Sistemas Microcontrolados. Período Aula 4. 1 Saulo O. D. Luiz

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1 Sistemas Microcontrolados Período Aula 4 1 Saulo O. D. Luiz

2 Roteiro Introdução ao microcontrolador PIC 16F877 Arquitetura do PIC 16F877 Conjunto de instruções Registradores de configuração 2 Saulo O. D. Luiz

3 Arquitetura do PIC 16F877 Palavra de instrução de 14 bits 35 instruções Todas as instruções ocupam uma só palavra de instrução Todas as instruções são executadas num único ciclo de máquina, exceto no caso de instruções de salto e de ramificação 3 Saulo O. D. Luiz

4 Arquitetura do PIC 16F877 8K x 14 bits de memória de programa flash; 368 x 8 bits de memória de dados RAM; 256 x 8 bits de memória de dados EEPROM; Pilha implementada por hardware com 8 níveis (até 8 chamadas de rotinas aninhadas) 5 Portas de E/S; 4 Saulo O. D. Luiz

5 Arquitetura do PIC 16F fontes de interrupção (internas e externas); Dois módulos de Captura/Comparação/PWM; Conversor A/D de 10 bits com entradas multiplexadas; Porta serial síncrona com SPI (master mode) e I2C (master/slave); USART/SCI; 5 Saulo O. D. Luiz

6 Arquitetura do PIC 16F877 Porta paralela com 8 bits de Timer/Counter programável e um Watchdog Timer embutidos Recursos de hardware para proteção de código, modo de operação com baixo consumo de energia (sleep), programação "in-circuit", alta corrente de saída para LEDs (25 ma), power-on-reset, power-up timer, etc 6 Saulo O. D. Luiz

7 Relógio / Ciclo de instrução Dividido internamente em quatro fases, Q1, Q2, Q3 e Q4 7 Saulo O. D. Luiz

8 Relógio / Ciclo de instrução Se a instrução provocar uma mudança no conteúdo do contador de programa (PC)... 8 Saulo O. D. Luiz

9 Organização da memória Dois blocos de memória Dados EEPROM RAM Programa Flash 9 Saulo O. D. Luiz

10 Memória de programa Flash 8192 palavras de 14 bits É possível reprogramar o microcontrolador várias vezes antes de obter a versão definitiva 10 Saulo O. D. Luiz

11 Memória de dados EEPROM 256 palavras de 8 bits É acessada indiretamente através dos registradores EEADR e EEDATA É usada para armazenar dados que precisam ser mantidos após o desligamento do sistema 11 Saulo O. D. Luiz

12 Configuração básica para o PIC 12 Saulo O. D. Luiz

13 Operação com cristal Para cristal de 20MHz, o tipo de osc é HS C1 e C2 podem ter valores na faixa 15-33pF 13 Saulo O. D. Luiz

14 Reset 14 Saulo O. D. Luiz

15 15 Saulo O. D. Luiz

16 Arquitetura 16 Saulo O. D. Luiz

17 17 Saulo O. D. Luiz Diagrama de blocos

18 Registrador CONFIG Está na posição 2007h da memória de programa A posição 2007h está além do espaço do programa do usuário, e só pode ser acessada durante a programação A palavra de configuração (quando apagada ou não programada) é 3FFFh 18 Saulo O. D. Luiz

19 Registrador CONFIG CP1:CP0: bits de proteção do programa na memória FLASH 11 = proteção desligada 10 = proteção em 1F00h a 1FFFh 01 = proteção em 1000h a 1FFFh 00 = proteção em 0000h a 1FFFh 19 Saulo O. D. Luiz

20 Registrador CONFIG DEBUG: modo de depuração in-circuit 1 = desabilitado. RB6 e RB7 são pinos de I/O de propósito geral 0 = habilitado. RB6 e RB7 são dedicados à depuração 20 Saulo O. D. Luiz

