Laboratório de Microprocessadores e Microcontroladores

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1 Escola de Engenharia Elétrica, Mecânica e de Computação Universidade Federal de Goiás Laboratório de Microprocessadores e Microcontroladores Experimento 4: Motor de Passo e Display LCD Alunos: Matrícula: Prof. Dr. José Wilson Lima Nerys Goiânia, 1º semestre de 2017

2 Laboratório de Microprocessadores e Microcontroladores 2 SUMÁRIO 1 Motor de Passo e Display LCD Motor de Passo Display LCD Atividades do Experimento Acionamento de Motor de Passo com Leitura de Tabela Acionamento de Motor de Passo com Rotação de Bits Contagem Crescente no Display LCD Contagem Decrescente no Display LCD Acionamento do Motor de Passo com Mensagem no Display LCD... 10

3 Laboratório de Microprocessadores e Microcontroladores 3 1 Motor de Passo e Display LCD 1.1 Motor de Passo O motor de passo consiste de um estator contendo bobinas que são acionadas usando corrente contínua e um rotor de ímã permanente, que gira a cada mudança das bobinas acionadas. Embora nas figuras a seguir as quatro bobinas sejam mostradas como únicas (concentradas), na prática elas são distribuídas ao longo do estator. Assim, pode-se obter um passo bem pequeno entre um pedaço de bobina e outro. O ângulo de passo típico do motor de passo utilizado aqui é 7,5. As figuras abaixo ilustram, de maneira simplificada, o funcionamento de um motor de passo. Observe que, na figura, uma volta completa do motor é alcançada após percorrer todas as bobinas uma vez. Na prática, uma volta completa é conseguida após uma passagem por todas as partes de cada bobina. Se cada passo for de 7,5, uma volta completa é alcançada com 48 passos. Na Fig. 1 também são mostrados os transistores usados no acionamento e as bobinas concentradas. É mostrada também uma tabela com os comandos que devem ser enviados para a porta de saída (na verdade, dados enviados ao periférico motor de passo) de forma que o motor de passo gire de meio em meio passo e com passo completo. Tabela 1: valores para acionamento do motor de passo - passo completo Passo P3 P2 P1 P0 HEX Fig. 1: Esquema do motor de passo e tabela de acionamento O circuito da Fig. 1 é o circuito típico utilizado no acionamento de motor de passo, entretanto, há pastilhas integradas que são também utilizadas para essa função. Um circuito integrado que pode ser usado para esse fim é o CI ULN2803A, mostrado na Fig. 2. Trata-se de um conjunto de transistores do tipo darlington, com capacidade de corrente de 500 ma. Cada uma das 4 bobinas do motor é ligada a uma das saídas (OUT) e ao terminal comum (COM), que é conectado à fonte de alimentação do motor de passo, que não precisa, necessariamente, ser a mesma do microcontrolador. Fig. 2: Driver para motor de passo - ULN2803A

4 Laboratório de Microprocessadores e Microcontroladores Display LCD Na explicação desta seção é usado um display LCD de 2 linhas x 16 colunas, cuja pinagem é mostrada na Fig. 3. O número de linhas e colunas é uma informação enviada na forma de comando para o LCD, numa rotina de inicialização necessária a cada vez que o LCD vai ser usado. Outras informações necessárias são: se o cursor vai ficar piscando, se a mensagem vai rolar para a esquerda ou para a direita, ou não vai rolar, se serão usados 4 ou 8 bits para os dados etc. A Tabela 2 mostra os sinais de controle para escrita e leitura do LCD. A Tabela 3 mostra as instruções mais comuns utilizadas no uso do LCD. Fig. 3: Display LCD de 2 linhas por 16 colunas Tabela 2: Habilitação do display LCD E RW RS Operação 0 Display desabilitado Escrita de Instrução no LCD Escrita de Dados no LCD Leitura de Instrução do LCD Leitura de Dados do LCD Tabela 3: instruções mais comuns utilizadas para o display LCD DESCRIÇÃO MODO RS R/W Código (Hexa) Display Liga (sem cursor) 0 0 0C Desliga 0 0 0A/08 Limpa Display com Home cursor Controle do Cursor Liga 0 0 0E Desliga 0 0 0C Desloca para Esquerda Desloca para Direita Cursor Home Cursor Piscante 0 0 0D Cursor com Alternância 0 0 0F Sentido de deslocamento do cursor ao Para a esquerda entrar com caractere Para a direita Deslocamento da mensagem ao entrar Para a esquerda com caractere Deslocamento da mensagem sem entrada de caractere Endereço da primeira posição Primeira linha Segunda linha 0 0 C0 Para a direita Para a esquerda Para a direita 0 0 1C A Tabela 4 mostra o endereço em decimal de cada posição do LCD de 16 colunas x 2 linhas. Tabela 4: Endereços em decimal do display LCD Colunas Linha Linha

