CAPITOLUL 1

CAPITOLUL 1Introducere n MicrocontrolereIntroducereCircumstanele n care ne gsim astzi n domeniul microcontrolerelor i-au avut nceputurile n dezvoltarea tehnologiei circuitelor integrate. Aceast dezvoltare a fcut posibil nmagazinarea a sute de mii de tranzistoare ntr-un singur cip. Aceasta a fost o premiz pentru producia de microprocesoare, i primele calculatoare au fost fcute prin adugarea perifericelor ca memorie, linii intrare-ieire, timer-i i altele. Urmtoarea cretere a volumului capsuleia dus la crearea circuitelor integrate. Aceste circuite integrate conin att procesorul ct i perifericele. Aa s-a ntmplat cum primul cip coninnd un microcalculator, sau ce va deveni cunoscut mai trziu ca microcontroler a luat fiin.

IstorieEste anul 1969, i o echip de ingineri japonezi de la compania BUSICOM sosesc n Statele Unite cu cererea ca unele circuite integrate pentru calculatoare s fie fcute folosind proiectele lor. Propunerea a fost fcut ctre INTEL, iar Marcian Hoff a fost desemnat responsabil cu acest proiect. Pentru c el era cel ce avea experien n lucrul cu un calculator (PC) PDP8, i-a venit s sugereze o soluie diferit fundamental n locul construciei propuse. Aceast soluie presupunea c funcionarea circuitului integrat este determinat de un program memorat n el. Aceasta a nsemnat c configuraia ar fi fost mult mai simpl, dar aceasta ar fi cerut mult mai mult memorie dect ar fi cerut proiectul propus de inginerii japonezi. Dup un timp, cu toate c inginerii japonezi au ncercat s caute o soluie mai simpl, ideea lui Marcian a ctigat, i a luat natere primul microprocesor. n transformarea unei idei ntr-un produs finit, Frederico Faggin a fost de un ajutor major pentru INTEL. El s-a transferat la INTEL, i doar n 9 luni a reuit s scoat un produs din prima sa concepie. INTEL a obinut drepturile de a vinde acest bloc integral n 1971. n primul rnd ei au cumprat licena de la compania BUSICOM care nu au avut idee ce comoar avuseser. n timpul acelui an a aprut pe pia un microprocesor numit 4004. Acela a fost primul microprocesor de 4 bii cu vitez 6000 operaii pe secund. Nu mult dup aceea, compania american CTC a cerut de la INTEL i de la Texas Instruments s fac un microprocesor pe 8 bii pentru folosin n terminale. Cu toate c CTC a renunat la aceast idee pn la sfrit, INTEL i Texas Instruments au continuat s lucreze la microprocesor i n aprilie 1972 a aprut pe pia primul microprocesor de 8 bii sub numele de 8008. Putea s adreseze 16Kb de memorie i avea 45 de instruciuni i viteza de 300.000 de operaii pe secund. Acel microprocesor a fost predecesorul tuturor microprocesoarelor de astzi. INTEL au continuat dezvoltrile lor pn n aprilie 1974 i au lansat pe pia microprocesorul de 8 bii sub numele de 8080 ce putea adresa 64Kb de memorie i avea 75 de instruciuni, iar preul ncepuse de la 360$. ntr-o alt companie american Motorola, i-au dat seama repede ce se ntmpla, aa c au lansat pe pia un microprocesor de 8 bii 6800. Constructor ef era Chuck Peddle i pe lng microprocesorul propriu-zis, Motorola a fost prima companie care s fac alte periferice ca 6820 i 6850. La acel timp multe companii au recunoscut marea importan a microprocesoarelori au nceput propriile lor dezvoltri. Chuck Peddle prsete Motorola pentru a se muta la MOS Technology i continu s lucreze intensiv la dezvoltarea microprocesoarelor. La expoziia WESCON din Statele Unite din 1975 a avut loc un eveniment critic n istoria microprocesoarelor. MOS Technology a anunat c produce microprocesoarele 6501 i 6502 la 25$ bucata pe care cumprtorii le puteau cumpra imediat. Aceasta a fost att de senzaional nct au crezut c este un fel de nelciune, gndind c competitorii vindeau 8080 i 6800 la 179$. Ca un rspuns la competitorii lor att INTEL ct i Motorola au sczut preurile lor n prima zi a expoziiei pn la 69.95$ pe microprocesor. Motorola intenteaz repede proces contra lui MOS Technology i contra lui Chuck Peddle pentru copierea protejatului 6800. MOS Technology nceteaz de a mai produce 6501 dar continu s produc 6502. 6502 este un microcontroler pe 8 bii cu 56 de instruciuni i o capabilitate de adresare direct de 64Kb de memorie. Datorit costului sczut, 6502 devine foarte popular, aa c este instalat n calculatoareca :KIM-1, Apple I, Apple II, Atari, Comodore, Acorn, Oric, Galeb, Orao, Ultrai multe altele. Curnd apar civa productori de 6502 (Rockwell, Sznertek, GTE, NCR, Ricoh i Comodore preiau MOS Technology) ce era n momentul prosperitii sale vndut la o rat de 15 milioane de microprocesoare pe an! Alii totui nu au cedat. Federico Faggin prsete INTEL, i i pornete propria sa companie Zilog Inc.

n 1976 Zilog anun Z80. n timpul crerii acestui microprocesor, Faggin ia o decizie crucial. tiind c un mare numr de programe fuseser dezvoltate pentru 8080, Faggin i d seama c muli vor rmne fideli acelui microprocesor din cauza marii cheltuieli care ar rezulta n urma refacerii tuturor programelor. Astfel el decide c un nou microprocesor trebuie s fie compatibil cu 8080, sau c trebuie s fie capabil s execute toate programele care deja fusese scrise pentru 8080. n afar acestor caracteristici, multe altele noi au fost adugate, aa c Z80 a fost un microprocesor foarte puternic la vremea lui. Putea adresa direct 64Kb de memorie, avea 176 instruciuni, un numr mare de registre, o opiune incorporat pentru remprosptarea memoriei RAM dinamice, o singur surs, vitez de lucru mult mai mare etc. Z80 a fost un succes mare i toat lumea a fcut conversia de 8080 la Z80. Se poate spune c Z80 comercial, a fost fr nici o ndoial, cel mai de succes micropocesor de 8 bii a acelui timp. n afar de Zilog, ali noi productori apar de asemenea ca: Mostek, NEC, SHARP i SGS. Z80 a fost inima a multor calculatoare ca: Spectrum, Partner, TRS703, Z-3.n 1976, INTEL iese pe pia cu o versiune mbuntit de microprocesor pe 8 bii numit 8085. Totui, Z80 era cu mult mai bun nct INTEL curnd a pierdut btlia. Chiar dac au aprut pe pia nc cteva microprocesoare (6809, 2650, SC/MP etc.), totul fusese de fapt deja hotrt. Nu mai erau de fcut mbuntiri importante ca s-i fac pe productori s se converteasc spre ceva nou, aa c 6502 i Z80 mpreun cu 6800 au rmas ca cei mai reprezentativi ai microprocesoarelor de 8 bii ai acelui timp.

Microcontrolere contra MicroprocesoareMicrocontrolerul difer de un microprocesor n multe feluri. n primul rnd i cel mai important este funcionalitatea sa. Pentru a fi folosit, unui microprocesor trebuie s i se adauge alte componente ca memorie, sau componente pentru primirea i trimiterea de date. Pe scurt, aceasta nseamn c microprocesorul este inima calculatorului. Pe de alt parte, microcontrolerul este proiectat s fie toate acestea ntr-unul singur. Nu sunt necesare alte componente externe pentru aplicarea sa pentru c toate perifericele necesare sunt deja incluse n el. Astfel, economisim timpul i spaiul necesare pentru construirea de aparate.

1.1 Unitatea de memorie Memoria este o parte a microcontrolerului a crei funcie este de a nmagazina date. Cel mai uor mod de a explica este de a-l descrie ca un dulap mare cu multe sertare. Dac presupunem c am marcat sertarele ntr-un asemenea fel nct s nu fie confundate, oricare din coninutul lor va fi atunci uor accesibil. Este suficient s se tie desemnarea sertarului i astfel coninutul lui ne va fi cunoscut n mod sigur. Componentele de memorie sunt exact aa. Pentru o anumit intrare obinem coninutul unei anumite locaii de memorie adresate i aceasta este totul. Dou noi concepte ne sunt aduse: adresarea i locaia de memorie. Memoria const din toate locaiile de memorie, i adresarea nu este altceva dect selectarea uneia din ele. Aceasta nseamn c noi trebuie s selectm locaia de memorie la un capt, i la cellalt capt trebuie s ateptm coninutul acelei locaii. n afar de citirea dintr-o locaie de memorie, memoria trebuie de asemenea s permit scrierea n ea. Aceasta se face prin asigurarea unei linii adiionale numit linie de control. Vom desemna aceast linie ca R/W (citete /scrie). Linia de control este folosit n urmtorul fel: dac r/w=1, se face citirea, i dac opusul este adevrat atunci se face scrierea n locaia de memorie. Memoria este primul element, dar avem nevoie i de altele pentru ca microcontrolerul nostru s funcioneze. 1.2 Unitatea de procesare centralS adugm alte 3 locaii de memorie pentru un bloc specific ce va avea o capabilitate incorporat de nmulire, mprire, scdere i s-i mutm coninutul dintr-o locaie de memorie n alta. Partea pe care tocmai am adugat-o este numit "unitatea de procesare central" (CPU). Locaiile ei de memorie sunt numite regitri.

Regitrii sunt deci locaii de memorie al cror rol este de a ajuta prin executarea a variate operaii matematice sau a altor operaii cu date oriunde se vor fi gsit datele. S privim la situaia curent. Avem dou entiti independente (memoria i CPU)ce sunt interconectate, i astfel orice schimb de informaii este ascuns, ca i funcionalitatea sa. Dac, de exemplu, dorim s adugm coninutul a dou locaii de memorie intoarcem rezultatul napoi n memorie, vom avea nevoie de o conexiune ntre memorie i CPU. Mai simplu formulat, trebuie s avem o anumit"cale" prin care datele circul de la un bloc la altul. 1.3 Bus-ul Calea este numit "bus"- magistral. Fizic, el reprezint un grup de 8, 16, sau mai multe fire. Sunt dou tipuri de bus-uri: bus de adres i bus de date. Primul const din attea linii ct este cantitatea de memorie ce dorim s o adresm, iar cellalt este att de lat ct sunt datele, n cazul nostru 8 bii sau linia de conectare. Primul servete la transmiterea adreselor de la CPU la memorie, iar cel de al doilea la conectarea tuturor blocurilor din interiorul microcontrolerului.n ceea ce privete funcionalitatea, situaia s-a mbuntit, dar o nou problem a aprut de asemenea: avem o unitate ce este capabil s lucreze singur, dar ce nu are nici un contact cu lumea de afar, sau cu noi! Pentru a nltura aceast deficien, s adugm un bloc ce conine cteva locaii de memorie al cror singur capt este conectat la bus-ul de date, iar cellalt are conexiune cu liniile de ieire la microcontroler ce pot fi vzute cu ochiul liber ca pini la componenta electronic. 1.4 Unitatea intrare-ieire Aceste locaii ce tocmai le-am adugat sunt numite "porturi". Sunt diferite tipuri de porturi: intrare, ieire sau porturi pe dou-ci. Cnd se lucreaz cu porturi, mai nti de toate este necesar s se aleag cu ce port urmeaz s se lucreze, i apoi s se trimit date la, sau s se ia date de la port. Cnd se lucreaz cu el portul se comport ca o locaie de memorie. Ceva este pur i simplu scris n sau citit din el, i este posibil de a remarca uor aceasta la pinii microcontrolerului. 1.5 Comunicaia serial Cu aceasta am adugat la unitatea deja existent posibilitatea comunicrii cu lumea de afar. Totui, acest mod de comunicare are neajunsurile lui. Unul din neajunsurile de baz este numrul de linii ce trebuie s fie folosite pentru a transfera datele. Ce s-ar ntmpla dac acestea ar trebui transferate la distan de civa kilometri? Numrul de linii nmulit cu numrul de kilometri nu promite costuri eficiente pentru proiect. Nu ne rmne dect s reducem numrul de liniintr-un aa fel nct s nu scdem funcionalitatea. S presupunem c lucrm doar cu 3 linii, i c o linie este folosit pentru trimiterea de date, alta pentru recepie i a treia este folosit ca o linie de referinatt pentru partea de intrare ct i pentru partea de ieire. Pentru ca aceasta s funcioneze, trebuie s stabilim regulile de schimb ale datelor. Aceste reguli sunt numite protocol. Protocolul este de aceea definit n avans ca s nu fie nici o nenelegere ntre prile ce comunic una cu alta. De exemplu, dac un om vorbete n francez, i altul vorbete n englez, este puin probabil c ei se vor nelege repede i eficient unul cu altul. S presupunem c avem urmtorul protocol. Unitatea logic "1" este setat pe linia de transmisie pn ce ncepe transferul. Odat ce ncepe transferul, coborm linia de transmisie la "0" logic pentru o perioad de timp (pe care o vom desemna ca T), aa c partea receptoare va ti c sunt date de primit, aa c va activa mecanismul ei de recepie. S ne ntoarcem acum la partea de transmisie i s ncepem s punem zero-uri i unu-uri pe linia de transmisie n ordinea de la un bit a celei mai de jos valori la un bit a celei mai de sus valori. S lsm ca fiecare bit s rmn pe linie pentru o perioad de timp egal cu T, i la sfrit, sau dup al 8-lea bit, s aducem unitatea logic "1" napoi pe linie ce va marca sfritul transmisiei unei date. Protocolul ce tocmai l-am descris este numit n literatura profesional NRZ (Non-Return to Zero).

