Utilização do Microcontrolador PIC como Proposta de Ferramenta Didática em Cursos de Computação

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1 Utilização do Microcontrolador PIC como Proposta de Ferramenta Didática em Cursos de Computação Dean Sidney B. Serra, Danielle Simone S. Casillo Departamento de Ciências Exatas e Naturais Universidade Federal Rural do Semi- Árido (UFERSA) Mossoró, RN Brasil deansidney@ig.com.br, danielle@ufersa.edu.br Abstract. This paper presents a study of the PIC microcontroller with its processor resources and peripherals. Besides, it addresses a development tool for acquiring knowledge in processing and programming in several languages. It s also proposed use of a development board (hardware), for simulation and testing of all available resources in this microcontroller. Resumo. Este artigo apresenta um estudo do microcontrolador PIC com seus recursos de processador e periféricos. Além disso, aborda uma ferramenta de desenvolvimento para aquisição de conhecimento em processamento e programação em diversas linguagens. Propõe-se também utilização de uma placa de desenvolvimento (hardware), para simulação e testes de todos os recursos disponíveis nesse microcontrolador. 1. Introdução No final da década de 1960, a empresa japonesa Busicom enviou seus engenheiros aos EUA, com o objetivo de encomendar a Intel circuitos integrados para calculadoras que pudessem ser implementados de acordo com suas necessidades. A proposta dos engenheiros da Intel foi de um circuito integrado que teria suas funções definidas por um programa, o que exigiria muito mais memória. [Cortelleti 2006]. Em 1971, a Intel comprou os direitos a Busicom e neste mesmo ano nasce o primeiro microprocessador de 4 bits e velocidade de 6500 operações por segundo, o Em 1972 é desenvolvido um microprocessador com 8 bits, com o nome de 8008, este podia endereçar 16 KB de memória, 65 instruções e velocidade operações por segundo. Esse microprocessador deu origem aos atuais. Mais tarde, em Abril de 1974, a Intel colocou no mercado 8080 de 8 bits, 64KB de memória e 75 instruções. Todos os outros microprocessadores que surgiram depois têm seu desenvolvimento baseado nos processadores da Intel, independente do desenvolvedor ou fabricante. Segundo Duque (2004), de um modo geral os processadores podem ser divididos em 3 classes principais: microprocessadores, microcontroladores e DSP (Processadores Digitais de Sinais). Apesar de possuírem estruturas diferentes, conceitualmente possuem semelhanças, assim ao se estudar uma estrutura em particular, pode-se estudar outra facilmente. Muitas universidades utilizam o microcontrolador da Intel 8051, porém não é simples encontrar material de apoio, como placas, literatura atualizada, entre outros.

2 2. O Microcontrolador Um microcontrolador se caracteriza por incorporar no mesmo encapsulamento um microprocessador, memória de programa e de dados e vários periféricos como timers, contadores, comunicação paralela (In/Out), conversores Analógico/Digital, geradores de PWM, entre outros. Tornando o hardware final bastante complexo, como mostra a Figura 1. Em outras palavras pode-se definir o microcontrolador como um pequeno componente eletrônico, dotado de uma inteligência programável, utilizado no controle de processos lógicos [Souza 2010], tais como acionamento de LED s, botões, LCD s, relés, sensores diversos, entre outros. Os microcontroladores estão em praticamente todos os equipamentos que possuam controles eletrônicos na atualidade. As principais aplicações são automação industrial, comercial e predial, automobilística, agricultura, etc. Figura 1: Microcontrolador - Alto nível de integração. O fabricante do microcontrolador PIC (Periferal Interface Controler) é a Microchip Technology Inc., com sede em Arizona nos EUA e com atuação em diversos países, inclusive no Brasil. Os microcontroladores PIC possuem variedade de recursos, boa capacidade de processamento, baixo custo e flexibilidade de aplicações. Essas características dão destaque importante em aplicações de pequeno porte numa boa relação custo/benefício. A Microchip disponibiliza no mercado microcontroladores com diversas características relativas a sua performance e funcionalidade, estão divididos em famílias, desde a mais simples PIC10, com poucos recurso, até a avançada PIC32,para desenvolvimento de aplicações mais complexas. Figura 2: Família de microcontroladores PIC.

3 Entretanto, as famílias com mais destaque da empresa Microchip são as de 8 bits. Aqui no Brasil se destacam os microcontroladores 16F628A, 16F877A e 18F4431, pelo fato da facilidade de aquisição e diversas literaturas em português. O PIC 16F877A é o proposto nesse trabalho devido as suas características, ótima relação custo/beneficio, muito utilizado didaticamente, e a quantidade de recursos disponíveis em um único encapsulamento: Figura 3: Encapsulamento Usual do PIC16F877A. Principais características: Via de programação de 14 bits e 35 instruçoes; 33 portas configuráveis como input e output; Memória de programação E2PROM; Memória de programação com capacidade de 8 Kworks; Memória E2PROM interna com 256 bytes; Memória RAM com 368 bytes; Três timers; Comunicação serial (SPI, I 2 C e USART); Conversores analógicos de 10 bits e comparadores analógicos; Dois módulos CCP (Capture, Compare e PWM); ICSP (In-Circuit Serial Programing); Power-on Reset interno; Brown-out Reset interno.

