Sistemas Microcontrolados

Transcrição

1 Ciência da Computação Sistemas Microcontrolados Função dos Registradores no PIC Prof. Sergio F. Ribeiro Os Registradores Especiais que Controlam Tudo Vimos que configurações podem ser feitas para definir as portas como entradas ou saídas, ativar as interrupções, ativar a contagem do TMR0 por sinal externo, etc. Mas, afinal, onde ficam essas configurações? Como vimos anteriormente (em memória de dados), o PIC possui uma série de registradores especiais, denominados SFR (Special Function Registers), que servem exatamente para guardar a configuração e o estado atual da máquina. Veremos agora um apanhado geral sobre esses registradores. Mais detalhes serão comentados quando formos partir pra programação do PIC. 2

2 Registradores de Função Especial OPTION Esse registrador serve para configurar uma série de opções para a operação do microcontrolador: habilitação dos pull-ups do PortB, configurações do prescaler, configurações do TMR0 e seleção da borda para a interrupção externa. 3 Registradores de Função Especial INTCON, PIR1 e PIE1 Esses registradores servem para configurar e identificar todas as interrupções existentes no PIC16F628A. O registrador INTCON opera com as interrupções principais: Timer 0, interrupção externa e interrupção por mudança de estado. Além disso, o INTCON possui a chave geral de todas as interrupções (GIE) e a chave geral para as interrupções de periféricos. Os registradores PIR1 e PIE1 são os responsáveis pelas interrupções de periféricos: EEPROM, Comparadores, USART, CCP, Timer 1 e Timer 2. 4

3 Registradores de Função Especial INTCON, PIR1 e PIE1 5 TRIS Registradores de Função Especial Esses registradores servem para configurar os pinos das portas como entrada ou saída. Quando é colocado 1 em um bit do TRIS, o pino relacionado a ele é configurado como entrada. Para configurar o pino como saída, deve-se escrever 0 no bit relacionado. Uma maneira prática para memorizar essa regra é associar o 1 ao I de Input (Entrada), e o 0 ao O de Output (saída). Para configurar o PortA, deve ser utilizado o TrisA, e para configurar o PortB, deve ser utilizado o TrisB. 6

4 Registradores de Função Especial PORTS Como já foi visto, o PIC16F628A possui duas portas: PortA e PortB. Quando um pino é configurado como entrada, ao lermos o seu bit relacionado, encontraremos diretamente o nível lógico aplicado a esse pino. Da mesma maneira, ao configurarmos um pino como saída, podemos alterar seu estado escrevendo diretamente no bit relacionado. 7 Registradores de Função Especial 8

5 Registradores de Função Especial TIMER 0 O TMR0 é um registrador de 8 bits que pode ser acessado diretamente na memória, para a leitura e para a escrita. A diferença entre ele e os demais registradores é que seu incremento é automático e pode ser feito pelo clock da máquina ou por um sinal externo. Vale lembrar que o estouro desse contador pode gerar uma interrupção. O estouro ocorre quando o contador atinge seu valor máximo, e logo em seguida volta a zerar. Os registradores responsáveis pela configuração do Timer 0 são: INTCON e OPTION. 9 10

6 11 Registradores de Função Especial TIMER 1 O TMR1 é um contador de 16 bits que também pode ser acessado diretamente na memória, tanto para a leitura quanto para a escrita. No entanto, devido ao seu tamanho, esse registrador é armazenado em dois endereços: TMR1H (parte alta) e TMR1L (parte baixa). Além disso, o registrador T1CON é o responsável pelas configurações relacionadas ao Timer1: habilitação, prescaler, oscilador externo próprio, origem do incremento (interno ou externo) e sincronismo de incremento. O estouro desse contador pode gerar uma interrupção. 12

7 13 Registradores de Função Especial TIMER 2 O Timer 2 é um temporizador de 8 bits com um prescaler e um postscaler. O Timer 2 pode ser usado como base de tempo PWM para o modo PWM do módulo CCP. O TMR2 é outro contador de 8 bits também acessado diretamente na memória para leitura e escrita. O registrador T2CON é o responsável pelas configurações do Timer 2: habilitação, prescaler e postscaler. Uma interrupção é gerada quando o valor do TMR2 se iguala ao valor de um outro registrador chamado PR2. 14