21 Registrador CONFIG WRT: habilitação de escrita na memória de programa FLASH 1 = a memória de programa desprotegida pode ser escrita pelo controle EECON 0 = a memória de programa desprotegida não pode ser escrita pelo controle EECON 21 Saulo O. D. Luiz

22 Registrador CONFIG CPD: proteção da memória de dados EE 1 = proteção desligada 0 = proteção do código na memória de dados EEPROM 22 Saulo O. D. Luiz

23 Registrador CONFIG LVP: habilitação de programação serial in-circuit em baixa tensão 1 = programação em baixa tensão está habilitada, e RB3/PGM tem a função PGM 0 = RB3 é uma I/O digital 23 Saulo O. D. Luiz

24 Registrador CONFIG BODEN: habilitação de reset brown-out 1 = BOR habilitado 0 = BOR desabilitado 24 Saulo O. D. Luiz

25 Registrador CONFIG PWRTE': habilitação do temporizador de power-up 1 = PWRT desabilitado 0 = PWRT habilitado 25 Saulo O. D. Luiz

26 Registrador CONFIG WDTE: habilitação do temporizador do watchdog 1 = WDT habilitado 0 = WDT desabilitado 26 Saulo O. D. Luiz

27 Registrador CONFIG FOSC1:FOSC0: bits de seleção do oscilador 11 = RC (resistor e capacitor) 10 = HS (cristal/ressonador de alta velocidade 01 = XT (cristal/ressonador) 00 = LP (cristal de baixa potência) 27 Saulo O. D. Luiz

28 Registrador CONFIG Exemplo em Assembly CONFIG _CP_OFF & _WDT_ON & _BODEN_ON & _PWRTE_ON & _RC_OSC & _WRT_ENABLE_ON & _LVP_ON & _DEBUG_OFF & _CPD_OFF 28 Saulo O. D. Luiz

29 Registrador STATUS (estado) IRP: bit de seleção do banco (endereçamento indireto) 1 = banco 2, 3 (100h-1FFh) 0 = banco 0, 1 (00h-FFh) RP1:RP0: bits de seleção do banco (endereçamento direto) 00 = banco 0 (00h - 7Fh) 01 = banco 1 (80h - FFh) 10 = banco 2 (100h - 17Fh) 11 = banco 3 (180h - 1FFh) 29 Saulo O. D. Luiz

30 Registrador STATUS (estado) TO: bit de Time-out 1 = Após power-up, a instrução CLRWDT, ou a instrução SLEEP 0 = Um time-out do WDT ocorreu PD: bit de Power-down 1 = Após power-up ou por uma instrução CLRWDT 0 = Pela execução da instrução SLEEP 30 Saulo O. D. Luiz

31 Registrador STATUS (estado) Z: bit Zero 1 = O resultado de uma operação foi zero 0 = O resultado de uma operação foi diferente de zero DC: bit de Digit carry/borrow (instruções ADDWF, ADDLW,SUBLW,SUBWF) 1 = Um vai-um do quarto bit menos significativo 0 = Nenhum vai-um do quarto bit menos significativo C: bit de Carry/borrow (instruções ADDWF, ADDLW,SUBLW,SUBWF) 1 = Um vai-um do bit mais significativo ocorreu 0 = Nenhum vai-um do bit mais significativo ocorreu 31 Saulo O. D. Luiz

32 Memória RAM Registradores de funções especiais (SFR) Registradores de uso geral (GPR) 32 Saulo O. D. Luiz

33 Modos de endereçamento Endereçamento Direto Indireto 33 Saulo O. D. Luiz

34 Endereçamento Direto Registro Seleção de Banco Seleção de Registro 34 Saulo O. D. Luiz

35 Endereçamento Indireto Registro Registro FSR Seleção de Banco Seleção de Registro 35 Saulo O. D. Luiz

36 Endereçamento Indireto Ex.1: copiar o conteúdo de W para posição de memória 120h MOVLW 0x20 BSF MOVWF FSR MOVLW 0x34 MOVWF INDF ;Inicializar apontador STATUS, IRP; ;para posição de memória 0x120 na RAM ;Novo conteúdo de W ;que será movido para o endereço 0x120 apontado indiretamente 36 Saulo O. D. Luiz

