Microcontroladores Pic 1

7/25/2019 Microcontroladores Pic 1

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Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira- Departamento de Engenharia Eltrica

TEEE I- Projeto de Robs Mveis - Profs. Nobuo Oki e Suely Cunha Amaro Mantovani 1o.sem / 2013

TEEEIProjetodeRobsMveis

MICROCONTROLADORES -PIC

1. INTRODUO

Ao longo dos anos observa-se que o interesse pelo domnio do uso dos

microprocessadores/microcontroladores tem sido constante, pois com eles pode-

se desenvolver uma variedade de aplicaes e circuitos de grande utilidade,

automatizando os sistemas encontrados no mundo moderno.

Os microcontroladores so fortemente usados em circuitos de automveis,

eletrodomsticos, brinquedos, na robtica e aparelhos de um modo geral que

necessitam de automao e controle.

O mercado de componentes eletrnicos oferece vrias opes de

fabricantes e diferentes dispositivos microcontroladores com caractersticas

prprias, alm disso, existem as placas comerciais prontas para o uso e de custoacessvel, sem a necessidade de desenvolver a sua prpria ou um circuito,

bastando aprender a us-la e a sua programao.

Os Microcontroladores surgiram no princpio dos anos 80. Trata-se de um

circuito integrado programvel que contm toda a estrutura (arquitetura) de um

microcomputador, isto , dentro de um microcontrolador podemos encontrar uma

CPU (Unidade Central de Processamento), memria RAM, memria EEPROM

(Memria de leitura e escrita no voltil; portas de entrada/sada (Pinos de E/S).

Inclusive muitos modelos de microcontroladores incorporam diferentes mdulos


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"perifricos", como conversores analgico/digital (A/D) , mdulos PWM (controle

por largura de pulso), mdulos de comunicao serial ou paralelo e muito mais.

Todos esses recursos so encontrados dentro do mesmo circuito

integrado. Mas, a grande diferena com relao aos microprocessadores est na

pequena capacidade de suas memrias e na velocidade de processamento.

Figura 1- Ilustrando o Microcontrolador e os seus recursos.

Fazendo um paralelo, um sistema microprocessado deve possuir:

Ummicroprocessador(CPU)

Memria ROM(onde fica gravado o programa principal)

Memria RAM(utilizada como memria de rascunho pelo programa executado)

Perifricos - Entrada e Sada (so os dispositivos conectados ao sistema,

geralmente sensores e atuadores.)

Barramento - fios ou trilhas condutoras dos pulsos eltricos que permitem a

interconexo dos componentes.

Circuito gerador de CLOCK- circuito que gera um sinal cclico em uma determinada

freqncia de tempo.


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Figura 2- Ilustrando o Microprocessador e barramentos

Como podemos observar mesmo um sistema microprocessado possuiuma srie de componentes, no caso dispostos em vrios CIs e interligados por

condutores paralelos que constituem o barramento.

Os produtos que incorporam microcontroladores em seu sistema visam

principalmente, aumentar seus recursos, reduzir seu tamanho e custo, melhorar

sua confiabilidade e diminuir o consumo de energia. Alguns dos fabricantes de

microcontroladores atuais so a Intel, Microchip, Atmel, Motorola, etc.

Alguns dos microcontroladores de baixo custo usados no mundo da

automao so:

1. Intel 8051 e suas variaes como o 8031. Possui um assembly relativamente

simples, e baixo custo. Bastante conhecido e muito utilizado com fins didticos. Inspirou a

construo de diversos outros modelos similares, com mesmas instrues e

capacidades, no entanto fabricado por outros fabricantes, como Atmel, Zilog, etc.

2. PIC16F84 (Microchip)surgiu como um dos mais utilizados microcontroladores

pelos "hobistas" pela sua versatilidade, facilidade de programao e baixo custo. Hoje, a

famlia de microcontroladores PIC muito utilizada em projetos de automao.

3. Microcontroladores ATMEL, de excelente custo.

4. Microcontroladores COP

5. Microcotroladores HC05, HC08 e HC11 da FREESCALE (MOTOROLA)

tambm so bastante utilizados, apresentando como vantagem o seu baixo custo.

Um dos microcontroladores bastante procurado para desenvolvimento de

projetos o "PIC" do fabricante "Microchip", onde PIC significa "Peripheral

Interface Controller"


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Existe uma grande quantidade de microcontroladores PIC, cujas

caractersticas e recursos variam de um modelo para outro. Assim sendo, os

projetistas podem selecionar o modelo que melhor se ajuste as suas

necessidades. Os diferentes modelos de microcontroladores se agrupam por

"famlia". Uma famlia pode ser formada por um conjunto de modelos cujas

caractersticas e recursos so bastante similares.

