Ejercicio 03 Porticos

SISTEMAS MICROPROCESADOS: Ejercicios para la utilización de los Pórticos de E/S Página 1

Ing. Jaime E. Velarde – Departamento de Electrónica, Telecomunicaciones y Redes de Información

EJERCICIOS DE UTILIZACIÓN DE LOS PÓRTICOS COMO ENTRADAS Y SALIDAS

ENUNCIADO DEL EJERCICIO Nº 1:

Desarrollar un programa para los microcontroladores ATmega164P, que permita ingresar un número binario de 8 bits mediante DIP switches y muestre el equivalente número hexadecimal a través de dos displays de 7 segmentos, como se muestra en el siguiente gráfico esquemático.

EL CIRCUITO incluyendo las resistencias limitadoras de las corrientes que circula por los LEDs que forman los displays de ánodo común, es el siguiente:



LA SOLUCIÓN:

El algoritmo de la solución incluye:

1. Programación de los PÓRTICOS A y B como pórticos de salida. Al PÓRTICO C no es necesario programarlo como entrada, porque todos los pórticos se encuentran en este estado después del RESET.

2. Lectura del dato que se ingresa y la separación de los dos dígitos hexadecimales que forman el byte.

3. Transformación del dígito menos significativo en el código de 7 segmentos mediante una tabla de datos y la salida del código al pórtico donde se encuentra el display del dígito menos significativo.

4. Igual al numeral anterior, pero para el dígito más significativo. 5. Regreso al numeral 2, para repetir el proceso nuevamente.

LA CODIFICACIÓN DEL PROGRAMA ES:

; ASIGNACIÓN DE ETIQUETAS A REGISTROS .DEF DIGMS = R16 ; DÍGITO MAS SIGNIFICATIVO .DEF DIGLS = R17 ; DÍGITO MENOS SIGNIFICATIVO ; SEGMENTO DE CÓDIGO o MEMORIA FLASH .CSEG ; PROGRAMACIÓN DE LOS PÓRTICOS DE SALIDA LDI DIGLS,0xFF ; 0xFF PARA PROG. SALIDAS OUT DDRA,DIGLS ; PÓRTICO DÍGITO MÁS SIG. OUT DDRB,DIGLS ; PÓRTICO DÍGITO MENOS SIG. ; LECTURA DE LOS BITS LEER: IN DIGLS,PINC ; LEER 8 BITS DEL PÓRTICO ; SEPARACIÓN DE LOS DOS DÍGITOS MOV DIGMS,DIGLS ; COPIAR LOS 8 BITS ANDI DIGLS,0x0F ; DEJAR SOLO MENOS SIG. ANDI DIGMS,0xF0 ; DEJAR SOLO MÁS SIG. SWAP DIGMS ; INTERCAMBIO DE NIBBLES ; SALIDA DEL CÓDIGO DEL DÍGITO MENOS SIGNIFICATIVO LDI ZL,LOW(TABLA<<1) ; INICIALIZAR PUNTERO LDI ZH,HIGH(TABLA<<1) ADD ZL,DIGLS ; APUNTAR AL CÓDIGO CLR DIGLS ADC ZH,DIGLS LPM DIGLS,Z ; TOMAR EL CÓDIGO OUT PORTB,DIGLS ; SACAR AL PÓRTICO ; SALIDA DEL CÓDIGO DEL DÍGITO MÁS SIGNIFICATIVO LDI ZL,LOW(TABLA<<1) ;INICIALIZAR PUNTERO LDI ZH,HIGH(TABLA<<1) ADD ZL,DIGMS ; APUNTAR AL CÓDIGO CLR DIGMS ADC ZH,DIGMS LPM DIGMS,Z ; TOMAR EL CÓDIGO OUT PORTA,DIGMS ; SACAR AL PÓRTICO ; FINAL DEL PROCESO RJMP LEER ; REPETIR TODO EL PROCESO ; TABLA DE CÓDIGOS DE 7 SEGMENTOS PARA ÁNODO COMÚN TABLA: .DB 0b11000000, 0b11111001 ; CÓDIGOS 0 y 1 .DB 0b10100100, 0b10110000 ; CÓDIGOS 2 y 3 .DB 0b10011001, 0b10010010 ; CÓDIGOS 4 y 5 .DB 0b10000010, 0b11111000 ; CÓDIGOS 6 y 7 .DB 0b10000000, 0b10010000 ; CÓDIGOS 8 y 9 .DB 0b10001000, 0b10000011 ; CÓDIGOS A y B .DB 0b11000110, 0b10100001 ; CÓDIGOS C y D



