Sistemas Microprocessados baseados no PIC16F877A

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1 Sistemas Microprocessados baseados no PIC16F877A 20 de outubro de 2014

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3 Sumário 1 Introdução 1 2 Revisão de Linguagem C 3 3 Ambiente de Desenvolvimento MPLAB X Instalação Compilador XC Ambiente MPLAB X IDE Criando um Novo Projeto Portas de Entrada e Saída Introdução Configuração e Manipulação das Portas Codificação do Primeiro Programa Características Elétricas dos Pinos de E/S Classificação dos Pinos de E/S Faixas de Tensão Schmitt Trigger Resistores de pull-up internos Saídas CMOS em dreno aberto Displays de 7 Segmentos Circuitos com displays Interface com o PIC16F877A Sistema de Interrupções Interrupções Tratamento de Eventos sem Interrupções Tratamento de Eventos com Interrupções Atividade Principal Evento Desvio iii

4 5.3.4 Identificação Tratamento Retorno Interrupção Externa Interrupção por mudança de estado Contadores e Temporizadores Parâmetros dos Timers Origem do Sinal de Clock Estouro (overflow) do Timer Número de Eventos de Contagem e Recarga Prescaler Tempo da Volta e Tempo Total Timer Projeto 1: Cronômetro com LCD Timer Timer Exemplo PWM Conversão Analógico-Digital Configuração Exemplo: Voltímetro Digital Comunicação Serial (USART) 51 9 Interfaces SPI e I 2 C Serial Peripheral Interface Inter-Integrated Circuit Módulo CCP Modo Captura Modo Comparação Modo PWM A Placa de Desenvolvimento 57 B Tabela de Símbolos em Displays de 7 Segmentos 59

5 Lista de Tabelas 4.1 Características Elétricas dos Pinos de E/S do PIC16F877A Níveis de Tensão TTL e CMOS Códigos para exibição de dígitos em displays de 7 segmentos Flags de Interrupção Configurações de prescaler para o Timer v

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7 Lista de Figuras 4.1 Entradas e saídas digitais Uso de teclas e LEDs nos pinos de E/S Schmitt Trigger Pino com Resistor de Pull-Up interno Alternativas para a conexão de teclas Configuração em barramento com pinos dreno aberto (mostrando apenas saídas) Display de 7 segmentos Configurações e pinagem de displays de 7 segmentos Lógicas de Ativação Interface com um único display de 7 segmentos Interface com displays de 7 segmentos por meio de registradores de deslocamento Interface com displays de 7 segmentos multiplexados no tempo Desvio e retorno causados por uma interrupção Polling (alternativa às interrupções) Analogia para o sistema de interrupções Sistema microprocessado baseado em interrupções Desvios provocados por uma interrupção Circuito referente ao programa Comportamento do timer (analogia) Arquitetura do Projeto Cronômetro vii

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9 Capítulo 1 Introdução

10 CAPÍTULO 1. INTRODUÇÃO 2

11 Capítulo 2 Revisão de Linguagem C

12 CAPÍTULO 2. LINGUAGEM C 4

13 Capítulo 3 Ambiente de Desenvolvimento MPLAB X 3.1 Instalação Compilador XC8 1. Obtenha o instalador do MPLAB XC8 a partir do endereço: https://www.microchip.com/mplabxc8windows. A tela 1 é apresentada ao iniciar a instalação. Utilize os botões Back e Next para navegar pelas telas do wizard. 2. Leia e aceite o termo de compromisso para proceder com a instalação. 3. Na próxima tela do wizard, selecione a opção Install compiler.

