - Bits de selecção do Canal analógico, escolhem qual o canal analógico a converter. CHS3 CHS2 CHS1 CHS0 Channel Pin 0 0 0 0 0 RA0/AN0 0 0 0 1 1 RA1/AN1 0 0 1 0 2 RA2/AN2 0 0 1 1 3 RA3/AN3 0 1 0 0 4 RA5/AN4 0 1 0 1 5 RE0/AN5 0 1 1 0 6 RE1/AN6 0 1 1 1 7 RE2/AN7 1 0 0 0 8 RB2/AN8 1 0 0 1 9 RB3/AN9 1 0 1 0 10 RB1/AN10 1 0 1 1 11 RB4/AN11 1 1 0 0 12 RB0/AN12 1 1 0 1 13 RB5/AN13 1 1 1 0 CVref 1 1 1 1 Vref = 0.6V Bits de escolha do Canal Analógico GO/DONE - Bit de Estado da Conversão A/D 1 - Conversão A/D está em curso 0 - Conversão A/D está completa. Este bit é automaticamente limpo por hardware, quando a conversão A/D termina. ADON - Bit que liga/desliga o Conversor A/D 1 - Conversor A/D ligado 0 - Conversor A/D desligado www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Módulo Analógico antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 167 Registo ADCON1 ADFM - Bit de selecção do Formato do Resultado A/D 1 - Resultado justifi cado à direita. Os seis bits mais signifi cantes do ADRESH não são usados 0 - Resultado justifi cado à esquerda. Os seis bits menos signifi cantes do ADRESL não são usados VCFG1 - Bit da Tensão de Referência, escolhe a fonte de tensão para o pino Vref- 1 - Tensão externa é aplicada no pino Vref- 0 - Tensão de alimentação interna, Vss, é usada como Vref- VCFG0 - Bit da Tensão de Referência, escolhe a fonte de tensão para o pino Vref+ 1 - Tensão externa é aplicada no pino Vref+ 0 - Tensão de alimentação interna, Vdd, é usada como Vref+ Resumidamente: De forma a medir uma tensão com o ADC, o seguinte deverá ser feito: Confi gurar a porta escrever lógico 1 no bit correspondente do registo TRIS, para confi gurar como entrada escrever lógico 1 no bit correspondente do registo ANSEL, para confi gurar como entrada analógica Confi gurar módulo ADC Confi gurar a referência de tensão no ADCON1 • • • • • www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Módulo Analógico antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 168 Escolher o relógio de conversão para o ADC, no ADCON0 Escolher um dos canais de entrada CH0-CH13, no ADCON0 Escolher o formato dos dados, pelo bit ADFM no ADCON1 Ligar o ADC, activando o bit ADON no ADCON0 Confi gurar a interrupção ADC (opcional) Limpar o bit ADIF Activar os bits ADIE, PEIE e GIE Aguardar pelo tempo de aquisição, 20 microsegundos Iniciar a conversão, activando o bit GO/DONE no ADCON0 Aguardar para que a conversão A/D termine É necessário verifi car por software, se o bit GO/DONE já está limpo, ou esperar pela interrupção do ADC Ler os resultados do ADC, nos registos ADRESL e ADRESH. Comparador Analógico Em conjunto com o ADC, existe outro módulo que só recentemente começou a ser introduzido dentro de mi- crocontroladores. Como é natural encontrar-se estes componenetes em quaisquer circuitos electrónicos, dois comparadores de alta qualidade, com electrónica adicional, estão integrados no microcontrolador, e ligados aos seus pinos. Como funciona o comparador? Basicamente, o comparador analógico é um amplifi cador que compara a mag- nitude de tensões às suas duas entradas. Observando as suas funcionalidades físicas, tem duas entradas e uma saída. Dependendo de qual entrada tem uma tensão maior (valor analógico), um sinal lógico 0 ou 1 (valor digital) irá estar na sua saída: • • • • • • • • • • • • www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Módulo Analógico antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 169 Comparador Analógico Quando a tensão no Vin- é maior que a tensão em Vin+, a saída do comparador está ao lógico 0; Quando a tensão no Vin+ é maior que a tensão em Vin-, a saída do comparador está ao lógico 1. Este microcontrolador tem dois destes comparadores, em que as entradas estão ligadas aos pinos I/O RA0- RA3, e onde as saídas estão ligadas aos pinos RA4 e RA5. Também está disponivel um referencial de tensão interno, dentro do microcontrolador. Os comparadores são controlados pelos bits dos seguintes registos: CM1CON0 controla o comparador C1; CM2CON0 controla o comparador C2; CM2CON1 controla o comparador C2. Fonte de Tensão de Referência interna Para gerar esta tensão de referência, fontes externas ou interna podem ser usadas. Após escolher a fonte da tensão, o Vref é derivado desta, por intermédio de uma rede por escada, baseada em 16 resistência que formam um divisor de tensão. A fonte de tensão é escolhida para ambas as pontas deste divisor, pelo bit VRSS do registo VRCON. • • • • • www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Módulo Analógico antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 170 A tensão a tirar do divisor de tensão resistivo, é escolhida pelos bits VR0-VR3, e usada como tensão de refer- ência. Ver fi gura abaixo. Módulo Fonte de Tensão de Referência A referência de tensão do comparador tem duas gamas, com 16 níveis em cada. A escolha da gama é controlada pelo bit VRR do registo VRCON. E a tensão de referência pode ser disponibilizada na saída do pino RA2/ AN2. Esta operação é realizada pelo registo VRCON. Comparadores e funcionamento com Interrupções O bit fl ag CMIF do registo PIR, é activada a cada mudança de estado lógico da saída do comparador. As mesmas mudanças também podem gerar uma interrupção, se os seguintes bits estiverem activos: www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Módulo Analógico antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 171 Bit CMIE do registo PIE Bit PEIE do registo INTCON Bit GIE do registo INTCON Se a interrupção estiver habilitada, qualquer mudança na saída do comparador, vai “acordar” o microcontrola- dor do modo de Sleep, se estiver nesse modo. Registo CM1CON0 Os bits deste registo, são os que controlam o Comparador C1. Afectam principalmente a confi guração das entradas. Para entender melhor, observar a fi gura abaixo, que mostra apenas uma parte da electrónica afectada pelos bits deste registo. Diagrama interno do Comparador C1 • • • www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Módulo Analógico antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 172 C1ON - Bit que activa o Comparador C1 1 - Comparador C1 está ligado 0 - Comparador C1 está desligado C1OUT - Este é o bit de saída do comparador C1 Se C1POL=1 (saída do comparador invertida) 1 - A tensão analógica em C1Vin+ é menor que a tensão em C1Vin- 0 - A tensão analógica em C1Vin+ é maior que a tensão em C1Vin- Se C1POL=0 (saída do comparador não-invertida) 1 - A tensão analógica em C1Vin+ é maior que a tensão em C1Vin- 0 - A tensão analógica em C1Vin+ é menor que a tensão em C1Vin- C1OE - Bit de activação da saída do Comparador C1 1 - A saída do comparador C1 está ligada ao pino C1OUT (obrigatoriedade: C1ON=1 e o bit TRIS=0) 0 - A saída do comparador C1 é interna C1POL - Bit de selecção da Polaridade da saída do Comparador C1, permite a inversão do estado da saída 1 - A saída do comparador C1 é invertida 0 - A saída do comparador C1 é não-invertida C1R - Bit de selecção da Referência do Comparador C1 1 - A entrada não-inversora C1Vin+ é ligada à tensão de referência C1Vref 0 - A entrada não-inversora C1Vin+ é ligada ao pino C1IN+ C1CH1 e C1CH0 - Bits de selecção de canais do Comparador C1 C1CH1 C1CH0 Entrada do Comparador C1Vin- 0 0 Entrada C1Vin- está ligada ao pino C12IN0- 0 1 Entrada C1Vin- está ligada ao pino C12IN1- 1 0 Entrada C1Vin- está ligada ao pino C12IN2- 1 1 Entrada C1Vin- está ligada ao pino C12IN3- www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Módulo Analógico antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 173 Registo CM2CON0 Os bits deste registo, são os que controlam o Comparador C2. Similarmente ao caso anterior, a fi gura abaixo mostra um esquema simplifi cado do circuito afectado por estes bits. Diagrama interno do Comparador C2 C2ON - Bit que activa o Comparador C2 1 - Comparador C2 está ligado 0 - Comparador C2 está desligado www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Módulo Analógico antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 174 C2OUT - Este é o bit de saída do comparador C2 Se C2POL=1 (saída do comparador invertida) 1 - A tensão analógica em C2Vin+ é menor que a tensão em C2Vin- 0 - A tensão analógica em C2Vin+ é maior que a tensão em C2Vin- Se C2POL=0 (saída do comparador não-invertida) 1 - A tensão analógica em C2Vin+ é maior que a tensão em C2Vin- 0 - A tensão analógica em C2Vin+ é menor que a tensão em C2Vin- C2OE - Bit de activação da saída do Comparador C2 1 - A saída do comparador C2 está ligada ao pino C2OUT (obrigatoriedade: C2ON=1 e o bit TRIS=0) 0 - A saída do comparador C2 é interna C2POL - Bit de selecção da Polaridade da saída do Comparador C2, permite a inversão do estado da saída 1 - A saída do comparador C2 é invertida 0 - A saída do comparador C2 é não-invertida C2R - Bit de selecção da Referência do Comparador C2 1 - A entrada não-inversora C2Vin+ é ligada à tensão de referência C2Vref 0 - A entrada não-inversora C2Vin+ é ligada ao pino C2IN+ C2CH1 e C2CH0 - Bits de selecção de canais do Comparador C2 C2CH1 C2CH0 Entrada do Comparador C2Vin- 0 0 Entrada C2Vin- está ligada ao pino C12IN0- 0 1 Entrada C2Vin- está ligada ao pino C12IN1- 1 0 Entrada C2Vin- está ligada ao pino C12IN2- 1 1 Entrada C2Vin- está ligada ao pino C12IN3- www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Módulo Analógico antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 175 Registo CM2CON1 MC1OUT - Cópia do bit C1OUT MC2OUT - Cópia do bit C2OUT C1RSEL - Bit de selecção da Referência do Comparador C1 1 - A tensão de referência CVref programavel, é usada como referência para Comparador C1 0 - A tensão de referência fi xa 0.6V, é usada como referência para Comparador C1 C2RSEL - Bit de selecção da Referência do Comparador C2 1 - A tensão de referência CVref programavel, é usada como referência para Comparador C2 0 - A tensão de referência fi xa 0.6V, é usada como referência para Comparador C2 T1GSS - Bit de selecção da Gate do Temporizador TMR1 1 - A gate do TMR1 é T1G 0 - A gate do TMR1 é o comparador SYNCC2OUT C2SYNC - Bit de sincronização da saída do Comparador C2 1 - A saída do comparador C2 é sincronizada no fl anco descendente do relógio do TMR1 0 - A saída do comparador C2 é assíncrona www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Módulo Analógico antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 176 Registo VRCON VREN - Bit de habilitação da tensão de referência do Comparador C1 1 - A tensão de referência CVref está ligada 0 - A tensão de referência CVref está desligada VROE - Bit de habilitação da tensão de referência do Comparador C2 1 - A tensão de referência CVref está ligada ao pino 0 - A tensão de referência CVref não está ligada ao pino VRR - Bit de selecção da gama da Tensão de Referência CVref 1 - A tensão de referência está seleccionada para a gama baixa 0 - A tensão de referência está seleccionada para a gama alta VRSS - Bit de selecção da gama Vref do Comparador 1 - A tensão de referência está na gama de Vref+ a Vref- 0 - A tensão de referência está na gama de Vdd a Vss (tensão de alimentação) VR3-VR0 - Selecção dos valores CVref para Tensão de Referência Se VRR = 1 (gama baixa), a tensão de referência calcula-se pela fórmula: CVref = ([VR3:VR0]/24)Vdd Se VRR = 0 (gama alta), a tensão de referência calcula-se pela fórmula: CVref = Vdd/4 + ([VR3:VR0]/ 32)Vdd www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Módulo Analógico antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 177 Em resumo : De forma a convenientemente usar os Comparadores internos, é necessário o seguinte: 1 - Confi gurar o módulo: De modo a escolher o modo apropriado, os bits dos registos CM1CON0 e CM2CON0 devem ser confi gura- dos. A interrupção de ser desligada, quando da mudança de modos. 