.DB 0b10000110, 0b10001110 ; CÓDIGOS E y F ; .EXIT ; FIN DEL MODULO FUENTE

DETECCIÓN DE ERRORES MEDIANTE LA SIMULACIÓN:

Al realizar la simulación mediante el PROTEUS, se detecta que no ingresa en forma correcta el dato desde los DIP switches; debido a que las entradas en alta impedancia no tienen definido el valor lógico cuando los switches están abiertos, tal como se ve en el siguiente gráfico.

Existen dos soluciones para este error: La primera consiste en la instalación de resistencias de Pull-Up externas para las entradas donde se conectan los DIP switches, como se indica en el primer gráfico de la siguiente página, y. La segunda solución que consiste en modificar el programa en la parte de programación de los pórticos, para habilitar las resistencias de Pull-Up internas, aumentando la siguiente instrucción después de las primeras tres ya existentes.

OUT PORTC,DIGLS ; PARA ACTIVAR PULL UP

CONCLUSIÓN: es necesario al inicio del programa realizar una sola vez la programación de los pórticos como salida y la habilitación de las resistencias de Pull-Up en los pórticos que sean de entrada; esto último, para evitar el uso de las resistencias externas de Pull-Up con lo que se simplifica el circuito.

Líneas de

entrada en alta

impedancia



El resultado de la modificación del programa, se puede ver a continuación.

Líneas de

entrada con

Pull-Up activado




Modificar al programa anterior para que permita ingresar un número binario de 8 bits mediante DIP switches y muestre el equivalente número hexadecimal con signo a través de dos displays de 7 segmentos y un LED conectado en el bit 0 de otro Pórtico, considerando que el número binario está utilizando la representación en COMPLEMENTO DE UNO.

LA SOLUCIÓN:

El algoritmo debe ser modificado de la siguiente forma:

1. Programación de los PÓRTICOS A, B y D como pórticos de salida. Habilitar las resistencias de Pull-Up del PÓRTICO C.

2. Lectura del dato que se ingresa y analizar el bit más significativo (bit 7) para determinar si se enciende o se a paga el LED.

3. Nuevamente analizar el bit 7 para dejar el dato tal como se leyó, si es positivo; o realizar el complemento de uno si es negativo y proceder a la separación de los dos dígitos hexadecimales que forman el byte.

4. Transformación del dígito menos significativo en el código de 7 segmentos mediante una tabla de datos y la salida al pórtico donde se encuentra el display del dígito menos significativo.

5. Igual al numeral anterior, pero para el dígito más significativo. 6. Regreso al numeral 2, para repetir el proceso nuevamente.


; ASIGNACIÓN DE ETIQUETAS A REGISTROS .DEF DIGMS = R16 ; DÍGITO MAS SIGNIFICATIVO .DEF DIGLS = R17 ; DÍGITO MENOS SIGNIFICATIVO ; SEGMENTO DE CÓDIGO o MEMORIA FLASH .CSEG ; PROGRAMACIÓN DE LOS PÓRTICOS DE SALIDA LDI DIGLS,0XFF ; 0xFF PARA PROG. SALIDAS OUT DDRA,DIGLS ; PÓRTICO DÍGITO MÁS SIG. OUT DDRB,DIGLS ; PÓRTICO DÍGITO MENOS SIG. OUT DDRD,DIGLS ; PÓRTICO DEL SIGNO OUT PORTC,DIGLS ; PARA ACTIVAR PULL UP ; LECTURA DE LOS BITS LEER: IN DIGLS,PINC ; LEER 8 BITS DEL PÓRTICO SBRS DIGLS,7 ; POSITIVO APAGAR EL LED CBI PORTC,0 SBRC DIGLS,7 ; NEGATIVO PRENDER EL LED SBI PORTC,0 ; PARA NÚMEROS NEGATIVOS SE OBTIENE EL COMPLEMENTO DE UNO SBRC DIGLS,7 ; NEGATIVO COMPLEMENTO 1 COM DIGLS ; SEPARACIÓN DE LOS DOS DÍGITOS MOV DIGMS,DIGLS ; COPIAR LOS 8 BITS ANDI DIGLS,0x0F ; DEJAR SOLO MENOS SIG. ANDI DIGMS,0xF0 ; DEJAR SOLO MÁS SIG. SWAP DIGMS ; INTERCAMBIO DE NIBBLES ; SALIDA DEL CÓDIGO DEL DÍGITO MENOS SIGNIFICATIVO LDI ZL,LOW(TABLA<<1) ; INICIALIZAR PUNTERO LDI ZH,HIGH(TABLA<<1) ADD ZL,DIGLS ; APUNTAR AL CÓDIGO CLR DIGLS