14 3.1. INSTALAÇÃO CAPÍTULO 3. MPLAB X 4. Na tela Installation type, deixe a opção Configure MPLAB XC8 C Compiler as a network client desmarcada. 5. O Setup irá solicitar o diretório de instalação. Mantenha o padrão e prossiga para a próxima etapa. 6. Na próxima tela, deixe as duas primeiras opções marcadas. Elas são: Apply settings to all users of this machine e Add xc8 to the PATH environment variable 6

15 CAPÍTULO 3. MPLAB X 3.1. INSTALAÇÃO 7. O instalador solicitará confirmação para prosseguir. 8. Aguarde o final da instalação. 9. Uma vez instalado, prossiga para selecionar a versão gratuita do XC8. Esta versão é suficiente para os propósitos do nosso curso. 7

16 3.1. INSTALAÇÃO CAPÍTULO 3. MPLAB X 10. Clique em Finish para encerrar o instalador. O compilador é uma aplicação em linha de comando, e seu instalador não criará um ícone lançador Ambiente MPLAB X IDE 1. Obtenha o instalador do MPLAB XC8 a partir do endereço: https://www.microchip.com/mplabx-ide-windows-installer. A tela 1 é apresentada ao iniciar a instalação. Utilize os botões Back e Next para navegar pelas telas do wizard. 2. Leia e aceite o termo de compromisso para proceder com a instalação. 3. O Setup irá solicitar o diretório de instalação. Mantenha o padrão e prossiga para a próxima etapa. 8

17 CAPÍTULO 3. MPLAB X 3.1. INSTALAÇÃO 4. O instalador solicitará confirmação para prosseguir. 5. O instalador iniciará a cópia dos arquivos. 6. Durante a instalação, pode ser necessário responder a um diálogo de confirmação de instalação de drivers não assinados. Se o download foi feito pelo link deste tutorial, clique em Instalar esse software de driver mesmo assim. 9

18 3.2. CRIANDO UM NOVO PROJETO CAPÍTULO 3. MPLAB X 7. Desmarque a opção referente aos compiladores XC e encerre o instalador. 3.2 Criando um Novo Projeto Uma vez que o compilador XC8 e o ambiente MPLAB X foram instalados com sucesso, siga os seguintes passos para a criação de um novo projeto. 1. Abra o MPLAB X IDE (atenção para não confundí-lo com o MPLAB IPE). 2. Crie um projeto novo File New Project.... O diálogo abaixo deverá ser exibido. Selecione Standalone Project, da categoria Microchip Embedded. 10

19 CAPÍTULO 3. MPLAB X 3.2. CRIANDO UM NOVO PROJETO 3. Selecione o dispositivo PIC16F877A. 4. Selecione o simulador por software: Simulator. 11

20 3.2. CRIANDO UM NOVO PROJETO CAPÍTULO 3. MPLAB X 5. Selecione o compilador MPLAB XC Forneça um nome para o projeto. No nosso exemplo ele se chamará projetoteste. Atenção para o diretório onde o mesmo será salvo. Não é recomendado o uso de pastas com caracteres acentuados ou espaços. Certifique-se de que a opção Set as Main Project esteja marcada. 12

21 CAPÍTULO 3. MPLAB X 3.2. CRIANDO UM NOVO PROJETO 7. Após a criação do projeto, sua estrutura de arquivos será apresentada na barra lateral Project. Caso esta barra não esteja visível, ative-a pela opção: Window Projects ( Ctrl + 1 ). Assim como para as outras janelas e visões desse ambiente, pode-se posicionar a janela de projeto nos cantos da tela clicando na sua barra de títulos e arrastando para o local desejado. Recomenda-se que a janela de projeto fique localizada na barra lateral esquerda. Se o nome do projeto não estiver em negrito, clique com o botão direito no mesmo e ative a opção Set as Main Project. 8. Clique com o botão direito em Source Files e então selecione a opção New C Source File... 13

22 3.2. CRIANDO UM NOVO PROJETO CAPÍTULO 3. MPLAB X 9. Dê um nome ao arquivo que será criado. No nosso exemplo, ele se chamará main.c. 10. Entre com o seguinte conteúdo: 14

23 CAPÍTULO 3. MPLAB X 3.2. CRIANDO UM NOVO PROJETO 11. Clique na botão Build da barra de ferramentas, representado por um martelo. 12. Caso o programa digitado não contenha erros, a barra inferior terá um conteúdo semelhante ao da figura abaixo. Caso as etapas previamente descritas tenham sido executadas com sucesso, o código de máquina, representado por um arquivo em hexadecimal, será disponibilizado na pasta <pasta do projeto> dist default production. Esse arquivo será usado para tanto para as simulações como para a gravação do PIC16F877A. 15