5 Laboratório de Microprocessadores e Microcontroladores 5 2 Atividades do Experimento 4 Os programas das tarefas a seguir devem ser digitados e compilados no simulador MCU8051 e executados no simulador do kit didático e no kit didático real do microcontrolador No acionamento do motor de passo serão utilizadas duas maneiras de acionar o motor: através da leitura de uma tabela com os valores a serem enviados para o motor e através da rotação de bits na porta em que o motor está conectado. O motor de passo será acionado no sentido horário e no sentido antihorário, com passo completo e com meio passo. 2.1 Acionamento de Motor de Passo com Leitura de Tabela No roteiro da Tabela 5 a Flag F0 é utilizada para mudar o sentido de rotação do motor de passo. Ela é alterada através da interrupção externa 0. A chave no pino P3.3, denominada Meio, é usada para mudar de passo completo para meio passo. Obs.: a interrupção externa 1 não é utilizada neste experimento. Tabela 5: Acionamento de motor de passo usando tabela Rótulo Instrução Rótulo Instrução 1 Meio EQU P HORARIO: JNB Meio,Hora_Meio 2 Offset EQU 10H 28 MOV DPTR,#Tab_Hora 3 29 SJMP V1 4 ORG 00H 30 Hora_Meio: MOV DPTR,#Tab_Hora2 5 LJMP INICIO V1: MOV A,Offset 7 ORG 03H 33 MOVC A,@A+DPTR 8 CPL F0 34 CJNE A,#0FFH, ENVIA 9 CLR IE0 35 SJMP V0 10 RETI ENVIA: MOV P2,A 12 ORG 30H 38 LCALL ATRASO 13 INICIO: MOV SP, #2FH 39 INC Offset 14 MOV IE,#81H 40 SJMP V2 15 MOV TCON,#01H Tab_Anti: DB 01h, 02h, 04h, 08h, 0FFh 17 V0: MOV Offset,#00H 43 Tab_Anti2: DB 01h, 03h, 02h, 06h, 04h, 0Ch, 08h, 09h, 0ffh 18 V2: JB F0,HORARIO 44 Tab_Hora: DB 08H, 04H, 02H, 01H, 0FFh 19 JNB Meio, Anti_Meio 45 Tab_Hora2: DB 09h, 08h, 0Ch, 04h, 06h, 02h, 03h, 01h, 0ffh MOV DPTR,#Tab_Anti 47 ATRASO: MOV R0, # SJMP V1 48 V3: MOV R1, # DJNZ R1, $ 24 Anti_Meio: MOV DPTR,#Tab_Anti2 50 DJNZ R0, V3 25 SJMP V1 51 RET END Questão 1: Qual a função da instrução JB F0, HORARIO, no programa da Tabela 5? Questão 2: Qual a função da instrução JNB Meio, Anti_Meio, no programa da Tabela 5?

6 Laboratório de Microprocessadores e Microcontroladores 6 Questão 3: Qual a função do trecho da linha 7 à linha 10? Questão 4: Qual a função do trecho da linha 18 à linha 30? Questão 5: Qual a função do trecho da linha 32 à linha 40? 2.2 Acionamento de Motor de Passo com Rotação de Bits No roteiro da Tabela 6 as interrupções externas são utilizadas para a rotação do motor de passo no sentido anti-horário (INT0 acionada por nível) e no sentido horário (INT1 por transição, com prioridade alta). Tabela 6: Acionamento de motor de passo usando rotação de bits Rótulo Instrução Rótulo Instrução 1 ORG 00H 17 ANTI_HORARIO: MOV P2,A 2 LJMP INICIO 18 RL A 3 19 LCALL ATRASO 4 ORG 03H 20 RETI 5 LJMP ANTI_HORARIO HORARIO: MOV R7,#100 7 ORG 13H 23 V1: MOV P2,A 8 LJMP HORARIO 24 RR A 9 25 LCALL ATRASO 10 ORG 30H 26 DJNZ R7, V1 11 INICIO: MOV SP, #2FH 27 CLR IE1 12 MOV IE,#85H 28 RETI 13 MOV TCON,#04H MOV IP,#04H 30 ATRASO: MOV R0, # MOV A,#11H 31 V3: MOV R1, # SJMP $ 32 DJNZ R1, $ 33 DJNZ R0, V3 34 RET 35 END Questão 1: Qual a configuração resultante da execução do trecho da linha 12 à linha 16? Questão 2: Qual a condição para a execução do trecho da linha 17 à linha 20?

