Aula 05 - Micro Micro Pic 3q36z

Microcontrolador PIC

PIC16F84 

PIC16F84, fabricado com a tecnologia CMOS

Capaz de trabalhar até 10 Mhz.  PIC16F84A Capaz de trabalhar até 20 Mhz  Memória de programa de 1K palavras de 14 bits FLASH, em que em cada uma cabe uma instrução. Pode ser regravada cerca de 10.000 vezes com toda a segurança  Memória de dados RAM de 68 Bytes  Memória de dados EEPROM de 64 Bytes, não volátil  8 níveis de stack (pilha)  35 instruções de 14 bits 

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PIC16F84 Tempo de execução das instruções normais: 4xTosc  Tempo de execução das instruções de salto: 8xTosc  4 tipos de interrupções (External RB0/INT pin, TMR0 timer overflow, PORTB<7:4> interrupt-on-change, Data EEPROM write complete)  13 linhas de entradas/saída digitais  1 timer  1 watch-dog  Alimentação de 2V a 6 V  Gravação de 12V a 14V  Encapsulamento DIP de 18 pernas (SOIC) 

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Diagrama de blocos do PIC16F84A

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U  



O PIC tem um processador tipo RISC com a arquitectura de Harvard, O processador do PIC pode ser visto como sendo uma ALU, recebendo, processando e armazenando dados de e para os vários registos, Tipos de endereçar os dados: 

 

Endereçamento direto – Endereço de registo dentro do banco de registos de 128 bytes é especificado na instrução, Endereçamento imediato – Se é para ser especificada uma constante a seguir à instrução, Endereçamento indexado – Porque o endereço a ser acedido pode ser modificado aritmeticamente. 5

U

6

U 

  

 

A ALU é responsável por todas as operações aritméticas e com bits, bem como o início dos pedidos de execução condicional Todas as operações aritméticas usam o registo w O resultado das operações pode ser armazenado no registo w ou no file O Program Counter contém o endereço da instrução seguinte que irá ser executada. Se uma instrução tem um endereço direto os últimos 7 bits são usados como os endereços O registo FSR armazena o endereço da memória, no endereçamento indireto O registo INDF (que na realidade não existe) é o registo que é apontado pelo FSR 7

ALU 



A ALU (Arithmetic Logic Unit) é o componente mais complexo do PIC por conter todos os circuitos destinados a desenvolver as funções de cálculo e manipulação de dados durante a execução de um programa Executa as operações aritméticas, de bits e de deslocamento de um ou dois bytes 8

ALU 





A ALU pode ser vista como um conjunto de operações que são executadas em paralelo com um único multiplexador O registo STATUS armazena os resultados das operações As operações com bits são executadas com operandos ANDs para colocar a 0 ou ORs para colocar a 1 9

ALU Operação

Operação equivalente

Mover

AND com 0x0FF

Adição Subtracção

Adição com um Negativo

Negação

XOR com 0x0FF (inversão bit a bit) e Incremento

Incremento

Adição a 1

Decremento

Subtração por um/Adição com 0x0FF

AND OR XOR Complemento

XOR com 0x0FF

Shift Left

Adicionar o valor a si próprio com Carry

Shift Right

10

Registo Status 

Flags:  Zero

(Z) – Fica a 1 quando o resultado

é0  Carry (C) – Fica a 1 quando o resultado da operação é maior do que 255  Digit Carry (DC) – Fica a 1 quando o nibble menos significativo é maior do que 15 após uma operação aritmética (adição ou subtracção)

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Organização da memória 

A memória de dados ( file) está dividida em dois grupos. 





Registos especiais (Special Function s) – Ocupam as 11 primeiras posições, desde 00 até 0B. São os registos que controlam o funcionamento do PIC Registos de utilização geral (General Purpose s) – Ocupam as posições seguintes, desde 08 até 4F

Partes da memória está dividida em Bancos, incluindo registos especiais e registos de utilização geral. Para a utilização dos bancos é necessário configurar os bits RP0 e RP1 do registo STATUS

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Endereçamento de Bancos 





Cada um dos 2 bancos tem 128 registos para o direto No Banco 0 pode-se endereçar aos portos A e B (PORTA de 5 bits e PORTB de 8 bits) No Banco 1 podem-se configurar as portas (TRISA e TRISB)

File address

BANCO 0

BANCO 1

File address

0

INDF

INDF

80

1

TMR0

OPTION

81

2

PCL

PCL

82

3

STATUS

STATUS

83

4

FSR

FSR

84

5

PORT A

TRIS A

85

6

PORT B

TRIS B

86

7

87

8

EEDATA

EECON1

88

9

EEADR

EECON2

89

0A

PCLATH

PCLATH

8A

0B

INTCON

INTCON

8B

0C

68 registos

Mapeado

8C

.

de utilização

(o)

.

