AULA_PERIFÉRICOS

8/3/2019 AULA_PERIFÉRICOS

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MICROCONTROLADORES

Prof. Carlos Henrique [email protected]

Periféricos

Universidade Federal de Santa Maria

Departamento de Processamento

de Energia Elétrica

Engenharia de Controle e Automação



Microcontroladores 2

Objetivos• Compreender como é feita a interface

entre microcontrolador e o mundo externo




Tema e conteúdo• UNIDADE 3 – MODOS DE ENTRADA E SAÍDA

3.1 – Modos de I/O.3.2 – Barramento.3.3 – Dispositivos periféricos.3.4 – Interrupções.




Displays (mostradores)• Display de 7 segmentos

– Uso em mostradores numéricos e alfanuméricos




Displays (mostradores)




Displays (mostradores)• Cada segmento é controlado por um pino




Sinal de clock

• O módulo interno de geração declock (ICG) é utilizado para geraro clock do microcontrolador




Sinal de clock • Várias possibilidades de fonte primária

para o clock :– Cristal ou ressonador entre 32 kHz e 100 kHz– Cristal ou ressonador entre 1 MHz e 16 MHz– Clock Externo

– Gerador de referência interna

• A configuração padrão do modulo ICGutiliza a referência interna de clock .

• Possui FLL (Frequency-locked loop) paragerar clock de barramento entre 4 MHz e25 MHz




Sinal de clock

• Configuração




Sinal de clock




Temporizador (TPM)• Existem três funções principais para o módulo temporizador

de um microcontrolador:

–Estouro de Tempo

–Modo Captura de Entrada

–PWM (Modulação por largura de pulso)




Estouro de Tempo• Esta função do periférico de temporização possibilita criar

tempos determinados para um certa tarefa ser realizada.

– Ex: Contagem de tempo de um relógio, atualização de display,varredura de portas, etc

• A configuração dessa função é realizada através dosregistradores TPMxSC, TPMxMODH e TPMxMODL.

Alguns microcontroladores possuem mais de um módulo temporizador.Neste caso, o “X” deve ser substituído pelo número do módulo TPM.Ex.: TPM1SC, TPM2SC, …




Estouro de Tempo• Registradores TPMxSC, TPMxMODH e TPMxMODL.




Estouro de Tempo• Registrador TPMxSC

O VALOR CONTADO PELO TEMPORIZADOR FICA ARMAZENADO EMTPMxCNT (TPMxCNTH:TPMxCNTL)




Estouro de Tempo• Registradores TPMxMODH e TPMxMODL.

O valor contado fica armazaenado emTPMxCNT (TPMxCNTH:TPMxCNTL)

TPMxCNT é comparado com TPMxMOD

Quando TPMxCNT == TPMxMOD, bit TOF = 1

TOF Timer overflow




Estouro de Tempo• Exemplo




PWM• Modulação por largura de pulso:

Razão cíclica:razão entre tempo que o sinal permanece alto (lógico 1) pelo tempo total de um período




PWM assimétrico

Contador

Período

Comparador

Sinal de saída

TPWM




PWM simétricoTTPWMPWM

InterrupInterrupççõesões

Contador

Período

Comparador

Sinal de saída




PWM• Exemplos de aplicações:

– Controle de intensidade (ex.: brilho de um LED) – Sintetização de sinais analógicos (ex.: um sinal

senoidal)

– Controle de máquinas, motores, conversores, etc...




PWMPrincípio: Variação do valor médio de tensão




PWMFrequência do PWM período de contagem

Canais de PWM




Canais de PWM

Cada TPM pode ter vários canais!




Configuração de PWM




Configuração de PWM




Registradores de PWM• Registradores do temporizador:

– Controle : TPMxSC– Contador : TPMxCNT– Período (módulo) : TPMxMOD

• Mais registradores de configuração doscanais:– Controle: TPMxCnSC

– Comparador: TPMxCnV– Pino de saída: TPMxCHn




Captura de entrada• Neste modo, quando ocorre uma borda de

descida, borda de subida ou ambas (dependendoda configuração), o microcontrolador copia oconteúdo do registrador de contagemTPMxCNTH:TPMxCNTL

para os registradoresdo canal, TPMxCnVH:TPMxCnVL

• Exemplos de aplicação: Decodificação de temposem controles RF, determinação de velocidadeatravés de sensores na roda, etc.




Captura de entrada

• Um evento de captura de entrada “seta” o bit CHnF e pode,

opcionalmente, gerar uma interrupção.