2 - Confi gurar a tensão de referência interna Vref (se usada). No registo VRCON é necessário: Escolher uma das duas gamas de tensão, pelo bit VRR Confi gurar a tensão de referência Vref, pelos bits VR3-VR0 Activar o bit VROE se necessário Activar a tensão de referência Vref, activando o bit VREN Fórmulas usadas para calcular a tensão de referência: VRR = 1 (gama baixa) CVref = ([VR3:VR0]/24)VLADDER VRR = 0 (gama alta) CVref = (VLADDER/4) + ([VR3:VR0]VLADDER/32) Vladder = Vdd ou ([Vref+] - [Vref-]) ou Vref+ 3 - O arranque: Activar interrupção, activando os bits CMIE (registo PIE), PEIE e GIE (no registo INTCON) Ler os bits C1OUT e C2OUT do registo CMCON Ler a Flag CMIF do registo PIR. Depois de activada, deverá ser limpa por software. • • • • • • • www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Outros Circuitos Internos antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 178 Outros circuitos internos Oscilador, EEPROM e Reset Como se pode ver pela fi gura abaixo, o relógio pode ser gerado por um de dois osciladores internos: Dois oscliadores internos Um Oscilador Externo é instalado na proximidade do microcontrolador, e ligado aos pinos OSC1 e OSC2. É chamado de externo, porque consiste em electrónica externa que gera o sinal de relógio e a estabilização de frequência, tal como um cristal de quartzo, ressoador cerâmico ou resistência-condensador. O modo do oscilador é escolhido por bits que são enviados durante a programação física, numa chamada Palavra de Confi guração, ou Fusíveis. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Outros Circuitos Internos antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 179 O oscilador interno, consiste em dois osciladores internos separados: O HFINTOSC é um oscilador interno de alta-frequência, que funciona a 8MHz. O microcontrolador pode usar a fonte de relógio a essa velocidade, ou dividi-la com um divisor. O LFINTOSC é um oscilador interno de baixa-frequência, que funciona a 31KHz. O seu relógio é usado para o Watch-dog e temporizadores Power-up, mas pode também ser usado como fonte de relógio para todo o microcontrolador. O relógio do sistema pode ser escolhido entre externo e interno, através do bit SCS - System Clock Select, do registo OSCCON. Registo OSCCON O registo OSCCON controla o relógio de sistema, e as opções de selecção da frequência. Contém os seguintes bit: Bits de selecção de frequência, IRCF2-IRCF0 Bits de estado da frequência, HTS e LTS Bits de controlo do relógio do sistema, OSTA e SCS IRCF2-IRCF0 - Bits de selecção da Frequência do Oscilador Interno. A combinação destes bits determina a taxa de divisão. A frequência de relógio do oscilador interno é também determinada desta forma. • • • www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Outros Circuitos Internos antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 180 IRCF2 IRCF1 IRCF0 Frequency OSC. 1 1 1 8 MHz HFINTOSC 1 1 0 4 MHz HFINTOSC 1 0 1 2 MHz HFINTOSC 1 0 0 1 MHz HFINTOSC 0 1 1 500 kHz HFINTOSC 0 1 0 250 kHz HFINTOSC 0 0 1 125 kHz HFINTOSC 0 0 0 31 kHz LFINTOSC OSTS - Bits de estado do Start-up Time-out do Oscilador. Indica que fonte de relógio está, no momento, em uso. É apenas de leitura. 1 - Oscilador externo em uso 0 - Um dos osciladores internos está em uso (HFINTOSC ou LFINTOSC) HTS - bit de estado do HFINTOSC (125KHz - 8MHz). Indica se o oscilador de alta-frequência está a funcionar com estabilidade 1 - HFINTOSC está estavel 0 - HFINTOSC está instavel LTS - bit de estado do LFINTOSC (31KHz). Indica se o oscilador de baixa-frequência está a funcionar com estabilidade 1 - LFINTOSC está estavel 0 - LFINTOSC está instavel SCS - Bit de selecção do Relógio do Sistema. Determina qual o oscilador a usar como fonte de relógio 1 - O oscilador interno é usado como fonte de relógio do sistema 0 - O oscilador externo é usado como fonte de relógio do sistema O modo do oscilador é escolhido por bits que são enviados durante a programação física, numa chamada Palavra de Confi guração, ou Fusíveis. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Outros Circuitos Internos antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 181 Modos de Relógio Externo De maneira a habilitar o oscilador externo a funcionar a diferentes velocidades, e a usar diferentes componentes para a estabilização da frequência, este pode ser confi gurado por um de vários modos. A selecção do modo pode ser incluida junto com o software, no momento da escrita, ou então pode ser ajustada no software de programação no PC. Durante a programação, os bytes da Palavra de Confi guração - Fusiveis, são escritos na memória ROM do microcontrolador, e guardados em registos especiais, que não estão disponiveis para o o programador. É com base nestes bits, que o microcontrolador sabe o que fazer. Confi guração dos Fusiveis do PIC Modo EC - Oscilador Externo O modo de relógio externo, EC, usa o relógio do sistema confi gurado para oscilador externo. A frequência deste relógio é ilimitada (0-20MHz). www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Outros Circuitos Internos antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 182 Este modo tem as seguintes vantagens: A fonte de relógio externo é ligada ao pino OSC1, e o pino OSC2 está disponivel para I/O geral É possivel sincronizar o funcionamento do microcontrolador, com o resto da electrónica Neste modo, o microcontrolador arranca o funcionamento assim que o sistema é energizado Se se parar o relógio externo temporariamente, o microcontrolador congela o funcionamento, deixando todos os dados intactos. Assim que se restabelecer o relógio, o microcontrolador resume o funcionamento, do ponto de onde parou, como se nada tivesse acontecido Oscilador Externo em modo EC • • • • www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Outros Circuitos Internos antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 183 Modo LP, XT ou HS - Oscilador Externo Dois tipos diferentes de cristais de quartzo Os modos LP, XT e HS, suportam o uso do oscilador interno, para confi gurar a fonte de relógio. A frequên- cia desta fonte é determinada por cristais de quartzo, ou ressoadores cerâmicos, ligados aos pinos OSC1 e OSC2. Dependendo do tipo de cristal usado, escolher um dos seguintes modos: Modo LP (Low Power - Baixa Potência) - é usado apenas para cristais de quartzo de baixa-frequência. Este modo foi desenhado para acolher cristais de 32.768KHz, normalmente usados para relógios de quartzo. São simples de reconhecer, pela sua forma cilíndrica, e o consumo de corrente é a mais baixa de todos os modos. Modo XT - é usado para cristais de quartzo de frequências até os 8MHz. O consumo de corrente é mediano. Modo HS (High Speed - Alta Velocidade) - é usado para cristais quartzo de frequências acima dos 8MHz. O consumo de corrente é o mais elevado. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Outros Circuitos Internos antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 184 Esquema eléctrico do Oscilador Externo, e de alguns componentes adicionais Ressoador Cerâmico no modo XT ou HS Ressoador cerâmico Os ressoador cerâmicos têem características bastante similares aos cristais de quartzo. Por isso são ligados da mesma maneira. Mas têem a vantagem de serem muito menos onerosos, não tendo tão boa estabilidade de frequência como os cristais. São usados para frequências de relógio entre os 100KHz e os 20MHz. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Outros Circuitos Internos antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 185 Modo RC e RCIO - Oscilador Externo Há certamente muitas vantagens em usar elementos para estabilização de frequência. Mas, por vezes, são per- feitamente desnecessários. É sufi ciente que o oscilador funcione a uma frequência não defi nida, e a solução mais simples e menos onerosa, é usar uma resistência-condensador para fazer o oscilador funcionar. Há dois modos: Modo RC: Neste modo, o circuito RC é ligado ao pino OSC1, como se mostra na fi gura. O pino OSC2 tem na sua saída, a frequên- cia do oscilador RC, dividido por 4. Este sinal pode ser usado para calibração, sincronização ou outros. Modo RCIO: Similar ao anterior, com a diferença de que o pino OSC2 é usado como um I/O geral Em ambos os casos, é recomendado usar componentes como mostram nas fi guras. A frequência deste oscilador é calculada pela fórmula f = 1 / T , onde: f = Frequência [Hertz] T = R*C = constante de tempo [segundos] R = Resistência [Ohm] C = Capacidade [Farad] www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Outros Circuitos Internos antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 186 Modos de Relógio Interno O oscilador interno consiste em dois osciladores separados, que podem ser escolhidos como fonte de relógio do sistema: O oscilador HFINTOSC é calibrado de fábrica, e oscila a 8MHz. Esta frequência pode ser ajustada pelo programador, usado bits do registo OSCTUNE. O oscilador LFINTOSC não é calibrado de fábrica, e oscila a 31KHz. Da mesma forma que o oscilador externo, o interno também pode funcionar em vários modos. O modo é selec- cionado da mesma maneira que o oscilador externo - pelos bits da Palavra de Confi guração - Fusiveis. Modo INTOSC - Oscilador Interno Neste modo, o pino OSC1 está disponivel para I/O geral, enquanto que o pino OSC2 tem disponivel a frequência de onscilação interna dividida por 4. Modo INTOSCIO - Oscilador Interno Neste modo, ambos os pinos OSC1 e OSC2 estão disponiveis para I/O. • • www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Outros Circuitos Internos antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 187 Confi guração do Oscilador Interno O oscilador interno consiste em dois circuitos separados. 1. O oscilador interno de alta-frequência HFINTOSC, está ligado a um divisor de frequência. É calibrado de fábrica, e funciona a 8MHz. Usando o divisor, este oscilador pode ter na sua saída, uma de sete frequências, que podem ser escolhidas pelos bits IRCF2-IRCF0 do registo OSCCON. O HFINTOSC é ligado, escolhendo uma de sete frequências (entre 125KHz e 8MHz), e activando o bit SCS do OSCCON. Como se pode ver pela fi gura abaixo, toda a confi guração é realizada pelos bits do registo OSCCON. Confi gurações do Oscilador Interno 2. O oscilador interno de baixa-frequência LFINTOSC, funciona a 31KHz e não vem calibrado de fábrica. É activado, escolhendo esta frequências (bits no OSCCON), e activando o bit SCS do mesmo registo. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Outros Circuitos Internos antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 188 Modo de Arranque de Relógio a Duas-Velocidades O Modo de Arranque de Relógio a Duas-Velocidades, é usado para dar poupanças energéticas adicionais, quando o microcontrolador funciona em modo Sleep. Quando confi gurado no modo LP, XT ou HS, o oscilador externo vai estar desligado quando em Sleep, de maneira a reduzir o consumo médio energético do microcontrolador. Quando as condições para “acordar” estão reunidas, o microcontrolador não vai retomar o serviço automatica- mente, porque tem que aguardar que o sinal de relógio fi que estavel. Este atraso é de exactamente 1024 pulsos. Depois destes, o microcontrolador procede com a execução do programa. O problema é que, quase sempre, são apenas umas poucas instruções executadas, antes de o microcontrolador entrar em Sleep. Signifi ca que, na maior parte do tempo, a energia é desperdiçada. Este problema é solucionado, usando o oscilador interno para a execução do programa, enquanto os 1024 pulsos são contados. Seguidamente, e assim que o oscilador externo fi car estável, vai automaticamente tomar o lugar principal. Todo o processo é habilitado, activando o bit IESO nos Fusiveis. Fail-Safe Clock Monitor - FSCM - Monitor contra falhas de Relógio O FSCM monitoriza o funcionamento do oscilador externo, e permite, ao microcontrolador, continuar a ex- ecução do programa, mesmo que o oscilador externo falhe por alguma razão. Neste caso, o oscilador interno assume a operação. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Outros Circuitos Internos antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 189 Monitor de Relógio contra falhas O FSCM detecta a falha do oscilador, comparando as fontes de relógio Interna e Externa. Caso o oscilador esterno demore mais de 2 milisegundos a chegar aos pinos do microcontrolador, a fonte de relógio é mudada automaticamente para o oscilador interno, que continua a operação, controlado pelos bits do OSCCON. Quando o bit OSFIE do registo PIE2 estiver activo, uma interrupção é gerada. O relógio de sistema continuará a ser o interno, até que o oscilador externo retome o funcionamento. A tran- sição é feita automaticamente. Este módulo é activado, pela confi guração do bit FCMEN nos Fusiveis, aquando da programação física do microcontrolador. Registo OSCTUNE Quaisquer modifi cações no registo OSCTUNE, afectam a frequência HFINTOSC, mas não a LFINTOSC. Também, não há indicação durante a operação, de que houve mudança. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Outros Circuitos Internos antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 190 TUN4-TUN0 - Bits de Sintonização da Frequência. Pela combinação destes cinco bit, a frequência do oscila- dor de 8MHz varia. Desta maneira, as frequências obtidas pelo divisor, também mudam. TUN4 TUN3 TUN2 TUN1 TUN0 Frequência 0 1 1 1 1 Máxima 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 . . . . . . . . . . 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 Calibrado 1 1 1 1 1 . . . . . . . . . . 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 0 Mínima www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Outros Circuitos Internos antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 191 Memória EEPROM A EEPROM não pertence, nem à memória do programa (ROM FLASH), nem à memória de dados (RAM), mas sim a um grupo especial. Mesmo estas posições de memória não sendo facil e rapidamente acessiveis como os outros registos, são de grande importância pois, os dados da EEPROM, são permanentemente gravados. Os dados da EEPROM podem ser alterados a qualquer momento. Devido a estas excepcionais qualidades, cada byte de EEPROM é valioso. O PIC estudado neste manual tem 256 posições de EEPROM, controlados pelos bits dos seguintes registos: EECON1 - registo de controlo EECON2 - registo de controlo EEDAT - grava dados prontos para ler/escrever EEADR - grava endereço a ser acedido No entanto, o EECON2 não é um registo verdadeiro, pois não existe fi sicamente. É apenas usado na sequência de escrita. Os registos EEDATH e EEADRH, pertencem ao mesmo grupo de registos usados durante a escrita/leitura da EEPROM. Ambos são udados, também, para escrita/leitura da memória do programa (ROM FLASH). Como esta é considerada uma zona de risco, pois não queremos inadvertidamente apagar o programa do mi- crocontrolador, fi ca o aviso. Registo EECON1 • • • • www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Outros Circuitos Internos antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 192 EEPGD - Bit de selecção de acesso à memória de Programa ou EEPROM de Dados 1 - Acede à memória de Programa, ROM FLASH 0 - Acede à memória de Dados, EEPROM WRERR - Flag de error na EEPROM 1 - A operação de escrita foi prematuramente terminada e um erro ocorreu 0 - A operação de escrita terminada WREN - Bit de habilitação da escrita da EEPROM 1 - Escrita na EEPROM permitida 0 - Escrita na EEPROM proibida WR - Bit de controlo da Escrita 1 - Dá início à escrita na EEPROM 0 - Escrita para a EEPROM está completa RD - Bit de controlo da Leitura 1 - Dá início à leitura da EEPROM 0 - Leitura da EEPROM desactivada Leitura da EEPROM De modo a se poder ler da EEPROM, o seguinte procedimento deverá ser executado: Escrever um endereço (0x00 a 0xFF) no registo EEADR Seleccionar o acesso à EEPROM, pelo bit EEPGD no registo EECON1 Para ler a posição, activar o bit RD no mesmo registo Os dados são armazenados no registo EEDAT, e prontos a serem usados. O seguinte exemplo mostra a leitura da EEPROM: 1. 2. 3. 4. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Outros Circuitos Internos antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 193 BSF STATUS,RP1 ; BCF STATUS,RP0 ; Access bank 2 MOVF ADDRESS,W ; Move address to the W register MOVWF EEADR ; Write address BSF STATUS,RP0 ; Access bank 3 BCF EECON1,EEPGD ; Select EEPROM BSF EECON1,RD ; Read data BCF STATUS,RP0 ; Access bank 2 MOVF EEDATA,W ; Data is stored in the W register Escrita da EEPROM De modo a escrever na EEPROM, deve escrever-se o endereço no registo EEADR, e depois o byte de dados no registo EEDAT. Seguidamente é necessário fazer uma sequência de segurança, para iniciar a escrita de cada byte. As interrupções devem ser desligadas durante esta sequência. O seguinte exemplo mostra a escrita na EEPROM: www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Outros Circuitos Internos antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 194 BSF STATUS,RP1 BSF STATUS,RP0 BTFSC EECON,WR1 ; Wait for the previous write to complete GOTO $-1 ; BCF STATUS,RP0 ; Bank 2 MOVF ADDRESS,W ; Move address to W MOVWF EEADR ; Write address MOVF DATA,W ; Move data to W MOVWF EEDATA ; Write data BSF STATUS,RP0 ; Bank 3 BCF EECON1,EEPGD ; Select EEPROM BSF EECON1,WREN ; Write to EEPROM enabled BCF INCON,GIE ; All interrupts disabled MOVLW 55h ; Required sequence start MOVWF EECON2 MOVLW AAh MOVWF EECON2 ; Required sequence end BSF EECON1,WR BSF INTCON,GIE ; Interrupts enabled BCF EECON1,WREN ; Write to EEPROM disabled www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Outros Circuitos Internos antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 195 Reset! Black-out, Brown-out ou Ruidos? No Reset, o microcontrolador imediatamente pára o funcionamento, e limpa os seus registos. O sinal de Reset pode ser gerado externamente a qualquer momento, pelo nivel lógizo 0 no pino MCLR. Se necessário, também pode ser gerado pela electrónica interna. O Power-on gera sempre um Reset. Nomeada- mente, devido a vários eventos que acontecem quando a fonte de alimentação está ligada (maus contactos de interruptores, arcos eléctricos, tensão a subir vagarosamente, estabilização gradual da frequência de relógio, etc), é necessário forçar um atraso de tempo, antes do microcontrolador iniciar o funcionamento. Dois temporizadores internos - PWRT e OST, estão encarregados deste serviço. O primeiro pode ser ligado/ desligado durante a execução do programa. Funciona da seguinte maneira: Quando a fonte de alimentação alcança os 1.2-1.7V, o circuito de Power-up põe o microcontrolador em Reset, por aproximadamente 72 milisegundos. Imediatamente a este temporizador ter terminado, outro sinal de Reset é gerado pelo Oscilador de Start-up, que aguarda 1024 periodos do oscilador de quartzo. Quando este atraso termina, marcado a T Reset na fi gura, e o pino MCLR estiver a lógico 1, o microcontrolador dá início à execução da primeira instrução do programa. Atraso de Início do Oscilador Há, ainda, mais dois Resets, que podem ocorrer durante o funcionamento, bem como no momento em que a energia é desligada. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Outros Circuitos Internos antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 196 Reset por Black-out - Falha de Energia Súbita O Reset de Black-out acontece quando a energia de alimentação é desligada. Nesse caso, o microcontro- lador não tem tempo para realizar nenhuma função “imprevisivel”, simplesmente porque a tensão cai abruptamente abaixo do seu valor mínimo. Por outras palavras, não é possivel fazer nada quando esta situação acontece. Perda de Energia Súbita Reset por Brown-out - Descida de Tensão Lenta e Gradual Quando a tensão de alimentação desce lentamente, típico de sistemas alimentados a baterias, a electróni- ca interna gradualmente pára o seu funcionamento, e o chamado reset por brown-out acontece. Neste caso, antes do microcontrolador parar a execução do programa, há uma grave perigo de que, circuitos que trabalhem a uma tensão superior, comecem a trabal- har de forma descontrolada. Esta problemática, tam- bém, pode causar alterações fatais no programa em si, porque está gravado na memória FLASH. Perda de Energia Gradual www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Outros Circuitos Internos antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 197 Ruidos Este é um tipo especial de Reset por Brown-out, que ocorre em ambientes industriais, quando a fonte de alimentação “oscila” por um momento, e deixa cair o seu valor abaixo do nível mínimo. Mesmo que curtos, estes ruidos na linha de alimenta- ção, podem causar problemas no funcionamento do dispositivo. Ruídos Pino de MCLR Um nível lógico 0 no pino MCLR, faz um Reset imediato. É recomendado que seja ligado como mostra a fi gura abaixo. A função dos componentes adicionais, é a de conseguir suster um estado lógico 1 puro, durante o funcionamento normal. De maneira a evitar qualquer erro que possa acontecer com um Reset por Brown-out, este microcontrolador tem incluido um sistema de defesa. É um circuito simples, mas efi caz, que reage de cada vez que a tensão de alimentação desce abaixo de 4V, e se matém assim por mais de 100 microsegundos. Nesse caso, este circuito gera um sinal de Reset e, desde esse momento, todo o microcontrolador fun- ciona como se tivesse sido acabado de ligar. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Conjunto de Instruções antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 198 Conjunto de Instruções Já dissemos que um microcontrolador não é como qualquer outro circuito integrado. Quando saem da cadeia de produção, a maioria dos circuitos integrados, estão prontos para serem introduzidos nos dispositivos, o que não é o caso dos microcontroladores. Para que um microcontrolador cumpra a sua tarefa, nós temos que lhe dizer exactamente o que fazer. Por outras palavras, nós temos que escrever o programa que o microcontrolador vai executar. Neste capítulo iremos descrever as instruções que constituem o assembler, ou seja, a linguagem de baixo nível para os microcontrola- dores PIC. Conjunto de Instruções da Família PIC16Fxx de Microcontroladores O conjunto completo compreende 35 instruções, e mostra-se na tabela que se segue. Uma razão para este pequeno número de instruções, resulta, principalmente do facto de estarmos a falar de um microcontrolador RISC, cujas instruções foram optimizadas tendo em vista a rapidez de funcionamento, simplicidade de arqui- tectura e compactação de código. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Conjunto de Instruções antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 199 *1 - Se o porto de entrada/saída for o operando origem, é lido o estado dos pinos do microcontrolador. *2 - Se esta instrução for executada no registo TMR0 e se d=1, o divisor atribuído a esse temporizador é automaticamente limpo. *3 - Se o PC for modifi cado, ou se resultado do teste for verdadeiro, a instrução é executada em dois ciclos www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Conjunto de Instruções antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 200 Transferência de dados A transferência de dados num microcontrolador, ocorre entre o registo de trabalho “W” e um registo “f ” que representa um qualquer local de memória na RAM interna (quer se trate de um registo especial ou de um registo de uso genérico). As primeiras três instruções (observar a tabela anterior), referem-se à escrita de uma constante no registo W (MOVLW é uma abreviatura para “MOVa Literal para W”), à cópia de um dado do registo W para o registo “f ”, e à cópia de um dado de um registo ‘f ’ para o registo W (ou nele próprio, caso em que apenas a fl ag do zero é afectada). A instrução CLRF, escreve a constante 0 no registo “f ”, e CLRW escreve a constante 0 no registo W. A instrução SWAPF troca o nibble (conjunto de 4 bits) mais signifi cativo, com o nibble menos signifi cativo de um registo, passando o primeiro a ser o menos signifi cativo, e o outro o mais signifi cativo do registo. Lógicas e aritméticas De todas as operações aritméticas possíveis, os microcontroladores PIC, tal como a grande maioria dos outros microcontroladores, apenas suportam a subtracção e a adição. Os bits ou fl ags C, DC e Z, são afectados con- forme o resultado da adição ou da subtracção, com uma única excepção: uma vez que a subtracção é executada como uma adição com um número negativo, a fl ag C (Carry), comporta-se inversamente no que diz respeito à subtracção. Por outras palavras, é posta a “1” se a operação é possível, e posta a “0” se um número maior tiver que ser subtraído de outro mais pequeno. A lógica dentro do PIC tem a capacidade de executar as operações AND, OR, EX-OR, complemento (COMF) e rotações (RLF e RRF). Estas duas últimas instruções, rodam o conteúdo do registo, através desse registo e da fl ag C, em uma casa para a esquerda (na direcção do bit 7), ou para a direita (na direcção do bit 0). O bit que sai do registo é escrito na fl ag C e o conteúdo anterior desta fl ag, é escrito no bit situado do lado oposto no registo. Ver imagem com exemplo. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Conjunto de Instruções antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 201 Rotação pelo Bit de Carry Operações com bits As instruções BCF e BSF, põem a “0” ou a “1” qualquer bit de qualquer local da memória. Apesar de parecer uma operação simples, ela é executada do seguinte modo, o CPU primeiro lê o byte completo, altera o valor de um bit e, a seguir, escreve o byte completo no mesmo sítio. Controlo de Execução de um Programa As instruções GOTO, CALL e RETURN são executadas do mesmo modo que em todos os outros microcon- troladores. A diferença é que a pilha (stack) é independente da RAM interna, e é limitada a oito níveis. A instrução “RETLW k” é idêntica à instrução RETURN, excepto que, ao regressar de uma subrotina, é escrita no registo W uma constante defi nida pelo operando “k” da instrução. Esta instrução, permite implementar facilmente listagens (também chamadas tabelas de “look-up”). Esta tabela pode apresentar-se como um subprograma, que consiste numa série de instruções “RETLW k”, onde as constantes “k” são membros da tabela. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Conjunto de Instruções antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 202 Main movlw 2 ;escreve número 2 para o acumulador call Lookup ;salta para a tabela Lookup addwf PCL,f ;adiciona acumulador ao contador de programa PCL retlw k0 ;retorno da subrotina (acumulador contem k0) retlw k1 ;... retlw k2 ;... ... ;... ... ;... retlw kn ;retorno da subrotina (acumulador contem kn) Escreve-se a posição de um membro da nossa tabela no registo W e, usando a instrução CALL, chama-se o subprograma que contém a tabela. A primeira linha do subprograma, “ADDWF PCL,f”, adiciona a posição na tabela (que está escrita em W) ao endereço do início da tabela (que está no registo PCL), assim, obtém-se o endereço real do dado da tabela na memória de programa. Quando se regressa do subprograma, ter-se-á no registo W, o conteúdo do membro da tabela endereçado. No exemplo anterior, a constante “k2” estará no registo W, após o retorno do subprograma. RETFIE (RETurn From Interrupt – Interrupt Enable, ou regresso da rotina de interrupção com as inter- rupções habilitadas) é um regresso da rotina de interrupção, e difere de RETURN apenas em que, automatica- mente, põe a “1” o bit GIE (Global Interrupt Enable - habilitação global das interrupções). Quando a interrupção começa, este bit é automaticamente reposto a “0”. Também, quando a interrupção tem início, somente o valor do contador de programa é posto no cimo da pilha. O PIC não tem capacidade automática de armazenamento dos registos de estado. Ou seja, os registos de trabalho do microcontrolador devem ser guardados assim que se entra na rotina de interrupção, para que mais tarde, mesmo antes de saír, se reponham estes registos de trabalho. 1. 2. 3. 4. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Conjunto de Instruções antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 203 Os saltos condicionais estão sintetizados em duas instruções: BTFSC e BTFSS. Consoante o estado lógico do bit do registo “f ” que está a ser testado, a instrução seguinte no programa é, ou não, executada. Período de execução da instrução Todas as instruções são executadas num único ciclo, excepto as instruções de ramifi cação condicional se a condição for verdadeira, ou se o conteúdo do contador de programa for alterado pela instrução. Nestes casos, a execução requer dois ciclos de instrução, e o segundo ciclo é executado como sendo um NOP (Nenhuma Operação). Quatro oscilações de clock, perfazem um ciclo de instrução. Se estivermos a usar um oscilador com 4MHz de frequência, o tempo normal de execução de uma instrução será de 1 microsegundo e, no caso de uma ramifi ca- ção condicional, de 2 microsegundos. Listagem das instruções f - qualquer local de memória num microcontrolador W - registo de trabalho b - posição de bit no registo ‘f ’ d - registo de destino label - grupo de oito caracteres que marca o início de uma parte do programa (rótulo) TOS - cimo da pilha [] - opcional <> - grupo de bits num registo www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Conjunto de Instruções antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 204 MOVLW - Escrever constante no registo W Sintaxe: [rótulo] MOVLW k Descrição: A constante de 8-bits k vai para o registo W. Operação: k -> ( W ) Operando: 0 <= k <= 255 Flag: - Número de palavras: 1 Número de ciclos: 1 Exemplo 1: MOVLW 0x5A Depois da instrução: W= 0x5A Exemplo 2: MOVLW REGISTAR Antes da instrução: W = 0x10 e REGISTAR = 0x40 Depois da instrução: W = 0x40 MOVWF Copiar W para f Sintaxe: [rótulo] MOVWF f Descrição: O conteúdo do registo W é copiado para o registo f Operação: W -> ( f ) Operando: 0 <= k <= 127 Flag: - Número de palavras: 1 Número de ciclos: 1 Exemplo 1: MOVWF OPTION_REG Antes da instrução: OPTION_REG = 0x20 W = 0x40 Depois da instrução: OPTION_REG = 0x40 W = 0x40 Exemplo 2: MOVWF INDF Antes da instrução: W = 0x17 FSR = 0xC2 Conteúdo do endereço 0xC2 = 0x00 Depois da instrução: W = 0x17 FSR = 0xC2 Conteúdo do endereço 0xC2 = 0x17 www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Conjunto de Instruções antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 205 MOVF Copiar f para d Sintaxe: [rótulo] MOVF f, d Descrição: O conteúdo do registo f é guardado no local determinado pelo operando d Se d = 0, o destino é o registo W Se d = 1, o destino é o próprio registo f A opção d = 1, é usada para testar o conteúdo do registo f, porque a execução desta instrução afecta a fl ag Z do registo STATUS. Operação: f -> ( d ) Operando: 0 <= k <= 127, d E [0, 1] Flag: Z Número de palavras: 1 Número de ciclos: 1 Exemplo 1: MOVF FSR, 0 Antes da instrução: FSR = 0xC2 W = 0x00 Depois da instrução: W = 0xC2 Z = 0 Exemplo 2: MOVF INDF, 0 Antes da instrução: W = 0x17 FSR = 0xC2 conteúdo do endereço 0xC2 = 0x00 Depois da instrução: W = 0x00 FSR = 0xC2 conteúdo do endereço 0xC2 = 0x00 Z = 1 CLRW Escrever 0 em W Sintaxe: [rótulo] CLRW Descrição: O conteúdo do registo W passa para 0 e a fl ag Z do registo STATUS toma o valor 1. Operação: 0 -> ( W ) Operando: - Flag: Z Número de palavras: 1 Número de ciclos: 1 www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Conjunto de Instruções antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 206 Exemplo: CLRW Antes da instrução: W = 0x55 Depois da instrução: W = 0x00 Z = 1 CLRF Escrever 0 em f Sintaxe: [rótulo] CLRF f Descrição: O conteúdo do registo ‘f ’ passa para 0 e a fl ag Z do registo STATUS toma o valor 1. Operação: 0 -> f Operando: 0 <= k <= 127 Flag: Z Número de palavras: 1 Número de ciclos: 1 Exemplo 1: CLRF STATUS Antes da instrução: STATUS = 0xC2 Depois da instrução: STATUS = 0x00 Z = 1 Exemplo 2: CLRF INDF Antes da instrução: FSR = 0xC2 conteúdo do endereço 0xC2 = 0x33 Depois da instrução: FSR = 0xC2 conteúdo do endereço 0xC2 = 0x00 Z = 1 SWAPF Copiar o conteúdo de f para d, trocando a posição dos 4 primeiros bits com a dos 4 últimos Sintaxe: [rótulo] SWAPF f, d Descrição: Os 4 bits + signifi cativos e os 4 bits – signifi cativos de f, trocam de posições. Se d = 0, o resultado é guardado no registo W Se d = 1, o resultado é guardado no registo f Operação: f <0:3>-> d <4:7>, f <4:7>-> d <0:3>, Operando: 0 <= k <= 127, d E [0, 1] Flag: - Número de palavras: 1 Número de ciclos: 1 www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Conjunto de Instruções antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 207 Exemplo 1: SWAPF REG, 0 Antes da instrução: REG = 0xF3 Depois da instrução: REG = 0xF3 W = 0x3F Exemplo 2: SWAPF REG, 1 Antes da instrução: REG = 0xF3 Depois da instrução: REG = 0x3F ADDLW Adicionar W a uma constante Sintaxe: [rótulo] ADDLW k Descrição: O conteúdo do registo W, é adicionado à constante de 8-bits k e o resul- tado é guardado no registo W. Operação: ( W ) + k -> W Operando: 0 <= k <= 255 Flag: C, DC, Z Número de palavras: 1 Número de ciclos: 1 Exemplo 1: ADDLW 0x15 Antes da instrução: W= 0x10 Depois da instrução: W= 0x25 Exemplo 2: ADDLW REG Antes da instrução: W = 0x10 REG = 0x37 Depois da instrução: W = 0x47 ADDWF Adicionar W a f Sintaxe: [rótulo] ADDWF f, d Descrição: Adicionar os conteúdos dos registos W e f Se d=0, o resultado é guardado no registo W Se d=1, o resultado é guardado no registo f Operação: (W) + ( f ) -> d, d E [0, 1] Operando: 0 <= k <= 127 Flag: C, DC, Z Número de palavras: 1 Número de ciclos: 1 www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Conjunto de Instruções antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 208 Exemplo 1: ADDWF FSR, 0 Antes da instrução: W = 0x17 FSR = 0xC2 Depois da instrução: W = 0xD9 FSR = 0xC2 Exemplo 2: ADDWF INDF,0 Antes da instrução: W = 0x17 FSR = 0xC2 conteúdo do endereço 0xC2 = 0x20 Depois da instrução: W = 0x37 FSR = 0xC2 Conteúdo do endereço 0xC2 = 0x20 SUBLW Subtrair W a uma constante Sintaxe: [rótulo] SUBLW k Descrição: O conteúdo do registo W, é subtraído à constante k e, o resultado, é guar- dado no registo W. Operação: k - ( W ) -> W Operando: 0 <= k <= 255 Flag: C, DC, Z Número de palavras: 1 Número de ciclos: 1 Exemplo 1: SUBLW 0x03 Antes da instrução: W= 0x01, C = x, Z = x Depois