ADC ZH,DIGLS LPM DIGLS,Z ; TOMAR EL CÓDIGO OUT PORTB,DIGLS ; SACAR AL PÓRTICO ; SALIDA DEL CÓDIGO DEL DÍGITO MÁS SIGNIFICATIVO LDI ZL,LOW(TABLA<<1) ;INICIALIZAR PUNTERO LDI ZH,HIGH(TABLA<<1) ADD ZL,DIGMS ; APUNTAR AL CÓDIGO CLR DIGMS ADC ZH,DIGMS LPM DIGMS,Z ; TOMAR EL CÓDIGO OUT PORTA,DIGMS ; SACAR AL PÓRTICO ; FINAL DEL PROCESO RJMP LEER ; REPETIR TODO EL PROCESO ; TABLA DE CÓDIGOS DE 7 SEGMENTOS PARA ÁNODO COMÚN TABLA: .DB 0b11000000, 0b11111001 ; CÓDIGOS 0 y 1 .DB 0b10100100, 0b10110000 ; CÓDIGOS 2 y 3 .DB 0b10011001, 0b10010010 ; CÓDIGOS 4 y 5 .DB 0b10000010, 0b11111000 ; CÓDIGOS 6 y 7 .DB 0b10000000, 0b10010000 ; CÓDIGOS 8 y 9 .DB 0b10001000, 0b10000011 ; CÓDIGOS A y B .DB 0b11000110, 0b10100001 ; CÓDIGOS C y D .DB 0b10000110, 0b10001110 ; CÓDIGOS E y F ; .EXIT ; FIN DEL MODULO FUENTE

A continuación se muestran dos casos de comprobación mediante el simulador PROTEUS, para el ejercicio de transformación de un número binario de 8 bits escrito en complemento de uno a su equivalente hexadecimal con signo.

PRIMER CASO

Número binario: 01110000

Hexadecimal con signo: + 70 LED del signo: Apagado



SEGUNDO CASO


Hexadecimal con signo: - 0F LED del signo: Encendido


Modificar el programa anterior considerando que el número binario está utilizando la representación en COMPLEMENTO DE DOS.

LA SOLUCIÓN:

El algoritmo es idéntico al anterior, únicamente se debe sustituir la obtención del complemento de uno por la obtención del complemento de dos.

Esto se consigue en el código del programa reemplazando:

; PARA NÚMEROS NEGATIVOS SE OBTIENE EL COMPLEMENTO DE UNO SBRC DIGLS,7 ; NEGATIVO COMPLEMENTO 1 COM DIGLS

Por:

; PARA NÚMEROS NEGATIVOS SE OBTIENE EL COMPLEMENTO DE DOS SBRC DIGLS,7 ; NEGATIVO COMPLEMENTO 2 NEG DIGLS

Casos de comprobación mediante el simulador PROTEUS.



01111111 en Complemento de 2 = + 7F hexadecimal

11111111 en Complemento de 2 = - 01 hexadecimal




Modificar los dos programas anteriores considerando que el número binario está utilizando la representación en SIGNO Y MAGNITUD.

LA SOLUCIÓN:

El algoritmo es idéntico a los dos anteriores, únicamente se debe sustituir la obtención de los complementos por la eliminación del signo en el número.

