QSPIC40 Manual do usuário Ver 1.0
Introdução: É um excelente kit de microcontrolador da família PIC18F e PIC16F da Microchip. O kit QSPIC40 é um kit de desenvolvimento e aprendizagem utilizando microcontroladores de 40 pinos RISC PIC da empresa Microchip (www.microchip.com). Os microcontroladores PIC são microcontroladores de 8 bits muito populares entorno do mundo e são utilizados em diversos equipamentos eletrônicos, desde equipamentos domésticos à equipamentos industriais. Este kit é uma ferramenta bastante interessante devido aos seus ótimos recursos de periférico, podendo ser utilizadas em cursos técnicos, universidades e também em projetos, garantindo rapidez no desenvolvimento de produtos que utilizem esta fantástica família de microcontroladores. O kit possui as seguintes características: Microcontrolador PIC18F4520-I/SP ou qualquer outro microcontrolador de 40 pinos da família PIC16F e PIC18F.. Extremamente rápido tendo um ciclo de máquina igual a quatro período de clock. Teoricamente 3 vezes mais rápido que o 8051 para uma mesma frequência de clock. Memória flash de 32 Kbytes. 1536 bytes de memória RAM interna. 256 bytes de memória não volátil EEprom. Um conversores AD de 10 bits com 13 entradas multiplexadas. 1 contadores de 8 bits e 3 de 16 bits com prescalers e postscalers. RTC com oscilador separado. Comunicação assíncrona UART e síncrona SPI master e slave e I2C (MSSP). 2 PWM para controle de cargas como por exemplo motores CC. Oscilador interno ou externo selecionável via programação de fuses. Alimentação do microcontrolador de 2,0V à 5,5V. O Kit fornece 5V estabilizado. Oscilador de 8Mhz no Kit. Até 36 I/Os disponíveis para uso geral usando PIC18F4520. Entrada de tensão de 4,096V como referencia externa para o ADC utilizando MCP1541. Alimentação de 12V com proteção de inversão de polaridade. Regulador de 5.0V para o microcontrolador e periféricos. Relê para acionar cargas AC e DC de média potência. Um buzzer para uso geral. Oito teclas do tipo push-button com seleção via jumper para alto ou baixo. Um trimpot para testar o conversor AD. Uma referencia externa estável de 4,096V (MCP1541) Todos os pinos do microcontrolador estão sinalizados na placa. Oito leds para uso geral. Três display de 7 segmentos do tipo anodo comum vermelho. Um display LCD de 2x16 com backlight e ajuste de contraste. Um display GLCD de 128x64 pixels com backlight e ajuste de contraste. Uma comunicação serial RS232. Sistema com jumper para selecionar os perifériocos do kit. Cinco portas de expansão para uso geral. Conector para gravação In-Circuit via SPI.
Cristal de 8Mhz para uso como oscilador externo. Pés de borracha para melhor fixação na bancada. Um botão de reset para microcontrolador. Um push-button para testar a interrupção externa (INT0). Principais aplicações do kit QSPIC40: Treinamento em escolas técnicas e faculdades. Desenvolvimento de códigos em assembly e em linguagem C. Desenvolvimento de protótipos e projetos. Estudo da arquitetura do microcontrolador PIC. Itens que acompanham o kit: 1 Placa QSPIC40. 1 gravador QSPICD. Veja em nosso site o opcional QSPICD-ZIF (www.qsptec.com) Uma fonte chaveada de 12V 1A e entrada bivolt de 90 à 240 Vac. CD com manual, exemplos de código, compiladores C demo MikroC, C18 e MPLAB 8, MPLABX, softwares de gravação PICKIT2, datasheets e esquemático do kit. 1 Cabo serial para comunicação RS232. 1 Cabo USB para o gravador USB. Garantia de 6 meses contra defeito de fabricação.
Descrição dos esquemáticos 1. Circuito da fonte de alimentação Na figura acima pode-se ver o circuito de alimentação do kit QSPIC40. Ele é composto por um regulador linear 7805 em conjunto com um dissipador de calor. O LED2 quando aceso indica que a fonte de alimentação esta ligada. Esta fonte possui um diodo D2 o qual protege os circuitos contra inversão de polaridade na entrada do Jack CN4 da fonte de alimentação. Esta fonte pode operar entre 7,5V até 15 volts sendo que o kit já vem com uma fonte chaveada de 12V e 1000mA. Na figura abaixo pode-se ver o circuito de alimentação da placa QSPIC40. Junção Terra digital com analógico Todo layout foi desenvolvido com muito cuidado pensando em qualidade dos sinais analógicos. Desta forma foi criado um plano de terra analógico e um plano de terra digital. Esses planos se unem em apenas um ponto próximo da fonte de alimentação. A união se dá em SJ1 como mostra a figura acima.