24 3.2. CRIANDO UM NOVO PROJETO CAPÍTULO 3. MPLAB X 16

25 Capítulo 4 Portas de Entrada e Saída 4.1 Introdução Dentre os periféricos do PIC16F877A, pode-se dizer que os pinos de entrada e saída estão entre os mais usados. Por meio deles, sinais digitais externos podem ser lidos e gerados pelo programa gravado no microcontrolador. Tarefas como a leitura de uma tecla digital ou da saída de um circuito lógico e a exibição de um dado símbolo em um display de 7 segmentos são facilmente realizáveis dispondo dos mecanismos de configuração e manipulação desses pinos. Antes de analisarmos especificamente o caso do PIC16F877A, no entanto, considere o circuito integrado 7408, que contém quatro portas lógicas AND padrão TTL (Figura 4.1a). Alguns dos seus pinos, como por exemplo os pinos 1 e 2, são destinados à entrada de dados digitais. Para o uso típico de uma porta AND, espera-se que um elemento externo se encarregue de impor os estados lógicos alto ou baixo nesses pinos. Outros pinos do CI, como o pino 3, oferecem saídas digitais. Normalmente os circuitos externos à porta AND devem monitorar o estado da saída e reagir apropriadamente. Finalmente, a saída de um circuito pode ser usada como entrada de outro, desde que os limites nas especificações das folhas de dados sejam respeitados 1. Após a análise do componente 7408, fica claro que não é esperado que o projetista usuário deste circuito integrado ligue, por exemplo, uma fonte de sinal digital no pino 3. O caso dos microcontroladores PIC da Microchip é um pouco diferente: os pinos não são definidos como entradas ou saídas no momento de fabricação do CI. Todos os pinos de E/S do PIC16F877A podem servir como entradas ou saídas, mediante configuração (Figura 4.1b). O microcontrolador pode substituir um circuito combinacional qualquer caso seu programa defina o estado das saídas somente em função de entradas. Para esta aplicação, o programa inicialmente configuraria a direção de todos os pinos de E/S envolvidos e então entraria em um laço infinito onde o estado das entradas é constantemente avaliado e os estado das saídas imposto segundo a lógica a ser atingida. Vale ressaltar, no entanto, que o tempo de resposta de uma solução como esta normalmente é pior do que o de um circuito dedicado. Enquanto um circuito lógico responde a um estímulo em poucos nanossegundos, uma única instrução no PIC16F877A com um cristal oscilador de 20MHz leva 200 ns! Ainda assim, diversas aplicações não necessitam de respostas tão rápidas. A fisiologia da visão humana é tal que não percebemos diferença se um display de 7 segmentos for atualizado após 20 ns ou 20 µs. 1 O parâmetro fan out se refere à quantidade de entradas digitais que uma dada saída pode alimentar sem que seu nível lógico seja comprometido.

26 4.2. CONFIGURAÇÃO E MANIPULAÇÃO DAS PORTAS CAPÍTULO 4. PORTAS E/S (a) 7408 (b) PIC16F877A Figura 4.1: Entradas e saídas digitais A configuração e o uso das portas de entrada e saída, tanto para emular circuitos combinacionais como para outras aplicações, será explorada ao longo desse capítulo. 4.2 Configuração e Manipulação das Portas Os pinos de entrada e saída são agrupados em PORTAS. A cada porta são associados dois registradores: 1. um registrador com o prefixo PORT, contendo o estado dos pinos e 2. um registrador com o prefixo TRIS, contendo a configuração da direção dos pinos (entrada ou saída). A partir do registrador PORTB, pode-se manipular o estado das saídas digitais e observar o estado das entradas digitais da porta B. Já o registrador TRISB destina-se à definição da direção de cada pino da porta B, seguindo a seguinte convenção (também válida para os outros registradores TRIS): 1 = entrada digital ( 1 lembra o I de Input) e 0 = saída digital ( 0 lembra o O de Output) Codificação do Primeiro Programa O exemplo ilustrado pela Figura 4.2 e pelo Programa?? configura os 4 primeiros pinos da porta B como entradas (teclas digitais) e os 4 últimos como saídas (LEDs). Em seguida, um laço de repetição infinito atrela o estado de cada LED (aceso ou apagado) ao estado da tecla associada. O código sugerido, bem como características pertinentes do PIC e do compilador utilizado, são explicados com mais detalhes nos tópicos a seguir. 18