Esto se consigue en el código del programa reemplazando:

; PARA NÚMEROS NEGATIVOS SE OBTIENE EL COMPLEMENTO DE DOS SBRC DIGLS,7 ; NEGATIVO COMPLEMENTO 2 NEG DIGLS

Por:

; ELIMINAR EL SIGNO CBR DIGLS,0b10000000 ; BORRAR EL BIT 7

Casos de comprobación mediante el simulador PROTEUS.

01010101 en Signo y Magnitud = + 55 hexadecimal



11010101 en Signo y Magnitud = - 55 hexadecimal


Desarrollar un programa que integre los cuatro ejercicios anteriores y que puedan ser escogidas las alternativas mediante dos interruptores conectados a los terminales 7 y 6 del Pórtico D, como se muestra en la tabla y en el circuito que se muestran a continuación:

ALTERNATIVA SW2 SW3 PD7 PD6

SIN SIGNO CERRADO CERRADO 0 0

COMPLEMENTO DE 1 CERRADO ABIERTO 0 1

COMPLEMENTO DE 2 ABIERTO CERRADO 1 0

SIGNO Y MAGNITUD ABIERTO ABIERTO 1 1



La solución implica que PC0 sea programado como pórtico de salida, mientras que PC6 y PC7 como pórticos de entradas. El código del programa se muestra a continuación:


; ASIGNACIÓN DE ETIQUETAS A REGISTROS .DEF DIGMS = R16 ; DÍGITO MAS SIGNIFICATIVO .DEF DIGLS = R17 ; DÍGITO MENOS SIGNIFICATIVO .DEF TIPO = R18 ; TIPO DE TRANSFORMACIÓN ; SEGMENTO DE CÓDIGO o MEMORIA FLASH .CSEG ; PROGRAMACIÓN DE LOS PÓRTICOS DE SALIDA LDI DIGLS,0XFF ; 0xFF PARA PROG. SALIDAS OUT DDRA,DIGLS ; PÓRTICO DÍGITO MÁS SIG. OUT DDRB,DIGLS ; PÓRTICO DÍGITO MENOS SIG. OUT PORTC,DIGLS ; PARA ACTIVAR PULL UP OUT PORTD,DIGLS ; PARA ACTIVAR PULL UP LDI DIGLS,0x01 ; 0x01 BIT 0 SALIDA OUT DDRD,DIGLS ; PÓRTICO DEL SIGNO ; LECTURA DE LOS BITS LEER: IN DIGLS,PINC ; LEER 8 BITS DEL PÓRTICO IN TIPO,PIND ; LEER 2 BITS DEL TIPO ANDI TIPO,0b11000000 BRNE SIGNO ; SALTA SI ES CON SIGNO CBI PORTC,0 ; APAGAR EL LED RJMP SEPAR ; A SEPARAR LOS DÍGITOS SIGNO: SBRS DIGLS,7 ; POSITIVO APAGAR EL LED CBI PORTC,0 SBRC DIGLS,7 ; NEGATIVO PRENDER EL LED SBI PORTC,0 ; PARA NÚMEROS NEGATIVOS PROCESAR SEGÚN EL TIPO SBRS DIGLS,7 ; NEGATIVO COMPLEMENTAR RJMP SEPAR ; A SEPARAR LOS DÍGITOS CHECK1: CPI TIPO,0B10000000 ; COMPLEMENTO DE DOS BRNE CHECK2