37 Endereçamento Indireto Ex.2: preencher posições de memória 20h-2Fh MOVLW 0x20 ;Inicializar apontador BCF STATUS, IRP; MOVWF FSR ;para posição de memória 0x20 na RAM MOVLW 0xFF ;Novo valor para W VOLTA ADDLW 0x1 ;Incrementar W MOVWF INDF ;que será movido para o endereço apontado indiretamente INCF FSR,F ;Incrementar ponteiro BTFSS FSR, 4;Se FSR passou de 2Fh, então pula o goto seguinte GOTO VOLTA 37 Saulo O. D. Luiz

38 Endereçamento Indireto Ex.3: limpar posições de memória 20h-2Fh MOVLW 0x20 ;Inicializar apontador BCF STATUS, IRP; MOVWF FSR ;para posição de memória 0x20 na RAM NEXT CLRF INDF ;Limpar registrador INDF INCF FSR,F ;Incrementar ponteiro BTFSS FSR, 4;Se FSR passou de 2Fh, então pula o goto seguinte GOTO NEXT 38 Saulo O. D. Luiz

39 Comparação de endereçamentos direto e indireto 39 Saulo O. D. Luiz

40 Unidade Lógica e Aritmética (ULA) 8 bits de largura Acumulador w (working register) 40 Saulo O. D. Luiz

41 Unidade Lógica e Aritmética (ULA) Operações aritméticas Soma Subtração (complemento de 2) Operações lógicas Rotate And Or Xor Saulo O. D. Luiz

42 Unidade Lógica e Aritmética (ULA) As instruções com dois operandos envolvem O acumulador w Um registrador f, ou uma constante codificada na instrução As operações aritméticas e lógicas atualizam os bits do registrador STATUS Z (zero) C (carry) DC (digit carry) 42 Saulo O. D. Luiz

43 Unidade Lógica e Aritmética (ULA) Um bit na instrução permite escolher se o resultado vai para Acumulador w (bit d = 0) Registrador f (bit d = 1) 43 Saulo O. D. Luiz

44 Instruções com o acumulador MOVLW k ;Move uma constante k para W Ex: MOVLW 0x06 44 Saulo O. D. Luiz

45 Instruções com o acumulador Ex.1: MOVF f,w ;Move o conteúdo de f para W Ex.2: BSF STATUS, RP0 ; BCF STATUS, RP1 ;Seleciona banco 1 MOVF TRISA, W ;Move o conteúdo de TRISA para W ;Exemplo de endereçamento direto 45 Saulo O. D. Luiz

46 Instruções com o acumulador MOVWF f ;Move o conteúdo de W para f Ex.: BSF STATUS, RP0; BCF STATUS, RP1; Seleciona banco 1 MOVLW 0x06 ;Move uma constante para W MOVWF ADCON1 ;Move o conteúdo de W para ADCON1 46 Saulo O. D. Luiz

47 Instruções com o acumulador CLRW ;Limpa o conteúdo de W Ex.: MOVLW 0x06 ;Move uma constante para W CLRW ;Limpa o acumulador ;Observar o bit Z de STATUS 47 Saulo O. D. Luiz

48 Operações aritméticas ADDLW k ;Adiciona literal k a W Ex.: MOVLW 0xFF ;Move uma constante para W ADDLW 0x01 ;Adiciona literal a W ;Observar bits C, DC e Z do registrador STATUS 48 Saulo O. D. Luiz

49 Operações aritméticas ADDWF f,d ;Adiciona W e f Ex.: MOVLW 0xFF ;Move uma constante para W BCF STATUS, RP0 ; BSF STATUS, RP1 ;Seleciona banco 2 MOVWF 0x120 ;Move o conteúdo de W para 0x120 MOVLW 0x1 ;Move uma constante para W ADDWF 0x120,F ;Adiciona W e f, colocando o resultado em f ;Observar bits C, DC e Z do registrador STATUS 49 Saulo O. D. Luiz