.

geral

Banco 0

.

.

(SRAM)

.

4F

CF

50

D0

.

.

.

.

.

.

7F

FF

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Program Counter 

O Program Counter (PC) é um registo especial que serve para armazenar o endereço da próxima instrução a ser executada



Tem a dimensão de 13 bits. PCL, para os bits menos significativos e PCH (não ível) para os mais significativos 14

Program Counter 

Os 8 bits menos significativos são escritos no registo PCL e os restantes no registo PCLATH



Nas instruções de salto (GOTO e CALL) 11 bits são usados para armazenar o endereço (até 2048 instruções)

15

Stack 





O Stack é uma estrutura (Last In First Out) e serve para armazenar o valor do Program Counter quando é chamada uma subrotina de forma a saber o local de retorno da mesma O PIC16F84 possui 8 níveis de Stack, pelo que consegue armazenar no máximo 8 chamadas sucessivas a subrotinas O Stack só armazena o Program Counter 16

Memória de programa 

Memória de programa 





 

ROM com máscara – A aplicação é gravada na ROM logo após a fabricação e antes de ser entregue ao cliente. A criação da máscara é muito dispendiosa, pelo que só compensa para grandes quantidades OTP (One-Time Programable) – A aplicação só pode ser gravada uma vez pelo utilizador EPROM – Pode gravar-se várias vezes, apagando com raios ultravioletas EEPROM – Pode gravar-se várias vezes, apagando eletricamente FLASH – similares às EEPROM, mas mais rápidas e toleram mais ciclos de escrita 17

Memória de dados 

Memória de dados  RAM

– memória de leitura e escrita muito rápida e volátil  EEPROM – memória de leitura e escrita lenta, mas não volátil

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Recursos auxiliares 

Recursos auxiliares            

Temporizadores Watch-dog Proteção de falha de alimentação (Brown out) Estado de repouso e baixo consumo (Sleep mode) Conversor A/D Conversor D/A Comparador analógico Modulador por largura de impulsos (PWM) Portas de entradas e saídas digitais Portas de comunicação Interrupções In-circuit serial programming 19

Recursos auxiliares Temporizadores 



São usados para controlar períodos de tempo (temporizadores) e para ter em conta os acontecimentos exteriores (contadores) Para medir o tempo é guardado num registo o valor adequado que irá ser incrementado ou decrementado ao ritmo dos impulsos de relógio até que haja carry ou chegue a 0 para ser produzido um aviso

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O Timer 

O registo TMR0 é um contador, ou seja é um registo particular, no qual o seu conteúdo é incrementado com uma cadência regular e programada diretamente pelo hardware do PIC. Na prática, a diferença de outro registro, é que o TMR0 não mantém inalterado o seu valor, incrementando-o continuamente

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Recursos auxiliares – Watch-dog 



Permite fazer reset automático ao PIC quando este bloqueia Quando se pretende usar esta facilidade o programa tem de iniciar o Watch-dog antes deste provocar o reset

22

Recursos auxiliares – Brown-out 



É um circuito que coloca o PIC em reset quando a tensão de alimentação desce de um determinado nível Coloca novamente o PIC em funcionamento assim que a tensão de alimentação seja aceitável

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Recursos auxiliares – Sleep mode 



Para poupar energia enquanto espera por algum acontecimento exterior o PIC pode ficar adormecido (usando a instrução SLEEP) Após o acontecimento o PIC acorda e continua a sua execução a partir do ponto em que tinha ficado

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Recursos auxiliares – Conversores A/D e D/A 

Nos microcontroladores que têm estas possibilidades podem converter sinais analógicos em digitais e vice-versa

25

Recursos auxiliares – Comparador analógico 

Nos microcontroladores que têm esta possibilidade possuem um OPAMP (Amplificador Operacional) interno que permite comparar uma tensão externa com uma tensão de referência indicando se é superior ou inferior

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Recursos auxiliares – PWM 

Nos microcontroladores que têm esta possibilidade permitem a saída de impulsos de largura variável que permitem, por exemplo controlar motores