27 CAPÍTULO 4. PORTAS E/S 4.2. CONFIGURAÇÃO E MANIPULAÇÃO DAS PORTAS Exemplo 4.1 Aplicação básica envolvendo pinos de E/S Figura 4.2: Uso de teclas e LEDs nos pinos de E/S 1 # include <xc. h> 2 3 void main ( ) { 4 TRISB = 0 x0f ; 5 OPTION_REGbits. nrbpu = 0 ; 6 while ( 1 ) { 7 PORTBbits. RB4 = PORTBbits. RB0 ; 8 PORTBbits. RB5 = PORTBbits. RB1 ; 9 PORTBbits. RB6 = PORTBbits. RB2 ; 10 PORTBbits. RB7 = PORTBbits. RB3 ; 11 } 12 } Arquivo de Cabeçalho A inclusão do arquivo de cabeçalho xc.h traz como símbolos de escopo global todos os registradores do PIC16F877A. Diretivas do pré-processador do XC8 presentes nesse arquivo identificam o microcontrolador utilizado e incluem automaticamente o arquivo cabeçalho apropriado, no nosso caso o pic16f877a.h. Assim sendo, para todos os projetos a inclusão do xc.h é suficiente para acesso aos registradores e algumas funções de base. Da mesma forma que em vários outros pré-processadores para linguagem C, arquivos de cabeçalho delimitados por < > são buscados nos diretórios definidos na variável de compilação Include Path. Já os arquivos de cabeçalhos delimitados por são buscados usando: caminho absoluto, como em #include "C:/Users/Nome/Documents/Proj1/joystick.h" caminho relativo, como em #include "lcd.h", #include "../ lcd.h" e #include "header/lcd.h". Para os caminhos relativos, temos, no primeiro caso, a inclusão de um arquivo na pasta raiz do projeto. No segundo caso, o arquivo será buscado na pasta que está um nível acima da pasta do projeto. Finalmente, no terceiro caso, o cabeçalho será buscado dentro da pasta header, a qual se encontra na raiz do projeto. Ponto de Entrada: Função main() O padrão para a linguagem C especifica duas assinaturas para ambientes dotados de sistemas operacionais: int main(void) e int main(int argc, char argv []). Entretanto, no que concerne os sistemas embarcados, a assinatura da função principal fica a critério da implementação. Como não vamos instalar um sistema operacional no PIC16F877A, usaremos neste livro apenas a assinatura void main(). 19