Unitatea serial folosit pentru a trimite date, dar numai prin trei liniiPentru c avem linii separate de recepie i de transmitere, este posibil s recepionm i s transmitem date (informaii) n acelai timp. Blocul aa numit full-duplex mode ce permite acest mod de comunicare este numit blocul de comunicare serial. Spre deosebire de transmisia paralel, datele sunt mutate aici bit cu bit, sau ntr-o serie de bii, de unde vine i numele de comunicaie serial. Dup recepia de date trebuie s le citim din locaia de transmisie i s le nmagazinm n memorie n mod opus transmiterii unde procesul este invers. Datele circul din memorie prin bus ctre locaia de trimitere, i de acolo ctre unitatea de recepie conform protocolului. 1.6 Unitatea timer Acum c avem comunicaia serial, putem recepiona, trimite i procesa date. Totui, pentru noi ca s putem s l folosim n industrie mai avem nevoie de cteva blocuri. Unul din acestea este blocul timer care este important pentru noi pentru c ne d informaia de timp, durat, protocol etc. Unitatea de baz a timer-ului este un contor liber (free-run) care este de fapt un registru a crui valoare numeric crete cu unu la intervale egale, aa nct lundu-i valoarea dup intervalele T1 i T2 i pe baza diferenei lor s putem determina ct timp a trecut. Acesta este o parte foarte important a microcontrolerului al crui control cere cea mai mare parte a timpului nostru. 1.7 Watchdog-ul nc un lucru ce necesit atenia noastr este funcionarea fr defecte a microcontrolerului n timpul funcionrii. S presupunem c urmarea unei anumite interferene (ce adesea se ntmpl n industrie) microcontrolerul nostru se oprete din executarea programului, sau i mai ru, ncepe s funcioneze incorect.Bineneles, cnd aceasta se ntmpl cu un calculator, l resetm pur i simplu i va continua s lucreze. Totui, nu exist buton de resetare pe care s-l apsm n cazul microcontrolerului care s rezolve astfel problema noastr. Pentru a depi acest obstacol, avem nevoie de a introduce nc un bloc numit watchdog-cinele de paz. Acest bloc este de fapt un alt contor liber (free-run) unde programul nostru trebuie s scrie un zero ori de cte ori se execut corect. n caz c programul se "nepenete", nu se va mai scrie zero, iar contorul se va reseta singur la atingerea valorii sale maxime. Aceasta va duce la rularea programului din nou, i corect de aceast dat pe toat durata. Acesta este un element important al fiecrui program ce trebuie s fie fiabil fr supravegherea omului. 1.8 Convertorul Analog-Digital Pentru c semnalele de la periferice sunt substanial diferite de cele pe care le poate nelege microcontrolerul (zero i unu), ele trebuie convertite ntr-un mod care s fie neles de microcontroler. Aceast sarcin este ndeplinit de un bloc pentru conversia analog-digital sau de un convertor AD. Acest bloc este responsabil pentru convertirea unei informaii despre o anumit valoare analogic ntr-un numr binar i pentru a o urmri pe tot parcursul la un bloc CPU aa ca blocul CPU s o poat procesa.

Astfel microcontrolerul este acum terminat, i tot ce mai rmne de fcut este de a-l pune ntr-o component electronic unde va accesa blocurile interioare prin pinii exteriori. Imaginea de mai jos arat cum arat un microcontroler n interior. Configuraia fizic a interiorului unui microcontrolerLiniile subiri ce merg din interior ctre prile laterale ale microcontrolerului reprezint fire conectnd blocurile interioare cu pinii capsulei microcontrolerului. Schema urmtoare reprezint seciunea central a microcontrolerului.

Pentru o aplicaie real, un microcontroler singur nu este de ajuns. n afar de microcontroler, avem nevoie de un program pe care s-l execute, i alte cteva elemente ce constituie o interfa logic ctre elementele de stabilizare (ce se va discuta n capitolele urmtoare). 1.9 Programul Scrierea programului este un domeniu special de lucru al microcontolerului i este denumit "programare". S ncercm s scriem un mic program ce l vom crea singuri i pe care oricine va fi n stare s-l neleag. STARTREGISTER1=MEMORY LOCATION_AREGISTER2=MEMORY LOCATION_BPORTA=REGISTER1 + REGISTER2END Programul adun coninutul a dou locaii de memorie, i vede suma lor la portul A. Prima linie a programului este pentru mutarea coninutul locaiei de memorie "A" ntr-unul din regitri unitii de procesare centrale. Pentru c avem nevoie i de celelalte date de asemenea, le vom muta de asemenea n cellalt registru al unitii de procesare centrale. Urmtoarea instruciune instruiete unitatea de procesare central s adune coninutul celor doi regitri s trimit rezultatul obinut la portul A, nct suma acestei adunri s fie vizibil pentru toat lumea de afar. Pentru o problem mai complex, programul care s lucreze la rezolvarea ei va fi mai mare.

Programarea poate fi fcut n cteva limbaje ca Assembler, C i Basic care sunt cele mai folosite limbaje. Assembler aparine limbajelor de nivel sczut ce sunt programate lent, dar folosesc cel mai mic spaiu n memorie i d cele mai bune rezultate cnd se are n vedere viteza de execuie a programului. Pentru c este cel mai folosit limbaj n programarea microcontrolerelor va fi discutat ntr-un capitol ulterior. Programele n limbajul C sunt mai uor de scris, mai uor de neles, dar sunt mai lente n executare dect programele n Assembler. Basic este cel mai uor de nvat, i instruciunile sale sunt cele mai aproape de modul de gndire a omului, dar ca i limbajul de programare C este de asemenea mai lent dect Assembler-ul. n orice caz, nainte de a v hotr n privina unuia din aceste limbaje trebuie s studiai cu atenie cerinele privind viteza de execuie, mrimea memoriei i timpul disponibil pentru asamblarea sa. Dup ce este scris programul, trebuie s instalm microcontrolerul ntr-un aparat i s-l lsm s lucreze. Pentru a face aceastatrebuie s adugm cteva componente externe necesare pentru funcionarea sa. Mai nti trebuie s dm via microcontrolerului prin conectarea sa la o surs (tensiune necesar pentru operarea tuturor instrumentelor electronice) i oscilatorului al crui rol este similar inimii din corpul uman. Bazat pe ceasul su microcontrolerul execut instruciunile programului. ndat ce este alimentat microcontrolerul va executa un scurt control asupra sa, se va uita la nceputul programului i va ncepe s-l execute. Cum va lucra aparatul depinde de muli parametri, cel mai important fiind priceperea dezvoltatorului de hardware, i de experiena programatorului n obinerea maximului din aparat cu programul su. CAPITOLUL 2 Microcontrolerul PIC16F84

IntroducerePIC16F84 aparine unei clase de microcontrolere de 8 bii cu arhitectur RISC. Structura lui general este artat n schia urmtoare reprezentnd blocurile de baz. Memoria program (FLASH)-pentru memorarea unui program scris. Pentru c memoria ce este fcut n tehnologia FLASH poate fi programat i tears mai mult dect odat, aceasta face microcontrolerul potrivit pentru dezvoltarea de component. EEPROM-memorie de date ce trebuie s fie salvate cnd nu mai este alimentare. Este n mod uzual folosit pentru memorarea de date importante ce nu trebuie pierdute dac sursa de alimentare se ntrerupe dintr-o dat. De exemplu, o astfel de dat este o temperatur prestabilit n regulatoarele de temperatur.Dac n timpul ntreruperii alimentrii aceast dat se pierde, va trebui s facem ajustarea nc o dat la revenirea alimentrii. Astfel componenta noastr pierde n privina auto-meninerii. RAM-memorie de date folosit de un program n timpul executrii sale. n RAM sunt memorate toate rezultatele intermediare sau datele temporare ce nu sunt cruciale la ntreruperea sursei de alimentare. PORTUL A i PORTUL B sunt conexiuni fizice ntre microcontroler i lumea de afar. Portul A are 5 pini, iar portul B are 8 pini. TIMER-UL LIBER (FREE-RUN) este un registru de 8 bii n interiorul microcontrolerului ce lucreaz independent de program. La fiecare al patrulea impuls de ceas al oscilatorului i ncrementeaz valoarea lui pn ce atinge maximul (255), i apoi ncepe s numere tot din nou de la zero. Dup cum tim timpul exact dintre fiecare dou incrementri ale coninutului timer-ului, poate fi folosit pentru msurarea timpului ce este foarte util la unele componente. UNITATEA DE PROCESARE CENTRAL are rolul unui element de conectivitate ntre celelalte blocuri ale microcontrolerului. Coordoneaz lucrul altor blocuri i execut programul utilizatorului.CISC, RISC

