Microcontroladores. Curso Engenharia de Controle e Automação. Alex Vidigal Bastos alexvbh@gmail.com

Transcrição

1 Microcontroladores Curso Engenharia de Controle e Automação Alex Vidigal Bastos alexvbh@gmail.com 1

2 Sumário Microprocessadores CPU Microcontrolador Firmaware Registrador Registradores de Função Especial (SFR) Portas(I/O) Interrupções Linguagem de Máquina

3 Microprocessadores São máquinas elétricas onde podemos armazenar instruções lógicas, aritméticas e de tomada de decisão; CPU (Central Processing Unit Unidade Central de Processamento)

4 CPU (Central Processing Unit) Processsaas instruções contidasno programae é divididaem: Unidade de Controle(UC); Unidades Lógicas e Aritméticas(ULA); Decodificador de Instrução; Registradores;

5 CPU (Central Processing Unit)

6 Evoluçãopara microcontroladores Barateamento dos CI's e o surgimento de microprocessadores (CPUs) mais poderosos, começou-se a usar as CPUs mais simples para implementar tarefas dedicadas: controle de impressora, reguladores de velocidade, acionadores de motores de passos, etc

7 Basicamente CPU Controle RAMpilhaedados Porta Serial comunicação Timers temporização ROM programa controle Portas Paralela I/O AD/ DA sinais analógicos

8 PorquêMicrocontroladores? Estas aplicações tinham o custo dependente do preço da CPU e dos periféricos; AidéiafoicolocartodososperiféricosdentrodochipdaCPU.

9 PorquêMicrocontroladores? Por outro lado, uma CPU dedicada a um determinado controle não precisa ser muito rápida nem tampouco ter um conjunto de instruções extenso e poderosos; Não são necessárias instruções para trabalhar com ponto flutuante, com strings ou vetores e mecanismos de endereçamento;

10 PorquêMicrocontroladores? Os microcontroladores são específicos para controle, não tem grande capacidade de processamento e por isso nunca haverá computador pessoal cuja CPU seja um microcontrolador; Eles podem estar presentes nos PCs, apenas para controlar periféricos;

11 Microprocessadorx Microcontrolador

12 Diagramade Bloco

13 Microprocessadorx Microcontrolador Microprocessor CPU, RAM, ROM, Timers ficam separados; Expansivos; Versatilidade; Proposta Geral; Microcontroladores CPU, RAM, ROM, Timres ficam emummesmochip; Para aplicações em que o custo, energia e espaço são críticos;

14 Microcontrolador

15 Microcontrolador Diagrama geral de blocos de um microcontrolador

16 Critériosparaa escolhade um Microcontrolador Satisfazer as necessidades de computação da tarefa de forma eficiente e custo efetivo Velocidade, a quantidadede ROM e RAM, o númerode portas I/O e timers, energia Facilidade de upgrade Custo por unidade

17 Critériosparaa escolhade um Microcontrolador Avaliar as ferramentas de desenvolvimento de software; Debugadores, Compiladores, Simuladores, Suporte técnico, etc;

18 SistemasProcessados Programa (Software): conjunto de instruções arranjadas de forma organizada que apresenta uma função específica; Firmaware: programa que está armazenado em memória não volátil(rom); Hardware: partes eletrônicas de um microcomputador Microcontrolador: microcomputador integrado num único chip (microprocessador + periféricos)

19 SistemasProcessados Periféricos: Circuitos acessórios ao computador que realizam tarefas específicas; Exemplos: Timers CCP(Comparação, Captura e PWM); Conversores AD/DA Portas de Comunicação(USART, I2C, SPI, USB, CAN...)