8 15 Registradores de Função Especial CCP1CON, CCPR1H e CCPR1L Através do módulo CCP é possível acessar três modos diferentes de operação: Capture, Compare e PWM. O registrador CCP1CON é o responsável pela configuração desse modo. O módulo CCP utiliza ainda o TMR1 como base de tempo e os registradores complementares CCPR1H (parte alta) e CCPR1L (parte baixa). 16

9 17 Módulo CCP O módulo CCP (Capture/Compare/PWM) é um periférico que permite, ao programador, controlar e medir diversos eventos. Este módulo pode atuar no modo: captura comparação modulação por largura de pulso (Pulse Width Modulation PWM) Cada um destes modos podem ser configurados via registradores especiais. 18

10 Módulo CCP 19 Módulo CCP 20

11 Módulo CCP Modo Capture Permite medir a duração de tempo durante um evento. Os registradores CCPR1H:CCPR1L capturam o valor de 16 bits do par de registradores do Timer 1 (TMR1H:TMR1L) quando um evento ocorre no pino RB3/CCP1 (pino 9). Esse evento pode ser: cada borda de descida cada borda de subida cada 4ª borda de subida cada 16ª borda de subida Quando uma captura ocorre, a flag de interrupção CCP1IF é setada. Esta flag deve ser limpa por software. Obs: para que a captura ocorra, o Timer 1 deve estar rodando. 21 Módulo CCP Modo Compare O valor do CCP (registradores CCPR1H:CCPR1L) é constantemente comparado com o valor do Timer 1 (TMR1H:TMR1L). Quando os valores coincidem, a flagccpif é setada e a interrupção ocorre. Além disso, pode-se zerar o Timer 1 ou forçar um estado no pino RB3/CCP1 (setar, resetar ou permanecer inalterado). Este modo pode ser usado para gerar um pulso do tamanho que desejar. 22

12 Controle PWM O PWM (Pulse Width Modulation Modulação por Largura de Pulso) pode ser usado para o controle de velocidade de motores e da intensidade luminosa de LEDs. A maneira mais simples de se controlar a potência aplicada em uma carga é através de um reostato em série. Este é um tipo de controle de potência linear. Desvantagem: grande quantidade de calor gerada. 23 Controle PWM Os controles de potência, entre outros circuitos, utilizam o conceito PWM (Pulse Width Modulation) como base de seu funcionamento. A idéia do PWM é o uso de um interruptor de ação muito rápida aplicado a uma carga que deve ser controlada. Interruptor aberto sem corrente na carga e potência nula. Interruptor fechado a carga recebe a tensão total da fonte, e potência é máxima. 24

13 Controle PWM Como fazer para obter uma potência intermediária, digamos 50%, aplicada à carga? deve-se abrir e fechar a chave rapidamente de modo a ficar 50% do tempo aberta e 50% fechada. isto significa que, em média, teremos metade do tempo com corrente e metade do tempo sem corrente. t1 chave fechada t2 chave aberta A relação entre o tempo de um pulso e a duração de um ciclo completo de operação do interruptor nos define o ciclo ativo (duty cycle). 25 Controle PWM Fixando a frequência e variando-se a largura do pulso tem-se ciclos ativos diferentes. Assim, quando a largura de pulso varia de zero até o máximo, a potência também varia na mesma proporção. Este princípio é usado justamente no controle PWM. 26

14 Módulo CCP Modo PWM O modo PWM permite utilizar sinais modulados em largura de pulso. Consiste em representar um valor pelo duty-cycle (tempo em alto) de um trem de pulsos de frequência fixa. Sua resolução máxima é de 10 bits. isto significa que 1023 corresponde a 100% de duty-cycle. usando uma regra de três simples podemos determinar a quanto corresponde 30%, 25%, 99%, etc. É chamada de modulação porque permite carregar uma informação (expressa no duty-cycle) em uma portadora (trem de pulsos). O PWM pode ser utilizado no acionamento de cargas DC, controle de motores, etc. 27 Módulo CCP Modo PWM O PWM precisa de uma base de tempo que dará a frequência do sinal. O módulo CCP utiliza o Timer2 para conseguir essa base de tempo para o PWM. Também é necessário que o pino RB3/CCP1 seja configurado como saída. Usaremos o modo PWM para o controle de velocidade do motor DC em um robô. Mais detalhes de configuração do modo PWM serão vistos durante a programação do módulo CCP na linguagem C. 28