S-a spus deja c PIC1684 are o arhitectur RISC. Acest termen este adeseori gsitn literatura despre calculatoare, i are nevoie s fie explicat aici mai n detaliu. Arhitectura Harvard este un concept mai nou dect von-Neumann.S-a nscut din nevoia de mrire a vitezei microcontrolerului. n arhitectura Harvard, bus-ul de date i bus-ul de adrese sunt separate. Astfel este posibil un mare debit de date prin unitatea de procesare central, i bineneles, o vitez mai mare de lucru. Separareaprogramului de memoria de date face posibil ca mai departe instruciunile s nu trebuiasc s fie cuvinte de 8 bii. PIC16F84 folosete 14 bii pentru instruciuni ceea ce permite ca toate instruciunile s fie instruciuni dintr-un singur cuvnt. Este de asemenea tipic pentru arhitectura Harvard s aib mai puine instruciuni dect von-Newmann i s aib instruciuni executate uzual intr-un ciclu. Microcontrolerele cu arhitectur Harvard sunt de asemenea numite "microcontrolere RISC". RISC nseamn Reduced Instruction Set Computer. Microcontrolerele cu arhitectura von-Newmann sunt numite "microcontrolere CISC". Titlul CISC nseamn Complex Instruction Set Computer. Pentru c PIC16F84 este un microcontroler RISC, aceasta nseamn c are un set redus de instruciuni, mai precis 35 de instruciuni (de ex. microcontrolerele INTELi Motorola au peste 100 de instruciuni). Toate aceste instruciuni sunt executate ntr-un ciclu cu excepia instruciunilor jump i branch. Conform cu ceea ce spune constructorul, PIC16F84 ajunge la rezultate de 2:1 n compresia cod i 4:1 n vitez n comparaie cu alte microcontrolere de 8 bii din clasa sa. AplicaiiPIC16F84 se potrivete perfect n multe folosine, de la industriile auto i aplicaiile de control casnice la instrumentele industriale, senzori la distan, mnere electrice de ui i dispozitivele de securitate. Este de asemenea ideal pentru cardurile smart ca i pentru aparatele alimentate de baterie din cauza consumului lui mic.Memoria EEPROM face mai uoar aplicarea microcontrolerelor la aparate unde se cere memorarea permanent a diferitor parametri (coduri pentru transmitoare, viteza motorului, frecvenele receptorului, etc.). Costul sczut, consumul sczut, mnuirea uoar i flexibilitatea fac PIC16F84 aplicabil chiar i n domenii unde microcontrolerele nu au fost prevzute nainte (exemple: funcii de timer, nlocuirea interfeei n sistemele mari, aplicaiile coprocesor, etc.).Programabilitatea sistemului acestui cip (mpreun cu folosirea a doar doi pini n transferul de date) face posibil flexibilitatea produsului, dup ce asamblarea i testarea au fost terminate. Aceast capabilitate poate fi folosit pentru a crea producie pe linie de asamblare, de a nmagazina date de calibrare disponibile doar dup testarea final, sau poate fi folosit pentru a mbunti programele la produsele finite. Clock-ul /ciclul instruciune Clock-ul sau ceasul este starter-ul principal al microcontrolerului, i este obinut dintr-o component de memorie extern numit "oscilator". Dac ar fi s comparm un microcontroler cu un ceas de timp, "clock-ul" nostru ar fi un ticit pe care l-am auzi de la ceasul de timp. n acest caz, oscilatorul ar putea fi comparat cu arcul ce este rsucit astfel ca ceasul de timp s mearg. De asemenea, fora folosit pentru a ntoarce ceasul poate fi comparat cu o surs electric. Clock-ul de la oscilator intr ntr-un microcontroler prin pinul OSC1 unde circuitul intern al microcontrolerului divide clock-ul n 4 clock-uri egale Q1, Q2, Q3 i Q4 ce nu se suprapun. Aceste 4 clock-uri constituie un ciclu de o singur instruciune (numit de asemenea ciclu main) n timpul creia instruciunea este executat. Executarea instruciunii ncepe prin apelarea unei instruciuni care este urmtoarea n linie. Instruciunea este apelat din memoria program la fiecare Q1 i este scris n registrul de instruciuni la Q4. Decodarea i executarea instruciunii sunt fcute ntre urmtoarele cicluri Q1 i Q4. n urmtoarea diagram putem vedea relaia dintre ciclul instruciunii i clock-ul oscilatorului (OSC1) ca i aceea a clock-urilor interne Q1-Q4. Contorul de program (PC) reine informaia despre adresa urmtoarei instruciuni. PipeliningCiclul instruciune const din ciclurile Q1, Q2, Q3 i Q4. Ciclurile de instruciuni de apelare i executare sunt conectate ntr-un aa fel nct pentru a face o apelare, este necesar un ciclu cu o instruciune, i mai este nevoie de nc unul pentru decodare i executare. Totui, datorit pipelining-ului (folosirea unei pipeline-conduct, i este aducerea unei instruciuni din memorie n timp ce se execut alta), fiecare instruciune este executat efectiv ntr-un singur ciclu. Dac instruciunea cauzeaz o schimbare n contorul programului, i PC-ul nu direcioneaz spre urmtoarea ci spre alte adrese (poate fi cazul cu subprogramele jumps sau calling), 2 cicluri sunt necesare pentru executarea unei instruciuni. Aceasta este pentru c instruciunea trebuie procesat din nou, dar de data aceasta de la adresa corect. Ciclul ncepe cu clock-ul Q1, prin scrierea n registrul instruction register (IR). Decodarea i executarea ncepe cu clock-urile Q2, Q3 i Q4.

TYC0 citete instruciunea MOVLW 55h (nu are importan pentru noi ce instruciune a fost executat, ce explic de ce nu este un dreptunghi desenat n partea de jos).TCYI execut instruciunea MOVLW 55h i citete MOVWF PORTB.TCY2 execut MOVWF PORTB i citete CALL SUB_1.

TCY3 execut o apelare a subprogramului CALL SUB_1, i citete instruciunea BSF PORTA, BIT3. Pentru c instruciunea aceasta nu este aceea de care avem nevoie, sau nu este prima instruciune a subprogramului SUB_1 a crei execuie este urmtoarea n ordine, instruciunea trebuie citit din nou. Acesta este un bun exemplu a unei instruciuni avnd nevoie de mai mult de un ciclu.

TCY4 ciclul instruciunii este total folosit pentru citirea primei instruciuni din subprogram la adresa SUB_1.

TCY5 execut prima instruciune din subprogram SUB_1 i citete urmtoarea.Semnificaia pinilorPIC16F84 are un numr total de 18 pini. Cel mai adesea se gsete ntr-o capsul de tip DIP18 dar se poate gsi de asemenea i ntr-o capsul SMD care este mai mic ca cea DIP. DIP este prescurtarea de la Dual In Package. SMD este prescurtarea de laSurface Mount Devices sugernd c gurile pentru pini unde s intre acetia, nu sunt necesare n lipirea acestui tip de component.

Pinii microcontrolerului PIC16F84 au urmtoarea semnificaie: Pin nr.1 RA2 Al doilea pin la portul A. Nu are funcie adiional.Pin nr.2 RA3 Al treilea pin la portul A. Nu are funcie adiional.Pin nr.3 RA4 Al patrulea pin la portul A. TOCK1 care funcioneaz ca timer se gsete de asemenea la acest pin.Pin nr.4 MCLR Reseteaz intrarea i tensiunea de programare Vpp a microcontrolerului.Pin nr.5 VSS Alimentare, mas.Pin nr.6 RB0 Pin de zero la portul B. Intrarea ntrerupere este o funcie adiional.Pin nr.7 RB1 Primul pin la portul B. Nu are funcie adiional.Pin nr.8 RB2 Al doilea pin la portul B. Nu are funcie adiional.Pin nr.9 RB3 Al treilea pin la portul B. Nu are funcie adiional.Pin nr.10 RB4 Al patrulea pin la portul B. Nu are funcie adiional.Pin nr.11 RB5 Al cincilea pin la portul B.Nu are funcie adiional.Pin nr.12 RB6 Al aselea pin la portul B. Linia de 'Clock' n mod programare.Pin nr.13 RB7 Al aptelea pin la portul B. Linia 'Data' n mod programare.Pin nr.14 Vdd Polul pozitiv al sursei.Pin nr.15 OSC2 Pin desemnat pentru conectarea la un oscilator.Pin nr.16 OSC1 Pin desemnat pentru conectarea la un oscilator.Pin nr.17 RA2 Al doilea pin la portul A. Nu are funcie adiional.Pin nr.18 RA1 Primul pin la portul A. Nu are funcie adiional.

CAPITOLUL 3 Set Instruciuni Introducere Am menionat deja c microcontrolerul nu este ca orice alt circuit integrat. Cnd ies din producie cele mai multe circuite integrate sunt gata de a fi introduse n aparate ceea ce nu este cazul cu microcontrolerele. Pentru a face microcontrolerul s ndeplineasc o sarcin, trebuie s-i spunem exact ce s fac, sau cu alte cuvinte trebuie s scriem programul pe care microcontroleruls-l execute. Vom descrie n acest capitol instruciunile care alctuiesc assembler-ul, sau limbajul de programare cu nivel sczut pentru microcontrolerele PIC.Setde Instruciuni n Familia Microcontrolerului PIC16Cxx Setul complet care cuprinde 35 de instruciuni este dat n tabela urmtoare. Un motiv pentru un numr aa de mic de instruciuni st n primul rnd n faptul c discutm despre un microcontroler RISC ale crui instruciuni sunt bine optimizate avnd n vedere viteza de lucru, simplitatea arhitectural i compactitatea codului. Singurul neajuns este c programatorul trebuie s controleze o tehnic neconfortabil n a utiliza un set modest de 35 de instruciuni. Transfer de Date Transferul de date ntr-un microcontroler este fcut ntre registrul de lucru (W) i un registru f ce reprezint orice locaie n RAM-ul intern (indiferent dac acetia sunt regitri speciali sau de scop general).Primele trei instruciuni (a se vedea urmtorul tabel) fac ca o constant s fie nscris n registrul W (MOVLW este prescurtarea pentru MOVe Literal to W), i ca datele s fie copiate din registrul W n RAM i datele din RAM s fie copiate n registrul W (sau n aceeai locaie RAM, la care punct numai starea steguleului Z se schimb). Instruciunea CLRF scrie constanta 0 n registrul f , iar CLRW scrie constanta 0 n registrul W. Instruciunea SWAPF schimb locurile cmpului de nibbles- buci de 4 bii n interiorul unui registru. Aritmetic i logic Din toate operaiile aritmetice, PIC ca majoritatea microcontrolerelor, accept doar scderea i adunarea. Steguleele C, DC i Z sunt setate funcie de rezultatul adunrii sau scderii, dar cu o excepie: pentru c scderea se face ca o adunare a unei valori negative, eticheta C este invers urmnd scderii. Cu alte cuvinte, este setat dac operaia este posibil, i este resetat dac un numr mai mare a fost sczut din unul mai mic. Unitatea logic a PIC-ului are capabilitatea de a face operaiile AND (I), OR (SAU), EX-OR (SAU-EXCLUSIV), complementare (COMF) i rotaie (RLF i RRF). Instruciunile ce rotesc coninutul registrului mut biii n interiorul registrului prin eticheta C cu un spaiu la stnga (ctre bitul 7), sau la dreapta (ctre bitul 0). Bitul ce iese din registru este scris n steguleul C, i valoarea steguleului C este scris ntr-un bit al prii opuse a registrului.Operaii cu bii Instruciunile BCF i BSF fac setarea sau tergereaunui singur bit oriunde n memorie. Chiar dac pare o simpl operaie, este executat n aa fel ca CPU citete mai nti ntregul byte, schimb un bit n el i apoi scrie ntregul byte n acelai loc. Direcionarea debitului unuiprogram Instruciunile GOTO, CALL i RETURN sunt executate n acelai fel ca i n celelalte microcontrolere, numai stiva este independent de RAM-ul intern i limitat la opt nivele. Instruciunea RETLW k este identic cu instruciunea RETURN, cu excepia c nainte de a se ntoarcedintr-un subprogram, constanta definit de operandul din instruciuni este scris n registrul W. Aceast instruciune ne permite s proiectm uor tabelele (listele) Look-up. Cel mai mult le folosim la determinarea poziiei datelor n tabelul nostru adugnd-o la adresa la care ncep tabelele, i apoi citim datele din acea locaie (care este uzual gsit n memoria program). Tabelul poate fi format ca un subprogram ce const dintr-o serie de instruciuni RETLW k, unde constantele k sunt membri ai tabelului.