2. Circuito de comunicação serial Este kit é dotado de um circuito de comunicação serial RS232. O qual pode ser utilizado para comunicações com um computador que tenha esta interface. O circuito integrado responsável por ajustar os níveis de tensão para o computador é o MAX232 (U2). Neste circuito não está disposto os sinais de controle CTS, RTS, DSR, CD e DTR, somente os sinais de transmissão e recepção TX e RX. Na figura acima pode-se ver um exemplo de aplicação conectando um microcontrolador PIC16F887 à um computador. Na figura abaixo pode-se ver o circuito RS232 na placa com um conector DB9 fêmea.
3. Circuito do microcontrolador Na figura acima pode-se ver o microcontrolador PIC18F4550, PIC18F4520 ou o PIC16F887 que possuem pinos compatíveis. A placa vem com o PIC18F4520-I/P que possui mais memória de programa e de dados mas não contém USB. Qualquer microcontrolador de 40 pinos das famílias 16F e 18F podem ser usados neste Kit. O pino 9 é o pino de reset e pode ser ativado pressionando a chave SW1. O indutor L1 filtra a tensão de alimentação 5V digital fornecendo uma tensão mais limpa ao chip de referencia analógico U3 (MCP1541). Isto é necessário para que se tenha uma melhor digitalização dos
sinais presentes nas entradas analógicas do microcontrolador quando este chaveia para uma referência externa. O pino 5 (RA3) é a referencia de tensão para o circuito conversor analógico-digital, fornecendo uma tensão de 4,096V através do circuito integrado U3 MCP1541. Com esta tensão é possível ter uma resolução de 4mV em 10 bits, ou seja, um LSB de 4mV. Os pinos 13 e 14 recebem os sinais do cristal oscilador de 8Mhz podendo também serem configurados como pinos de entrada e saída de uso geral. E por último temos o circuito de interrupção externa que pode ser gerado pressionando a chave SW2. Para ativar o uso deste circuito deve-se conectar o jumper JP5. No microcontrolador pode configurar a interrupção na borda de descida ou de subida. Na figura abaixo pode-se ver o microcontrolador na placa QSPIC40. Pode-se perceber o cuidado ao desenvolver o layout desta placa. Ela possui todos os sinais do microcontrolador marcados na serigrafia da placa, isto facilita em muito o uso de multímetro e osciloscópios no momento de se querer visualizar esses sinais. 4. Circuito para teste do conversor analógico digital. Este circuito é composto por um trimpot P1 de 10K que ajusta uma tensão para a entrada AN0 do conversor AD do microcontrolador (RA0). A faixa de tensão deste sinal vai de zero volts à 5.0V, que é a tensão do circuito de referencia interna. O jumper JP7 habilita ou desabilita a entrada deste sinal. Abaixo tem-se a figura do circuito que fornece a tensão analogia ao conversor AD.
Um resistor R21 de 100R protege a fonte de alimentação caso o trimpot esteja voltado para algum extremo VCC ou GND e a chave push-button RA0 seja pressionada. Para ver mais detalhes do circuito que está ligado ao pino RA0, veja o circuito dos push-buttons. 5. Circuito do buzzer Este circuito usa um buzzer ativo que é acionado pelo transistor NPN Q1. Quando o sinal BEEP estiver em nível lógico alto o transistor Q1 é saturado e liga então o buzzer. Em nível lógico zero desliga-se o buzzer. O sinal BEEP vem do jumper JP8. O pino do microcontrolador que aciona o buzzer é o RB7. Veja na figura abaixo o circuito do buzzer.