7 Laboratório de Microprocessadores e Microcontroladores 7 Questão 3: Qual a condição para a execução do trecho da linha 22 à linha 28? Qual a finalidade da instrução CLR IE1 na linha 27? 2.3 Contagem Crescente no Display LCD O programa da Tabela 7 mostra no display LCD uma contagem decimal crescente de 0000 a O byte superior da contagem é guardado em R1 e o byte inferior em R0. O display LCD está conectado à porta P0. Os pinos P3.5, P3.6 e P3.7 são pinos de controle do display. Tabela 7: Contagem no display LCD Rótulo Mnemônico Comentário sobre o Efeito da Operação 1 RS EQU P3.5 ; RS = 0 INSTRUÇÃO. RS = 1 DADO 2 RW EQU P3.6 ; RW =0 ESCRITA. RW = 1 LEITURA 3 EN EQU P3.7 ; PINO DE HABILITAÇÃO DO LCD 4 LCD EQU P0 ; Porta P0 é o canal de dados 5 6 ORG 00H 7 LJMP INICIO 8 9 ORG 30H 10 INICIO: MOV SP,#2FH ; Apontador de pilha SP = 2FH 11 MOV R0,#00 ; Byte inferior da contagem 12 MOV R1,#00 ; Byte superior da contagem 13 MOV R7,#0FFH ; Contador 14 LCALL INICIA ; Chama subrotina de inicialização do LCD 15 LCALL LINHA1 ; Chama subrotina que mostra mensagem na linha 1 16 LCALL LINHA2 ; Chama subrotina que mostra mensagem na linha REPETE: LCALL CONTAGEM ; Chama subrotina de contagem decimal contagem de 0000 a LCALL DISPLAY ; Chama subrotina que mostra a contagem no display 20 LCALL ATRASO 21 LCALL ATRASO 22 LCALL ATRASO 23 SJMP REPETE ; Volta para o início ; SUBROTINA DE INICIALIZAÇÃO DO DISPLAY LCD 26 INICIA: MOV A,#38H ; Instrução que indica display de 16 colunas e 2 linhas 27 LCALL INSTR_WR ; Chama subrotina para escrever instrução no LCD 28 MOV A,#38H ; Instrução que indica display de 16 colunas e 2 linhas 29 LCALL INSTR_WR ; Chama subrotina para escrever instrução no LCD 30 MOV A,#0EH ; Instrução para ligar o cursor 31 LCALL INSTR_WR ; Chama subrotina para escrever instrução no LCD 32 MOV A,#06H ; Instrução para deslocar cursor para a direita 33 LCALL INSTR_WR ; Chama subrotina para escrever instrução no LCD 34 MOV A,#01H ; Instrução para limpar LCD 35 LCALL INSTR_WR ; Chama subrotina para escrever instrução no LCD 36 RET LINHA1: INC R7 ; Incrementa contador 39 MOV A,R7 ; Carrega acumulador com o conteúdo do contador 40 MOV DPTR,#MSG1 ; DPTR recebe o endereço da mensagem MSG1 41 MOVC A,@A+DPTR ; Acumulador recebe o código do caractere do endereço A+DPTR 42 CJNE A,#0FFH,V1 ; Se A = 0FFH fim da mensagem. Caso contrário, pula para V1 43 RET 44 V1: LCALL TEXTO_WR 45 SJMP LINHA1 46