50 Operações aritméticas SUBLW k ;Subtração k-w -> W Ex.: MOVLW 0x02 ;Move uma constante para W SUBLW 0x15 ;Subtrai W de literal ;Observar bits C, DC e Z do registrador STATUS 50 Saulo O. D. Luiz

51 Operações aritméticas SUBWF f,d ;Subtração f-w -> d Ex.: MOVLW 0x15 ;Move uma constante para W BCF STATUS, RP0 ; BSF STATUS, RP1 ;Seleciona banco 2 MOVWF 0x120 ;Move o conteúdo de W para 0x120 MOVLW 0x02 ;Move uma constante para W SUBWF 0x120,F ;Subtrai W de f, colocando o resultado em f ;Observar bit C, DC e Z do registrador STATUS 51 Saulo O. D. Luiz

52 Operações lógicas ANDLW k ; E lógico entre k e W Ex.: MOVLW 0xA3 ;Move uma constante para W ANDLW 0xA3 ;And entre literal e W ;Observar bit Z do registrador STATUS 52 Saulo O. D. Luiz

53 Operações lógicas ANDWF f,d ; E lógico entre W e f Ex.: MOVLW 0x0F ;Move uma constante para W BCF STATUS, RP0 ; BSF STATUS, RP1 ;Seleciona banco 2 MOVWF 0x120 ;Move o conteúdo de W para 0x120 MOVLW 0x34 ;Move uma constante para W ANDWF 0x120,F ;W AND f, colocando o resultado em f ;Observar bit Z do registrador STATUS 53 Saulo O. D. Luiz

54 Operações lógicas IORLW k ; OU inclusivo entre k e W Ex.: MOVLW 0x3F ;Move uma constante para W IORLW 0x50 ;Ou inclusivo entre literal e W ;Observar bit Z do registrador STATUS ; = 0x3F= k ; = 0x50 = W ; = 0x7F = k ou W 54 Saulo O. D. Luiz

55 IORWF f,d ; ; OU inclusivo entre W e f Ex.: MOVLW 0x3F ;Move uma constante para W BCF STATUS, RP0 ; BSF STATUS, RP1 ;Seleciona banco 2 MOVWF 0x120 ;Move o conteúdo de W para 0x120 MOVLW 0x50 IORWF 0x120,F ;Move uma constante para W ;Adiciona W e f, colocando o resultado em f ;Observar bit Z do registrador STATUS 55 Saulo O. D. Luiz

56 Operações lógicas XORLW k ; OU exclusivo entre k e W Ex.: MOVLW 0x3F ;Move uma constante para W XORLW 0x50 ;Ou exclusivo entre literal e W ;Observar bit Z do registrador STATUS ; = 0x3F= k ; = 0x50 = W ; = 0x6F = k xou W 56 Saulo O. D. Luiz

57 XORWF f,d ; ; OU exclusivo entre W e f Ex.: MOVLW 0x3F ;Move uma constante para W BCF STATUS, RP0 ; BSF STATUS, RP1 ;Seleciona banco 2 MOVWF 0x120 ;Move o conteúdo de W para 0x120 MOVLW 0x50 ;Move uma constante para W XORWF 0x120,F ;Ou exclusivo de W e f, colocando o resultado em f ;Observar bit Z do registrador STATUS 57 Saulo O. D. Luiz

58 Operações de deslocamento RLF f,d ;Rotacionar à esquerda através do carry Ex.: MOVLW 0x15 ;Move uma constante para W BCF STATUS, RP0 ; BSF STATUS, RP1 ;Seleciona banco 2 MOVWF 0x120 ;Move o conteúdo de W para 0x120 RLF 0x120,F 58 Saulo O. D. Luiz ;Rotaciona F com o carry, colocando o resultado em f ;Observar bit C do registrador STATUS