6. Circuito seletor de objetos A seleção dos periféricos do kit é feita via jumper em cada circuito do módulo periférico. Não há uma chave Dip-Switch que faz esta seleção, como encontrado em nossos outros kits. 7. Circuito de gravação O conector CN1 é usado para conectar o gravador USB. Este conector é um padrão da Mikroelektronika (www.mikroe.com) para 10 vias, podendo ser utilizado qualquer gravador com este padrão. Os sinais presentes neste conector são o VPP (RE3), PGD (RB7) (Dados de gravação), PGC (RB6) (Clock de gravação), GND e Vcc. Na figura abaixo pode-se ver ligação do flat-cable do gravador USB no conector CN1. Recomendamos para este kit o nosso gravador QSPICD-ZIF, mostrado na figura abaixo. Este gravador já possui um soquete textool para gravação dos microcontroladores fora da placa, além da gravação In-Circuit. Para saber mais deste gravador ou outros produtos nossos, consulte nossa página www.qsptec.com
8. Portas de expansão As portas de expansão são usadas para se conectar outros circuitos que não estão presentes na placa do kit, mas que o projetista necessita em seu desenvolvimento. Este kit pode ser usado para o aprendizado ou também para o desenvolvimento de projetos eletrônicos. Desta forma será possível e necessário muitas vezes acrescentar outros circuitos dedicados nesta placa. As portas de expansão são usadas com este propósito. Veja na figura abaixo os conectores de expansão. As portas de expansão deste kit são perfeitamente compatíveis com todos os módulos de periférico da empresa Mikroelektronika www.mikroe.com. Não se esquecer de desligar os jumpers dos periféricos que não serão usados na porta de expansão. Na figura abaixo pode-se ver o circuito eletrônico das portas de expansão. Sempre o pino 1 será o GND e o 2 o VCC. Os demais pinos são os das portas do microcontrolador Rx0 até Rx7, onde x representa a porta A, B, C, D e E. 9. Circuito do barramento de leds Na figura acima pode-se ver o circuito com oito leds. Eles são acionados em nível lógico baixo e estão conectados ao PORTC do microcontrolador. O RN2 é uma rede resistiva de 2K2 que
limita a corrente dos leds. O sinal BLED vem do jumper JP12 e quando ligado habilita a alimentação desses leds. Abaixo pode-se ver o circuito dos 8 leds da placa. Os leds são todos de alto brilho e baixo consumo. Abaixo tem-se um exemplo de código que se encontra no CD do kit para piscar os leds em intervalo de 100 ms. 10. Circuito do módulo Dip-Switch S1.
Neste circuito existe uma chave de 8 vias que liga os pinos da porta A do microcontrolador aos resistores da rede resistiva RN1. Esta rede resistiva pode ser configurada como pull-up ou pulldown, dependendo de como se conecta o jumper JP10. A tabela abaixo mostra tal ligação. Ligação JP10 Estado 1 com 2 Pull-Down 2 com 3 Pull-Up Na figura abaixo pode-se ver este circuito na placa do kit QSPIC40. Na serigrafia da placa está sinalizada com UP ou DOWN indicando a situação mostrada na tabela anterior. Também sinaliza o bit da porta A, indo de 0 à 7. Para se ligar um determinado pino ao resistor coloca-se a chave na posição ON indicada no corpo do componente S1. 11. Circuito do relê Este circuito é parecido com o circuito do Buzzer. É usado um transistor NPN de sinal para se ligar um relê K1. O diodo D3 protege o transistor Q5 no momento em que se desliga o relê e a energia armazenada na bobina do relê devolva para o circuito. O sinal RELE poderá ser conectado ao bit 6 da porta B ligando-se o jumper JP14. Os sinais de saída do relê estão
dispostos no conector CN5. A máxima corrente e tensão suportada pelo relê e pelas trilhas da placa estão marcadas na serigrafia do kit. Abaixo temos a visualização delas. Relê de média potência Especificações de corrente e tensão do relê Abaixo temos uma tabela que mostra o estado relê conforme o nível de sinal do relê. Nível do sinal do relê RELE = 1 RELE = 0 Estado do relê Ligado Desligado
12. Circuito do módulo de push-buttons. O kit possui 8 chaves de pressão do tipo push-button. São chaves normalmente aberta e ao pressionar elas fecham. Este circuito pode ser configurado para ao ligar fornecer um nível de tensão alto ou baixo. O nível depende de como estará ligado o jumper JP11. As oito chaves estão ligadas na porta A e devem ser usadas em conjunto com os resistores da rede resistiva RN1. Podendo ser configuradas para pull-up ou pull-down. Ligação JP2 Ao pressionar 1 com 2 Fornece nível 0 2 com 3 Fornece nível 1 Abaixo pode-se ver o circuito dos 8 push-buttons na placa do kit QSPIC40. Seleciona nível alto 1 ou nível baixo 0 No layout da placa existe uma marcação para cada push-button, indicando em qual pino está ligado a chave em uso. Por exemplo, a chave SW3 está ligada ao pino 0 da porta A, RA0 e assim por diante.