Scriem poziia unui membru al tabelului nostru n registrul W, i folosind instruciunea CALL apelm un subprogram care creaz tabelul. Prima linie de subprogram ADDWF PCL, f adaug poziia unui membru al registrului W la adresa de start a tabelului nostru, gsit n registrul PCL, i astfel obinem adresa datelor reale n memoria program. Cnd ne ntoarcem dintr-un subprogram vom avea n registrul W coninutul unui membru al tabelului adresat. n exemplul anterior, constanta k2 va fi n registrul W urmnd unei ntoarceri dintr-un subprogram.RETFIE (RETurn From Interrupt - Interrupt Enable) este o ntoarcere dintr-o rutin de ntrerupere i difer de o RETURN numai n aceea c seteaz automat bitul GIE (Global Interrupt Enable). La o ntrerupere, acest bit este automat ters. Cnd ncepe ntreruperea, numai valoarea contorului de program este pus n vrful stivei. Nu este prevzut memorarea automat a valorilor i strii registrului. Jump-urile (salturile) condiionale sunt sintetizate n dou instruciuni: BTFSC i BTFSS. Funcie de starea bitului n registrul f ce este testat, instruciunile sar sau nu peste instruciunea de program urmtoare. Perioada de Execuie a Instruciunii Toate instruciunile sunt executate ntr-un ciclu cu excepia instruciunilor ramur condiionale dac condiia a fost adevrat, sau dac coninutul contorului de program a fost schimbat de o anumit instruciune. n acest caz, execuia cere dou cicluri de instruciuni, iar al doilea ciclu este executat ca NOP (No Operation-Fr operaii). Patru clock-uri oscilator fac un ciclu instruciune. Dac folosim un oscilator cu frecvena de 4 MHz, timpul normal pentru execuia instruciunii este 1 s, i n caz de branching-ramificare condiional, perioada de execuie este 2 s. List de cuvinte f orice locaie de memorie ntr-un microcontrolerW registru de lucrub poziie bit n registru fd bit destinaielabel grup de opt caractere ce marcheaz nceputul unei pri de programTOS vrful stivei[] opiune poziie bit n registru*1 Dac portul I/O este operand surs, este citit starea pinilor microcontrolerului *2 Dac aceast instruciune este executat n registrul TMRO i dac d=1, prescaler-ul asignat acelui timer va fi automatters*3 Dac PC s-a modificat, sau rezultatul testului =1, instruciunea s-a executat n dou cicluri CAPITOLUL 4 Programare n Limbaj de Asamblare Introducere Abilitatea de a comunica este de mare importan n orice domeniu. Totui, este posibil numai dac amndoi partenerii de comunicare cunosc acelai limbaj, sau urmresc aceleai reguli n timpul comunicrii. Folosind aceste principii ca un punct de plecare, putem de asemenea defini comunicarea ce are loc ntre microcontrolere i om. Limbajul pe care microcontrolerul i omul l folosesc pentru a comunica este numit limbaj de asamblare. Titlul nsui nu are un neles deosebit, i este analog numelor altor limbaje, de ex. engleza i franceza. Mai precis, limbajul de asamblare este doar o soluie trectoare. Programele scrise n limbaj de asamblare trebuie traduse ntr-un limbaj de zero-uri i unu-uri pentru ca un microcontroler s-l neleag. Limbajul de asamblare i assembler-ul sau asamblorul sunt dou noiuni diferite. Primul reprezint un set de reguli folosite n scrierea unui program pentru un microcontroler, iar cellalt este un program n computerul personal care traduce limbajul de asamblare ntr-un limbaj de zero-uri i unu-uri. Un program ce este tradus n zero-uri i unu-uri este numit limbaj main.

Fizic, Program reprezint un fiier pe discul computerului (sau n memorie dac este citit ntr-un microcontroler),i este scris conform cu regulile de asamblare sau ale altui limbaj pentru programarea microcontrolerului. Omul poate nelege pentru c este constituit din semne i cuvinte ale alfabetului. Cnd se scrie un program, trebuie urmrite unele reguli pentru a se obine un efect dorit. Un Translator interpreteaz fiecare instruciune scris n limbajul de asamblare ca o serie de zero-uri i unu-uri ce au o semnificaie pentru logica intern a microcontrolerului. S lum de exemplu instruciunea RETURN pe care microcontrolerul o folosete pentru a se ntoarce dintr-un sub-program. Cnd asamblorul l traduce, obinem o serie de zero-uri i unu-uri pe care microcontroleul tie cum s-l interpreteze. Exemplu: RETURN 00 0000 0000 1000 Similar propoziiei de mai sus, fiecare instruciune de asamblare este interpretat ca i corespunznd unei serii de zero-uri i unu-uri. Locul unde aceast traducere a limbajului de asamblare se gsete , se numete un fiier de execuie. Vom ntlni adesea numele de fiier HEX. Acest nume vine de la o reprezentare hexazecimal a acelui fiier, ca i de la apendicele hex din titlu, de ex. run through.hex. Odat ce este generat, fiierul de execuie este citit n microcontroler printr-un programator. Un program n Limbaj de Asamblare este scris ntr-un program pentru procesarea textului (editorul) i este capabil de a produce un fiier ASCII pe discul computerului sau n zone specializate ca MPLAB ce se va explica n capitolul urmtor. Limbaj de Asamblare Elementele de baz ale limbajului de asamblare sunt: Label-uri sau Etichete

Instruciuni

Operanzi

Directive

Comentarii

Label-uri Un Label este o desemnare textual (n general un cuvnt uor de citit) pentru o linie ntr-un program, sau seciunea unui program unde micro-ul poate sri sau chiar nceputul unui set de linii a unui program. Poate fi folosit de asemenea pentru a executa ramificare de program (ca Goto.) i programul poate chiar avea o condiie ce trebuie ndeplinit pentru ca instruciunea Goto s fie executat. Este important pentru un label de a ncepe cu o liter a alfabetului sau cu o subliniere _. Lungimea label-ului poate fi de pn la 32 caractere. Este de asemenea important ca un label s nceap de la primul rnd.

Instruciuni Instruciunile sunt deja definite prin folosirea unui microcontroler specific, aa c ne rmne doar s urmm instruciunile pentru folosirea lor n limbajul de asamblare. Modul n care scriem o instruciune mai este numit sintaxa instruciunii. n exemplul urmtor putem recunoate o greeal n scriere pentru c instruciunile movlp i goto nu exist pentru microcontrolerul PIC16F84.

Operanzi Operanzii sunt elemente ale instruciunii pentru instruciunea ce este executat. Ei sunt de obicei regitri sau variabile sau constante. Constantele sunt numite literal-e. Cuvntul literal nseamn numr.

ComentariiComentariul este o serie de cuvinte pe care programatorul le scrie pentru a face programul mai clar i mai uor de citit. Se plaseaz dup o instruciune , i trebuie s nceap cu punct i virgul;.Directive O directiv este similar unei instruciuni, dar spre deosebire de o instruciune este independent de modelul microcontrolerului, i reprezint o caracteristic a limbajului de asamblare nsui. Directivelor le sunt date uzual nelesuri de scop prin variabile i regitri. De exemplu, LEVEL poate fi o desemnaie pentru o variabil n memoria RAM la adresa 0Dh. n felul acesta, variabila la acea adres poate fi accesat prin desemnaia LEVEL. Aceasta este mult mai uor pentru un programator s neleag dect s ncerce s-i aduc aminte c adresa 0Dh conine informaii despre LEVEL.

Un exemplu de program scris

Urmtorul exemplu ilustreaz un program simplu scris n limbaj de asamblare respectnd regulile de baz. Cnd se scrie un program, nafar de regulile obligatorii, sunt de asemenea unele reguli ce nu sunt scrise dar trebuie urmate. Una din ele s scrii numele programului la nceput, ce face programul, versiunea lui, date cnd a fost scris, tipul microcontrolerului pentru care a fost scris, i numele programatorului.

Pentru c aceste date nu sunt importante pentru translatorul de asamblare, este scris ca i comentarii. Trebuie remarcat c un comentariu ncepe totdeauna cu punct i virgul i c poate fi plasat ntr-un rnd nou sau poate urma dup instruciune. Este cel mai bine inut n rndul al treilea pentru a face traseul uor de urmrit. Dup deschiderea comentariului ce a fost scris, trebuie inclus directiva. Aceasta este artat n exemplul de mai sus. Pentru a funciona corect, trebuie s definim civa parametri ai microcontrolerului ca: - tipul oscilatorului - dac timer-ul watchdog este pe deschis, i - dac circuitul de resetare intern este activ. Toate acestea sunt definite prin urmtoarea directiv: _CONFIG _CP_OFF&_WDT_OFF&PWRTE_ON&XT_OSC Cnd toate elementele necesare au fost definite, putem ncepe scrierea unui program. n primul rnd, este necesar de a determina adresa de unde ncepe microcontrolerul, dup pornirea sursei de alimentare. Aceasta este (org 0x00). Adresa de la care ncepe programul dac are loc o ntrerupere este (org 0x04). Pentru c acesta este un program simplu, va fi suficient s direcionm microcontrolerul la nceputul programului cu o instruciune goto Main.Instruciunile gsite n Main sub-routine selecteaz bank-ul 1 al memoriei (BANK1) pentru a accesa registrul TRISIB, aa nct portul B s fie declarat ca o ieire (movlw 0x00, movwf TRISIB). Urmtorul pas este de a selecta bank-ul de memorie 0 i de a plasa statusul unu-lui logic la portul B (movlw 0Xff, movwf PORTB), i astfel programul principal este terminat. Trebuie s facem o alt bucl unde microcontrolerul s fie inut ca s nu se rtceasc dac se ntmpl o eroare. Pentru acest scop, se face o bucl infinit unde micro-ul este reinut n timp ce sursa este conectat. Necesarul sfrit de la concluzia fiecrui program informeaz translatorul de asamblare c nu mai sunt instruciuni n program. Directive de control 4.1 #DEFINE Schimb o bucat de text pentru o alta

Sintax:#define []

Descriere:De fiecare dat cnd apare n program , va fi nlocuit cu .

Exemplu:#define turned on 1#define turned off 0

Directive similare: #UNDEFINE, IFDEF,IFNDEF

4.2 INCLUDE Include un fiier adiional ntr-un program

Sintax:#include #include

Descriere:O aplicaie a acestei directive are efect ca i cum ntregul fiier a fost copiat ntr-un loc unde directiva include a fost gsit. Dac numele fiierului este n paranteze ptrate, avem de a face cu un fiier de sistem, i dac este n interiorul ghilimelelor de citare, avem de a face cu fiier de utilizator. Directiva include contribuie la un traseu mai bun al programului principal.

Exemplu:#include #include subprog.asm

4.3 CONSTANT D o valoare numeric constant desemnrii textuale

Sintax:Constant =

Descriere:De fiecare dat cnd apare n program, va fi nlocuit cu .

Exemplu:Constant MAXIMUM=100Constant Length=30

Directive similare: SET, VARIABLE

4.4 VARIABLE D o valoare numeric variabil desemnrii textuale

Sintax:Variable=

Descriere:Folosind aceast directiv, desemnarea textual se nlocuiete cu o valoare particular. Difer de directiva CONSTANT n aceea c dup aplicarea directivei, valoarea desemnrii textuale poate fi nlocuit.

Exemplu:variable level=20variable time=13

Directive similare: SET, CONSTANT

4.5 SET Definirea variabilei asamblorului

Sintax:set

Descriere:Variabilei i este adugat expresia . Directiva SET este similar lui EQU, dar cu directiva SET numele variabilei poate fi redefinit urmnd o definiie.

Exemplu:level set 0length set 12level set 45

Directive similare: EQU, VARIABLE

4.6 EQU Definind constanta asamblorului

Sintax: equ

Descriere:To the name of a constant is added value

Exemplu:five equ 5six equ 6seven equ 7

Instruciuni similare: SET

4.7 ORG Definete o adres de unde programul este nmagazinat n memoria microcontrolerului

Sintax:org

Descriere:Aceasta este cea mai frecvent folosit directiv. Cu ajutorul acestei directive definim unde o anumit parte a programului va fi n memoria program.

Exemplu:Start org 000 movlw movwf

Primele dou instruciuni ce urmeaz dup prima directiv org sunt memorate de la adresa 00, i celelalte dou de la adresa 10.

4.8 END Sfrit de program

Sintax:end

Descriere:La sfritul fiecrui program este necesar de a plasa directiva end aa ca translatorul de asamblare s tie c numai sunt instruciuni n program.

Exemplu:..movlw 0xFFmovwf PORTBend

Instruciuni condiionale

4.9 IF Ramificare de program condiional

Sintax:if

Descriere:Dac condiia n este ndeplinit, parte a programului ce urmeaz directivei IF va fi executat. i dac nu este, partea ce urmeaz directivei ELSE sau ENDIF va fi executat.

Exemplu:if nivo=100goto PUNIelsegoto PRAZNIendif

Directive similare: #ELSE, ENDIF

4.10 ELSE IF alternativ la blocul program cu termeni condiionali

Sintax:Else

Descriere:Folosit cu directiva IF ca o alterntiv dac termenul condiional este incorect.