4 Figura 4: Diagrama de Blocos do PIC16F877A. 3. Proposta de Ferramenta Didática para ensino de Microcontroladores O livro Conectando o PIC Recursos Avançados trás exemplos de utilização do microcontrolador PIC16F877A com circuitos e programas em Assembly para PIC. O sitio da Microchip conta com uma infinidade de recursos para os diversos componentes, com datasheets, código fontes, exemplos de aplicação, entre outros. Existem no mercado diversas placas de desenvolvimento, que servem para implementar as várias funções de diversos microcontroladores, através de circuitos prédefinidos conectados aos pinos do mesmo. É proposto nesta pesquisa uma placa de desenvolvimento fornecida pela MicroLabs, uma empresa de Campina Grande na Paraíba, que tem uma proposta diferente em relação as existentes no mercado. Existem vários circuitos independentes que podem ser conectado ao PIC através de jumpers, o que possibilita utilizar livremente os recursos, tanto da placa como do microcontrolador. Esse kit possui também uma placa para gravação em circuito, através de uma porta USB. A placa possui uma fonte regulada que fornece 5 V e 12 V, que garante ao PIC e aos circuitos da placa, pouca ou nenhuma variação de tensão. Os circuitos disponíveis nessa placa são: 1 circuito com Buzzer que pode ter o tom ajustado de acordo com a freqüência do sinal aplicado ao seu pino de conexão; 2 Circuito com dois relés, com tensão de acionamento de 12 V, os contatos NA, NF e C estão disponíveis através de bornes de três pinos e possuem 2 LEDs que indicam o estado dos relés; 3 Circuito de comunicação serial RS-232, tem o chip MAX232 que possibilita a comunicação com o computador através da porta serial e pode ser acessado pelo conector DB9 ou por pinos na placa; 4 Circuito de relógio em tempo real, utilizando o CI DS-1302, fornece informação de data e hora, possui três pinos de acesso: Chip Select, Clock e Dados serial (I/O); 5 Circuito da memória E 2 PROM, possui o CI 24C04, disponibiliza 256 Bytes, tem dois pinos para acesso: Clock (SCL) e Dado serial (SDA); 6 Circuito de display de cristal liquido de 16x2 seguimentos, possui dois pinos de controle (Chip select e Register select) e oito pinos do barramento

5 de dados (D0 a D7), possui ajuste de contraste e controle de backlight; 7 Circuito de display de LED de 7 segmentos, dispõe 5 displays do tipo anodo comum, conectados entre si de forma multiplexado, possui 8 conectores para geração da imagem e quatro conectores para controle; 8 Circuito com 10 LEDs e seus respectivos conectores; 9 Teclado tipo matriz 4x4 com 16 botões e 8 pontos de acesso; 10 5 botões tipo NA em circuitos independentes, quando pressionado fornece nível lógico 0. Figura 5: Placa de desenvolvimento. Para desenvolvimento de software, pode-se utilizar diversos tipos de linguagem, sendo Assembly e C++ mais freqüentemente utilizada, mas os programas podem ser criados em Pascal e BASIC. A predileção em relação ao Assembly e C++ se dá por razões inversas, o Assembly é mais adequado em projetos que necessitem de eficiência e funcionalidade, havendo problema quanto à portabilidade e a manutenibilidade; o C++ permite que os programas possam ser escritos de forma estruturada, facilitando a manutenibilidade e aumentando o reaproveitamento de trechos já escritos do programa. Torna-se necessário também, converter o código fonte para um código em Hexadecimal, pois é a linguagem de gravação para o microcontrolador PIC. Existem muitas ferramentas gratuitas e proprietárias que são boas opções para executar esta função, a Microchip disponibiliza uma ferramenta chamada MPLab IDE, que integra num mesmo ambiente, o gerenciamento de projetos, a compilação, a simulação, a emulação e a gravação do chip. [Souza 2009]. Figura 6: MPLab IDE.

6 4. Conclusão Os microcontroladores possuem a configuração interna (eletrônica) que possilibita o estudo de arquiteturas de processadores, com a vantagem de disponibilização de outros recursos, tais como, portas de entrada e saída, conversores A/D ou Timers, que podem ser manipulados por programas criados de acordo com a necessidade ou aplicação. Nos cursos de computação, de uma forma geral, as características presentes nesse componente o tornam ferramenta indispensável no desenvolvimento de habilidades intrínsecas a certas atividades. Dessa forma faz-se necessário, que o microcontrolador utilizado tenha uma boa relação custo/benefício, que esteja disponível no mercado (componentes e hardware de desenvolvimento) e que tenha um mínimo de literatura. Portanto, o PIC16F877A surge como opção de ferramenta didática no desenvolvimento das mais diversas propostas nos cursos de computação. 5. Referências Souza, David José de; Lavínia, Nicolás César. (2009) Conectando o PIC: recursos avançados. 4 ª Edição. São Paulo. Editora Ética Ltda. Souza, David José de. (2008) Desbravando o PIC: ampliado e atualizado para PIC16F628A. 12 ª edição. São Paulo. Editora Érica Ltda. Corteletti, Daniel. (2006) Dossiê Técnico: Introdução à programação de microcontroladores Microchip PIC. Centro Tecnológico de Mecatrônica SENAI. Outubro Silva, Rafael. (2004) Introdução a família de microntroladores PIC. The Bug! Magazine. Número 1. 1ª Edição. Duque, Carlos Augusto. (2004) Microprocessadores: processador de sinais família TMS320F2XX Notas de aula.universidade Federal de Juiz de Fora Faculdade de engenharia. Hélio, Lucio. (2009) Manual de Instrução do Usuário Kit MlabsML. Campina Grande. Microlabs.