NEG DIGLS RJMP SEPAR ; A SEPARAR LOS DÍGITOS CHECK2: CPI TIPO,0B01000000 ; COMPLEMENTO DE UNO BRNE CHECK3 COM DIGLS RJMP SEPAR ; A SEPARAR LOS DÍGITOS CHECK3: CBR DIGLS,0b10000000 ; ELIMINAR EL SIGNO ; SEPARACIÓN DE LOS DOS DÍGITOS SEPAR: MOV DIGMS,DIGLS ; COPIAR LOS 8 BITS ANDI DIGLS,0x0F ; DEJAR SOLO MENOS SIG. ANDI DIGMS,0xF0 ; DEJAR SOLO MÁS SIG. SWAP DIGMS ; INTERCAMBIO DE NIBBLES ; SALIDA DEL CÓDIGO DEL DÍGITO MENOS SIGNIFICATIVO LDI ZL,LOW(TABLA<<1) ; INICIALIZAR PUNTERO LDI ZH,HIGH(TABLA<<1) ADD ZL,DIGLS ; APUNTAR AL CÓDIGO CLR DIGLS ADC ZH,DIGLS LPM DIGLS,Z ; TOMAR EL CÓDIGO OUT PORTB,DIGLS ; SACAR AL PÓRTICO ; SALIDA DEL CÓDIGO DEL DÍGITO MÁS SIGNIFICATIVO LDI ZL,LOW(TABLA<<1) ;INICIALIZAR PUNTERO LDI ZH,HIGH(TABLA<<1) ADD ZL,DIGMS ; APUNTAR AL CÓDIGO CLR DIGMS ADC ZH,DIGMS LPM DIGMS,Z ; TOMAR EL CÓDIGO OUT PORTA,DIGMS ; SACAR AL PÓRTICO ; FINAL DEL PROCESO RJMP LEER ; REPETIR TODO EL PROCESO ; TABLA DE CÓDIGOS DE 7 SEGMENTOS PARA ÁNODO COMÚN TABLA: .DB 0b11000000, 0b11111001 ; CÓDIGOS 0 y 1 .DB 0b10100100, 0b10110000 ; CÓDIGOS 2 y 3 .DB 0b10011001, 0b10010010 ; CÓDIGOS 4 y 5 .DB 0b10000010, 0b11111000 ; CÓDIGOS 6 y 7 .DB 0b10000000, 0b10010000 ; CÓDIGOS 8 y 9 .DB 0b10001000, 0b10000011 ; CÓDIGOS A y B .DB 0b11000110, 0b10100001 ; CÓDIGOS C y D .DB 0b10000110, 0b10001110 ; CÓDIGOS E y F ; .EXIT ; FIN DEL MODULO FUENTE

Comprobación mediante el simulador del PROTEUS.


SW2 = CERRADO SW3 = CERRADO Hexadecimal sin signo: FF LED: Apagado

SW2 = CERRADO SW3 = ABIERTO Hexadecimal con signo en Complemento de 1: - 00 LED: Prendido

SW2 = ABIERTO SW3 = CERRADO Hexadecimal con signo en Complemento de 2: - 01 LED: Prendido

SW2 = ABIERTO SW3 = ABIERTO Hexadecimal con signo en Signo y Magnitud: - 7F LED: Prendido



11111111 Sin Signo = FF hexadecimal





11111111 en Magnitud y Signo = - 7F hexadecimal

COMPROBACIÓN REAL DEL PROGRAMA

Esta actividad conlleva la construcción del circuito en un Protoboard, para lo cual se necesita el microcontrolador ATmega164P, la resistencia y el condensador para el RESET, dos displays de ánodo común y un led independiente con sus resistencias



limitadoras de corriente para ver el resultado, 8 DIP switches para la entrada del número binario y 2 Switches independientes para escoger el tipo de conversión. A estos elementos se debe añadir el Programador que permite descargar el programa desde el archivo TODAS.HEX a la FLASH del microcontrolador.

En el Protoboard, que tiene una fuente regulada de +5 Vdc para polarización, se construye el circuito en forma ordenada. Terminado con las conexiones a los orificios donde se conecta el programador.



Con el software del programador denominado PROGISP, cargamos primero en el buffer el Módulo Objeto y configuramos las etapas de la programación, en particular si es un microcontrolador nuevo se desactiva el fusible JTAGEN y se activa la etapa de Programación de los Fusibles. En cambio, si es un microcontrolador ya usado, es preferible desactivar la etapa de Programación de los Fusibles, sin importar en qué estado se encuentren la condición de cada uno.

Lo que se transfiere a la FLASH del ATmega164P cuando se activa el botón AUTO, puede ser observado en la pestaña BUFFER.

Palabras del Código de

Máquina del Programa y

la Tabla de Datos de los

Códigos de 7 Segmentos



Una vez que termina la programación y verificación, se retira el programador y se comprueba el funcionamiento en forma real.

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