Um microcontrolador precisa ser programado, ou seja, o projetista deve

escrever um programa que contenha todo o processamento que o

microcontrolador deve executar. Este programa pode ser escrito em uma

linguagem chamada "Assembly" que por se tratar de uma linguagem de "baixo

nvel" e se encontrar "mais prximo" linguagem da mquina (binria) apresenta

uma relativa complexidade. Por isso, a realizao de projetos com esta

linguagem exige um grande esforo intelectual e muito mais tempo de projeto.

Utiliza-se neste curso o PIC16f877 por ter literatura acessvel, fcil de ser

programado e atender aos objetivos do curso. Este microcontrolador apresenta

diversos recursos j embutidos, dos quais podemos citar: 8 entradas analgicas,

sadas PWM, 8kBytes de memria ROM e 33 I/Os.


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2. PIC 16F877A- Caractersticas Gerais

O dispositivo programvel PIC 16F877A, possui vrias funes na sua

arquitetura , muito importantes em projetos de automao, como por exemplo:

Microcontrolador com 40 pinos, incluindo pinos analgicos e 33 I/O's;

15 tipos de interrupes disponveis: timers, contagem, pulso externo, etc;

Clockde 4 at 20MHz;

Pilha com oito nveis de profundidade;

Memria RAM com 368 bytes;

Conversores Analgico/Digital (A/D);

Modo Sleep;

Diferentes opes para osciladores (crystal, oscilador RC, etc);

PWM;

Modo USART (para comunicao serial);

8kBytes de memria ROM;

2.1 - Pinagem e funes

Mostra-se na figura 3 a pinagem e um resumo da descrio e funo decada pino deste microcontrolador. Deve ser notado que a maioria dos pinos

possui vrias funes, no significando que as funes possam ser exercidas ao

mesmo tempo.


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Figura 3- Pinagem DIP-Microcontrolador PIC 16F877A.

1. MCLR : Master Clear Quando em nvel baixo (0V), define situao de

RESET. Quando em nvel alto (5V), determina programa em execuo.

VPP: Tenso de programao Quando este pino estiver em 13.4V, o

microcontrolador entra em modo gravao, permitindo a transferncia de

um programa via ICSP;

1. RA0 Entrada / sada digital. AN0 Entrada analgica canal 0 para o ADCinterno;

2. RA1 Entrada / sada digital. AN1 Entrada analgica canal 1 para o ADCinterno;

3. RA2 Entrada / sada digital. AN2 Entrada analgica canal 2 para o ADC

interno. Vref- Uso do pino para definir a referncia negativa para o

conversor AD;


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4. RA3 Entrada / sada digital. AN3 Entrada analgica canal 3 para o ADC

interno. Vref+ Uso do pino para definir a referncia positiva para o

conversor AD;

5. RA4 Entrada / sada digital. TOCKI Contador rpido;

6. RA5 Entrada / sada digital. AN4 Entrada analgica canal 4. SS Slave

Selectpara porta serial sncrona;

7. RE0 Entrada / sada digital. RD Entrada de controle de leitura para

porta paralela escrava. AN5 Entrada analgica canal 5;

8. RE1 Entrada / sada digital. WR Entrada de controle de gravao paraporta paralela escrava. AN6 - Entrada analgica canal 6;

9. RE2 Entrada / sada digital. CS Chip Select para porta paralela

escrava. AN7 Entrada analgica canal 7;

10. VDD Alimentao (preferncia 3V a 5V);

11. VSS Referncia (0V / GND);

12. OSC1/CLKIN Pino para ligao do circuito oscilador externo (entrada).

Usado em conjunto com o pino OSC/CLKOUT. Recomendado usar cristal

de 4 a 20 MHz;

13. OSC2/CLKOUT Pino para ligao do circuito oscilador externo (sada);

14. RC0 Entrada / sada digital. T1OSO Sada do oscilador do TIMER1.

T1CKI Entrada de clock para TIMER1;

15. RC1 Entrada / sada digital. T1OSI Entrada do oscilador do TIMER1.

CCP2 Entrada de captura 2, sada de comparador 2 ou PWM 2;

16. RC2 Entrada / sada digital. CCP1 Entrada de captura 1, sada de

comparador 1 ou PWM 1;

17. RC3 Entrada / sada digital. SCK/SCL Entrada ou sada de sinal de

clock serial sncrono para SPI e I2C;


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18. RD0 Entrada / sada digital. PSP0 Pino 0 da porta paralela escrava;