Exemplu:If time< 50goto SPEED UPelse goto SLOW DOWNendif

Instruciuni similare: ENDIF, IF

4.11 ENDIF Sfritul seciunii de program condiionale

Sintax:endif

Descriere:Directiva este scris la sfritul blocului condiional pentru translatorul de asamblare pentru a ti c este sfritul blocului condiional

Exemplu:If level=100goto LOADSelsegoto UNLOADSendif

Directive similare: ELSE, IF

4.12 WHILE Execuia seciunii programului ct timp condiia este ndeplinit

Sintax:while.endw

Descriere:Liniile de program ntre WHILE I ENDW vor fi execuate ct timp condiia este ndeplinit. Dac condiia se oprete din a mai fi valid, programul continu executarea instruciunilor urmnd linia ENDW. Numrul de instruciuni dintre WHILE i ENDW poate fi cel mult 100, i numrul de execuii 256.

Exemplu:While i NEW PROJECT putei s v denumii proiectul i s-l memorai ntr-un director pe care-l dorii. n imaginea de mai jos, este creat un proiect numit 'test.pjt' i memorat n directorul c:\PIC\PROJEKTS\. Acest director este ales pentru c autorii au ales acest director n calculatorul lor. n general, un director cu fiiere este plasat de obicei ntr-un director mai mare a crui nume este asociat negreit cu coninutul lui.

Deschiderea unui proiect nou

Dup denumirea unui proiect, clic pe OK. O nou fereastr apare n imaginea umtoare.

Ajustnd elementele proiectului

Fcnd un clic pe "test [.hex]" se activeaz opiunea 'Node properties' n colul din dreapta jos a ferestrei. Fcnd clic pe ea obinei urmtoarea fereastr.

Definind parametrii asamblorului MPASM

Din aceast imagine observm c sunt diferii parametri. Fiecare fel corespunde la un parametru n "Command line". Pentru c memorarea acestor parametri este foarte necomfortabil, chiar interzis pentru nceptori, s-a introdus ajustarea grafic. Din imagine observm ce opiuni trebuie deschise. Fcnd clic pe OK ne ntoarcem la fereastra anterioar unde "Add node" este o opiune activ. Fcnd clic pe ea obinem urmtoarea fereastr unde ne denumim programul asamblor. S-l denumim"Test.asm" pentru c acesta este primul nostru program n MPLAB.

Deschiznd un proiect nou

Fcnd clic pe OK ne ntoarcem la fereastra de nceput unde observm adugat un fiier asamblor.

Fiier asamblor adugat

Fcnd clic pe OK ne ntoarcem la mediul de dezvoltare MPLAB.

5.5 Conceperea unui nou fiier asamblor(scrierea un program nou)

Cnd partea "proiect" a lucrului este terminat, trebuie s ncepem s scriem un program. Cu alte cuvinte, un nou fiier trebuie deschis, i se va denumi "test.asm". n cazul nostru, fiierul trebuie denumit "test.asm" pentru c n proiecte ce au doar un fiier ( ca al nostru), numele proiectului i numele fiierului surs trebuie s fie aceleai. Un nou fiier este deschis fcnd clic pe FILE>NEW. Astfel obinem o fereastr text n interiorul spaiului de lucru MPLAB.

Fiier nou asamblor deschis

Fereastra nou reprezint un fiier unde va fi scris programul. Pentru c fiierul nostru trebuie denumit "test.asm", l vom denumi aa. Denumirea se face (ca la toate programele Windows) prin clic pe FILE>SAVE AS. Obinem apoi o fereastr ca imaginea urmtoare.

Denumirea i salvarea unui fiier asamblor nou

Cnd obinem aceast fereastr, trebuie s scrierm'test.asm' mai jos de 'File name:', i facem clic pe OK. Dup aceea, vom observa numele fiierului 'test.asm' n partea de sus a ferestrei noastre.5.6 Scrierea unui program

Numai dup ce toate operaiile precedente au fost terminate suntem capabili s ncepem s scriem un program. Pentru c un program simplu a fost deja scris n seciunea crii "Programare n Limbaj de Asamblare", vom folosi acelai program aici, de asemenea.

Programul trebuie s fie scris ntr-o fereastr care este deschis, sau copiat de pe un disc, sau luat din prezentarea Mikroelektronika Internet folosind opiunile copy i paste. Cnd programul este copiat n "test.asm" window, putem folosi comanda PROJECT -> BUILD ALL (dac nu sunt erori), i o nou fereastr va apare ca n imaginea urmtoare.

Fereastr cu mesaje dup translarea programului asamblor

Putem vedea din imagine c obinem fiierul "test.hex" ca rezultat al procesului de translare, pentru care este folosit programul MPASMWIN, i c este doar un mesaj. n toate aceste informaii, ultima propoziie n fereastr este cea mai important pentru c arat dac translarea a fost sau nu fcut cu succes. 'Build completed successfully' este un mesaj afirmnd c translarea a fost de succces i c nu sunt alt erori. n caz c apare o eroare, trebuie s facem dublu clic pe mesajul eroare n fereastra 'Build Results'. Aceasta v va transfera automat n programul asamblor i n linia unde a fost eroarea.

5.7 Simulatorul MPSIM

Simulatorul este o parte a mediului MPLAB care d o mai bun imagine a lucrrilor unui microcontroler. Printr-un simulator, putem monitoriza valorile curente ale variabilelor, valorile registrului i starea pinilor portului. Este adevrat, simulatorul nu are aceeai valoare n toate programele. Dac un program este simplu ( ca cel dat aici ca exemplu), simularea nu este foarte important pentru c setarea pinilor portului B la unu logic nu este o sarcin dificil. Totui, simulatorul poate fi de mare de mare ajutor la programele mai complicate ce includ timer-i, condiii diferite unde ceva se ntmpl , i alte cerine similare (n special cu operaii matematice). Simularea, dup cum indic numele " simuleaz lucrul unui microcontroler". n timp ce simulatorul este conceput ca microcontrolerul s execute instruciunile una cte una, programatorul se mic ntr-un program pas-cu-pas (linie-cu-linie) i urmrete ce se ntmpl cu datele n microcontroler. Cnd scrierea s-a terminat, este un obicei bun ca programatorul s-i verifice mai nti programul su n simulator, i apoi s-l ruleze ntr-o situaie real. Din nefericire, a cum se ntmpl cu multe alte obiceiuri bune, acesta este mai puin sau mai mult luat n seam. Motivele pentru aceasta sunt n parte personalitatea, i n parte lipsa unor simulatoare bune. Primul lucru pe care trebuie s-l facem este, ca ntr-o situaie real, este de a reseta un microcontroler cu comanda DEBUG > RUN > RESET. Aceast comand rezult n linia ngroat poziionat la nceputul unui program, i contorul programului este poziionat la zero ceea ce poate fi observat n linia de stare (pc: 0x00).

nceperea simulrii programului, resetarea microcontrolerului

Una din principalele caracteristici a simulatorului este abilitatea de a vedea starea regitrilor din microcontroler. Aceti regitri sunt numii regitri de funcie special, sau SFR. Putem obine o fereastr cu regitri SFR fcnd clic pe WINDOW->SPECIAL FUNCTION REGISTERS, sau pe icon-ul SFR. nafar de regitrii SFR, este util de a avea o avea o privire n interiorul fiierului regitrilor. Fereastra cu fiierul regitrilor poate fi deschis fcnd clic pe WINDOW->FILE REGISTERS. Dac sunt variabile n program, este bine de a le vedea de asemenea. Fiecrei variabile i este desemnat o fereastr (Watch Windows) fcnd clic pe WINDOW->WATCH WINDOWS.

Simulator cu ferestre deschise pentru regitri SFR, fiierul regitrilor i variabile.

Comanda urmtoare ntr-un simulator este DEBUG>RUN>STEP care ncepe paii notri prin program. Aceeai comand ar fi putut fi desemnat de la o tastatur cu tasta (n general, toate comenzile importante au taste desemnate de le claviatur). Folosind tasta F7, programul este executat pas cu pas. Cnd obinem un macro, fiierul coninnd un macro este deschis (Bank.inc), i continum cu macro. ntr-o fereastr cu regitri SFR putem observa cum registrul W primete valoarea 0xFF i pe care o trimite la portul B. Fcnd clic pe tasta F7 din nou, nu obinem nimic pentru c programul a ajuns ntr-o "infinite loop"-bucl infinit. Bucla infinit este un termen pe care l ntlnim adesea. Reprezint bucla din care un microcontroler nu poate iei pn nu se ntmpl ntreruperea (dac este folosit ntr-un program), sau pn ce micorcontrolerul va fi resetat.5.8 Toolbar

Pentru c MPLAB are mai mult de o component, fiecare component are bara sa de instrumente, toolbar-ul su. Totui, este un toolbar care este un fel de compilaie a tuturor toolbar-ilor, i poate servi ca un toolbar folosit n mod uzual. Acest toolbar este de ajuns pentru nevoile noastre, i va fi descris n detaliu. n figura de mai jos putem vedea un toolbar pentru care avem nevoie de o scurt explicaie pentru fiecare icon. Din cauza formatului limitat a cestei cri, acest toolbar este reprezentat ca un toolbar suspendat. n general, este plasat orizontal mai jos de menu, de-a lungul ntregului ecran.

Toolbar universal cu scurte explicaii ale icon urilor

Descriere a icon-urilor toolbar-ului Dac toolbar-ul curent nu rspunde datorit diferitor motive la un clic pe acest icon, apare urmtorul. Schimbarea total este repetat aa nct la al patrulea clic vom obine acelai toolbar.

Icon pentru deschiderea unui proiect. Proiectul deschis n acest fel conine toate ajustrile ecranului i ajustarea tuturor elementelor care sunt cruciale pentru proiectul curent.

Icon pentru salvarea unui proiect. Proiectul salvat va pstra toate ajustrile ferestrei i toate ajustrile parametrilor. Cnd citim un program din nou, totul se va ntoarce pe ecran ca atunci cnd s-a nchis proiectul.

Cutarea unei pri de program, sau cuvinte este operaia de care avem nevoie cnd cutm printr-un asamblor mare sau alte programe. Folosindu-l, putem gsi repede o parte a programului, label, macro, etc.

Tind o parte a textului. Acesta i urmtoarele trei icon-uri sunt standard n toate programele care au de a face cu procesarea fiierelor textuale. Pentru c fiecare program este de fapt un fiier text obinuit, aceste operaii sunt folositoare.

Copiind o parte a textului. Este o diferen ntre acesta i iconul precedent.Cu operaia de tiere, cnd tiai o parte a textului, dispare din ecran (i din program) i este copiat dup aceea. Dar cu operaia copy, textul este copiat i nu tiat, i rmne pe ecran.

Cnd o parte a textului este copiat, este mutat ntr-o parte a memoriei ce servete pentru transferarea datelor n sistemul operaional Windows. Mai trziu, fcnd clic pe acest icon poate fi lipit-'pasted' n textul unde este cursorul.

Salvnd un program (fiier asamblor).

Starteaz execuia programului la vitez maxim.Se recunoate prin apariia unei linii de stare galbene. Cu acest fel de execuie de program, simulatorul execut un program la vitez maxim pn ce este ntrerupt de un clic pe iconul cu lumin roie de trafic.

Oprete execuia programului la vitez maxim. Dup clic pe acest icon, linia de stare devine gri din nou, i execuia programului poate continua pas cu pas.

Pas cu pas execuia programului. Fcnd clic pe acest icon, ncepem executarea unei instruciuni din linia urmtoare n legtur cu cea curent.

Cerere de a sri-skip. Pentru c simulatorul este totui o simulare de software de lucru real, este posibil de a sri pur i simplu peste unele cereri ale programului. Aceasta este n special la ndemn cu instruciuni ce ateapt o anumit cerere dup care programul poate s continue. Acea parte a programului ce urmeaz unei cerei este partea ce este interesant pentru un programator.

Resetnd un microcontroler. Fcnd clic pe acest icon, contorul programului este poziionat la nceputul programului i simularea poate ncepe.

