Introdução Aos Microcontroladores

Aula 02

Introduo aos Microcontroladores

MicrocontroladoresMicrocontroladores PIC18 PIC18 Programao em C Programao em C MicrocontroladoresMicrocontroladores PIC18 PIC18 Programao em C Programao em C

Prof. talo Jder Loiola Batista

Universidade de Fortaleza - UNIFORCentro de Cincias Tecnolgicas - CCT

E-mail: [email protected]

Jan/2011

www.mecatronicadegaragem.blogspot.com

Motivao

Desenvolvimento de Sistemas Eletrnicos; Embbeded Systems;

Mercado de microcontroladores em expanso; Novos chips e famlias;

Estima-se que, em poucos anos, em mdiauma pessoa interagir com 300 dispositivosmicrocontrolados diariamente;

Aplicaes em diversas reas.

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Motivao

Aplicaes em diversas reas: Automao:

comercial, residencial, industrial, automotiva... Controle de eletrodomsticos:

mquinas de lavar, liquidificadores, fornos de microondas, mquinas de lavar, liquidificadores, fornos de microondas,cafeteiras...

Controle de motores (inversores e conversores); Interface para captura de dados (leitura de

sensores) e comando de atuadores; Etc.

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Motivao

Vantagens do uso de microcontroladores: Circuitos ficam mais compactos (menos

componentes) e podem ter mais funes;componentes) e podem ter mais funes; Permite armazenamento de sinais (dados) com

relativa facilidade; Facilita correo/modificao das funes do

circuito sem alterao de hardware (programvel); Facilita integrao do circuito com computadores

ou outros dispositivos.

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Microcontrolador x Microprocessador

O Microcontrolador difere de um microprocessadorem vrios aspectos: O mais importante deles, a sua funcionalidade.

Para que um microprocessador possa ser usado,outros componentes devem ser adicionados, taisoutros componentes devem ser adicionados, taiscomo memria, chipsets e componentes parareceber e enviar dados.

Por outro lado, o microcontrolador foi projetadopara ter todas estas funcionalidades em umanica pastilha. Comumente, um microcontrolador chamado de um computador em um nico chipprincipalmente por causa deste motivo.

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Microcontrolador

Um microcontrolador composto por processador, memria,dispositivos de entrada e sada e outros possveis elementos,integrados em um mesmo componente (chip).

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O que um Microcontrolador?

Um microcontrolador um sistema computacionalcompleto, no qual esto includos: Unidade Central de Processamento (CPU); Sistema de Clock para dar seqncia s atividades da CPU; Memria para armazenamento de instrues e manipulao Memria para armazenamento de instrues e manipulao

de dados; Entradas para interiorizar na CPU informaes do mundo

externo; Sadas para exteriorizar as informaes processadas pela

CPU para o mundo externo; Programa (Firmware) para que o sistema faa alguma coisa

til; Alem de outros possveis perifricos, tais como:

Mdulos de temporizao, comunicao serial, conversores A/D entreoutros;7


Arquitetura Bsica

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Arquitetura Bsica

Unidade Central de Processamento (CPU)

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Arquitetura Bsica

MemriaMemria de dados:

Armazena dados temporrios do programa; Geralmente, voltil;

Memria de programa: Armazena o programa escrito pelo programador; Geralmente, no-voltil;

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Arquitetura Bsica

Tipos de MemriaRAM (Random Access Memory)

Armazena dados dos programas; Voltil;

ROM (Read Only Memory) Programa e dados fixos; Geralmente programadas na fbrica e seus

dados no podem ser modificados pelo usurio;

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Arquitetura Bsica

Tipos de MemriaEPROM (Erasable Programmable

Read Only Memory): Similar ROM, mas pode ser programada; Similar ROM, mas pode ser programada; Possuem uma janela de vidro sobre o chip onde

os dados podem ser apagados atravs de luz UV;EEPROM (Electrically Erasable

Programmable Read Only Memory) No-voltil; Podem ser apagadas ou gravadas sob comando

de programa;12


Arquitetura Bsica

Tipos de MemriaFlash

Usada para armazenar o programa de Usurio; No-voltil; Geralmente rpida; gravada e apagada atravs de um dispositivo

de programao;

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Arquitetura Bsica

Arquitetura Von-Neumann Memria de programa e a memria de dados compartilham

um nico espao de endereamento;

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Arquitetura Bsica

Arquitetura Harvard Existe um barramento para acessar instrues e outro para

acessar dados de tal forma que as leituras de instrues e dados ocorrem paralelamente.