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Recursos auxiliares – Portas de I/O 





Todos os microcontroladores possuem alguns pinos como linhas de entrada e saída digitais de dados Normalmente estas linhas estão agrupadas de oito em oito formando portas Estas linhas digitais podem ser configuradas como sendo de entrada ou como sendo de saída colocando 1 ou 0 no bit correspondente ao registo destinado à sua configuração 28

Recursos auxiliares – Portas de I/O 

O PIC16F84 dispõe de um total de 13 linhas de I/O organizadas em duas portas denominadas de PORTA A e PORTA B. A PORTA A dispõe de 5 linhas configuráveis tanto em entrada como em saída identificadas pelas siglas RA0, RA1, RA2, RA3 e RA4. A PORTA B dispõe de 8 linhas também configuráveis seja em entrada ou em saída identificadas pelas siglas RB0, RB1, RB2, RB3, RB4, RB5, RB6 e RB7. 29

Recursos auxiliares – Portas de I/O 

Para o controle da linha de I/O do programa, o PIC dispõe de dois registros internos que controlam as portas e são chamadas de TRISA e PORTA para a porta A e TRISB e PORTB para a porta B.

30

Recursos auxiliares – Portas de I/O 



Todos os bits contidos nos registros mencionados correspondem unicamente a uma linha de I/O. Por exemplo o bit 0 do registro PORTA e do registo TRIS A correspondem à linha RA0 , o bit 1 a linha RA1 e assim por diante. Se o bit 0 do registro TRISA for colocado em zero, a linha RA0 estará configurada como linha de saída, por isso o valor a que ira o bit 0 do registro PORTA determinará o estado lógico de tal linha (0 = 0 volts, 1 = 5 volts). 31

Recursos auxiliares – Portas de comunicação 

De forma a dotar os microcontroladores com a possibilidade de comunicarem com outros dispositivos externos, barramentos de microprocessadores, redes, etc. alguns modelos têm recursos que se permitem executar diretamente esta tarefa: 

UART, adaptador de comunicação série assíncrona



USART, adaptador de comunicação série síncrona e assíncrona 32

Recursos auxiliares – Portas de comunicação 

Porta paralela escrava, para poder ligar aos barramentos de outros microprocessadores



USB (Universal Serial Bus), que é o moderno barramento série dos PC



I²C, que é uma interface série de dois fios desenvolvido pela Philips



CAN (Controller Area Network), para permitir a adaptação a redes CAN desenvolvidas pela Bosch e Intel para a cablagem de dispositivos em automóveis 33

Recursos auxiliares - Interrupções 



O PIC16F84 tem a possibilidade de contar com um sistema de interrupções. Este sistema consiste num mecanismo através do qual um acontecimento interno ou externo, assíncrono relativamente ao programa, pode interromper a sua execução produzindo automaticamente um salto para a rotina de atendimento à interrupção de maneira a poder atender de imediato o acontecimento e retomar em seguida a execução do programa interrompido. Existem 4 fontes de interrupções:  External RB0/INT pin  TMR0 timer overflow  PORTB<7:4> interrupt-on-change  Data EEPROM write complete 34

Recursos auxiliares - Interrupções 

O INTCON (ADDRESS 0Bh, 8Bh) é o registro que contém os vários bits que inibem e desinibem as respectivas fontes de interrupção:  bit 7 GIE: Global Interrupt Enable bit  bit 6 EEIE: EE Write Complete Interrupt Enable bit  bit 5 T0IE: TMR0 Overflow Interrupt Enable bit  bit 4 INTE: RB0/INT External Interrupt Enable bit  bit 3 RBIE: RB Port Change Interrupt Enable bit  bit 2 T0IF: TMR0 Overflow Interrupt Flag bit  bit 1 INTF: RB0/INT External Interrupt Flag bit  bit 0 RBIF: RB Port Change Interrupt Flag bit

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Recursos auxiliares - Interrupções

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Recursos auxiliares - ICSP 

O PIC16F84 pode ser programado via comunicação serial, mesmo após ter sido colocado no circuito final. Para tal bastam dois sinais para o relógio e para os dados e mais três sinais para a alimentação, a terra e a tensão de programação

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Pinagem PIC16F84 (PDIP, SOIC)

Azul (linhas de I/O) Vermelho e Preto (alimentação) Verde (funcionamento do PIC) 38

Pinagem 1

RA2 É uma linha de I/O programável em entrada ou saída da unidade. Corresponde ao BIT 2 da PORTA A.

