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APOSTILA DE MICROCONTROLADORES PIC E PEFIFÉRICOS www. tinyurl. com/SanUSB APOSTILA DE MICROCON ROLADORES PIC E PERIFERICOS Sandro Jucá APOSTILA DE MICROCONTROLADORES PIC E PEFIFERICOS 1. INTRODUÇÃO Um microcontrolador qual estão incluídos internamente uma C (dados), flash (progra E2PROM, Pinos de I/ internos, tais como, 20 -p view next page cional completo, no it), memórias RAM e outros periféricos osciladores, canal USB, interface serial assíncrona USART, módulos de temporização e conversores A/C), entre outros, integrados em um mesmo componente (chip).

O microcontrolador PICO (Periferal Interface Controler), da Microchip Technology Inc. (empresa de grande porte, em Arizona, nos Estados Unidos da América), possui uma boa diversidade de recursos, capacidades de processamento, custo e flexibilidade de aplicações. 1. 1 . ASSEMBLY X LINGUAGEM C caso, geralmente, a locação dos registros de dados da RAM é feita pelo próprio compilador. Por isso, existe a preocupação, por paret do compilador, de demonstrar, após a compilação, o percentual de 2 memória RAM ocupado, pois neste caso é relevante, tendo em vista que cada variável pode ocupar até 8 bytes (tipo double).

Para edição e montagem (geração do código HEX) de um rograma em assembly, os softwares mais utilizados são o MPASMWIN (mais simples) e o MPLAB. para edição e compilação em linguagem C (geração do código HEX), o programa mais utilizado é o PIC C compiler CCS@. Os microcontroladores PIC possuem apenas 35 instruções em assembly para a família de 12 bits (PICI 2) e 14 bits (PICI 6), descritas nas tabelas abaixo, e 77 instruções para a família de 16 bits (PIC18). A tabela abaixo mostra algumas instruções em assembly. Como pode ser visto, a família PIC16F (14 bits com aproximadamente 35 instru ões não realize multiplicação ou possui uma instrução em 2 120 ultiplicação de forma simples e prática. Ao compilar, a linguagem gerada irá converter a multiplicação em somas sucessivas sem que o programador se preocupe com isso. 12. VANTAGENS x DESVANTAGENS DA LINGUAGEM PARA MICROCONTROLADORES – O compilador C irá realizar o processo de tradução, permitindo uma programação mais amigável e mais fácil para desenvolvimento de aplicações mais complexas como, por exemplo, uso do canal USB e aplicações com o protocolo 12C. – A linguagem C permite maior portabilidade, uma vez que um mesmo programa pode ser recompilado para um microcontrolador diferente, com o mínimo e alterações, ao contrári 3 DF 120 de automação industrial, a linguagem C para PIC se mostra a mais adequada, tendo em vista que a memória de programa tem espaço suficiente para estas aplicações. – Outra desvantagem é que o programador não é “forçado” a conhecer as características internas do hardware, já que o mesmo se acostuma a trabalhar em alto niVel, o que compromete a eficiência do programa e também o uso da capacidade de todos os periféricos internos do microcontrolador.

Isso provoca, em alguns casos, o aumento do custo do sistema embarcado projetado com a aquisição de novos periféricos externos. 1. 3 ARQUITETURAS DOS MICROCONTROLADORES A arquitetura de um sistema digital define quem são e como as partes que compõe o sistema estão interligadas. As duas arquiteturas mais comuns para sistemas computacionais digitais são as seguintes: – Arquitetura de Von Neuman: A Unidade Central de Processamento é interligada à memória por um único barramento (bus).

O sistema é composto por uma única memoria onde são armazenados dados e instruções; Arquitetura de Harvard: A Unidade Central de Processamento é interligada a memória de dados e a memória de pr ramentos diferentes, de 4 DF 120 seja, m PIPELINE (sobreposição), o que torna o processamento mais rápido. 1. 4. O CONTADOR DE PROGRAMA (PC) O contador de programa é responsável de indicar o endereço da memória de programa para que seu conteúdo seja transportado para a CPU para ser executado.

Na família PIC16F ele contém normalmente 13 bits, por isso, pode endereçar os 8K words de 14 bits (0 PIC16F877A possui exatamente 8K words de 14 bits, ou seja, 14 Kbytes de memória de programa). A família 18F ele possui normalmente 21 bits e é capaz e endereçar até 2 Megas words de 16 bits (o PICI 8F2550 possui 1 6K words de 16 bits, ou seja, 32 Kbytes de emória de programa). Cada 6 Word de 14 ou 16 bits pode conter um código de operação (opcode) com a instrução e um byte de dado. 1. 5. BARRAMENTOS Um barramento é um conjunto de fios que transportam informações com um propósito comum.

A CPU pode acessar três barramentos: o de endereço, o de dados e o de controle. Como foi visto, cada Instrução possui duas fases distintas: o ciclo de busca, quando a CPU coloca o conteúdo do PC no barramento de endereço e o conteúdo da posição de memória é col S DF 120 inicio da operação do microcontrolador, o contador de 7 rograma (PC) indica o endereço da primeira instrução da memória de programa, esta instrução é carregada, através do barramento de dados, no Registro de Instrução da CPIJ. Um opcode (código de instrução), gerado na compilação em hexadecimal, contém uma instrução e um operando.

No processamento, a CPU compara o código da instrução alocada no registro de instrução com o Set de Instruções do modelo fabricado e executa a função correspondente. Após o processamento, o operando dessa Instrução indica para a CPU qual a posição da memória de dados que deve ser acessada e, através o barramento de controle, a CPU comanda a leitura ou a escrita nesta posição. Após o processamento de uma instrução, o PC é incrementado para indicar o endereço do próximo código de instrução (opcode), da memória de programa, que deve ser carregado no registro de instrução. 1. 6.