Teclado

• As chaves mecânicas normalmenteapresentam a configuração demonstrada aoserem conectadas ao pino de ummicrocontrolador




Teclado

• O resistor de pull-up força um nível lógico alto

no pino do microcontrolador configuradocomo entrada.• Caso este resistor não seja utilizado, o pino

do microcontrolador fica sujeito a ruídos.




Teclado




Teclado

• Pinos de teclado são identificados por KBIxPn




Teclado




Teclado




Teclado




Teclado

Pode dar várias interrupções falsas !!!!




Teclado

• As chaves mecânicas estãosujeitas a vibrações quepodem resultar emmúltiplos sinais deacionamento falsos.




TecladoUsando um temporizador é possível “filtrar”

as falsas interrupções !!!! (deboucing )




Teclado




Teclado matricial




Teclado matricial




Teclado matricial




Teclado matricial




Teclado matricial




Conversor analógico-digital (A/D)• Os sinais encontrados no mundo real

são contínuos (ou analógicos, poisvariam no tempo de forma contínua),como, por exemplo: a intensidade

luminosa de um ambiente que semodifica com a distância, a aceleraçãode um carro de corrida, a temperaturaem um ambiente, etc.




Conversor analógico-digital (A/D)• Entretanto, os processadores manipulam

dados no formato digital (numérico), osquais devem ser representados por umnúmero finito de bits.




Conversor analógico-digital (A/D)• A conversão analógico-digital (A/D) é o

processo que possibilita a representaçãode sinais analógicos no mundo digital.Desta forma é possível utilizar os dadosextraídos do mundo real para cálculosou operar seus valores.




Conversor analógico-digital (A/D)

• Em um conversor A/D, entra um sinalanalógico e sai um sinal digital, a cadaintervalo fixo de tempo.




Conversor analógico-digital (A/D)A informação digital é diferente de sua forma

original contínua em dois aspectosfundamentais:

● É amostrada porque é baseada em amostragens,ou seja, são realizadas leituras em um intervalo fixode tempo no sinal contínuo;

● É quantizada porque é atribuído um valorproporcional a cada amostra.





Para cada faixa de valores do sinalanalógico corresponde um valor digital





A um intervalo fixo “mede-se” o valor dosinal analógico.




Conversor analógico-digital (A/D)• Características importantes de um

conversor A/D:

– Freqüência de amostragem (Hertz - Hz )

• Define o intervalo de tempo entre amostrasconsecutivas

– Resolução (número de bits)• Define a capacidade de representação do valor

quantizado em um valor numérico.





ó





ló d l ( / )





C ló i di i l (A/D)





Método de aproximação sucessiva




Conversor A/D – HCS08• Cada microcontrolador normalmente

possui um conversor A/D (pode ter mais).

• Este conversor é compartilhado por

diversas entradas analógicas (canais)

• Porém apenas um canal pode ser

convertido de cada vez (usa-se um MUX).




Conversor A/D – HCS08




Conversor A/D – HCS08• Características do módulo A/D:

– Algoritmo de aproximação linear sucessivacom resolução de 12 bits

– até 28 entradas analógicas

– Saída formatada em 12, 10 ou 8 bits comformação justificado a direita





– Conversão simples ou contínua

– Tempo de amostragem configurável

– Configuração para velocidade ou baixoconsumo de energia





– Interrupção associada ao final de umaconversão

– Fonte de clock assíncrono para operação combaixo nível de ruído

– Registrador de comparação com interrupçãoassociada





Conversor A/D HCS08





Registradores




Registradores

• Status and control register, ADCSC1

• Status and control register, ADCSC2• Data result registers, ADCRH and ADCRL• Compare value registers, ADCCVH and

ADCCVL• Configuration register, ADCCFG• Pin enable registers, APCTL1, APCTL2,

APCTL3

Conversor A/D HCS08





COCO (Conversion Complete Flag )

AIEN (Interrupt Enable )

ADCO (Continuos Conversion Enable )

ADCH (Input Channel Select )












Microcontroladores68

Conversor A/D HCS08

Programando o Conversor A/D




Programando o Conversor A/D

Comunicação serial (SCI)




Comunicação serial (SCI)• Comunicações de dados seriais são

muito empregadas em sistemas com

microcontroladores, pois permitem usarum número menor de pinos do que ascomunicações paralelas.