2

RA3 É uma linha de I/O programável em entrada ou saída da unidade. Corresponde ao BIT 3 da PORTA A.

3

RA4 / RTCC É um pino multi função que pode ser programado como uma linha normal de I/O ou como linha de clock para entrada em sentido ao contador RTCC. Se programada como linha de I/O corresponde ao BIT 4 da PORTA A ao contrário de outra linha de I/O, quando esta linha funciona como saída, trabalha em colector aberto. 39

Pinagem 4

MCLR / VPP Em condição normal de funcionamento desenvolve a função de Master CLeaR ou seja Reset estará activo a nível 0. Pode ser conectado a um circuito de reset externo ou simplesmente conectando-o ao positivo da alimentação. Quando o PIC for colocado em Program Mode será utilizado como entrada para a tensão de programação Vpp.

5

VSS É o pino que vai conectado ao negativo da tensão de alimentação.

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Pinagem 6

RB0 É uma linha de I/O programável em entrada ou em saída. Corresponde ao BIT 0 da PORTA B e pode ser programada para gerar interrupção.

7

RB1 É uma linha de I/O programável em entrada ou em saída. Corresponde ao BIT 1 da PORTA B.

8

RB2 É uma linha de I/O programável em entrada ou em saída. Corresponde ao BIT 2 da PORTA B.

9

RB3 É uma linha de I/O programável em entrada ou em saída. Corresponde ao BIT 3 da PORTA B.

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Pinagem 10

RB4 É uma linha de I/O programável em entrada ou em saída.

11

RB5 É uma linha de I/O programável em entrada ou em saída.

12

RB6 É uma linha de I/O programável em entrada ou saída.

13

RB7 É uma linha de I/O programável em entrada ou saída.

Corresponde ao BIT 4 da PORTA B e pode ser programada para gerar interrupção na alteração do valor. Corresponde ao BIT 5 da PORTA B e pode ser programada para gerar interrupção na alteração do valor. Corresponde ao BIT 6 da PORTA B e pode ser programada para gerar interrupção na alteração do valor. Clock da porta série. Corresponde ao BIT 7 da PORTA B e pode ser programada para gerar interrupção na alteração do valor. Dados da porta série.

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Pinagem 14

VDD É o terminal positivo de alimentação do PIC. em todas as três versões disponíveis do PIC16F84 (comercial, industrial e automotiva) a tensão pode assumir um valor que vai de um mínimo de 2.0 volts a um máximo de 6.0 volts.

15

OSC2 / CLKOUT É um pino de ligação no caso de se utilizar um cristal de quartzo para gerar o clock. E como saída de clock caso for aplicado um oscilador RC externo.

16

OSC1 / CLKIN É um pino de ligação para o caso de se utilizar um cristal de quartzo ou um circuito RC para gerar o clock. E também como entrada caso utilizemos um oscilador externo.

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Pinagem 17

RA0 É uma linha de I/O programável em entrada ou saída. Corresponde ao BIT 0 da PORTA A.

18

RA1 É uma linha de I/O programável em entrada ou saída. Corresponde ao BIT 1 da PORTA A

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Oscilador Oscilador

Frequência

RC (Resistor/Capacitor) HS (High Speed Crystal/Resonator)

4 MHz – 20 MHz

XT (Crystal/Resonator)

200 KHz – 4 MHz

LP (Low Power Crystal)

0 – 200 KHz

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Oscilador Modo

XT

HS

LP

XT

HS RC

Freq.

Osc1/C1

Osc2/C2

455 kHz

47 - 100 pF

47 - 100 pF

2.0 MHz

15 - 33 pF

15 - 33 pF

4.0 MHz

15 - 33 pF

15 - 33 pF

8.0 MHz

15 - 33 pF

15 - 33 pF

10.0 MHz

15 - 33 pF

15 - 33 pF

32 kHz

68 - 100 pF

68 - 100 pF

200 kHz

15 - 33 pF

15 - 33 pF

100 kHz

100 - 150 pF

100 - 150 pF

2 MHz

15 - 33 pF

15 - 33 pF

4 MHz

15 - 33 pF

15 - 33 pF

4 MHz

15 - 33 pF

15 - 33 pF

20 MHz

15 - 33 pF

15 - 33 pF

5 k  Rext  100 k 

Cext > 20pF

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