22. RC4 Entrada / sada digital. SDI Entrada de dados em SPI. DAS

Entrada/sada de dados em modo I2C;

23. RC5 Entrada / sada digital. SD0 Sada de dados SPI;

24. RC6 Entrada / sada digital. TX Pino para transmisso serialassncrona. CK Clockpara transmisso sncrona;

25. RC7 Entrada / sada digital. RX Pino para recepo serial assncrona.

DT Dados da serial sncrona;





30. VSS - Referncia (0V / GND);

31. VDD Tenso de alimentao (mesma que pino 11);

32. RB0 Entrada / sada digital. INT Entrada de sinal de interrupo via

hardware;

33. RB1 Entrada / sada digital;

34. RB2 - Entrada / sada digital;

35. RB3 Entrada / sada digital. PGM Entrada de sinal para gravao em

baixa tenso (5V);



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38. RB6 Entrada / sada digital. PGC Clock para programao ICSP ou

pino para depurao;

39. RB7 Entrada / sada digital. PGD Dados para programao ICSP ou

pino para depurao;

2.2 - Arqu itetura interna e func ionamento

A arquitetura de trabalho do PIC a Havard, Figura 4, que utiliza dois

barramentos em seu funcionamento, um para dados que normalmente possui 8

bits e outro de endereamento de memria, com 14 bits, usualmente. Nessa

arquitetura, tem-se uma velocidade de processo maior, pois uma vez utilizado um

endereamento, enquanto a CPU trabalha com os dados, o barramento de

endereos procura e coloca a posio do prximo comando disposio da CPU.

No modo de operao Von-Neumann necessrio mais tempo e

comandos de memria para o funcionamento, pois os dados e os endereos

necessitam "dividir" o mesmo barramento, como mostrado na Figura 4.

Figura 4- Arquitetura Havard x Von-Neumann.

Na Figura 5 ilustra-se a Arquitetura Interna, com os vrios componentes de

hardware. Nesta figura pode-se observar a presena de 5 Ports de I/Os para

comunicao externa, entre os quais, tem-se 8 pinos para entrada/sada de sinais

analgicos.

O barramento de dados se encontra direita do contador de programa

(PC-Program Counter) que est diretamente ligado memria FLASH de

programa. O barramento de programa est diretamente associado ao conjunto de


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instrues do PIC e, por conseguinte, este se encontra multiplexado para dar

acesso ULA (Unidade Lgica e Aritmtica).

Para executar uma operao (lgica /aritmtica) utiliza-se a ULA, que

decodifica o tipo de instruo a ser realizada primeiramente e, logo depois,

executa a operao nos dados que viro posteriormente com ajuda do MUX

(Multiplexador). O resultado guardado no WReg que um dos registradores

mais importantes do PIC (registrador acumulador).

Do lado esquerdo da ULA, tm-se os registradores que provm das

configuraes iniciais do PIC. Estas configuraes precisam ser especificadas no

incio de qualquer programa, tais como,

-Brown-Out Reset: tem a funo de esperar a alimentao se estabilizar antes

de fornecer energia ao microcontrolador;

- Oscillator Start-up Timer: o programador deve especificar que tipo de clock

est usando: crystal, oscilador RC, etc;

- Watchdog Timer: em preveno a erros no programa, este um circuito de

resetautomtico do PIC a um determinado tempo (de 0 a 255), que pode ser ou

no habilitado na programao;

- Low-Voltage Programming: circuito que nos auxilia na programao do

microcontrolador;

- Instruction Decode & Control: registrador que possui os cdigos demquina

que sero utilizados pela ULA para cada instruo feita pelo programador. A

funo desse registrador interpretar a linguagem de programao Assemblye

decodific-la em linguagem de mquina.

Na Figura 5, tem-se mais algumas funes do PIC, destacando o modo

USART que uma comunicao externa que o PIC possui para atravs de uma

porta RS232 se comunicar com um computador. Tambm se encontram timers,

modo comparador tenso de referncia, conversor digital analgico (por causa

das entradas analgicas do PIC), entre outros.


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Figura 5- Arquitetura interna do PIC.


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2.3 Memrias de Programa x Memria de Dados

Memrias de Programa- O PIC possui uma memria de programa de 14 bits do

tipo FLASH (Figura 6), regravvel eletronicamente e de grande velocidade de

trabalho. Essa memria designada para a programao do PIC, possuindo as

seguintes caractersticas:

Vetor de reset: onde o programa inicia ( PIC 16F877A), endereo 0x00H.

Vetor de interrupo:aps cada interrupo o contador de programa (PC)

pula automaticamente para essa posio que, no PIC 16F877A, possui o

endereo 0x 04H.