8 Laboratório de Microprocessadores e Microcontroladores 8 47 LINHA2: MOV A,#192 ; Instrução para definir endereço do LCD: 192 = C0H 48 LCALL INSTR_WR ; Chama subrotina para escrever instrução no LCD 49 MOV R7,#0FFH ; Contador recebe valor FFH 50 V3: INC R7 ; Incrementa contador 51 MOV A,R7 ; Carrega acumulador com o conteúdo do contador 52 MOV DPTR,#MSG2 ; DPTR recebe o endereço da mensagem MSG2 53 MOVC A,@A+DPTR ; Acumulador recebe o código do caractere do endereço A+DPTR 54 CJNE A,#0FFH,V2 ; Se A = 0FFH fim da mensagem. Caso contrário, pula para V2 55 RET V2: LCALL TEXTO_WR ; Chama subrotina para escrever dados no LCD 58 SJMP V INSTR_WR: SETB EN ; Habilita LCD 61 CLR RW ; Operação de escrita no LCD 62 CLR RS ; Operação com instrução 63 MOV LCD, A ; Transfere a instrução para o LCD 64 CLR EN ; Desabilita LCD 65 LCALL ATRASO_LCD ; Chama subrotina de atraso do LCD 66 RET TEXTO_WR: SETB EN ; Habilita LCD 69 CLR RW ; Operação de escrita no LCD 70 SETB RS ; Operação com dados 71 MOV LCD, A ; Transfere os dados para o LCD 72 CLR EN ; Desabilita LCD 73 LCALL ATRASO_LCD ; Chama subrotina de atraso do LCD 74 RET CONTAGEM: MOV A,R0 ; Carrega acumulador com valor atual do byte inferior 77 ADD A,#01H ; Incrementa acumulador em uma unidade 78 DA A ; Faz o ajuste decimal do byte inferior 79 MOV R0,A ; Atualiza o valor de R0 80 JNC V4 ; Desvia para V4 se não houver Carry, ou seja, se R0 =< MOV A,R1 ; Carrega acumulador com valor atual do byte superior 83 ADD A,#01H ; Incrementa acumulador em uma unidade 84 DA A ; Faz o ajuste decimal do byte superior 85 MOV R1,A ; Atualiza o valor de R1 86 V4: NOP 87 RET ; SUBROTINAS PARA CONVERTER VALORES EM ASCII E MOSTRAR NO DISPLAY 90 DISPLAY: MOV A,#0F0H ; Prepara a separação do nibble superior de R1 91 ANL A,R1 ; Separa nibble superior de R1 92 SWAP A ; Inverte nibble superior com inferior 93 ORL A,#30H ; Converte nibble superior de R1 em ASCII 94 LCALL MOSTRA4 ; Mostra o dígito mais significativo da contagem MOV A,#0FH ; Prepara a separação do nibble inferior de R1 97 ANL A,R1 ; Separa nibble inferior de R1 98 ORL A,#30H ; Converte nibble inferior de R1 em ASCII 99 LCALL TEXTO_WR ; Mostra Dígito 3 no display LCD MOV A,#0F0H ; Prepara a separação do nibble superior de R0 102 ANL A,R0 ; Separa nibble superior de R0 103 SWAP A ; Inverte nibble superior com inferior 104 ORL A,#30H ; Converte nibble superior de R1 em ASCII 105 LCALL TEXTO_WR ; Mostra Dígito 2 no display LCD MOV A,#0FH ; Prepara a separação do nibble inferior de R0 108 ANL A,R0 ; Separa nibble inferior de R0 109 ORL A,#30H ; Converte nibble inferior de R0 em ASCII 110 LCALL TEXTO_WR ; Mostra Dígito 1 no display LCD 111 RET 112

9 Laboratório de Microprocessadores e Microcontroladores ; SUBROTINA PARA MOSTRAR NO DISPLAY O DÍGITO 4 DA CONTAGEM 114 MOSTRA4: PUSH ACC ; Guarda dígito 4 na pilha, antes de definir endereço no LCD 115 MOV A,#202 ; Endereço do dígito LCALL INSTR_WR ; Chama subrotina para escrever instrução no LCD 117 POP ACC ; Recupera dígito 4 da pilha 118 LCALL TEXTO_WR ; Chama subrotina para escrever dados no LCD dígito RET ATRASO_LCD: MOV R4,#10 ; Carrega registrador R4 com valor decimal V6: MOV R5,#80 ; Carrega registrador R5 com valor decimal DJNZ R5,$ ; Aguarda registrador R5 zerar 124 DJNZ R4,V6 ; Decrementa R4. Enquanto não for zero, volta para recarregar R5 126 RET ; Retorna de subrotina de atraso de tempo ATRASO: MOV R4,#50 ; Carrega registrador R4 com valor decimal V5: MOV R5,#250 ; Carrega registrador R5 com valor decimal DJNZ R5,$ ; Aguarda registrador R5 zerar 131 DJNZ R4,V5 ; Decrementa R4. Enquanto não for zero, volta para recarregar R5 132 RET ; Retorna de subrotina de atraso de tempo MSG1: DB MICROCONTROLADOR, 0FFH MSG2: DB CONTAGEM:,0FFH 137 FIM: NOP 138 END Após a inicialização do LCD através das sub-rotinas INICIA, LINHA1 e LINHA2, a rotina principal do programa é o trecho da linha 18 à linha 23. A partir desse trecho todas as outras sub-rotinas são chamadas. Questão 1: Qual a função das sub-rotinas INSTR_WR (linhas 60 a 66) e TEXTO_WR (linhas 68 a 74)? Questão 2: Como funciona a sub-rotina CONTAGEM, das linhas 76 a 87? Questão 3: Como funciona a sub-rotina DISPLAY, das linhas 90 a 111?