Fcnd clic pe acest icon obinem o fereastr cu un program, dar de aceast dat ca memorie de program unde putem veea ce instruciune este gsit i la ce adres.

Cu ajutorul acestui icon obinem o fereastr cu coninutul memoriei RAM a microcontrolerului.

Fcnd clic pe acest icon, apare fereastra cu registrul SFR. Pentru c regitrii SFR sunt folosii n fiecare program, este recomandat ca n simulator aceast fereastr s fie totdeauna activ.

Dac un program conine variabile ale cror valoare trebuie s le urmrim (ex. contorul), o fereastr are nevoie s fie adgat pentru fiecare din ele, ceea ce se face prin folosirea acestui icon.

Cnd unele erori ntr-un program sunt evideniate n timpul procesului de simulare, programul trebuie corectat. Pentru c simulatorul folosete fiier HEX ca intrare a sa, trebuie s translm un program din nou aa ca toate schimbrile s fie transferate ntr-un simulator. Fcnd clic pe acest icon, ntregul proiect este translat din nou, i obinem versiunea mai nou a fiierului HEX pentru simulator.

CAPITOLUL 6

Mostrele

Introducere

Exemplele oferite n aceast capitol v vor arta cum s conectai microcontrolerul PIC cu alte componente sau dispozitive periferice cnd producei propriul sistem bazat pe microcontroler. Fiecare exemplu conine descriere detaliat a prii hardware cu schema electric i comentarii despre program. Toate programele pot fi luate direct din prezentarea de pe internet MikroElektronika.

Alimentarea microcontrolerului

n general, alimentarea corect este de o importan maxim pentru funcionarea corect a sistemului cu microcontroler. Poate fi uor comparat cu respiraia unui om n aer. Este mai probabil ca un om care respir n aer curat va tri mai mult dect un om care locuiete ntrun mediu poluat. Pentru o funcionare corect a oricrui microcontroler, este necesar s oferim o surs stabil de alimentare, un reset sigur n momentul n care l pornii i un oscilator. Conform specificaiilor tehnice oferite de productorul microcontrolerului PIC, tensiunea de alimentare ar trebui s se ncadreze ntre 2.0V i 6.0V pentru toate versiunile. Cea mai simpl soluie este folosirea stabilizatorului de tensiune LM7805 care ofer tensiune stabil de +5V la ieire. O astfel de surs este ilustrat n figura de mai jos.

Pentru a funciona corect sau pentru a avea o tensiune stabilizat la 5V la ieire (pinul 3), tensiunea de intrare pe pinul 1 la LM7805 ar trebui s fie ntre 7V i 24V. n funcie de curentul consumat de montaj vom folosi tipul corespunztor de stabilizator de tensiune LM7805. Sunt diferite versiuni de LM7805. Pentru consum de curent de pn la un 1A ar trebui s folosim versiunea n capsul TO-220 cu posibilitatea de rcire adiional. Dac consumul total este de 50mA, putem s folosim 78L05 (versiune de stabilizator n capsul mic TO-92 pentru curent de pn la 100mA).

Macrouri folosite n programe

Exemplele din seciunile urmtoare ale acestui capitol utilizeaz deseori WAIT, WAITx i PRINT, de aceea ele vor fi explicate n detaliu.

Macrourile WAIT, WAITx

Fiierul Wait.inc conine dou macrouri: WAIT i WAITx. Prin intermediul acestor macrouri este posibil s repartizm ntrzieri de timp n intervale variate. Amndou macrouri folosesc depirea contorului TMR0 ca un interval de timp de baz. Prin schimbarea prescaler-ului putem schimba lungimea intervalului depirii contorului TMR0.

Dac folosim un oscilator (rezonator) de 4MHz, pentru valorile prescaler-ului 0,1 i 7 care divid ceasul de baz al oscilatorului, intervalul urmat de o depire a contorului TMR0 va fi 0.512, 1.02 i 65.3ms. Practic, aceasta nseamn c cea mai mare ntrziere va fi 256x65.3ms care este egal cu 16.72 secunde.

Pentru a utiliza macrouri n programul principal este necesar s declarm variabilele wcycle i prescWAIT dup cum vom vedea n exemplele ce vor urma acestui capitol. Macroul WAIT are un singur argument. Valoarea standard atribuit prescaler-ului acestui macro este 1 (1.02ms), i nu poate fi schimbat. WAIT timeconst_1

timeconst_1 este un numr de la 0 la 255. Prin multiplicarea acestui numr cu perioada de timp de depire (overflow) vom obine durata total a ntrzierii: TIME = timeconst_1 x 1.02ms. Exemplu: WAIT .100

Exemplul arat cum s obinem o ntrziere de 100x1.02ms, sau durata total de 102ms. Spre deosebire de macroul WAIT, macroul WAITX mai are un argument care poate atribui o valoare prescaler-ului. Macroul WAITX are dou argumente:

timeconst_2 este un numr de la 0 la 255. Prin multiplicarea acestui numr cu perioada de timp de depire (overflow) vom obine durata total a ntrzierii: TIME = timeconst_1 x 1.02ms x PRESCext. PRESCext este un numr de la 0 la 7 care seteaz relaia dintre tact i timer-ul TMR0. Exemplu: WAITX .100,7 Exemplul arat cum s obinem o ntrziere de 100x65.3ms, sau durata total de 653ms. Macroul PRINT

Macroul PRINT este localizat n fiierul Print.inc. El uureaz lucrul pentru trimiterea unui ir de date la unul dintre dispozitivele de ieire, cum ar fi: LCD, RS232, imprimant matricial...etc. Cea mai uoar cale pentru a forma o serie este prin folosirea unei directive dt (define table). Aceast instruciune memoreaz o serie de date n cadrul memoriei programului ca un grup de instruciuni retlw al crui operand este data din ir.

Modalitatea prin care o astfel de secven este format folosind instruciunea dt este artat n urmtorul exemplu:

org 0x00goto Main String movwf PCLString1 dt "acesta este un sir ASCII"String2 dt "al doilea sir"EndMain movlw .5call String: Prima instruciune dup eticheta Main scrie poziia unui membru al irului n registrul W. Executm un salt cu instruciunea call la eticheta irului unde poziia membrului irului este adunat la valoarea PC (Program Counter): PCL = PCL + W. n continuare avem n program counter o adres a instruciunii retlw cu membrul dorit al irului. n momentul n care aceast instruciune este executat, membrul irului va fi n registrul W, i adresa instruciunii care va fi executat dup instruciunea call va fi n program counter. Eticheta end este o metod elegant de a marca adresa la care irul se termin. Macroul PRINT are cinci argumente: PRINT macro Addr, Start, End, Var, Out Addr este o adres unde unul sau mai multe iruri (situate unul dup altul) ncep.Start este o adres a primului membru al irului.End este o adres unde irul se termin.Var este variabila care are rolul de a arta (pointa) membrii irului.Out este un argument pe care l folosim pentru a trimite adresa rutinelor existente atribuite dispozitivelor de ieire cum ar fi: LCD, RS-232, etc.

Macroul PRINT scrie la ieire un ir mikroElektronika format din caractere ASCII la un dispozitiv de afiare LCD. irul takes one part of program memory ncepnd cu adresa 0x03.

Example

Light Emitting Diodes LEDuri Ledurile sunt unele dintre cele mai folosite elemente n electronic. LED este o abreviere pentru Light Emitting Diode. n momentul n care alegem un led, sunt mai muli parametri de care trebuie s inem seama: diametrul, care este deobicei 3 sau 5mm (milimetri), curentul de funcionare care este n jur de 10mA (poate fi mai mic dect 2mA pentru ledurile cu randament maxim: emisie de lumin puternic) i bineneles culoarea, care poate fi roie sau verde dei mai sunt leduri portocalii, albastre, galbene... . Ledurile trebuie conectate corect pentru a emite lumin i rezistena care limiteaz curentul trebuie s fie de o valoare corect pentru ca ledul s nu se ard (supranclzire). Tensiunea pozitiv de alimentare este legat la ANOD, iar catodul este legat la tensiunea negativ sau la masa circuitului. Pentru a identifica fiecare pin, catodul este cel mai scurt pin iar corpul are n general o teitur pe partea catodului. Diodele vor emite lumin numai dac curentul circul de la ANOD spre CATOD. Altfel jonctiunea PN este polarizat invers i curentul nu va circula. Pentru a conecta corect un led trebuie adugat o rezisten n serie pentru a limita de curentul prin diod, pentru ca aceasta s nu se ard. Valoarea rezistenei este determinat de curentul care vrei s circule prin led. Curentul maxim care poate curge printr-un led a fost stabilit de productor. Ledurile cu randament maxim pot produce rezultate bune cu un curent mai mic de de 2mA.

Pentru a determina valoarea rezistenei serie, trebuie s cunoatem valoarea tensiunii de alimentare. De aici scdem tensiunea care cade pe led. Aceast valoare va varia de la 1,2v la 1,6v, depinznd de culoarea ledului. Rspunsul este valoarea lui Ur. Folosind aceast valoare i curentul care vrem s circule prin LED (ntre 0.002A i 0.01A) putem s aflm valoarea rezistenei cu ajutorul formulei: R=UR / I.

Ledurile sunt conectate la microcontroler n dou metode. Una este s le activm cu zero logic i a doua este s le activm cu unu logic. Prima metod este numit logic NEGATIV iar cea de-a doua este numit logic POZITIV. Figura de mai sus ilustreaz modalitatea de conectare prin logic POZITIV. Deoarece logica POZITIV ofer o tensiune de +5v diodei i rezistenei serie, ledul va emite lumin de fiecare dat cnd un pin al portului B este n starea 1 logic (1 = ieire HIGH). Logica NEGATIV necesit ca ledul s fie ntors i terminalele de tip anod s fie conectate mpreun la borna pozitiv a sursei. n momentul n care este livrat o ieire LOW de la microcontroler ctre anod i rezisten, ledul va lumina.

Connecting LED diodes to PORTB microcontroller

Exemplul urmtor initializeaz portul B ca port de ieire i seteaz unu logic pe fiecare pin al portului B pentru a activa toate ledurile.

Tastatura Tastaturile sunt dispozitive mecanice utilizate pentru a executa o ntrerupere sau pentru a realiza o conexiune ntre dou puncte. Ele au diferite mrimi i au diferite scopuri. Tastele care sunt utilizate aici sunt denumite taste dip. Ele sunt lipite direct pe o plac de circuit i sunt deseori ntlnite n electronic. Au patru pini (doi pentru fiecare contact), ceea ce le ofer stabilitate mecanic.

Exemplu pentru conectarea tastelor la pinii microcontrolerului Funcia tastei este simpl. n momentul n care apsm o tast, dou contacte sunt unite i se realizeaz o conexiune. Totui, nu toate lucrurile sunt simple. Problema const n natura tensiunii ca valoare, i n imperfeciunea contactelor mecanice. nainte ca un contact s fie realizat sau decuplat, exist o perioad scurt de timp cnd pot aprea vibraii (oscilaii) ca rezultat al imperfeciunii contactelor mecanice, sau din cauza vitezei diferite de apsare (acest lucru depinde de persoana care apas tasta). Termenul atribuit acestui fenomen este denumit switch (contact) debounce. Dac acest lucru nu este prevzut n momentul n care un program este conceput, poate aprea o eroare sau programul poate produce mai mult dect un singur impuls la ieire pentru o singur apsare de tast. Pentru a evita acest lucru, putem introduce o mic ntrziere cnd detectm nchiderea unui contact. Aceasta va asigura faptul c apsarea unei taste este interpretat ca un singur impuls. ntrzierea de debounce este produs n software i durata ntrzierii depinde de buton i de scopul butonului. Problema poate fi parial rezolvat prin adugarea unui condensator n paralel la tast, dar un program bine realizat ofer rezultate mai bune. Programul poate fi ajustat pn cnd detecia fals este complet eliminat. n anumite cazuri o simpl ntrziere poate fi suficient dar dac vrei ca programul s se ocupe de mai multe lucruri n acelai timp, o simpl ntrziere va nsemna c procesorul nu va face nimic pe o lung perioad de timp i poate rata alte intrri sau poate decupla portul de ieire ctre un afior. Soluia este s avem un program care s urmreasc apsarea unei taste ct i decuplarea unei taste. Macroul de mai jos poate fi folosit pentru keypress debounce.