28 4.2. CONFIGURAÇÃO E MANIPULAÇÃO DAS PORTAS CAPÍTULO 4. PORTAS E/S Manipulação dos Registradores O exemplo apresentado manipula o conteúdo dos registradores TRISB, PORTB e OPTION_REG. Para armazenar um byte completo em qualquer registrador do PIC, basta recorrer ao operador atribuição padrão da linguagem C, como em REGISTRADOR = 0xAB. Nos registradores para os quais faz sentido a manipulação individual de bits, o XC8 provê estruturas e uniões acessíveis simplesmente pelo sufixo bits. Com isso, pode-se ler ou atribuir o valor de um dado bit, como em REGISTRADORbits.NOMEBIT = 1. O recurso autocompletar da IDE auxilia na identificação do nome do bit. Os bits de controle ativados com lógica negativa (habilitados com nível lógico 0) terão o nome prefixado por n, como o caso do bit nrbpu. Haverá também a definição de REGISTRADORbits_t, o qual representa apenas o tipo estrutura, e não será usado nos projetos desenvolvidos. Detalhes sobre a definição de qualquer símbolo podem ser obtidos com Ctrl + sobre o mesmo. Configuração da Direção dos Pinos de E/S A linha 4 é responsável pela configuração da direção dos pinos da porta B. O literal 0x0F é equivalente ao literal 0b ou ainda 15. Os 4 bits mais significativos da porta são configurados como saídas (0) e os 4 bits menos significativos como entradas (1). Não se deve confundir a configuração da direção do pino (0 ou 1 em algum bit do registrador TRIS) com o estado lógico do pino (0 ou 1 em algum bit do registrador PORT associado). Resistores de Pull-Up O PORTB conta com resistores internos de pull-up para todas as entradas digitais. Esse recurso simplifica a conexão de teclas ao sistema, fazendo com que teclas não pressionadas resultem automaticamente em nível lógico alto nos pinos de entrada associados. O pull-up interno vem desativado por padrão, mas pode ser habilitado por meio do bit de configuração RBPU do registrador OPTION_REG. Isto foi feito na linha 5 do programa. Devido ao pull-up das teclas, os LEDs foram conectados de modo a acender com nível lógico baixo. Desta forma, os LEDs acenderão quando as teclas correspondentes forem pressionadas. Estado dos Pinos de E/S A linha 7 é funcionalmente equivalente a: if (PORTBbits.RB0)PORTBbits.RB4 = 1; else PORTBbits.RB4 = 0;. No entanto, a manipulação feita pelo exemplo é levemente mais eficiente, por envolver atribuição direta no lugar de desvios condicionais. Por estar no lado direito do operador atribuição, o bit PORTBbits.RB0 será lido. Analogamente, por estar no lado esquerdo da atribuição, o bit PORTBbits.RB4 será manipulado. Buscando melhorar ainda mais a eficiência do código gerado (não otimizado pela versão gratuita do XC8), poderíamos ainda substituir as quatro atribuições por uma única: PORTB = PORTB << 4. À esquerda do operador atribuição, temos o registrador onde o resultado da expressão à direita será armazenado. Entretanto, manipular o registrador PORTB afetará apenas os 4 bits mais significativos, por terem sido os únicos configurados como saídas digitais previamente. À esquerda do operador atribuição, dispôs-se do operador deslocamento à esquerda < <, para 20

29 CAPÍTULO 4. PORTAS E/S 4.3. CARACTERÍSTICAS ELÉTRICAS DOS PINOS DE E/S reposicionar os 4 bits configurados como entradas no nibble mais significativo da palavra resultado. Importante Quando se trata de sistemas embarcados, limites de memória e otimização de código ganham um papel especial e, por vezes, vital, para o sucesso do projeto. Conforme visto pela Figura 4.1b, nem todas as portas possuem 8 pinos associados. No entanto, como todos os registradores estão em uma memória organizada em bytes, nada impede a atribuição do literal 0xA7 (0b ) ao registrador PORTE. Os 5 bits mais significativos serão ignorados, já que a porta E conta apenas com 3 pinos de entrada e saída. Funções Multiplexadas Finalmente, é importante ressaltar que o uso de outros periféricos compromete um ou mais pinos de E/S. Por exemplo, o canal 0 do conversor A/D, quando habilitado, não permite o uso do pino 2 como porta de entrada e saída. Para facilitar o entendimento desses conflitos no uso dos periféricos, a cada pino são atribuídos vários nomes. O pino referente ao bit menos significativo da porta A (RA0), também recebe o nome de AN0, simbolizando o canal 0 do conversor A/D. Não se pode usar as 2 funções simultaneamente. Cabe ao projetista configurar adequadamente todos os periféricos envolvidos na aplicação. Normalmente, as portas digitais são ativadas e os outros periféricos desativados por padrão. No entanto, o conversor A/D representa uma importante exceção: todos os canais analógicos estão ativos após o RESET, comprometendo o PORTA e o PORTE por completo. Além dos resistores internos de pull-up da porta B, outras especificidades serão das portas de E/S serão brevemente descritas na próxima seção. Uma visão mais detalhada pode ser obtida no Capítulo 4 I/O Ports do Datasheet. 4.3 Características Elétricas dos Pinos de E/S Nesta seção abordaremos os níveis de tensão dos pinos de entrada e saída digital do PIC16F877A. Maiores detalhes e outros parâmetros elétricos e térmicos podem ser obtidos no Capítulo 17 Electrical Characteristics do Datasheet Classificação dos Pinos de E/S O PIC16F877A trabalha simultaneamente com as tecnologias TTL, CMOS e Schmitt Trigger. As saídas digitais são todas CMOS, enquanto as entradas são TTL ou Schmitt Trigger. A Tabela 4.1 classifica os pinos de E/S do PIC16F877A quanto ao padrão digital utilizado e características especiais (resistores internos de pull-up, saídas em dreno aberto). A porta B possui as seguintes particularidades: o pino RB0 se torna uma entrada Schmitt Trigger quando usado como pino para interrupção externa (Capítulo 5); 21