Permite acessos simultneos a memria de dados e de Permite acessos simultneos a memria de dados e de programa;

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Arquitetura Bsica CISC (Computador com um conjunto complexo de instrues):

Arquitetura Von-Neumann; Grande nmero de instrues; Menos Rpido; Flexibilidade de programao;

RISC (Computador com um Conjunto Reduzido de Instrues): Arquitetura Harvard; Pequeno nmero de instrues; Mais Rpidas: Instrues levam um ciclo de clock

interno para serem executada, exceto instrues dedesvios;

A mquina RISC no possui geralmente hardwareinterno para operaes de multiplicao e diviso;16


Exemplo de Aplicao

Sistema de controle de temperatura de um forno

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Exemplo de Aplicao


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Exemplo de Aplicao


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Exemplo de Aplicao

Robtica

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Principais Fabricantes e Modelos

Famlia 8051 (Intel ou Atmel)AVR, ARM (Atmel)80C196KB (Intel)68HC11 (Motorola / Freescale)PIC16F/18F... (Microchip)Arm7 (Arm)H8 (Renesas)FMC Family (8/16 bit) (Fujitsu)LPC2000 (NXP - Antiga Philips Semiconductors)ST 62 (STMicroeletronics)TMS370 (Texas Instruments)

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Microchip

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Microcontroladores PIC

Os PIC (Peripheral Integrated Controler) so umafamlia de microcontroladores fabricados pelaMicrochip Technology; Processam dados de 8, 16 e 32 bits; Extensa variedade de modelos e perifricos Extensa variedade de modelos e perifricos

internos; Arquitetura Harvard; Conjunto de instrues RISC (sets de 35

instrues e de 76 instrues); Recursos de programao por memria FLASH,

EEPROM e OTP.

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Microcontroladores PIC

Os microcontroladores PIC so divididos em gruposdiferenciados pela capacidade de armazenamentoem cada localidade de sua memria de programa: 12 bits, 14 bits e 16 bits.

As CPUs da famlia PIC trabalham em freqncias As CPUs da famlia PIC trabalham em freqnciasde at 40 MHz.

H o reconhecimento de interrupes tanto externascomo de perifricos internos.

Funcionam com tenses de alimentao de 2 a 6V; Os modelos possuem encapsulamento de 6 a 100

pinos em diversos formatos (SOT23, DIP, SOIC,TQFP, etc).

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Microchip Famlias de PIC

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Microchip Famlias de PIC 8 bits

PIC10 e PIC12: compostas por chips de at oito pinos, com pequena capacidade de memria e perifricos simplificados;

PIC16: baseados nas arquitetura que utilizam instrues com largura de 12 e de 14 bits e constituem uma das linhas mais numerosas do fabricante;

PIC17: est praticamente descontinuada em virtude do PIC17: est praticamente descontinuada em virtude do desenvolvimento da linha PIC18;

PIC18: constituem uma evoluo da linha PIC16 e apresentam como principal caracterstica a utilizao de instrues de 16 bits;

16 bits PIC24, dsPIC30 e dsPIC33: constituda pelos DsPIC,

microcontroladores com barramento de dados de 16 bits e instrues de 24 bits;

Incluem fortes caractersticas de DSPs; Voltados a aplicaes em que o processamento rpido de sinais

necessrio; 26


Microchip Famlias de PIC 32 bits

Foi lanada recentemente; Tratam-se de microcontroladores com barramento de dados de 32 bits; Possuem grande capacidade de memria (programa e dados); Perifricos avanados (incluindo interface Ethernet, USB 2.0 device,

hpst e OTG etc); Voltados para aplicaes complexas, sobretudo na rea de

comunicao e Internet;

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Caractersticas comuns aos microcontroladores

das famlias PIC:

Portabilidade de programas; Basicamente o mesmo conjunto de instrues RISC; Portas digitais de I/O; Temporizador on-chip com prescalar de 8 bits; Power-on reset; Power-on reset; Temporizador Watchdog; Modo SLEEP de baixo consumo; Especificao de alta corrente nas portas de I/O; Modos de endereamento direto, indireto e relativo; Interface de relgio externa; Memria de dados RAM; Memrias EPROM e Flash;

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Alguns microcontroladores das famlias PIC

oferecem caractersticas adicionais:

Canais de entrada analgicos;Comparadores analgicos;Circuitos adicionais de temporizadores;Memria de dados EEPROM;Memria de dados EEPROM;Interrupes internas e externas;Oscilador interno;Sada de modulao por largura de pulso

(PWM);

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Alguns microcontroladores das famlias PIC

oferecem caractersticas adicionais:

Interface serial USART; Interface CAN; Interface I2C; Interface SPI; Interface com LCD; Interface USB;Controle de motor;

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Caractersticas a considerar na escolha

de um microcontrolador PIC:

Nmero de pinos de I/O necessrios;Perifricos necessrios:

USB, USART, LCD, etc;Tamanho mnimo de memria de programa;

Tamanho mnimo de RAM;Tamanho mnimo de RAM;Se a EEPROM necessria;Velocidade de processamento;Tamanho fsico;Custo;

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PIC18F4520

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(18F4520 - Uma Viso Geral) Parte I

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