Macroul precedent are mai multe argumente care trebuiesc explicate: BUTTON macro HiLo, Port, Bit, Delay, Address HiLo poate fi 0 sau 1 care reprezint frontul cresctor sau cztor unde subrutinele pot fi executate n momentul n care apsai o tast.

Port este un port al microcontrolerului la care trebuie conectat tasta. n cazul microcontrolerului PIC16F84, el poate fi PORT A sau PORT B.

Bit este un pin al portului la care tasta este conectat.

Delay este un numr de la 0 la 255, folosit pentru a atribui timpul necesar pentru a detecta key debounce contact oscillation to stop. El este calculat astfel: TIME = Delay x 1ms.

Adress este adresa la care microcontrolerul se duce dup ce este detectat un eveniment provenit de la tastatur. Subrutina de la aceast adres execut instruciunile necesare pentru apsarea unei taste. Exemplu 1 BUTTON 0, PORTA, 3, .100, Tester1_above Tasta-1 este conectat la RA0 (prima ieire a portului A) cu o ntrziere de 100 milisecunde i cu o reacie la zero logic. Subrutina care proceseaz tasta este localizat la adresa etichetei Tester1_above. Exemplu 2 BUTTON 1, PORTA, 2, .200, Tester1_below Tasta-2 este conectat la RA1 (a doua ieire a portului A) cu 200ms ntrziere i cu reacie la unu logic. Exemplul urmtor arat modul de folosire ntr-un program. BUTTON.ASM aprinde i stinge LEDul. LEDul este conectat la cea de-a aptea ieire a portului B. Tasta-1 este folosit pentru a aprinde LEDul. Tasta-2 stinge LEDul.

Optocuplor

Optocuplorul combin un LED i un fototranzistor n aceeai capsul. Rolul unui optocuplor este acela de a separa dou pri de circuit. Aceasta este realizat pentru un numr de motive: Interferena. O parte a unui circuit poate fi ntr-o zon unde este influenat de interferene (cum ar fi cele de la motoarele electrice, echipamente de sudur, motoare termice etc.). Dac ieirea acestui circuit trece printr-un optocuplor spre alt circuit, numai semnalele dorite vor trece prin optocuplor. Semnalele de interferen nu vor avea destul putere s activeze LEDul din optocuplor i de aceea ele sunt eliminate. Exemplele tipice sunt unitile industriale care au mai multe interferene care afecteaz semnalele pe cablu. Dac aceste interferene afecteaz funcia unei seciuni de control, vor apare erori i unitatea nu va mai funciona. Separare simultan i intensitatea semnalului. Un semnal mai mic de 3v este capabil s activeze un optocuplor i ieirea optocuplorului poate fi conectat la o linie de intrare a microcontrolerului. Microcontrolerul are nevoie de un impuls de intrare de 5v i n acest caz semnalul de 3v este amplificat la 5v. Poate fi folosit pentru a amplifica curentul semnalului. Uitai-v mai jos pentru utilizarea unei linii de ieire a microcontrolerului pentru amplificare de curent. Separare de tensiune mare. Optocuploarele au caliti nnscute pentru separarea tensiunilor mari. Deoarece LEDul este complet separat de fototranzistor, optocuploarele pot da dovad de izolare de tensiune de 3Kv sau chiar mai mare. Optocuploarele pot fi folosite ca dispozitive de intrare sau ieire. Ele au funcii adiionale cum ar fi Schmitt triggering (ieirea unui Schmitt trigger este 0 sau 1 se schimb ncet ridicnd i cobornd forma de und n valori definite LOW sau HIGH). Optocuploarele sunt mpachetate ca o singur unitate sau n grupuri de dou sau mai multe ntr-o singur capsul. Ele mai sunt denumite foto-ntreruptoare n care un disc cu fante este introdus ntr-un lca ntre LED i fototranzistor i de fiecare dat cnd lumina este ntrerupt, tranzistorul produce un impuls. Fiecare optocuplor are nevoie de dou alimentri pentru a funciona. Ele pot fi folosite cu o alimentare, dar capacitatea de izolare a tensiunii este pierdut.Optocuplor pe o linie de intrare

Modul de funcionare este simplu: cnd ajunge un semnal, LEDul din optocuplor este aprins i lumineaz pe baza fototranzistorului din aceeai carcas. n momentul n care tranzistorul este activat, tensiunea dintre colector i emitor cade la 0.5v sau mai puin i microcontrolerul sesizeaz acest lucru ca zero logic pe pinul RA4. Exemplul de mai jos este un contor, folosit pentru numrarea produselor de pe o linie de producie, pentru determinarea vitezei motorului, pentru contorizarea numrului de revoluii a unei axe etc. Considerm senzorul ca un microntreruptor. De fiecare dat cnd ntreruptorul este nchis, LEDul este luminat. LEDul transfer semnalul ctre fototranzistor i operaia fototranzistorului livreaz LOW ctre intrarea RA4 a microcontrolerului. Un program n microcontroler va fi necesar pentru a preveni contorizrile false i un indicator conectat la oricare dintre ieirile microcontrolerului va indica starea curent a contorului.

Exemplu de linie de intrare cu optocuplor

Optocuplor pe o linie de ieire

Un optocuplor poate fi folosit pentru a separa semnalul de ieire a unui microcontroler fa de un dispozitiv de ieire. Acest lucru poate fi necesar pentru separarea tensiunilor nalte sau pentru amplificare. Ieirea unor anumite microcontrolere este limitat la 25mA. Optocuplorul va lua semnal de curent sczut din microcontroler i tranzistorul de ieire va comanda un LED sau un releu, cum este exemplificat mai jos:

Output line optocoupler example Programul pentru acest exemplu este simplu. Prin livrarea unui 1 logic n pinul 4 al portului A, LEDul se va aprinde i tranzistorul va fi activat n optocuplor. Orice dispozitiv conectat la ieirea optocuplorului va fi activat. Curentul limit pentru tranzistor este n jur de 250mA. Releul

Releul este un dispozitiv electromecanic care transform un semnal electric ntr-o micare mecanic. El este alctuit dintr-o bobin din conductori izolai nfurai pe un nucleu metalic i o armtur metalic cu unul sau mai multe contacte. n momentul n care o tensiune de alimentare este aplicat la bornele unei bobin, curentul circul i va fi produs un cmp magnetic care mic armtura pentru a nchide un set de contacte i/sau pentru a deschide un alt set. Cnd alimentarea este dezactivat din releu, cade fluxul magnetic din bobin i se produce o tensiune nalt n direcia opus. Aceast tensiune poate strica tranzistorul de comand i de aceea este conectat o diod cu polarizare invers de-a lungul bobinei pentru a scurtcircuita vrfurile de tensiune n momentul n care apar.

Conectarea unui releu la microcontroler prin intermediul unui tranzistor Multe microcontrolere nu pot comanda un releu direct i de aceea un tranzistor de comand este necesar. Un HIGH pe baza tranzistorului activeaz tranzistorul i acesta la rndul lui activeaz releul. Releul poate fi conectat la orice dispozitiv electric prin intermediul contactelor. Rezistena de 10K din baza tranzistorului limiteaz curentul dinspre microcontroler la o valoare solicitat de tranzistor. Rezistena de 10K dinspre baz i bara negativ previne ca tensiunile de zgomot aplicate n baza tranzistorului s activeze releul. De aceea numai un semnal clar de la microcontroler va activa releul.

Connecting the optocoupler and relay to a microcontroller Un releu poate fi de altfel activat prin intermediul unui optocuplor care n aceli timp amplific curentul provenit de la ieirea microcontrolerului i ofer un grad nalt de izolare. Optocuploarele HIGH CURRENT deobicei conin un tranzistor cu o ieire Darlington pentru a oferi curent mare de ieire. Conectarea prin intermediul unui optocuplor este recomandat n mod special pentru aplicaiile microcontroler unde motoarele sunt activate i zgomotulele de comutaie provenite de la motor pot ajunge n microcontroler prin intermediul liniilor de alimentare. Optocuplorul comand un releu iar releul activeaz motorul. Figura de mai jos arat programul necesar pentru activarea releului i include cteva din macrourile deja discutate.

Generarea unui sunet Un buzzer piezo poate fi adugat la o linie de ieire a unui microcontroler pentru a livra tonuri audio, piuituri i semnale. Este important de tiut c sunt dou mari tipuri de dispozitive piezoelectrice emitoare de sunet. Una are componente active nuntrul carcasei i are nevoie numai de alimentare de curent continuu pentru a emite un ton sau un beep. n general tonurile sau beep-urile emise de aceste difuzoare sau piuitoare nu pot fi schimbate ele sunt fixe din cauza circuitelor interne. Acesta nu este tipul despre care discutm n acest articol. Cellalt tip const dintr-un buzzer piezo i necesit semnal livrat n ea pentru a funciona. Depinznd de frecvena formei de und, ieirea poate fi ton, melodie, alarm sau chiar un mesaj vocal. Pentru ca ele s funcioneze trebuie s livrm un ciclu care este alctuit din semnale HIGH i LOW. Tranziia de la HIGH la LOW sau de la LOW la HIGH cauzeaz micri diafragmei pentru a produce secvene de sunete. Forma de und poate avea o schimbare fin de la o valoare la alta (denumit und sinusoidal) sau o schimbare rapid (denumit und dreptunghiular). Un calculator este ideal pentru producerea de unde dreptunghiulare. Livrarea de unde dreptunghiulare produce o ieire uor grosier. Conectarea unui buzzer piezo este foarte uoar. Un pin este conectat la linia negativ, iar cealalt la o ieire a microcontrolerului, dup cum este ilustrat n figura de mai jos. Acesta va livra o form de und de 5v ctre buzzerul piezo. Pentru a produce o tensiune mai mare, forma de und trebuie amplificat i aceasta necesit un tranzistor de comand i o bobin.

Conectarea unui buzzer piezo la un microcontrolerCa i n cazul tastaturii, putei folosi un macro care va furniza o rutin BEEP ntr-un program cnd va fi necesar. BEEP macro freq, duration freq: frecvena sunetului. Un numr mai mare produce o frecven mai nalt.duration: durata sunetului. Un numr mai mare reprezint un sunet mai lung. Exemplu 1: BEEP 0xFF, 0x02 Ieirea buzzerului piezo are cea mai nalt frecven i durata de 2 cicluri de 65.3ms, ceea ce rezult 130.6ms. Exemplu 2: BEEP 0x90, 0x05 Ieirea buzzerului piezo are frecvena de 0x90 i durata de 5 cicluri de 65.3ms. Este bine ca argumentele macroului s fie determinate prin experimente i astfel s fie ales sunetul care se potrivete cel mai bine pentru aplicaie. n continuare este prezentat macroul BEEP:

Urmtorul exemplu arat ntrebuinarea unui macro ntr-un program. Programul produce dou melodii care sunt obinute prin apsarea T1 sau T2. Cteva din macrourile discutate anterior sunt incluse n program.

Regitrii de deplasare

Exist dou tipuri de regitrii de deplasare: de intrare i de ieire. Regitrii de intrare ncarc datele paralel, prin intermediul a 8 linii, i apoi le trimite serial prin intermediul a dou linii ctre microcontroler. Regitrii de ieire opereaz n direcie opus: primesc date serial i la un semnal pe linia latch, transform datele n date paralele. Regitrii de deplasare sunt folosii n general pentru a mri numrul de intrri ieiri ale unui microcontroler. Ei nu prea mai sunt folosii pentru c microcontrolerele moderne au un numr mare de linii intrare ieire. Oricum, utilizarea lor cu microcontrolere cum ar fi PIC16F84 este foarte important.