15 USART A USART (Interface Serial Universal Síncrona/Assíncrona) também chamada de SCI (Interface de Comunicação Serial), é um dispositivo interno para fazer comunicação serial com elementos externos como: computadores modens terminais memórias conversores A/D e D/A Esses dois registradores possibilitam a transmissão e recepção de dados simultânea (full-duplex no modo assíncrono). No modo síncrono, só é possível a comunicação half-duplex (transmissão e recepção alternada). A USART possui dois registradores de deslocamento: TSR responsável pela conversão paralelo/serial (transmissão). RSR responsável pela conversão serial/paralelo (recepção). 29 USART Os sinais transmitidos/recebidos pela USART fluem por dois pinos externos do PIC16F628A: RB1 e RB2. RB1 atua como entrada (recepção de dados) no modo assíncrono. E atua como entrada/saída de dados no modo síncrono. RB2 atua como saída (transmissão de dados) no modo assíncrono e como saída de clock no modo síncrono. A USART faz uso do protocolo RS-232 para a comunicação serial de dados. Os níveis de tensão utilizados na comunicação RS-232 não são compatíveis com os níveis CMOS/TTL. Para conectar o microcontrolador a uma porta serial do computador é necessário utilizar conversores de nível. Um dos mais conhecidos é o MAX

16 Conversor Analógico-Digital O conversor A/D converte uma grandeza analógica (temperatura, luminosidade, etc.) em um valor digital (representação binária) proporcional a ela. Esse valor depende diretamente da resolução do conversor e da tensão de referência (V ref ) utilizada na conversão, podendo variar de 0 a (2 resolução 1) unidades. Equação de conversão de uma tensão de entrada V in para um valor digital: Conversor Analógico-Digital O PIC16F628A não possui um conversor A/D. O conversor A/D do PIC18F4550 possui 13 canais analógicos multiplexados (AN0 a AN12) e uma resolução de 10 bits. Os pinos configurados como entrada analógica devem ser definidos como entrada através do registrador TRIS. Os registradores ADCON0 e ADCON1 são responsáveis pela configuração do conversor A/D do PIC18F4550. Mais detalhes sobre o uso do conversor A/D serão vistos durante a programação do PIC na linguagem C. 32

17 Conversor Analógico-Digital 33 Conversor Analógico-Digital 34

18 Conversor Analógico-Digital 35 Gravação do Microcontrolador A gravação do microcontrolador PIC pode ser realizada sem que o componente seja retirado da placa ou protoboard(gravação in-circuit ou ICSP). Essa gravação é feita de forma serial utilizando somente dois pinos: RB6/PGC (pino 12) para o clock e RB7/PGD (pino 13) para envio de dados. Além dos pinos RB6 e RB7, é necessário que o pino MCLR/VPP receba uma tensão de 13V DC ± 0.5V durante o processo de gravação. Também é necessário que o microcontrolador esteja devidamente alimentado, portanto V DD e V SS devem estar também conectados. 36

19 Gravação do Microcontrolador Gravador de PIC: K150 Software do gravador: microbrn 37 Gravação do Microcontrolador Gravação in-circuit (ICSP) 38

20 Simulação no Proteus No ISIS Proteus é possível criar esquemas elétricos e realizar simulações destes esquemas no próprio ambiente. 39 Simulação no Proteus Utilizaremos o Proteus pra realizar a simulação de qualquer sistema microcontrolado antes de criá-lo na prática. Ex: 40

21 Ferramentas de Desenvolvimento Como ferramentas para o desenvolvimento de aplicações para o PIC16F628A são usados o simulador Proteus, o ambiente de desenvolvimento MPLAB e um compilador C. O Proteus é um ótimo software de simulação de circuitos. Usaremos o MPLAB como meio para gravar o PIC. no interior do kit educacional no laboratório de hardware há um gravador de microcontroladores PIC chamado PICKIT2. Há muitos compiladores C para microcontroladores PIC, como: PCW, C18, MikroC, entre outros. 41 Ferramentas de Desenvolvimento O compilador C a ser usado no laboratório é o MikroCda Mikroelektronika. O MikroCé um dos compiladores mais adotados para a programação de microcontroladores PIC. Isso se deve ao fato dele gerar um firmware menor, ocupando menos espaço de memória no PIC. E outra vantagem do MikroC é sua total compatibilidade com o C padrão ANSI e a facilidade de programar em sua linguagem C, com uma curva de aprendizado mais curta. Ao programar em C, recomenda-se consultar o datasheet do PIC16F628A, assim como o help do compilador. 42

22 Bibliografia Desbravando o PIC Ampliado e Atualizado para PIC16F628A David José de Souza. Datasheet do PIC16F628A. Material online de Fábio B. de Souza 43