da instrução: W= 0x02, C = 1, Z = 0 Resultado > 0 Antes da instrução: W= 0x03, C = x, Z = x Depois da instrução: W= 0x00, C = 1, Z = 1 Resultado = 0 Antes da instrução: W= 0x04, C = x, Z = x Depois da instrução: W= 0xFF, C = 0, Z = 0 Resultado < 0 Exemplo 2: SUBLW REG Antes da instrução: W = 0x10 REG = 0x37 Depois da instrução: W = 0x27 C = 1 Resultado > 0 www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Conjunto de Instruções antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 209 SUBWF Subtrair W a f Sintaxe: [rótulo] SUBWF f, d Descrição: O conteúdo do registo W é subtraído ao conteúdo do registo f Se d=0, o resultado é guardado no registo W Se d=1, o resultado é guardado no registo f Operação: ( f ) - (W) -> d Operando: 0 <= k <= 127, d E [0, 1] Flag: C, DC, Z Número de palavras: 1 Número de ciclos: 1 Exemplo: SUBWF REG, 1 Antes da instrução: REG= 3, W= 2, C = x, Z = x Depois da instrução: REG= 1, W= 2, C = 1, Z = 0 Resultado > 0 Antes da instrução: REG= 2, W= 2, C = x, Z = x Depois da instrução: REG=0, W= 2, C = 1, Z = 1 Resultado = 0 Antes da instrução: REG=1, W= 2, C = x, Z = x Depois da instrução: REG= 0xFF, W=2, C = 0, Z = 0 Resultado < 0 ANDLW Fazer o “E” lógico de W com uma constante Sintaxe: [rótulo] ANDLW k Descrição: É executado o “E” lógico do conteúdo do registo W, com a constante k O resultado é guardado no registo W. Operação: ( W ) .AND. k -> W Operando: 0 <= k <= 255 Flag: Z Número de palavras: 1 Número de ciclos: 1 Exemplo 1: ANDLW 0x5F Antes da instrução: W= 0xA3 ; 0101 1111 (0x5F) ; 1010 0011 (0xA3) Depois da instrução: W= 0x03; 0000 0011 (0x03) www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Conjunto de Instruções antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 210 Exemplo 2: ANDLW REG Antes da instrução: W = 0xA3 ; 1010 0011 (0xA3) REG = 0x37 ; 0011 0111 (0x37) Depois da instrução: W = 0x23 ; 0010 0011 (0x23) ANDWF Fazer o “E” lógico de W com f Sintaxe: [rótulo] ANDWF f, d Descrição: Faz o “E” lógico dos conteúdos dos registos W e f Se d=0, o resultado é guardado no registo W Se d=1, o resultado é guardado no registo f Operação: (W) .AND. ( f ) -> d Operando: 0 <= k <= 127, d E [0, 1] Flag: Z Número de palavras: 1 Número de ciclos: 1 Exemplo 1: ANDWF FSR, 1 Antes da instrução: W= 0x17, FSR= 0xC2; 0001 1111 (0x17) ; 1100 0010 (0xC2) Depois da instrução: W= 0x17, FSR= 0x02 ; 0000 0010 (0x02) Exemplo 2: ANDWF FSR, 0 Antes da instrução: W= 0x17, FSR= 0xC2; 0001 1111 (0x17) ; 1100 0010 (0xC2) Depois da instrução: W= 0x02, FSR= 0xC2; 0000 0010 (0x02) IORLW Fazer o “OU” lógico de W com uma constante Sintaxe: [rótulo] IORLW k Descrição: É executado o “OU” lógico do conteúdo do registo W, com a constante de 8 bits k, o resultado é guardado no registo W. Operação: ( W ) .OR. k -> W Operando: 0 <= k <= 255 Flag: Z Número de palavras: 1 Número de ciclos: 1 www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Conjunto de Instruções antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 211 Exemplo 1: IORLW 0x35 Antes da instrução: W= 0x9A Depois da instrução: W= 0xBF Z= 0 Exemplo 2: IORLW REG Antes da instrução: W = 0x9A conteúdo de REG = 0x37 Depois da instrução: W = 0x9F Z = 0 IORWF Fazer o “OU” lógico de W com f Sintaxe: [rótulo] IORWF f, d Descrição: Faz o “OU” lógico dos conteúdos dos registos W e f Se d=0, o resultado é guardado no registo W Se d=1, o resultado é guardado no registo f Operação: (W) .OR. ( f ) -> d Operando: 0 <= k <= 127, d E [0, 1] Flag: Z Número de palavras: 1 Número de ciclos: 1 Exemplo 1: IORWF REG, 0 Antes da instrução: REG= 0x13, W= 0x91 Depois da instrução: REG= 0x13, W= 0x93 Z= 0 Exemplo 2: IORWF REG, 1 Antes da instrução: REG= 0x13, W= 0x91 Depois da instrução: REG= 0x93, W= 0x91 Z= 0 XORLW “OU- EXCLUSIVO” de W com uma constante Sintaxe: [rótulo] XORLW k Descrição: É executada a operação “OU-Exclusivo” do conteúdo do registo W, com a constante k. O resultado é guardado no registo W. Operação: ( W ) .XOR. k -> W Operando: 0 <= k <= 255 Flag: Z www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Conjunto de Instruções antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 212 Número de palavras: 1 Número de ciclos: 1 Exemplo 1: XORLW 0xAF Antes da instrução: W= 0xB5 ; 1010 1111 (0xAF) ; 1011 0101 (0xB5) Depois da instrução: W= 0x1A; 0001 1010 (0x1A) Exemplo 2: XORLW REG Antes da instrução: W = 0xAF ; 1010 1111 (0xAF) REG = 0x37 ; 0011 0111 (0x37) Depois da instrução: W = 0x98 ; 1001 1000 (0x98) Z = 0 XORWF “OU-EXCLUSIVO” de W com f Sintaxe: [rótulo] XORWF f, d Descrição: Faz o “OU-EXCLUSIVO” dos conteúdos dos registos W e f Se d=0, o resultado é guardado no registo W Se d=1, o resultado é guardado no registo f Operação: (W) .XOR. ( f ) -> d Operando: 0 <= k <= 127, d E [0, 1] Flag: Z Número de palavras: 1 Número de ciclos: 1 Exemplo 1: XORWF REG, 1 Antes da instrução: REG= 0xAF, W= 0xB5 ; 1010 1111 (0xAF) ; 1011 0101 (0xB5) Depois da instrução: REG= 0x1A, W= 0xB5 001 1010 (0x1A) Exemplo 2: XORWF REG, 0 Antes da instrução: REG= 0xAF, W= 0xB5; 1010 1111 (0xAF) ; 1011 0101 (0xB5) Depois da instrução: REG= 0xAF, W= 0x1A ; 0001 1010 (0x1A) www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Conjunto de Instruções antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 213 INCF Incrementar f Sintaxe: [rótulo] INCF f, d Descrição: Incrementar de uma unidade, o conteúdo do registo f. Se d=0, o resultado é guardado no registo W Se d=1, o resultado é guardado no registo f Operação: ( f ) + 1 -> d Operando: 0 <= k <= 127, d E [0, 1] Flag: Z Número de palavras: 1 Número de ciclos: 1 Exemplo 1: INCF REG, 1 Antes da instrução: REG = 0xFF Z = 0 Depois da instrução: REG = 0x00 Z = 1 Exemplo 2: INCF REG, 0 Antes da instrução: REG = 0x10 W = x Z = 0 Depois da instrução: REG = 0x10 W = 0x11 Z = 0 DECF Decrementar f Sintaxe: [rótulo] DECF f, d Descrição: Decrementar de uma unidade, o conteúdo do registo f. Se d=0, o resultado é guardado no registo W Se d=1, o resultado é guardado no registo f Operação: ( f ) - 1 -> d Operando: 0 <= k <= 127, d E [0, 1] Flag: Z Número de palavras: 1 Número de ciclos: 1 www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Conjunto de Instruções antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 214 Exemplo 1: DECF REG, 1 Antes da instrução: REG = 0x01 Z = 0 Depois da instrução: REG = 0x00 Z = 1 Exemplo 2: DECF REG, 0 Antes da instrução: REG = 0x13 W = x Z = 0 Depois da instrução: REG = 0x13 W = 0x12 Z = 0 RLF Rodar f para a esquerda através do Carry Sintaxe: [rótulo] RLF f, d Descrição: O conteúdo do registo f é rodado um espaço para a esquerda, através de C (fl ag do Carry). Se d=0, o resultado é guardado no registo W Se d=1, o resultado é guardado no registo f Operação: ( f <n>) -> d<n+1>, f<7> -> C, C -> d<0>; Operando: 0 <= k <= 127, d E [0, 1] Flag: C Número de palavras: 1 Número de ciclos: 1 Exemplo 1: RLF REG, 0 Antes da instrução: REG = 1110 0110 C = 0 Depois da instrução: REG = 1110 0110 W = 1100 1100 C = 1 Exemplo 2: RLF REG, 1 Antes da instrução: REG = 1110 0110 C = 0 Depois da instrução: REG = 1100 1100 C = 1 www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Conjunto de Instruções antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 215 RRF Rodar f para a direita através do Carry Sintaxe: [rótulo] RRF f, d Descrição: O conteúdo do registo f é rodado um espaço para a direita, através de C (fl ag do Carry). Se d=0, o resultado é guardado no registo W Se d=1, o resultado é guardado no registo f Operação: ( f <n>) -> d<n-1>, f<0> -> C, C -> d<7>; Operando: 0 <= k <= 127, d E [0, 1] Flag: C Número de palavras: 1 Número de ciclos: 1 Exemplo 1: RRF REG, 0 Antes da instrução: REG = 1110 0110 W = x C = 0 Depois da instrução: REG = 1110 0110 W = 0111 0011 C = 0 Exemplo 2: RRF REG, 1 Antes da instrução: REG = 1110 0110 C = 0 Depois da instrução: REG = 0111 0011 C = 0 COMF Complementar f Sintaxe: [rótulo] COMF f, d Descrição: O conteúdo do registo f é complementado. Se d=0, o resultado é guardado no registo W Se d=1, o resultado é guardado no registo f Operação: () -> d Operando: 0 <= k <= 127, d E [0, 1] Flag: Z Número de palavras: 1 Número de ciclos: 1 www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Conjunto de Instruções antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 216 Exemplo 1: COMF REG, 0 Antes da instrução: REG= 0x13 ; 0001 0011 (0x13) Depois da instrução: REG= 0x13 ; complementar W = 0xEC ; 1110 1100 (0xEC) Exemplo 2: COMF INDF, 1 Antes da instrução: FSR= 0xC2 conteúdo de FSR = (FSR) = 0xAA Depois da instrução: FSR= 0xC2 conteúdo de FSR = (FSR) = 0x55 BCF Pôr a “0” o bit b de f Sintaxe: [rótulo] BCF f, b Descrição: Limpar (pôr a ‘0’), o bit b do registo f Operação: 0 -> f<b> Operando: 0 <= k <= 127, 0 <= b <= 7 Flag: - Número de palavras: 1 Número de ciclos: 1 Exemplo 1: BCF REG, 7 Antes da instrução: REG = 0xC7 ; 1100 0111 (0xC7) Depois da instrução: REG = 0x47 ; 0100 0111 (0x47) Exemplo 2: BCF INDF, 3 Antes da instrução: W = 0x17 FSR = 0xC2 conteúdo do endereço em FSR (FSR) = 0x2F Depois da instrução: W = 0x17 FSR = 0xC2 conteúdo do endereço em FSR (FSR) = 0x27 BSF Pôr a “1” o bit b de f Sintaxe: [rótulo] BSF f, b Descrição: Pôr a ‘1’, o bit b do registo f Operação: 1 -> f<b> Operando: 0 <= k <= 127, 0 <= b <= 7 Flag: - Número de palavras: 1 www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Conjunto de Instruções antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 217 Número de ciclos: 1 Exemplo 1: BSF REG, 7 Antes da instrução: REG = 0x07 ; 0000 0111 (0x07) Depois da instrução: REG = 0x17 ; 1000 0111 (0x87) Exemplo 2: BSF INDF, 3 Antes da instrução: W = 0x17 FSR = 0xC2 conteúdo do endereço em FSR (FSR) = 0x2F Depois da instrução: W = 0x17 FSR = 0xC2 conteúdo do endereço em FSR (FSR) = 0x28 BTFSC Testar o bit b de f, saltar por cima se for = 0 Sintaxe: [rótulo] BTFSC f, b Descrição: Se o bit b do registo f for igual a zero, ignorar instrução seguinte. Se este bit b for zero, então, durante a execução da instrução actual, a execução da instrução seguinte não se concretiza e é executada, em vez desta, uma instrução NOP, fazendo com que a instrução actual, demore dois ciclos de instrução a ser executada. Operação: Ignorar a instrução seguinte se (f<b>) = 0 Operando: 0 <= k <= 127, 0 <= b <= 7 Flag: - Número de palavras: 1 Número de ciclos: 1 ou 2 dependendo do valor lógico do bit b Exemplo: LAB_01 BTFSC REG, 1; Testar o bit 1 do registo REG LAB_02 ........... ; Ignorar esta linha se for 0 LAB_03 ........... ; Executar esta linha depois da anterior, se for 1 Antes da instrução, o contador de programa contém o endereço LAB_01. Depois desta instrução, se o bit 1 do registo REG for zero, o contador de programa contém o endereço LAB_03. Se o bit 1 do registo REG for ‘um’, o contador de programa contém o endereço LAB_02. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Conjunto de Instruções antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 218 BTFSS Testar o bit b de f, saltar por cima se for = 1 Sintaxe: [rótulo] BTFSS f, b Descrição: Se o bit b do registo f for igual a um, ignorar instrução seguinte. Se du- rante a execução desta instrução este bit b for um, então, a execução da instrução seguinte não se concretiza e é executada, em vez desta, uma instrução NOP, assim, a instrução actual demora dois ciclos de instrução a ser executada. Operação: Ignorar a instrução seguinte se (f<b>) = 1 Operando: 0 <= k <= 127, 0 <= b <= 7 Flag: - Número de palavras: 1 Número de ciclos: 1 ou 2 dependendo do valor lógico do bit b Exemplo: LAB_01 BTFSS REG, 1; Testar o bit 1 do registo REG LAB_02 ........... ; Ignorar esta linha se for 1 LAB_03 ........... ; Executar esta linha depois da anterior, se for 0 Antes da instrução, o contador de programa contém o endereço LAB_01. Depois desta instrução, se o bit 1 do registo REG for ‘um’, o contador de programa contém o endereço LAB_03. Se o bit 1 do registo REG for zero, o contador de programa contém o endereço LAB_02. INCFSZ Incrementar f, saltar por cima se der = 0 Sintaxe: [rótulo] INCFSZ f, d Descrição: Descrição: O conteúdo do registo f é incrementado de uma unidade. Se d = 0, o resultado é guardado no registo W. Se d = 1, o resultado é guardado no registo f. Se o resultado do incremento for = 0, a instrução seguinte é substituída por uma instrução NOP, fazendo com que a instrução actual, demore dois ciclos de instrução a ser executada. Operação: (f ) + 1 -> d Operando: 0 <= k <= 127, d E [0, 1] Flag: - Número de palavras: 1 Número de ciclos: 1 ou 2 dependendo do resultado www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Conjunto de Instruções antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 219 Exemplo: LAB_01 INCFSZ REG, 1; Incrementar o conteúdo de REG de uma unidade LAB_02 ........... ; Ignorar esta linha se resultado = 0 LAB_03 ........... ; Executar esta linha depois da anterior, se der 0 Conteúdo do contador de programa antes da instrução, PC = endereço LAB_01. Se o conteúdo do registo REG depois de a operação REG = REG + 1 ter sido executada, for REG = 0, o contador de programa aponta para o rótulo de endereço LAB_03. Caso contrário, o contador de pro- grama contém o endereço da instrução seguinte, ou seja, LAB_02. DECFSZ Decrementar f, saltar por cima se der = 0 Sintaxe: [rótulo] DECFSZ f, d Descrição: O conteúdo do registo f é decrementado uma unidade. Se d = 0, o resultado é guardado no registo W. Se d = 1, o resultado é guardado no registo f. Se o resultado do decremento for = 0, a instrução seguinte é substituída por uma instrução NOP, fazendo assim com que a instrução actual, de- more dois ciclos de instrução a ser executada. Operação: (f ) - 1 -> d Operando: 0 <= k <= 127, d E [0, 1] Flag: - Número de palavras: 1 Número de ciclos: 1 ou 2 dependendo do resultado Exemplo: LAB_01 DECFSZ REG, 1; Decrementar o conteúdo de REG de uma unidade LAB_02 ........... ; Ignorar esta linha se resultado = 0 LAB_03 ........... ; Executar esta linha depois da anterior, se der 0 Conteúdo do contador de programa antes da instrução, PC = endereço LAB_01. Se o conteúdo do registo REG depois de a operação REG = REG – 1 ter sido executada, for REG = 0, o contador de programa aponta para o rótulo de endereço LAB_03. Caso contrário, o contador de programa contém o endereço da instrução seguinte, ou seja, LAB_02. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Conjunto de Instruções antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 220 GOTO Saltar para o endereço Sintaxe: [rótulo] GOTO k Descrição: Salto incondicional para o endereço k. Operação: k -> PC<10:0>, (PCLATH<4:3>) -> PC<12:11> Operando: 0 <= k <= 2048 Flag: - Número de palavras: 1 Número de ciclos: 2 Exemplo: LAB_00 GOTO LAB_01; Saltar para LAB_01 : LAB_01 ............ Antes da instrução: PC = endereço LAB_00 Depois da instrução: PC = endereço LAB_01 CALL Chamar um programa Sintaxe: [rótulo] CALL k Descrição: Esta instrução, chama um subprograma. Primeiro, o endereço de retorno (PC+1) é guardado na pilha, a seguir, o operando k de 11 bits, corre- spondente ao endereço de início do subprograma, vai para o contador de programa (PC). Operação: PC+1 -> Topo da pilha (TOS – Top Of Stack) Operando: 0 <= k <= 2048 Flag: - Número de palavras: 1 Número de ciclos: 2 Exemplo: LAB_00 CALL LAB_02 ; Chamar a subrotina LAB_02 LAB_01 : : LAB_02 ............ Antes da instrução: PC = endereço LAB_00 TOS = x Depois da instrução: PC = endereço LAB_02 TOS = LAB_01 www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Conjunto de Instruções antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 221 RETURN Retorno de um subprograma Sintaxe: [rótulo] RETURN Descrição: O conteúdo do topo da pilha é guardado no contador de programa. Operação: TOS -> Contador de programa PC Operando: - Flag: - Número de palavras: 1 Número de ciclos: 2 Exemplo: RETURN Antes da instrução: PC = x TOS = x Depois da instrução: PC = TOS TOS = TOS - 1 RETLW Retorno de um subprograma com uma constante em W Sintaxe: [rótulo] RETLW k Descrição: A constante k de 8 bits, é guardada no registo W. Operação: (k) -> W; TOS -> PC Operando: 0 <= k <= 255 Flag: - Número de palavras: 1 Número de ciclos: 2 Exemplo: RETLW 0x43 Antes da instrução: W = x PC = x TOS = x Depois da instrução: W = 0x43 PC = TOS TOS = TOS – 1 www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Conjunto de Instruções antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 222 RETFIE Retorno de uma rotina de interrupção Sintaxe: [rótulo] RETLW k Descrição: Retorno de uma subrotina de atendimento de interrupção. O conteúdo do topo de pilha (TOS), é transferido para o contador de programa (PC). Ao mesmo tempo, as interrupções são habilitadas, pois o bit GIE de habilita- ção global das interrupções, é posto a ‘1’. Operação: TOS -> PC ; 1 -> GIE Operando: - Flag: - Número de palavras: 1 Número de ciclos: 2 Exemplo: RETFIE Antes da instrução: PC = x GIE = 0 Depois da instrução: PC = TOS GIE = 1 NOP Nenhuma operação Sintaxe: [rótulo] NOP Descrição: Nenhuma operação é executada, nem qualquer fl ag é afectada. Operação: - Operando: - Flag: - Número de palavras: 1 Número de ciclos: 1 Exemplo: NOP CLRWDT Iniciar o temporizador do watchdog Sintaxe: [rótulo] CLRWDT Descrição: O temporizador do watchdog é reposto a zero. O prescaler do temporiza- dor de Watchdog é também reposto a 0 e, também, os bits do registo de estado e são postos a ‘um’. Operação: 0 -> WDT 0 -> prescaler de WDT www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Conjunto de Instruções antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 223 Operando: - Flag: Número de palavras: 1 Número de ciclos: 1 Exemplo: CLRWDT Antes da instrução: Contador de WDT = x Prescaler de WDT = 1:128 Depois da instrução: Contador do WDT = 0x00 Prescale do WDT = 0 SLEEP Modo de repouso Sintaxe: [rótulo] SLEEP Descrição: O processador entra no modo de baixo consumo. O oscilador pára. O bit (Power Down) do registo Status é reposto a ‘0’. O bit (Timer Out) é posto a ‘1’. O temporizador de WDT (Watchdog) e o respectivo prescaler são repostos a ‘0’. Operação: 0 -> WDT 0 -> prescaler do WDT 1 -> TO 0 -> PD Operando: - Flag: Número de palavras: 1 Número de ciclos: 1 Exemplo 1: SLEEP Antes da instrução: Contador do WDT = x Prescaler do WDT = x Depois da instrução: Contador do WDT = 0x00 Prescaler do WDT = 0 www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Como Programar um Microcontrolador antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 224 Como programar um Microcontrolador A capacidade de comunicar, é da maior importância nesta área. Contudo, isso só é possível se ambas as partes usarem a mesma linguagem, ou seja, se seguirem as mesmas regras para comunicarem. Isto mesmo se aplica à comunicação entre os microcontroladores e o homem. A linguagem que o microcontrolador, e o homem, usam para comunicar entre si é designada por “linguagem assembly”. O próprio título não tem um signifi cado profundo, trata-se de apenas um nome como por exemplo inglês ou francês. Mais precisamente, “linguagem assembly” é apenas uma solução transitória. Os programas escritos em linguagem assembly, devem ser traduzidos para uma “linguagem de zeros e uns”, de modo a que um microcontrolador a possa receber. -> “Linguagem assembly” e “assembler” são coisas diferentes. A primeira, representa um conjunto de regras usadas para escrever um programa para um microcontrolador, e, a outra, é um programa que corre num computador pessoal que traduz a linguagem assembly para uma linguagem de zeros e uns. Um programa escrito em “zeros” e “uns” diz-se que está escrito em “linguagem máquina”, ou “código máquina”. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Como Programar um Microcontrolador antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 225 Fisicamente, “Programa” representa um fi cheiro num disco de computador (ou na memória se estivermos a ler de um microcontrolador), e é escrito de acordo com as regras do assembly, ou qualquer outra linguagem de programação de microcontroladores. O homem pode entender a linguagem assembly, já que ela é constituída por símbolos alfabéticos e palavras. Ao escrever um programa, certas regras devem ser seguidas para alcançar o efeito desejado. Um Tradutor (compi- lador) interpreta cada instrução escrita em linguagem assembly como uma série de zeros e uns com signifi cado para a lógica interna do microcontrolador. Consideremos, por exemplo, a instrução “RETURN” que um microcontrolador utilizada para regressar de uma subrotina. Quando o assembler a traduz, nós obtemos uma série de uns e zeros, correspondentes a 14 bits, que o micro- controlador sabe como interpretar. Exemplo: RETURN 00 0000 0000 1000 O resultado desta tradução da linguagem assembly, é designado por um fi cheiro de “execução”. Muitas vezes encontramos o nome de fi cheiro “HEX”. Este nome provém de uma representação hexadecimal desse fi cheiro, bem como o sufi xo “hex” no título, por exemplo “correr.hex”. Uma vez produzido, o fi cheiro de execução é inserido no microcontrolador através de um programador físico. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Como Programar um Microcontrolador antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 226 Linguagem Assembly Um programa, em Linguagem Assembly, é escrito por intermédio de um processador de texto (editor), e é ca- paz de produzir um fi cheiro ASCII no disco de um computador, ou em ambientes próprios como o MPLAB. Os elementos básicos da linguagem assembly são: Labels (etiquetas - rótulos) Instruções Operandos Directivas Comentários Um Label (etiqueta/rótulo) é uma designação textual (geralmente de fácil leitura) de uma linha num programa ou de uma secção de um programa para onde um microcontrolador deve saltar ou, ainda, o início de um con- junto de linhas de um programa. Também pode ser usado para executar uma ramifi cação de um programa (tal como Goto....), o programa pode ainda conter uma condição que deve ser satisfeita, para que uma instrução Goto seja executada. É importante que uma etiqueta seja iniciada com uma letra do alfabeto, ou com um traço baixo “_” (under- score). O comprimento de uma label pode ir até 32 caracteres. É também importante que a label comece na primeira coluna. • • • • • www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Como Programar um Microcontrolador antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 227 Instruções As instruções são específi cas para cada microcontrolador, assim, se quisermos utilizar a linguagem assembly temos que estudar as instruções desse microcontrolador. O modo como se escreve uma instrução é designado por “sintaxe”. No exemplo que se segue, é possível recon- hecer erros de escrita, dado que as instruções movlp e gotto não existem no microcontrolador PIC. Operandos Operandos são os elementos da instrução necessários, para que a instrução possa ser executada. Normalmente são registos, variáveis e constantes. As constantes são designadas por “literais”. A palavra literal signifi ca “núme- ro”. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Como Programar um Microcontrolador antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 228 Comentários O comentário é um texto que o programador escreve no programa, afi m de o tornar mais claro e legível. É colocado logo a seguir a uma instrução, e deve começar com um ponto-e-vírgula “;”. Directivas Uma directiva é parecida com uma instrução mas, ao contrário desta, é independente do tipo de microcontro- lador e é uma característica inerente à própria linguagem assembly. As directivas servem-se de variáveis, ou registos, para satisfazer determinados propósitos. Por exemplo, NIVEL, pode ser uma designação para uma variável localizada no endereço 0x0D da memória RAM. Deste modo, a variável que reside nesse endereço, pode ser acedida pela palavra NIVEL. É muito mais fácil a um programador recordar a palavra NIVEL, que lembrar-se que o endereço 0x0D contém informação sobre o nível. Directiva PROCESSOR Esta directiva deve ser escrita no início de todos os programas. Defi ne o tipo de microcontrolador, para o qual o programa vai ser/está escrito. Como exemplo: Processor 16f887 Directiva EQU Esta directiva é usada para substituir um valor numérico, por um símbolo. Desta forma, a uma posição especí- fi ca de memória RAM é atríbuido um nome. Como exemplo: MAXIMUM EQU H’25’ www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Como Programar um Microcontrolador antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 229 Isto signifi ca que, à posição de memória 0x25, é atribuido o nome “MAXIMUM”. A cada uso da label “MAXI- MUM” no programa, esta vai ser interpretada pelo assembler como endereço 0x25 (“MAXIMUM” = 0x25). Os símbolos podem ser especifi cados desta forma, e apenas uma vez no programa. Esta directiva é usada es- sencialmente no ínicio do mesmo. Directiva ORG Esta directiva especifi ca uma posição na memória do programa, onde as instruções a seguir à directiva vão ser colocadas. Como exemplo: ORG 0x100 START ... ... ... ORG 0x1000 TABLE ... ... Este programa começa na posição 0x100. A tabela que tem os dados, vai ser guardada na posição 0x1000. Directiva END Cada programa tem, obrigatoriamente, que ser terminado por esta directiva. Onde o compilador encontrar esta directiva, imediatamente deixa de compilar. Como exemplo: ... END ;Fim de programa www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Como Programar um Microcontrolador antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 230 Directiva $INCLUDE O nome desta directiva, expressa bem o seu propósito. Durante a compilação do assembler, possibilita o pro- grama a usar outro fi cheiro que está no disco do computador. Como exemplo: ... #include <p16f887.inc> Directivas CBLOCK e ENDC Todas as variaveis (nomes e endereços) que vão ser usados no programa, têem que ser defi nidos no início do programa. Devido a esta funcionalidade, não é necessário especifi car o endereço de cada variavel, mais tarde no programa. Em vez disso, é apenas necessário escrever o endereço da primeira variavel, usando a directiva CBLOCK, e listar todas as outras variaveis a seguir. O compilador automaticamente atribui, a estas variaveis, os correspondentes endereços, pela ordem como são escritas. Por fi m, a directiva ENDC indica o fi m da lista de variaveis. CBLOCK 0x20 START ; endereço 0x20 RELE ; endereço 0x21 STOP ; endereço 0x22 LEFT ; endereço 0x23 RIGHT ; endereço 0x24 ENDC ... www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Como Programar um Microcontrolador antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 231 Directivas IF, ENDIF e ELSE Estas directivas são usadas, para criar os chamados blocos condicionais de um programa. Cada um destes blocos começa com uma directiva IF, e termina com a directiva ENDIF ou ELSE. Uma declaração, ou símbolo, (em parênteses), a seguir à directiva IF, representa uma condição que determina qual parte do programa a ser compilada. Se a declaração estiver correcta, ou se o valor de um símbolo é igual a 1, o programa compila todas as instruções antes da directiva ELSE ou ENDIF. Se a declaração não estiver correcta, ou o valor de um símbolo é igual a zero, apenas as instruções escritas depois das directivas ELSE ou ENDIF, são para compilar. Exemplo 1: IF (VERSION>3) CALL Table_2 CALL Extension ENDIF Se o programa é lançado depois da versão 3 (declaração correcta), então, as subrotinas “Table 2” e “Extension” são executadas. Se a declaração em parênteses é falsa, (VERSION<3), as duas instruções que chamas as sub- rotinas são ignoradas, e não vão ser compiladas. Exemplo 2: Se o valor do símbolo “Model” é igual a 1, então as duas instruções depois da directiva IF são compiladas, bem como as instruções depois da directiva ENDIF (todas as instruções entre ELSE e ENDIF são ignoradas). De outro forma, se “Model” é igual a 0, então as instruções entre IF e ELSE são ignoradas, onde as instruções depois de ELSE são compiladas. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Como Programar um Microcontrolador antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 232 IF (Model) MOVFW BUFFER MOVWF MAXIMUM ELSE MOVFW BUFFER1 MOVWF MAXIMUM ENDIF ... Directiva BANKSEL De maneira a aceder a um registo SFR, é necessário escolher o banco da memória RAM apropriado, usando os bits RP0 e RP1 do registo STATUS. Esta directiva é usada neste caso. Como o fi cheiro de dados “.inc” contém já a lista de todos os registos, bem como o seu endereço de memória, o compilador sabe a que banco corresponde este registo. Depois de encontrar esta directiva, o compilador escolhe os bits RP0 e RP1 para o registo especifi cado, de forma automática. Como exemplo: ... BANKSEL TRISB CLRF TRISB MOVLW B’01001101’ BANKSEL PORTB MOVWF PORTB ... www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Como Programar um Microcontrolador antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 233 Operadores aritméticos de assembler www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Como Programar um Microcontrolador antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 234 Exemplo de como escrever um Programa O exemplo que se segue, ilustra como um programa escrito em linguagem assembly se apresenta: Quando se escreve um programa, além das regras fundamentais, existem princípios que, embora não ob- rigatórios, é conveniente serem seguidos. Um deles, é escrever no seu início, o nome do programa, aquilo que o programa faz, a versão deste, a data em que foi escrito, tipo de microcontrolador para o qual foi escrito e o nome do programador. Uma vez que estes dados não interessam ao tradutor de assembly, são escritos na forma de comentários. Deve ter-se em atenção que um comentário começa sempre com ponto e vírgula, e pode ser colocado na linha seguinte, ou logo a seguir à instrução. Depois deste comentário inicial ter sido escrito, devem incluir-se as directivas. Isto mostra-se no exemplo de cima. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Como Programar um Microcontrolador antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 235 Para que o seu funcionamento seja correcto, é preciso defi nir vários parâmetros para o microcontrolador, tais como: Tipo de oscilador; Se o temporizador do watchdog está ligado; e Se o circuito interno de reset está habilitado. Tudo isto é defi nido na directiva seguinte: __CONFIG _CP_OFF & _WDT_OFF & _PWRTE_ON & _XT_OSC Logo que todos os elementos que precisamos tenham sido defi nidos, podemos começar a escrever o pro- grama. Primeiro, é necessário defi nir o endereço para que o microcontrolador deve ir quando se liga a alimentação. É esta a fi nalidade de (org 0x00). O endereço para onde um programa salta se ocorrer uma interrupção, é (org 0x04). Como este é um programa simples, é sufi ciente dirigir o microcontrolador para o início de um programa com uma instrução “goto Main” (Main = programa principal). As instruções encontradas em Main, seleccionam o banco 1 (BANK1) de modo a poder aceder-se ao registo TRISB, afi m de que o porto B seja defi nido como uma saída (banksel TRISB). O próximo passo é seleccionar o banco de memória 0, e colocar os bits do porto B no estado lógico ‘1’ e, assim, o programa principal fi ca terminado (movlw 0xFF, movwf PORTB). É preciso, no entanto, um outro ciclo (loop), onde o microcontrolador possa permanecer sem que ocorram er- ros. Trata-se de um ‘loop’ infi nito, que é executado continuamente, enquanto a alimentação não for desligada. Finalmente, é necessário colocar a palavra “end” no fi m de cada programa, de modo a informar o compilador de que o programa não contém mais instruções. • • • www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Como Programar um Microcontrolador antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 236 Ficheiros criados ao compilar um programa Os fi cheiros resultantes, da compilação de um programa escrito em linguagem assembly, são os seguintes: Ficheiro de execução (nome_do_programa.hex) Ficheiro de erros no programa (nome_do_programa.err) Ficheiro de listagem (nome_do_programa.lst) O primeiro fi cheiro contém o programa traduzido, e que vai ser introduzido no microcontrolador quando este é programado. O conteúdo deste fi cheiro não dá grande informação ao programador, por isso, não vai ser discutido. O segundo fi cheiro contém erros possíveis, que foram cometidos no processo de escrita e que foram notifi cados pelo compilador durante a tradução. Estes erros também são mencionados no fi cheiro de listagem “list”. No en- tanto, é preferível utilizar este fi cheiro de erros “err”, em casos em que o fi cheiro “lst” é muito grande e, portanto, difícil de consultar. O terceiro fi cheiro é o mais útil para o programador. Contém muita informação, tal como o posicionamento das instruções e variáveis na memória e a sinalização dos erros. No início de cada página, encontra-se informação acerca do nome do fi cheiro, data em que foi criado e número de página. A primeira coluna, contém o endereço da memória de programa, onde a instrução mencionada nessa linha, é colocada. A segunda coluna, contém os valores de quaisquer símbolos defi nidos com as directivas: SET, EQU, VARIABLE, CONSTANT ou CBLOCK. A terceira coluna, tem, o código da instrução que o PIC irá executar. A quarta coluna contém instruções assembler e comentários do programador. Possíveis erros são mencionados entre as linhas, a seguir à linha em que o erro ocorreu. No fi m do fi cheiro de listagem, é apresentada uma tabela dos símbolos usados no programa. Uma característica útil do fi cheiro ‘list’ é a apresentação de um mapa da memória utilizada. Mesmo no fi m, existe uma estatística dos erros, bem como a indicação da memória de programa utilizada e da disponível. • • • www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Como Programar um Microcontrolador antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 237 www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Como Programar um Microcontrolador antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 238 MPLAB O MPLAB, é um pacote de programas que correm no Windows e que tornam mais fácil escrever ou desen- volver um programa. Pode descrever-se ainda melhor, como sendo um ambiente de desenvolvimento para uma linguagem de programação normalizada, e destinado a correr num computador pessoal (PC). Anteriormente, as operações incidiam sobre uma linha de instrução e contemplavam um grande número de parâmetros, até que se introduziu o IDE “Integrated Development Environment” (Ambiente Integrado de Desenvolvimento) e as operações tornaram-se mais fáceis, usando o MPLAB. Mesmo agora, as preferências das pessoas