Comunicação serial (SCI)




Comunicação serial (SCI)• Comunicações seriais podem ser:

– Assíncronas (ex.: UART)

– Síncronas (ex.: SPI e I2C)

A diferença está no uso de um sinaladicional de sincronização (clock)

Comunicação serial assíncrona




Comunicação serial assíncrona

• Comunicações serial assíncrona:– Também chamada UART: Transmissor /

Receptor Universal Assíncrono (U niversal Asynchronous Receiver/ T ransmitters)

– Tipicamente, são utilizados para conectarportas de entrada / saída RS232 de umcomputador (PC), mas também podem serutilizados para comunicar com outros

dispositivos embarcados.

Comunicação serial RS-232




Comunicação serial RS 232

Comunicação de dados seriais





• Dados binários (0s e 1s) são transmitidose recebidos serialmente (isto é, um de

cada vez, seqüencialmente)

• Geralmente, a informação étransmitida/recebida byte a byte

Comunicação serial UART




Comunicação serial UART• As UARTs se “entendem” por seguir um

protocolo.

• O protocolo das UARTs define que cada

mensagem (quadro) inicia um bit de início (start bit ) e termina com um bit de fim (stop bit )





Co u cação se a U

• O start bit tem sempre o valor lógico zero(0) e o stop bit tem valor lógico um (1)

• Após o start bit são transmitidos os bits de

dados (que formam o byte)

• Opcionalmente, pode-se transmitir um bit

de verificação (bit de paridade)





ç

• Na comunicação UART cada bit tem umaduração pré-estabelecida.

• Contando-se o tempo de bit, pode-se

determinar o valor de cada bit (0 ou 1)





ç

• Em sistemas de comunicação de dados,símbolos (bauds) representam um ou

mais bits.

• O tempo de duração do símbolo define a

taxa de símbolos (baudrate)

• E o tempo de cada bit define a taxa de

bits (bitrate)





ç

• Símbolo (baud ) é o sinal físico (p. ex.:sinal elétrico com tensão igual a 5V)

• Bit é o dado lógico (p.ex.: símbolo de 5V

de tensão representa o bit lógico 1)

• Nas UARTs cada 10 (ou 11) símbolos

comunicam 8 bits (geralmente, um byte)





ç

• O tempo de símbolo (baudrate) écontrolado pelo periférico de comunicaçãoSCI do microcontrolador.

A SCI possui um gerador de baud rate flexívelde 13 bits, que suporta baudrates de até 115,2

kbps.

A transmissão (Tx) e a recepcão (Rx) dentro de

um mesmo módulo SCI utilizam o mesmobaudrate.

Cada módulo SCI possui um gerador de

baudrate separado.





Comunicação serial SCI




Programando a SCI




• Os módulos SCI do HCS08 possuem 8registradores.

– 2 reg. para configurar baudrate (SCIxBDH, SCIxBDL)

– 3 reg. de configuração de opções (ex.: interrupções,erros, ...) (SCIxC1, SCIxC2)

– 2 reg. de estado (ex.: flags) (SCIxS1, SCIxS2)

– 1 reg. de dados (SCIxD) (escrita p/ TX e leitura p/ RX)

Programando a SCI




• Para configurar baudrate (SCIxBDH,SCIxBDL)

Programando a SCI




• Para configurar o baudrate, 13 bits(SCIxBDH[12:8], SCIxBDL[7:0]) definemo valor de BR que será usado como divisordo clock de barramento.

Programando a SCI




• Dicas:

– BR = 0, desabilita o módulo SCI

– Dificilmente iremos conseguir baudrates

exatos. Porém, existe uma tolerância de até3,5% no baudrate gerado.

– Com o intuito de minimizar os erros de TX/RXé interessante evitar erros maiores que 2% nobaudrate.

Exemplo de programação da SCI




• Parâmetros:

– Clock de barramento igual a 20MHz

– Paridade par

– 9 bits de tamanho de caractere (devido à paridade)

– Interrupção de recepção

– Interrupção de erros ativa

– Baudrate 57600 bps.





Configuração da SCI





Configuração da SCI





















Tabela ASCII



Microcontroladores 95Usada para codificar símbolos em números de 8 bits

Bibliografia e sugestões de leitura




• Tutoriais para aplicações práticas com microcontrolador de8 bits HCS08 (fabricado pela empresa Freescale):

– Apostilas do prof. Gustavo Denardin. Disponível em:http://pessoal.utfpr.edu.br/gustavo/

– Tutorial para programação de microcontroladoresFreescale HCS08 baseado no MC9S08AW60.

http://pessoal.utfpr.edu.br/gustavo/tutorial_MC9S08AW60.pdf

– Apostila de Microcontroladores.http://pessoal.utfpr.edu.br/gustavo/apostila_micro.pdf

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