30 4.3. CARACTERÍSTICAS ELÉTRICAS DOS PINOS DE E/S CAPÍTULO 4. PORTAS E/S Tabela 4.1: Características Elétricas dos Pinos de E/S do PIC16F877A Pino Entrada Saída RA0... RA3 TTL CMOS RA4 Schmitt Trigger CMOS (Dreno Aberto) RA5 TTL CMOS RB0 TTL (Pull-Up programável) / Schmitt Trigger CMOS RB1... RB5 TTL (Pull-Up programável) CMOS RB6 e RB7 TTL (Pull-Up programável) / Schmitt Trigger CMOS RC0... RC7 Schmitt Trigger CMOS RD0... RD7 TTL / Schmitt Trigger CMOS RE0... RE3 TTL / Schmitt Trigger CMOS os pinos RB6 e RB7 são entradas Schmitt Trigger durante a gravação ou depuração in-circuit; quando o recurso Low Voltage Programming estiver habilitado (padrão de fábrica), o pino RB3 não poderá ser usado como pino de E/S. Já as portas D e E são dotadas de entradas TTL quando a porta paralela escrava estiver habilitada. Alguns bits de TRISE são utilizadas para configurar a porta paralela, desabilitada por padrão Faixas de Tensão A Tabela 4.2 contém os tensões referentes aos níveis lógicos baixo e alto, para as tecnologias TTL e CMOS. Tabela 4.2: Níveis de Tensão TTL e CMOS Nível Lógico Baixo Nível Lógico Alto Alimentação Entrada TTL 0 v LOW 0.8V 2V v HIGH V DD 4.5V V DD 5.5V Schmitt Trigger 2 0 v LOW 0.2 V DD 0.8 V DD v HIGH V DD 4.0V V DD 5.5V Saída CMOS 0 v LOW 0.6V v HIGH V DD 0.7V V DD = 4.5V Schmitt Trigger A região indefinida de entradas TTL, 0.8V < v < 2V, possui um limiar de tensão, v T HRESHOLD, abaixo do qual o sinal valerá 0 e acima do qual o sinal valerá 1. Com isso, sinais com transições lentas e que venham a oscilar em torno de v T HRESHOLD podem comprometer a lógica da aplicação. Para tratar melhor sinais ruidosos e prevenir chaveamentos indesejáveis, comuns em chaves mecânicas, as entradas Schmitt Trigger contam com histerese (Figura 4.3). Nesse caso temos dois limiares: um para transição positiva (v ) e outro para transição negativa (v!). 22