Regitrii de deplasare de intrare 74HC597

Regitrii de deplasare de intrare transform datele paralele n date seriale i le transfer ctre microcontroler. Modul lor de funcionare este simplu. Sunt patru linii pentru transferul datelor: clock, latch, load i data. Datele sunt citite de la pinii de intrare de un registru intern prin intermediul unui semnal latch. Apoi, cu un semnal load, datele sunt transferate de la registrul latch de intrare ctre registrul de deplasare, iar de acolo sunt transferate serial ctre un microcontroler prin intermediul liniilor data i clock.O schem de legtur a registrului de deplasare 74HC597 la un microcontroler este prezentat mai jos:

Modalitatea de conectare a unui registru de deplasare de intrare la un microcontrolerPentru simplificarea programului principal, un macro poate fi utilizat pentru registrul de deplasare de intrare. Macroul HC597 are dou argumente: HC597 macro Var, Var1 Var variabil unde datele provenite de la pinii registrului de deplasare de intrare sunt transferate.Var1 contor bucl. Exemplu: HC597 data, counter Datele provenite de la pinii registrului de deplasare sunt stocate n variabila data. Variabila Time/counter este folosit pe post de contor bucl. Textul macroului:

Exemplul care v arat cum s folosii macroul HC597 este n programul urmtor. Programul recepioneaz date de la intrarea paralel a registrului de deplasare i le mut serial n variabila RX a microcontrolerului. LEDurile conectate la portul B vor indica rezultatul datelor de intrare.

Registru de deplasare de ieire

Regitrii de deplasare de ieire transform datele seriale n date paralele. Pe fiecare front cresctor al tactului, registrul de deplasare citete valoarea de la linia de date, o memoreaz ntr-un registru temporar, apoi repet acest ciclu de 8 ori. La un semnal de la linia latch, datele sunt copiate din registrul de deplasare n registrul de intrare, apoi datele sunt transformate din date seriale n date paralele.

O schem a registrului de deplasare este prezentat mai jos:

Conectarea unui registru de deplasare de ieire la un microcontrolerMacroul folosit n acest exemplu este localizat n fisierul HC595.INC i se numete HC595. Macroul HC595 are dou argumente: Var variabil a crei coninut este transferat la ieirea registrului de deplasare.Var1 contor bucl. Exemplu: HC595 Data, Counter Datele pe care vrem s le transferm sunt stocate n variabila Data, iar variabila Counter este folosit pe post de contor bucl

Un exemplu al utilizrii macroului HC595 este n programul urmtor. Datele provenite de la variabila TX sunt transferate serial n registrul de deplasare. LEDurile conectate la ieirea paralel a registrului de deplasare vor indica starea liniilor. n acest exemplu valoarea 0xCB (11001011) este transmis astfel nct LEDurile 8, 7, 4, 2 i 1 sunt iluminate.

Afiaj cu 7 segmente (multiplexare)Segmentele ntr-un afiaj cu 7 segmente sunt aranjate astfel nct s formeze un singur digit de la 0 la F, dup cum se observ n desen:

Putem afia un numr pe mai muli digii prin conectarea de afiaje adiionale. Chiar dac este mult mai confortabil s lucrm cu LCDuri, afiajele cu 7 segmente sunt nc un standard n industrie. Aceasta din cauza rezistenei la temperatur, vizibilitii i unghiului larg de observare. Segmentele sunt marcate cu litere mici: a, b, c, d, e, f, g i dp, unde dp este punctul zecimal. Cele 8 LEDuri din cadrul fiecrui afiaj pot fi aranjate cu catod comun sau cu anod comun. La un afiaj cu catod comun, catodul comun trebuie s fie conectat la linia de 0v i LEDurile sunt activate cu unu logic. Afiajele cu anod comun trebuie s prezinte anodul comun conectat la linia de +5v. Segmentele sunt activate cu zero logic. Dimensiunea afiajului este msurat n milimetri; se msoar doar nlimea digitului (nu carcasa, doar digitul!). Afiajele sunt disponibile cu digii de nlimi de 7, 10, 13.5, 20 sau 25 milimetri. Sunt de diferite culori incluznd: rou, portocaliu i verde. Cea mai simpl metod pentru a comanda un afiaj este prin intermediul unui driver de afiaj. Acestea sunt disponibile pentru pn la 4 afiaje. Alternativ, afiajele pot fi comandate de un microcontroler, i, dac este necesar mai mult dect un afiaj, metoda de comandare se numete multiplexare. Principala diferen dintre cele dou metode este numrul de linii de comand. Un driver special poate avea numai o singur linie de tact i integratul de comand va accesa toate segmentele i va incrementa afiajul. Dac avem doar un singur afiaj de comandat de ctre microcontroler, vor fi necesare 7 linii plus una pentru punctul zecimal. Pentru fiecare afiaj zecimal, este necesar doar cte o linie n plus. Pentru a produce un afiaj cu 4, 5 sau 6 digii, toate afiajele cu 7 segmente vor fi conectate n paralel. Linia comun (linia catodului comun) este conectat separat i aceast linie este conectat la zero logic pentru o perioad scurt de timp pentru a activa afiajul. Fiecare afiaj este activat de 100 ori pe secund i vor da impresia c toate afiajele sunt active n acelai timp. n timp ce fiecare afiaj este activat, informaia trebuie livrat astfel nct el va afia informaia corect. Pot fi accesate pn la 6 afiaje n acest mod fr ca strlucirea fiecrui afiaj s fie afectat. Fiecare afiaj este activat efectiv pentru 1/6 din timp i persistena vizual a ochilor d impresia c afiajul este pornit tot timpul. Toate semnalele de sincronizare pentru afiaj sunt produse de program, avantajul unui afiaj controlat de un microcontroler este flexibilitatea. Afiajul poate fi configurat ca un contor cresctor, contor descresctor, i poate produce un numr de mesaje folosind literele alfabetului care pot fi uor de afiat. Exemplul de mai jos arat cum s controlm dou afiaje.

Conectarea unui microcontroler cu afiaje cu 7 segmente n mod multiplexatFiierul LED.INC conine dou macrouri: LED_Init i LED_Disp2. Primul macro este folosit pentru initializarea afiajului. Aici este definit perioada de remprosptare ct i pinii microcontrolerului utilizai pentru conectarea afiajelor. Macroul LED_Disp2 are un argument:LED_Disp2 macro first first este numrul de la 0 la 99 care trebuie afiat pe digiii MSD i LSD. Exemplu: LED_Disp2 0x34 Numrul 34 va fi afiat.

Realizarea macroului arat modalitatea de utilizare a macrourilor ntr-un program. Programul afieaz numrul 21 n 2 digii cu 7 segmente.

Afiaj LCD Multe dispozitive cu microcontroler folosesc LCDuri inteligente pentru a afia informaia vizual. Urmtorul material se ocup de conectarea unui afiaj LDC Hitachi la un microcontroler PIC. Afiajele LCD proiectate cu HD44780, modulul pentru LCD fabricat de Hitachi, nu sunt scumpe i sunt uor de folosit, i chiar posibil s produc verificarea datelor afiate folosind cei 8x80 pixeli ai afiajului. Afiajele LCD Hitachi conin un set de caractere ASCII plus simboluri japoneze, greceti i matematice.

A 16x2 line Hitachi HD44780 display

Fiecare dintre cei 640 de pixeli ai afiajului trebuie s poat fi accesat individual i aceasta se poate realiza cu un numr de integrate SMD pentru control montate pe spatele afiajului. Aceasta ne salveaz de o cantitate enorm de fire i de un control adecvat astfel nct sunt necesare doar cteva linii pentru a accesa afiajul. Putem comunica cu afiajul prin intermediul unui bus de date pe 8 bii sau de 4 biti. Pentru un bus de 8 biti, afiajul are nevoie de o tensiune de alimentare de +5v i 11 linii I/O. Pentru un bus de 4 bii sunt necesare doar liniile de alimentare i 7 linii. Cnd afiajul LCD nu este pornit liniile de date sunt TRI-STATE, ceea ce nseamn c ele sunt n stare de nalt impedan (ca i cum ar fi deconectate) i astfel nu interfereaz cu funcionabilitatea microcontrolerului cnd afiajul nu este adresat. LCDul necesit de altfel 3 linii de control de la microcontroler. Linia Enable (E) permite accesul la afiaj prin intermediul liniilor R/W i RS. Cnd aceast linie este LOW, LCDul este dezactivat i ignor semnalele de la R/W i RS. Cnd linia (E) este HIGH, LCDul verific starea celor dou linii de control i rspunde corespunztor. Linia Read/Write (R/W) stabilete direcia datelor dintre LCD i microcontroler. Cnd linia este LOW, datele sunt scrise n LCD. Cnd este HIGH, datele sunt citite de la LCD. Cu ajutorul liniei Register select (RS), LCD interpreteaz tipul datelor de pe liniile de date. Cnd este LOW, o instruciune este scris n LCD. Cnd este HIGH, un caracter este scris n LCD. Starea logic a liniilor de control: E 0 Accesul la LCD dezactivat 1 Accesul la LCD activat R/W 0 Scrie date n LCD 1 Citete date din LCD RS 0 Instruciuni 1 Caracter Scrierea datelor n LCD se realizeaz n civa pai:se seteaz bitul R/W LOWse seteaz bitul RS n 0 sau 1 logic (instruciune sau caracter)se trimit datele ctre liniile de date (dac se execut o scriere)se seteaz linia E HIGHse citesc datele de la liniile de date (dac se execut o citire)Citirea datelor de la LCD se realizeaz similar, cu deosebirea c linia de control R/W trebuie s fie HIGH. Cnd trimitem un HIGH ctre LCD, el se va reseta i va accepta instruciuni. Instruciunile tipice care sunt transmise ctre un afiaj LCD dup reset sunt: pornirea afiajului, activarea cursorului i scrierea caracterelor de la stnga spre dreapta. n momentul n care un LCD este iniializat, el este pregtit sa primeasc date sau instruciuni. Dac recepioneaz un caracter, el l va afia i va muta cursorul un spaiu la dreapta. Cursorul marcheaz locaia urmtoare unde un caracter va fi afiat. Cnd dorim s scriem un ir de caractere, mai nti trebuie s setm adresa de start, i apoi s trimitem cte un caracter pe rnd. Caracterele care pot fi afiate pe ecran sunt memorate n memoria video DD RAM (Data Display RAM). Capacitatea memoriei DD RAM este de 80 bytes.Afiajul LCD mai conine 64 bytes CG RAM ( Character Generator RAM). Aceast memorie este rezervat pentru caracterele definite de utilizator. Datele din CG RAM sunt reprezentate sub form de caractere bitmap de 8 biti. Fiecare caracter ocup maxim 8 bytes n CG RAM, astfel numrul total de caractere pe care un utilizator poate s le defineasc este 8. Pentru a afia caracterul bitmap pe LCD, trebuie setat adresa CG RAM la punctul de start (de obicei 0) i apoi s fie scrise datele n afiaj. Definirea unui caracter special este exemplificat n figur.

nainte de a accesa DD RAM, dup definirea unui caracter special, programul trebuie s seteze adresa n DD RAM. Orice scriere i citire a datelor din memoria LCD este realizat de la ultima adres care a fost setat, folosind instruciunea set-adress. Odat ce adresa DD RAM este setat, un caracter nou va fi afiat n locul potrivit pe ecran. Pn acum am discutat operaia de scriere i citire a memoriei unui LCD ca i cum ar fi o memorie obinuit. Acest lucru nu este adevrat. Controlerul LCD are nevoie de 40 pn la 120 microsecunde (us) pentru scriere i citire. Alte operaii pot dura pn la 5 ms. n acest timp microcontrolerul nu poate accesa LCDul, astfel un program trebuie s tie cnd un LCD este ocupat. Putem rezolva aceasta n dou metode.

O metod este verificarea bitului BUSY de pe linia de date D7. Aceasta nu este cea mai bun metod pentru c LCDul se poate bloca i programul va sta ntr-o bucl infinit verificnd bitul BUSY. O alt metod este introducerea unei ntrzieri n program. ntrzierea trebuie s fie destul de lung pentru ca LCDul s termine operaia n desfurare. Instruciunile pentru scriere i citire cu memoria LCDului sunt afiate mai sus. La nceput am menionat c avem nevoie de 11 linii I/O pentru a comunica cu un LCD. Oricum, putem comunica cu u