59 Operações de deslocamento RRF f,d ;Rotacionar à direita através do carry Ex.: MOVLW 0x15 ;Move uma constante para W BCF STATUS, RP0 ; BSF STATUS, RP1 ;Seleciona banco 2 MOVWF 0x120 ;Move o conteúdo de W para 0x120 RRF 0x120,F 59 Saulo O. D. Luiz ;Rotaciona F com o carry, colocando o resultado em f ;Observar bit C do registrador STATUS

60 Operações com registradores f e orientadas a byte CLRF f ; Limpar o conteúdo do registrador f Ex.: MOVLW 0x15 ;Move uma constante para W BCF STATUS,RP0 ; BSF STATUS,RP1 ;Seleciona banco 2 MOVWF 0x120 ;Move o conteúdo de W para 0x120 CLRF 0x120 ;Limpa o registrador 0x Saulo O. D. Luiz

61 Operações com registradores f e orientadas a byte COMF f,d ; Complementar o registrador f Ex.: MOVLW 0x15 ;Move uma constante para W BCF STATUS, RP0 ; BSF STATUS, RP1 ;Seleciona banco 2 MOVWF 0x120 ;Move o conteúdo de W para 0x120 COMF 0x120,F ;Aplica o complemento de 2 ao registrador 0x120 ; = 0x15 ; = C1(0x15) = 0xEA 61 Saulo O. D. Luiz

62 Operações com registradores f e orientadas a byte DECF f,d ; Decrementar o registrador f Ex.: MOVLW 0x15 ;Move uma constante para W BCF STATUS, RP0 ; BSF STATUS, RP1 ;Seleciona banco 2 MOVWF 0x120 ;Move o conteúdo de W para 0x120 DECF 0x120,F ;Decrementa o conteúdo do registrador 0x Saulo O. D. Luiz

63 Operações com registradores f e orientadas a byte DECFSZ f,d ; Decrementar o registrador f, e saltar a próxima instrução se o resultado for zero 63 Saulo O. D. Luiz

64 Ex.: Operações com registradores f e orientadas a byte MOVLW 0x03 ;Move uma constante para W BCF STATUS, RP0 ; BSF STATUS, RP1 ;Seleciona banco 2 MOVWF 0x120 ;Move o conteúdo de W para 0x120 VOLTA DECFSZ 0x120,F ; Decrementa o conteúdo de 0x120 e salta a ;próxima instrução se o resultado for zero GOTO VOLTA 64 Saulo O. D. Luiz

65 Operações com registradores f e orientadas a byte INCF f ; Incrementar o registrador f Ex.: MOVLW 0x15 ;Move uma constante para W BCF STATUS, RP0 ; BSF STATUS, RP1 ;Seleciona banco 2 MOVWF 0x120 ;Move o conteúdo de W para 0x120 INCF 0x120,F ;Incrementa o conteúdo de 0x Saulo O. D. Luiz

66 Operações com registradores f e orientadas a byte INCFSZ f ; Incrementar o registrador f, e saltar se o resultado for zero 66 Saulo O. D. Luiz

67 Ex.: Operações com registradores f e orientadas a byte MOVLW 0xFA ;Move uma constante para W BCF STATUS, RP0 ; BSF STATUS, RP1 ;Seleciona banco 2 MOVWF 0x120 ;Move o conteúdo de W para 0x120 VOLTA2 INCFSZ 0x120 ;Incrementa o conteúdo de 0x120 e salta a ;próxima instrução se o resultado for zero GOTO VOLTA2 67 Saulo O. D. Luiz

68 Operações com registradores f e orientadas a byte MOVF f,d ; Copiar o conteúdo de f para d Ex.: MOVLW 0x15 ;Move uma constante para W BSF STATUS, RP0 ; BSF STATUS, RP1 ;Seleciona banco 3 MOVWF 0x19D ;Move o conteúdo de W para 0x19D INCF 0x19D ;Incrementa o conteúdo de 0x19D MOVF 0x19D,W ;Copia o conteúdo de 0x19D para W 68 Saulo O. D. Luiz