20 ArquiteturaVon-Neuman VonNeumann: Instruções e dados compartilham a mesma unidade física de memória

21 ArquiteturaVon-Neuman

22 ArquiteturaHarvard Harvard: Instruções e dados são armazenados em memórias diferentes Vantagem: Instruções e dados podem ser acessados simultaneamente, aumentando o desempenho. O PIC segue esta arquitetura! Um barramento de dados de 8 bits e outro para instrucões (12, 14 ou 16 bits)

23 ArquiteturaHarvard

24 ArquiteturaHarvard

25 Barramento Permite a transferência de sinais elétricos entre diferentes partes do compuatdor.

26 Instruction Set Conjunto de instruções que um processador compreende; Cada processador possui seu próprio conjunto de instruções, inviabilizando, na maioria dos casos, a portabilidade;

27 Instruction Set CISC Complex Instruction Set Computing - Computação onde o número de instruções é muito grande; RISC (Reduced Instruction Set Computing) - Computação onde um número reduzido de instruções estão disponíveis. O PIC possui um número reduzido de Instruction Set (RISC)

28 Instruction Set Considerações sobre o RISC e CISC: Uma única instrução CISC pode equivaler a várias instruções RISC; Uma instrução CISC precisa realizar passos semelhantes aos realizados pelas RISC; CISC minimiza o número de acessos a memória de programa; RISC simplifica a decodificação de instruções, deixando esta etapa mais rápida;

29 Instruction Set Vantagens CISC: Apesar do conjunto de instruções ser muito grande, oferece um número maior de instruções ( ferramentas ) ao programador Assembly; Menor quantidade de instruções são necessárias para desenvolver um programa(programas ocupam menos memória).

30 Instruction Set Vantagens RISC: Etapa de decodificação tão simples que pode, em alguns casos, ser eliminada; Com um número menor de instruções, os parâmetros destas podem ser agregados no opcode (código de máquina de uma instrução), simplificando inclusive o FETCH. Simplificação dos circuitos eletrônicos.

31 Ciclode vidade umacpu

32 PIC São uma família de microcontroladores fabricados pela Microship Technologyqueprocessamdadosde8bits,16bitse32bits.

33 PIC

34 Firmware Conjunto de instruções operacionais programadas diretamente no HARDWARE de um equipamento eletrônico; É armazenado permanentemente em um circuito integrado (chip);

35 Registradores Responsável por armazenar todos os dados sobre os quais serão realizados algum tipo de operação(add, MOVE, SHIFT, etc);

36 Registradores No PIC18F4550 esses registradores são chamados de GPR (General Purpose Register Registradores de Propósito Geral);

37 Registradoresde funçãoespecial (SFR) São registradores cujas funções são pré-determinadas pelo fabricante. Ex: temporizadores(timers); Conversores(A/D) Osciladores

38 Registradoresde funçãoespecial (SFR) No caso dos registradores de 8 bits, cada SFR funcionará como 8 chaves (liga/desliga) que comandam alguns pequenos circuitos dentro do microcontrolador.

39 Registradoresde funçãoespecial (SFR) No PIC18F4550 este circuito está associado a um SFR chamado TRIS. - Bit ajustadoparalógica1 Entrada(Input) - Bit ajustadoparalógica0 Saída(Output)

40 Registradoresde funçãoespecial Exemplos: (SFR) STATUS utilizado para armazenamento de flags matemáticos e de estado da CPU, além dos bits da seleção do banco de memória RAM; INTCON utilizado para controle de interrupções;

41 Registradoresde funçãoespecial (SFR) Exemplos: OPTON_REG utilizado para configurar o funcionamento de alguns periféricos internos ao PIC; PORT utilizadoparaaleituraouescritanospinosdopic; TRIS utilizado para configurar os pinos das portas como entrada ou saída(input/output);

42 PortasI/O (Entrada/ Saída) Os microcontroladores possuem um ou mais registradores de funções especiais chamadas de PORT conectados aos seus pinos de I/O(pinos de entrada/saída); *** Valor máximo de corrente por pino I/O(operando isoladamente) e por conjunto de pinos;

43 PortasI/O (Entrada/ Saída)

44 Interrupções Sem interrupções, o fluxo do programa é determinado pelo programa principal; Problema: Alguns periféricos precisam de tempo para executar suas tarefas; Espera ocupada: Não faz nada até que uma variável ou um flag mudedevalor pooling!

45 Interrupções Solução: Interrupção Sistema capaz de avisar quando uma determinada tarefa acabou. A tarefa então é executada, sem prejuízo para o fluxo do programa principal.

46 Interrupções

47 Interrupções

48 Arquiteturade um computador genérico

49 Arquiteturade um Sistema Embutido

50 Exercícios PIC18F

51 Perguntas