13. Circuito dos displays alfanumérico e gráfico. Acima temos os circuitos do display LCD 2x16 alfanumérico e do display gráfico 128x64 pixels. A porta D conecta o barramento de dados do display gráfico e os quatro bits mais significativos (DB0 à DB7) do portb conectam no barramento do display LCD 2x16. O sinal EN do display LCD está conectado ao pino RB5 do microcontrolador e o sinal ENB do GLCD ao pino RB4. Este é o sinal que habilita a escrita nos displays. O kit suporta um display de cada vez, não é possível ligar o display gráfico ao mesmo tempo do display alfanumérico. O trimpot P2 ajusta o contraste dos display. É necessário configurar o jumper JP13 para o display que estiver sendo usado. Abaixo tem-se uma tabela que mostra estas funções. Ligação JP3 Contraste 1 com 2 Ajuste display alfanumérico LCD 2 com 3 Ajuste display gráfico GLCD Abaixo podemos ver os dois barramentos dos displays. Para o LCD Para o GLCD
14. Circuito dos displays de 7 segmentos O kit possui três displays de sete segmentos multiplexados na porta C. Os displays são habilitados nos bits 0, 1 e 2 da port E. Existe um resistor de 270R para cada segmento mais o ponto do display para se limitar a corrente nos leds do display. Para habilitar cada display é necessário injetar um nível lógico zero na base do transistor PNP através dos resistores de base. O sinal 7SEG poderá ser conectado à via de alimentação por meio do jumper JP9. Os displays usados são todos anodo comum. Abaixo pode-se ver o circuito do display de sete segmentos.
15. Visão geral do kit QSPAVR40 Comunicação serial Saída do relê Interrupção externa Fonte 5V Contraste displays Trimpot ADC Buzzer Microcontrolador PIC18Fxxxx Reset Conector de gravação Conector USB Chave Dip-Switch Portas de expansão Capacitor do core USB Push-Buttons 16. Gravador USB Display LCD e GLCD Barramento de Leds Display 7 segmentos Na figura acima pode-se ver o gravador USB. Este gravador pode ser usado com os seguintes softwares que já acompanham no CD do Kit: MPLAB, MPLABX e PICKIT2. Para se gravar o firmware no microcontrolador é necessário conectar-se o gravador em uma das portas disponíveis do computador ou notebook e o outro conector ao conector CN1 do kit QSPIC40. 17. Instalação do drive do gravador. Para se instalar o drive do gravador é necessário primeiro instalar um dos software que acompanha o produto, seja o MPLAB, MPLABX ou o PICKIT2. Após a instalação de um desses programas e a conexão do gravador ao computador, será instalado automaticamente os drives necessários.
18. Gravando o microcontrolador do Kit usando o programa PICKIT2. Após a instalação dos softwares e drive, clique duas vezes no ícone do programa PICKIT2 localizado na área de trabalho. Tenha certeza de ter feito todas as ligações necessárias entre o gravador e o kit e também do gravador ao computador ou notebook. Irá abrir o programa abaixo. Se tiver tudo correto, irá mostrar o microcontrolador usado no kit e também indicando que o gravador esta conectado ao computador. Ele aparecerá como PICKIT2, porque é um gravador equivalente ao original da Microchip. Para se gravar um arquivo Hexadecimal no microcontrolador, vá em File -> Import -> Irá abrir uma janela, navegue em seu computador e procure o arquivo que deseja gravar. Importante é que o software já filtra os arquivos mostrando apenas aqueles que possuem extensão hex. Selecionado o arquivo correto, o software irá mostrar na tela de log o estado da importação no buffer do software, como mostra abaixo.
Após este processo, basta clicar em Write e a gravação dará inicio. Após a gravação, o software irá mostrar se tudo ocorreu de forma correta, mostrando uma mensagem sobre uma tarja em verde. Neste momento o microcontrolador já estará rodando o seu programa e executando todas as tarefas que você desenvolveu para ele. 19. Apagando o microcontrolador do Kit usando o programa PICKIT2. Para apagar o microcontrolador basta clicar no botão Erase, como mostra na figura abaixo.
20. Verificando se está apagado o microcontrolador do Kit usando o programa PICKIT2. Para verificar se o microcontrolador está apagado, basta clicar no botão Blank Check, como mostra na figura abaixo. 21. Lendo o microcontrolador do Kit usando o programa PICKIT2. Para ler o conteúdo do microcontrolador, basta clicar no botão Read, como mostra na figura abaixo. Se o microcontrolador estiver com o seu bit de proteção ativado, não será possível sua leitura, retornando apenas 0000. Quaisquer outras informações ou dúvidas, envie um email para dquispe@qsptec.com. A QSP terá um prazer em fornecê-las.