69 Operações com registradores f e orientadas a byte SWAPF f ; Troca os nibbles de f Ex.: MOVLW 0x15 ;Move uma constante para W BCF STATUS, RP0 ; BSF STATUS, RP1 ;Seleciona banco 2 MOVWF 0x120 ;Move o conteúdo de W para 0x120 SWAPF 0x120 ;Troca os nibbles de 0x Saulo O. D. Luiz

70 Operações com registradores f e orientadas a bit BCF f,b ; torna 0 o bit b do registrador f Ex.: BCF 0x120, 0 ; torna 0 o bit 0 do registrador 0x Saulo O. D. Luiz

71 Operações com registradores f e orientadas a bit BSF f,b ; torna 1 o bit b do registrador f Ex.: BSF 0x120, 1 ; torna 1 o bit 0 do registrador 0x Saulo O. D. Luiz

72 Operações com registradores f e orientadas a bit BTFSS f,b ; testa o bit b do registrador f, e salta se estiver setado i.e. igual a 1 72 Saulo O. D. Luiz

73 Ex.: Operações com registradores f e orientadas a bit MOVLW 0x15 ;Move uma constante para W BCF STATUS, RP0 ; BSF STATUS, RP1 ;Seleciona banco 2 MOVWF 0x120 ;Move o conteúdo de W para 0x120 BCF STATUS, C ;Limpa o carry VOLTA3 RLF 0x120,F ;duplica o conteúdo de 0x120 BTFSS STATUS,C ;Se houve overflow... ;então salta o GOTO GOTO VOLTA3 73 Saulo O. D. Luiz

74 Operações com registradores f e orientadas a bit BTFSC f,b ; testa o bit b do registrador f, e salta se estiver limpo i.e. igual a 0 74 Saulo O. D. Luiz

75 Ex.: Operações com registradores f e orientadas a bit MOVLW 0x15 ;Move uma constante para W BCF STATUS, RP0 ; BSF STATUS, RP1 ;Seleciona banco 2 MOVWF 0x120 ;Move o conteúdo de W para 0x120 BCF STATUS, C ;Limpa o carry VOLTA4 RRF 0x120,F ;divide o conteúdo de 0x120 BCF STATUS, C ;Limpa o carry BTFSC STATUS,Z ;Se o resultado da divisão é diferente de 0, ;então salta o GOTO GOTO VOLTA4 75 Saulo O. D. Luiz

76 Operações de controle GOTO k; vai para o endereço k Ex.: Esperar: GOTO Esperar 76 Saulo O. D. Luiz

77 Demais Operações NOP; nenhuma operação 77 Saulo O. D. Luiz

78 Demais Operações SLEEP; modo de sono 78 Saulo O. D. Luiz

79 Exercícios 1. Explique, através do ciclo de instrução do PIC, como o pipeline permite acelerar a execução de um programa. 2. Explique os modos de endereçamento direto e indireto. 3. Explique o papel de cada bit dos registradores de STATUS e OPTION 79 Saulo O. D. Luiz

80 Exercícios 4. Quais são os registradores que configuram a I/O do PIC? 1. Onde estão localizados os registradores de funções especiais na memória do PIC? 2. Qual a finalidade do registrador de trabalho e onde está localizado na arquitetura do PIC? 80 Saulo O. D. Luiz

81 Exercícios 1. Qual parte da memória do PIC é normalmente denominada register file? 2. Qual a finalidade do bit IRP do registrador STATUS? 3. Em que registrador está localizado o bit de carry? 4. O que são os registradores TRIS? 81 Saulo O. D. Luiz

82 Exercícios 1. Implementar uma progressão aritmética 2. Implementar duas progressões geométricas: uma com razão 2 e outra de razão 1/2 3. Implementar a transposta de uma matriz de um banco de memória para outro 82 Saulo O. D. Luiz

83 Bibliografia Guia do Laboratório de Arquitetura de Sistemas Digitais do DEE/CEEI/UFCG. Disponível em: uitetura/modulo%207.doc 83 Saulo O. D. Luiz