10 Laboratório de Microprocessadores e Microcontroladores Contagem Decrescente no Display LCD No programa da Tabela 7, adapte a sub-rotina CONTAGEM de modo que a contagem passe a ser decrescente (9999 até 0000). Tabela 8: Sub-rotinas para as contagens crescente e decrescente no display LCD ; CONTAGEM DE 0000 A 9999 ; CONTAGEM DE 9999 A 0000 CONTAGEM: MOV A,R0 CONTAGEM: ADD A,#01H DA A MOV R0,A JNC V4 MOV A,R1 ADD A,#01H DA A MOV R1,A V4: NOP RET 2.5 Acionamento do Motor de Passo com Mensagem no Display LCD O roteiro da Tabela 9 deve ser implementado apenas no Simulador do Kit Didático (porque, no Kit Didático real não é possível utilizar de forma simultânea os módulos do motor e do display). Nesse roteiro a Flag F0 é utilizada para definir o sentido de rotação horário (F0 =1) ou antihorário (F0 = 0), do motor de passo. Uma mensagem é enviada ao display, com o sentido de rotação. O estado de F0 é alterado através da interrupção externa zero. A chave do pino P3.3 é usado para Ligar (P3.3 = 0) e Desligar (P3.3 = 1) o motor de passo. Tabela 9: Acionamento do motor de passo com mensagem no display LCD Rótulo Mnemônico Rótulo Mnemônico 1 LIGA EQU P LINHA1: MOV A,R7 2 RS EQU P MOV DPTR,#MSG1 3 RW EQU P MOVC A,@A+DPTR 4 EN EQU P CJNE A,#0FFH,V1 5 LCD EQU P0 64 RET ORG 00H 66 V1: LCALL TEXTO_WR 8 LJMP INICIO 67 INC R SJMP LINHA1 10 ORG 03H CPL F0 70 LINHA2: MOV A,# CLR IE0 71 LCALL INSTR_WR 13 RETI 72 MOV R7,#00H V3: MOV A,R7 15 ORG 30H 74 MOVC A,@A+DPTR 16 INICIO: MOV SP,#2FH 75 CJNE A,#0FFH,V2 17 MOV IE,#81H 76 RET 18 MOV TCON,#01H 77 V2: LCALL TEXTO_WR 19 MOV R7,#00H 78 INC R7 20 MOV R6,#11H 79 SJMP V3 21 LCALL INICIA LCALL LINHA1 81 INSTR_WR: SETB EN CLR RW 24 V0: JNB LIGA,ACIONA 83 CLR RS 25 MOV DPTR,#MSG4 84 MOV LCD, A 26 LCALL LINHA2 85 CLR EN 27 SJMP V0 86 LCALL ATRASO_LCD RET

11 Laboratório de Microprocessadores e Microcontroladores ACIONA: JB F0,HORARIO 88 TEXTO_WR: SETB EN 30 MOV DPTR,#MSG2 89 CLR RW 31 LCALL LINHA2 90 SETB RS 32 MOV P2,R6 91 MOV LCD, A 33 LCALL ATRASO 92 CLR EN 34 MOV A,R6 93 LCALL ATRASO_LCD 35 RL A 94 RET 36 MOV R6,A SJMP V ATRASO_LCD: MOV R4,#10 39 HORARIO: MOV DPTR,#MSG3 98 V6: MOV R5,#80 40 LCALL LINHA2 99 DJNZ R5,$ 41 MOV P2,R6 100 DJNZ R4,V6 42 LCALL ATRASO 101 RET 43 MOV A,R RR A MOV R6,A 104 ATRASO: MOV R4,# SJMP V0 105 V5: MOV R5,# DJNZ R5,$ 48 INICIA: MOV A,#38H 107 DJNZ R4,V5 49 LCALL INSTR_WR 108 RET 50 MOV A,#38H LCALL INSTR_WR MOV A,#0EH 111 MSG1: DB Motor de Passo, 0FFh 53 LCALL INSTR_WR 112 MSG2: DB Anti-Horario, 0FFh 54 MOV A,#06H 113 MSG3: DB Sentido Horario, 0FFh 55 LCALL INSTR_WR 114 MSG4: DB Desligado, 0FFh 56 MOV A,#01H LCALL INSTR_WR 116 END 58 RET Questão 1: Qual é a configuração resultante da execução das instruções das linhas 17 a 20? Questão 2: A rotina principal do programa da Tabela 9 está no trecho das linhas 24 a 46. Explique o funcionamento dessa rotina.