31 CAPÍTULO 4. PORTAS E/S 4.3. CARACTERÍSTICAS ELÉTRICAS DOS PINOS DE E/S (a) Símbolo (b) Histerese Figura 4.3: Schmitt Trigger Resistores de pull-up internos Os resistores internos de pull-up, vistos em 4.2.1, podem ser entendidos analisando a Figura 4.4, que fornece uma visão simplificada de um pino de entrada da porta B quando o recurso está habilitado. Observa-se que, quando o pino está em aberto, a tensão que chega à CPU é V DD, o que significa nível lógico alto. Quando o pino é conectado ao potencial zero, por exemplo por meio de uma tecla tal como na Figura 4.2, haverá uma queda de tensão no resistor de pull-up, o que acarretará em nível lógico 0 na CPU. Um dos benefícios de pinos com pull-up interno é a redução Figura 4.4: Pino com Resistor de Pull-Up interno das conexões necessárias para a conexão de teclas (Figura 4.5). Os resistores de pull-up da família de médio porte de microcontroladores PIC são ditos fracos. Isso significa que eles possuem valores de resistência altos. Com isso, o circuito responsável pela geração do sinal digital no pino não precisa drenar um valor elevado de corrente Saídas CMOS em dreno aberto O pino RA4 possui saída em dreno aberto, conforme ilustrado na Figura??. Isso faz com que o pino seja capaz de drenar corrente, quando em nível lógico baixo, mas tenha alta impedância para nível lógico alto, exigindo um resistor externo de pull-up. Dentre as principais consequências desta configuração, destacamos: 23

32 4.3. CARACTERÍSTICAS ELÉTRICAS DOS PINOS DE E/S CAPÍTULO 4. PORTAS E/S (a) Chaves SPDT (b) Pull-up externo (c) Pull-up interno Figura 4.5: Alternativas para a conexão de teclas a possibilidade de interfacear outras famílias lógicas, desde que a tensão entre RA4 e V SS seja inferior a 8.5V (parâmetro obtido do Datasheet, no Capítulo 17); a ligação como uma via de dados de um barramento qualquer nó pode impor nível lógico baixo mas o nível lógico alto somente é atingido quando nenhum deles tenta impor 0 na via (Figura 4.7). Figura 4.7: Configuração em barramento com pinos dreno aberto (mostrando apenas saídas) 24

33 CAPÍTULO 4. PORTAS E/S 4.4. DISPLAYS DE 7 SEGMENTOS 4.4 Displays de 7 Segmentos Os displays de 7 segmentos são dispositivos simples de exibição, compostos geralmente por diodos emissores de luz (LED) ou outros elementos luminosos que são dispostos de forma a permitir a representação de numerais indo-arábicos e algumas letras. Com a chegada dos displays de cristal líquido (LCD), os displays de 7 segmentos vêm se tornando obsoletos. No entanto, para fins acadêmicos, eles ainda constituem uma boa ferramenta para Figura 4.8: Display de 7 segmentos o treinamento de técnicas elementares de programação e uso de pinos de E/S. Por ser usado em diversos aparelhos eletrônicos das últimas décadas, trata-se de um dispositivo bem familiar. É fácil reconhecê-lo se olharmos sua representação na figura 4.8, que mostra uma convenção de nomenclatura para os 7 segmentos (a... g) e o ponto decimal (h) Circuitos com displays Os LEDs em displays de 7 segmentos são conectados seja na configuração anodo comum (figura 4.9a), seja na configuração catodo comum (figura 4.9b). Em ambas configurações, a pinagem é aquela mostrada na figura 4.9c. As duas configurações possuem lógicas de ativação distintas, conforme mostra a figura Considerando que na configuração anodo comum, este seja ligado a V CC, os LEDs acenderão com nível lógico baixo (que corresponde a uma tensão entre 0V e 0,8V). Já na configuração catodo comum, se o catodo está conectado ao terra, os LEDs acenderão com nível lógico alto (que corresponde a uma tensão entre 2V e 5V). Além disso, deve-se limitar a corrente de cada ramo, e por isso não podemos conectar os terminais de um LED entre V CC e GND. O uso de apenas uma resistência adicionada no terminal comum não é recomendado. Ao invés disso, uma boa solução consiste em conectar uma resistência em série com cada segmento, formando então ramos independentes limitados apenas pela capacidade da fonte de tensão. Se essas resistências forem do tipo trimpot, pode-se compensar a diferença de luminosidade dos LEDs com a calibração de cada segmento segundo uma referência visual. (a) Configuração anodo comum (b) Configuração catodo comum (c) Pinagem Figura 4.9: Configurações e pinagem de displays de 7 segmentos 25