A PILHA (STACK) A Pilha é um local da RAVI ( no PICI 8F2550 é localizada no final dos Registros de Função Especial entre FFDh e FFFh) onde é guardado o endereço da memória de programa antes de ser executado um pul ada de função localizada DF 120 possui quatro fases de clock que são QI, Q2, Q3 e Q”. Dessa forma, para um clock externo de 4MHz, temos um ciclo de máquina (CM=4X I,’F) iguala I vs. O Contador de Programa (RC) é incrementado automaticamente na fase QI do ciclo de máquina e a instrução seguinte é resgatada da memória de programa e armazenada no registro de instruções da CPU no ciclo Q4.

Ela é decoficada e executada no próximo ciclo, no intervalo de QI e Q4. Essa característica de buscar a informação em um ciclo de máquina e executá-la no próximo, ao mesmo tempo em que outra instrução é “buscada”, é chamada de PIPELINE (sobreposição). Ela permite que quase todas as instruções sejam xecutadas em apenas um ciclo de máquina, gastando assim 1 ps (para um clock de 4 MHz) e tornando o sistema muito mais rápido.

As únicas exeções referem-se às instruções que geram “saltos” no contador de programa, como chamadas de funções em outro local da memória de programa e os retornos dessas funções. 9 1. 8. MATRIZ DE CONTATOS OU PROTOBOARD para desenvolver os projetos e exercícos propostos nessa apostila será necessário a uilização de uma Matriz de Contatos (ou Protoboard em inglês), mostrada na figura abaixo, que é uma placa com diversos furos e conexões condutoras para montagem de ircuitos eletrônicos.

A grande vantagem do Protoboard de circuitos eletrônicos é DF 120 ou também por ligações mediante fios. Em sua parte inferior são instalados contatos metálicos que interliga eletricamente os componentes inseridos na placa que são organizados em colunas e canais. De cada lado da placa, ao longo de seu comprimento, há duas colunas completas. Há um espaço livre no meio da placa e de cada lado desse espaço há vários grupos de canais horizontais (pequenas fileiras), cada um com 05 orifícios de acordo como é ilustrado na figura abaixo. 0 Estrutura de uma protoboard Em alguns pontos do circuito é necessário limitar a intensidade da corrente elétrica. para fazer isso utilizamos um componente chamado resistor. Quanto maior a resistência, menor é a corrente elétrica que passa num condutor. 1. 9. RESISTORES Os resistores geralmente são feitos de carbono. Para identificar qual a resistência de um resistor específico, comparamos ele com a seguinte tabela: 11 No caso da imagem, o resistor é de 2×105 1. 10.

CAPACITORES 8 DF 120 ruídos em circuitor elétricos e estabilizar as fontes, absorvendo os picos e preenchendo os vales de tensão. Os capacitores descarregados são um urto e carregados abrem o circuito, por isso são utilizados também para isolar fontes CC. Os capacitores podem ser carregados e descarregados muito rapidamente, por isso são utilzados também no flash eletrônico em uma câmera fotográfica, onde pilhas carregam o capacitor do flash durante vários segundos, e então o capacitor descarrega toda a carga no bulbo do flash quase que instantaneamente gerando o alto brilho.

Isto pode tornar um capacitar grande e carregado extremamente perigoso. Eles são utilizados também em paralelo com motores elétricos para fornecer energia para que as bobinas energizadas possam encer a inércia quando os motores são ligados. As Unidades de Medida de capacitância são Farad (F), Microfarad (pF), Nanofarad (nF) e Picofarad (pô. Os capacitares mais comuns são os eletrolíticos, Istrados na figura abaixo, os cerâmicos e os de poliéster. 12 A figura abaixo mostra a identificação de capacitores cerâmicos.

A figura abaixo mostra a identificação de capacitores de poliéster. 1. 11. FONTES DE ALIMENTA O As fontes mais comuns e g DF 120 barcados com descarga pelo tempo de autonomia, sendo dado em ampére-hora (1 3600 Coulombs). Deve-se observar que, ao contrário das baterias primárias (nao 13 ecarregáveis), as baterias recarregáveis não podem ser descarregadas até OV pois isto leva ao final prematuro da vida da bateria. Na verdade elas têm um limite até onde podem ser descarregadas, chamado de tensão de corte.

Descarregar a bateria abaixo deste limite reduz a vida útil da bateria. As baterias ditas 12V, por exemplo, devem operar de 13,8V (tensão a plena carga), até 10,5V (tensão de corte), quando 100% de sua capacidade terá sido utilizada, e é este o tempo que deve ser medido como autonomia da bateria. Como o comportamento das batenas não é linear, isto é, quando maior a corrente de descarga enor será a autonomia e a capacidade, não é correto falar em uma bateria de 100Ah.

Deve-se falar, por exemplo, em uma bateria 100Ah padrão de descarga 20 horas, com tensão de corte 10,5V. Esta bateria permitirá descarga de 100 / 20 = SA durante 20 horas, quando a bateria irá atingir 10,5V. Outro fator importante é a temperatura de operação da bateria, pois sua capacidade e vida útil dependem dela. Usualmente as informações são fornecidas supondo T=250C ou T=200C, que é a temperatura ideal para maximizar a vida útil. 1. 12. RUÍDO (BOUNCING) E FILTRO DEBOUNCING) Em operações de Liga/De de nível lógico, surge 0 20