divergem e alguns programadores preferem ainda os editores standard e os intérpretes linha a linha. Em qualquer dos casos, o programa escrito é legível e uma ajuda bem documentada está disponível. Instalando o programa - MPLAB O MPLAB compreende várias partes: Agrupamento de todos os fi cheiros do mesmo projecto, num único projecto (Gestor de Projecto) Escrever e processar um programa (Editor de Texto) Simular o funcionamento no microcontrolador do programa que se acabou de escrever (Simulador) Além destes, existem sistemas de suporte para os produtos da Microchip, tais como o PICSTART Plus, ICD2 (In Circuit Debugger - Detecção de erros com o microcontrolador a funcionar) e o Pickit2. Os requisitos mínimos para um computador que possa correr o MPLAB, são: Computador PC com microprocessador 486 ou superior Microsoft Windows 3.1x, Windows 95 ou versões mais recente do sistema operativo Windows. Placa gráfi ca VGA 8MB de memória (32MB recomendados) 200 MB de espaço no disco rígido Rato • • • • • • • • • www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Como Programar um Microcontrolador antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 239 Antes de iniciarmos o MPLAB, temos primeiro que o instalar. A instalação é o processo de copiar os fi cheiros do MPLAB para o disco duro do computador, a partir do fi cheiro de instalção disponivel do CD, ou da página internet do fabricante. Existe uma opção em cada nova janela que permite regressar à anterior. Assim, os erros não constituem problema e, o trabalho de instalação, torna-se mais fácil. Este modo de instalação é comum à maioria dos programas Windows. Primeiro, aparece uma janela de boas vindas, a seguir pode-se escolher entre as opções indicadas e, no fi m do processo, obtém-se uma mensagem que informa de que o programa está instalado e pronto a funcionar. Depois de clicar em ‘Finish’, a instalação do MPLAB está terminada. Clicar no icon do MPLAB, de maneira a iniciar o programa. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Como Programar um Microcontrolador antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 240 www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Como Programar um Microcontrolador antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 241 www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Como Programar um Microcontrolador antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 242 Como pode ver-se, o aspecto do MPLAB é o mesmo da maioria dos programas Windows. Perto da área de trabalho existe um “menu” (faixa azul em cima, com as opções File, Edit, etc.), “toolbar” (barra com fi guras que preenchem pequenos quadrados), e a linha de status no fundo da janela. Assim, pretende-se seguir uma regra no Windows, que é tornar também acessíveis por baixo do menu, as opções usadas mais frequentemente no programa. Deste modo, é possível acedê-las de um modo mais fácil, e tornar o nosso trabalho mais rápido. Ou seja, aquilo que está disponível na barra de ferramentas, também está disponível no menu. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Como Programar um Microcontrolador antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 243 A implementação de um PROJECTO Seguir os seguintes passos, para preparar o programa a carregar no microcontrolador: Criar um Projecto Escrever o Programa Compilar De maneira a criar o Projecto, é necessário clicar na opção “PROJECT”, e depois “PROJECT WIZARD”. Uma janela de boas vindas aparece. Clicar em “NEXT”, e escolher o microcontrolador que se vai usar. 1. 2. 3. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Como Programar um Microcontrolador antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 244 No fi m, é atribuido um nome ao projecto, que normalmente indica o objectivo, e conteúdo, do programa es- crito. O projecto deverá ser movido para a pasta pretendida. Documentos contidos no Projecto, não têem necessáriamente que ter sido escritos no MPLAB. Documentos www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Como Programar um Microcontrolador antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 245 escritos por outro programa, também podem ser incluídos no Projecto. Clicar “FINISH” para completar o projecto. A janela em si, já contém parâmetros do Projecto. Escrever um novo Programa Quando um projecto é criado, uma janela como a da fi gura abaixo, deverá aparecer: www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Como Programar um Microcontrolador antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 246 O próximo passo é escrever um programa. Abrir um novo documento em FILE > NEW. O editor de texto do MPLAB vai abrir-se. Gravar o documento na pasta do projecto, usando os comandos FILE > SAVE, e dar-lhe o nome pretendido. Depois de “XPTO.asm” ter sido criado, deverá ser incluido no projecto, fazendo clique direito na opção “SOURCE FILES”, na janela “xxxx.MCW”. A seguir, uma pequena janela dará duas opções, das quais será seleccionada “ADD FILES”. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Como Programar um Microcontrolador antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 247 Clicando nessa opção, abre outra janela que contém as pastas dos disco rígido. Escolher a pasta do projecto, e o fi cheiro “XPTO.asm”. Ver fi gura abaixo. O primeiro programa A escrita do programa não pode ser iniciada, antes destas operações anteriores terem sido realizadas. O programa abaixo é um exemplo de como se faz: ;Program to set port B pins to logic one (1). ;Version: 1.0 Date: April 25,2007 MCU: PIC16F887 ;***** Declaration and confi guration of the microcontroller ***** PROCESSOR 16f887 #include “p16f887.inc” __CONFIG _CP_OFF & _WDT_OFF & _PWRTE_ON & _XT_OSC www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Como Programar um Microcontrolador antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 248 ;***** Variable declaration ***** Cblock 0x20 ; First free RAM location endc ; No variables ;;***** Program memory structure ***** ORG 0x00 ; Reset vector goto Main ; After reset jump to this location ORG 0x04 ; Interrupt vector goto Main ; No interrupt routine Main ; Start the program banksel TRISB ; Select bank containing TRISB clrf TRISB ; Port B is confi gured as output banksel PORTB ; Select bank containing PORTB movlw 0xFF ; W=FF movwf PORTB ; Move W to port B Loop goto Loop ; Jump to label Loop End O programa deve ser escrito na janela “xxxx.ASM”. Quando completada a escrita, o programa deverá ser com- pilado para um fi cheiro executavel de formato HEX, usando a opção PROJECT > BUILD ALL, e uma nova janela vai aparecer. A última frase é a mais importante, porque diz se a compilação foi bem sucedida, ou não. Se houver dúvidas, a mensagem “BUILD SUCCEEDED” signifi ca que não houve nenhum erro. Em caso de ocorrência de erro, é necessário fazer duplo clique em cima da linha de erro, na janela “Output”, que automaticamente é mudada a janela, e o cursor será posicionado na linha do programa que contém o erro. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Como Programar um Microcontrolador antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 249 Simulador O simulador faz parte do ambiente do MPLAB, e que dá uma maior perspectiva do funcionamento do micro- controlador. Uma simulação é uma tentativa de imitar uma hipotética situação da vida real, para que possa ser estudada e compreender como funcionar. É, também, através do simulador que se faz a monitorização das variaveis, registos e estado dos pinos das portas. Em programas complexos que usam Temporizadores, diferentes condições e pedidos, especialmente matemáticas, o simulador pode ser de grande ajuda. Tal como o microcontrolador, o simulador executa as instruções uma-a-uma, linha-por-linha, e faz o refres- camento constante do estado de todos os registos. Desta maneira, o programador simplesmente monitoriza a execução do programa. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Como Programar um Microcontrolador antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 250 No fi m de escrever um programa, o programador deverá primeiro testá-lo no simulador, antes de o usar no ambiente real. O simulador é activado clicando em DEBUGGER > SELECT TOOL > MPLAB SIM, como ilustra a fi gura. Como resultado, vários ícones do simulador aparecem. O seu signifi cado é o seguinte: Inicia a execução do programa à velocidade máxima. O simulador executa o programa à velo- cidade máxima, até ser parado clicando no ícone abaixo. Faz pausa à execução do programa. O programa pode continuar passo-a-passo, ou à velocid- ade máxima outra vez. Inicia a execução do programa à velocidade confi gurada. A velocidade de execução é ajustada no menú Debugger > Settings > Animation > Realtime Updates. Inicia a execução do programa passo-a-passo. As instruções são executadas uma depois da outra. Clicando no ícone, possibilita a entrada nas subrotinas. Este ícone tem a mesma função do anterior, excepto que dá a possibilidade de saltar as sub- rotinas. Faz Reset ao microcontrolador. Clicando neste ícone, o Contador de Programa é posicionado no início do programa, e a simulação pode iniciar. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Como Programar um Microcontrolador antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 251 Como no ambiente real, a primeira coisa a ser feita é o RESET ao microcontrolador, usando a opção DEBUG- GER > RESET, ou clicando no ícone respectivo. Como consequência, uma linha verde é posicionada no início do programa, e o Contador de Programa PCL é limpo para zero. Ver imagem abaixo com os SFR’s. Aparte dos SFR’s, também se pode ver os Registos normais. Clicando em VIEW > FILE REGISTERS, uma janela onde estes estão, vai aparecer. Se o programa tem variaveis próprias, é também bom poder ver o seu valor. Clicando em VIEW > WATCH, aparece uma janela onde podem ser acrescentadas estas variaveis. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Como Programar um Microcontrolador antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 252 Após todas as variaveis e registos de interesse estarem disponiveis, na área do simulador, o processo é simples. A próxima instrução pode ser passo-a-passo, ou outro tipo. As instruções passo-a-passo podem ser executa- das, também, através da tecla <F7> no teclado. Normalmente, todas as funções importantes, têem já teclas atribuidas. www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Bibliografia antónio sérgio sena www.senaeng.com : : projectos e soluções em electrónica +351.967033209 253 Bibliografi a Microchip: PIC16F886. www.microchip.com www.microchipc.com Iovine, John. PIC Microcontroller Project Book, 2000 Microchip. PICmicro - Introduction to Programming in Assembler for PIC16 Products, 701 PIC. Mi- crochip Masters, 2003 Predko, Mike. PICmicro microcontroller Pocket Reference. 2001 MikroElektronika: http://www.mikroe.com/en/ Stevens, Fred. Getting Started with PIC microcontrollers, 1997 Katzen, Sid. The Quintessential PIC Microcontroller, 2000 www.mecatronicadegaragem.blogspot.com microcontroladores PIC Introdução antónio sérgio sena www.senaeng.com : : soluções em electrónica e microcontroladores +351.967033209 254 antónio sérgio sena www.senaeng.com : : soluções em electrónica +351.967033209 CONTACTOS António Sérgio Sena, Eng. asena@senaeng.com www.senaeng.com :: projectos e soluções em electrónica info@senaeng.com +351.967033209 +351.236215256 (fax) www.mecatronicadegaragem.blogspot.com
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