Pilha:a pilha guarda o endereo para os desvios de fluxo na programao.

O PIC 16F877A possui uma pilha de 8 nveis, ou seja, ela pode guardar at 8

endereos de retorno.

Figura 6- Mapa da Memria de Programa-FLASH.

Memria de Dados - a memria de dados dividida em 4 bancos de memriapara facilitar a programao. Essa memria constituda de vrios registradores


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para guardar os dados de 8 bits a serem usados na programao e configurao

de trabalho do microcontrolador. Existem dois tipos de registradores:

Registradores Especiais (SFR's):so pr-determinados pelo fabricante.

Normalmente possuem locais para que se possa configurar o modo de operao

do microcontrolador. Por exemplo: para definir se o PORTB vai ser entrada ou

sada, tem-se o registrador especial TRISB.

Registradores de Uso Geral: so registradores definidos pelo usurio.

Fazendo-se uma comparao, o mesmo que as variveis criadas em linguagens

de programao, com a diferena que se nomeia o endereo do dado e no o

dado em si.

Observa-se na Figura 7, o mapa da Memria de dados para o PIC

16F877A,


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Figura 7- Bancos de memrias para os registradores de dados.


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3. CIRCUITOS EXTERNOS PARA O PIC.

Para o uso do PIC so necessrios alguns circuitos auxiliares que fazem

com que o microcontrolador funcione plenamente e exera suas funes. Entre

esses circuitos esto o circuito de clock, reset e alimentao.

3.1 Circuito de Clock

A CPU (Central Processing Unit ) do PIC necessita de um sinal de

sincronismo , clock,para funcionar . Um quarto do clockgera o que se chama de

ciclo de mquina, que fornece sua base de tempo. Por exemplo, uma instruo

pode demorar 2 ciclos de mquina . O nmero de ciclos de mquina necessrios

para a execuo de cada instruo variado para cada tipo de comando.

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O circuito de clockexterno mais usado em projetos com PIC que utiliza

um crystal oscilador, por apresentar uma melhor estabilidade do sinal. O

esquema de ligao para esse tipo de clockpode ser visto na Figura 8.

Figura 8- Esquema de ligao para o crystalde quartzo

3.2 - Reset

O circuito de reset do microcontrolador reinicializa a execuo do

programa. Um sinal de nvel baixo (low) no pino 1 (MCLR

- Master Clean Reset),


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reseta o microcontrolador . Esse controle feito por uma chave conforme se

mostra no circuito da Figura 9,

Figura 9- Circuito para reset manual do PIC.

O ponto A da figura 9 ligado no pino 1 do PIC 16F877A. Quando o boto

apertado, o contador de programa (PC) voltar a indicar o endereo 0x00H do

programa principal, alm de resetar todos os nveis lgicos do chip.


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4 - SoftwaresAuxiliares

Como dito anteriormente, o microcontrolador um chip programvel.

Portanto, necessita de softwaresauxiliares para o desenvolvimento de um projeto

no caso do PIC, podem ser utilizados trs softwares:

PROTEUS 7 PROFESSIONAL, para simulao do projeto;

MIKRO C PRO FOR PIC, para a programao em linguagem C e;

MPLAB (proprietrio do gravador-Microchip) para a gravao do programa

no microcontrolador.

4.1 - Softwarede Simulao

Para simular os projetos do PIC, pode-se usar o programa PROTEUS 7

PROFESSIONAL que fornece uma vasta biblioteca de componentes que so

muito teis e fortemente recomendados para ser utilizado como ferramenta de

simulao de circuitos, tanto digitais, quanto analgicos.

Esse programa consta de dois aplicativos que so: ISISe o ARES. O ISIS

a ferramenta de simulao de circuitos e oARES uma interface para a criao

de placas impressas.

4.2 - Softwares de Desenvolvimento do Programa.

A programao do PIC pode ser feita em linguagem Assembly usando para

isso o programa MPLAB. A linguagem C oferece vantagens, como a compactao

e desta forma utiliza menos espao na memria de programa. Programando em

C, um dos programas bastante utilizado o softwareMIKRO C FOR PIC .

4.3 - Softwares de Gravao

O MPLAB tambm utilizado para a gravao dos programas no

microcontrolador da famlia PIC, usando o gravador da mosaico produtos.


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O aplicativo ISIS permite fazer os esquemas de ligaes para o circuito.

Caso seja necessrio fazer uma placa de circuito impresso, pode-se utilizar o

aplicativo ARES. Para isso leva-se todas as ligaes feitas no ISIS diretamente

para o ARES, clicando no cone do ARES que aparece na interface do ISIS.

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