34 4.4. DISPLAYS DE 7 SEGMENTOS CAPÍTULO 4. PORTAS E/S (a) Anodo Comum (b) Catodo comum Figura 4.10: Lógicas de Ativação A princípio, as resistências são dimensionadas para que cada ramo forneça ao LED sua corrente típica de operação, que normalmente é de aproximadamente 20mA. Para maiores detalhes sobre a queda de tensão nos LEDs e a corrente típica, consulte a folha de dados do fabricante Interface com o PIC16F877A Os pinos de E/S do microcontrolador farão o papel das chaves da figura A tabela 4.3 fornece a representação padrão de displays de 7 segmentos para os dígitos de 0 a 9 e letras de A a F, deixando o ponto decimal h apagado. Um contador em hexadecimal que mostra o valor atual da contagem num display de 7 segmentos (circuito da Figura 4.11) pode ser implementado com o código??. Neste programa exemplo, todos os pinos da porta D são configurados como saídas digitais (linha 13). O sistema então entra num laço infinito onde, graças ao cálculo do resto da divisão (operador %), uma variável i fica eternamente limitada entre 0 e 15. A ação a ser executada em cada iteração do laço consiste em exibir o símbolo correspondente a i no display de 7 segmentos e então pausar a execução por 1 segundo. A função delay_ms depende da definição da constante _XTAL_FREQ, que corresponde à frequência do cristal em Hz. O compilador XC8 precisa saber a frequência de operação para computar apropriadamente o número de ciclos de máquina despendidos na temporização por espera ocupada, ou seja, sem o uso de periféricos especiais de temporização. A decodificação para 7 segmentos é feita simplesmente por um vetor, cujo índice representa a palavra de entrada (BCD) e o conteúdo representa a palavra de saída (7 segmentos). Este mesmo recurso pode ser usado para incluir tabelas verdade de outros circuitos combinacionais. 26

35 CAPÍTULO 4. PORTAS E/S 4.4. DISPLAYS DE 7 SEGMENTOS Exemplo 4.2 Interface com display de 7 segmentos Figura 4.11: Interface com um único display de 7 segmentos 1 # define _XTAL_FREQ # include <xc. h> 3 4 char d i s p 7 s e g _ d i g i t o s [ ] = { 5 0 x3f, 0 x06, 0x5B, 0 x4f, 6 0 x66, 0x6D, 0x7D, 0 x07, 7 0 x7f, 0 x6f, 0 x77, 0x7C, 8 0 x39, 0x5E, 0 x79, 0 x71 9 } ; void main ( ) { 12 char i ; 13 TRISD = 0 ; 14 for ( i = 0 ; i < 1 6 ; i = ( i + 1 ) % 1 6 ) { 15 PORTD = d i s p 7 s e g _ d i g i t o s [ i ] ; 16 delay_ms ( ) ; 17 } 18 } Tabela 4.3: Códigos para exibição de dígitos em displays de 7 segmentos Símbolo Segmentos Anodo Comum Catodo Comum a b c d e f g h MSb=a MSb=h MSb=a MSb=h 0x03 0xC0 0xFC 0x3F 0x9F 0xF9 0x60 0x06 0x25 0xA4 0xDA 0x5B 0x0D 0xB0 0xF2 0x4F 0x99 0x99 0x66 0x66 0x49 0x92 0xB6 0x6D 0x41 0x82 0xBE 0x7D 0x1F 0xF8 0xE0 0x07 0x01 0x80 0xFE 0x7F 0x09 0x9F 0xF6 0x6F 0x11 0x88 0xEE 0x77 0xC1 0x83 0x3E 0x7C 0x63 0x36 0x9C 0x39 0x85 0xA1 0x7A 0x5E 0x61 0x86 0x9E 0x79 0x71 0x8E 0x8E 0x71 27

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