Introduo aos Microcontroladores

PIC16F84A

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Introduo aos Microcontroladores IntroduoAs circunstncias que se nos deparam hoje no campo dos microcontroladores tm os seus primrdios no desenvolvimento da tecnologia dos circuitos integrados. Este desenvolvimento tornou possvel armazenar centenas de milhares de transstores num nico chip. Isso constituiu um pr-requisito para a produo de microprocessadores e, os primeiros computadores foram construdos adicionando perifricos externos tais como memria, linhas de entrada e sada, temporizadores e outros. Um crescente aumento do nvel de integrao, permitiu o aparecimento de circuitos integrados contendo simultaneamente processador e perifricos. Foi assim que o primeiro chip contendo um microcomputador e que mais tarde haveria de ser designado por microcontrolador, apareceu.

Histria no ano de 1969 que uma equipa de engenheiros japoneses pertencentes companhia BUSICOM chega aos Estados Unidos com a encomenda de alguns circuitos integrados para calculadoras a serem implementados segundo os seus projectos. A proposta foi entregue INTEL e Marcian Hoff foi o responsvel pela sua concretizao. Como ele tinha tido experincia de trabalho com um computador (PC) PDP8, lembrou-se de apresentar uma soluo substancialmente diferente em vez da construo sugerida. Esta soluo pressupunha que a funo do circuito integrado seria determinada por um programa nele armazenado. Isso significava que a configurao deveria ser mais simples, mas tambm era preciso muito mais memria que no caso do projecto proposto pelos engenheiros japoneses. Depois de algum tempo, embora os engenheiros japoneses tenham tentado encontrar uma soluo mais fcil, a ideia de Marcian venceu e o primeiro microprocessador nasceu. Ao transformar esta ideia num produto concreto, Frederico Faggin foi de uma grande utilidade para a INTEL. Ele transferiu-se para a INTEL e, em somente 9 meses, teve sucesso na criao de um produto real a partir da sua primeira concepo. Em 1971, a INTEL adquiriu os direitos sobre a venda deste bloco integral. Primeiro eles compraram a licena companhia BUSICOM que no tinha a mnima percepo do tesouro que possua. Neste mesmo ano, apareceu no mercado um microprocessador designado por 4004. Este foi o primeiro microprocessador de 4 bits e tinha a velocidade de 6 000 operaes por segundo. No muito tempo depois, a companhia Americana CTC pediu INTEL e Texas Instruments um microprocessador de 8 bits para usar em terminais. Mesmo apesar de a CTC acabar por desistir desta ideia, tanto a Intel como a Texas Instruments continuaram a trabalhar no microprocessador e, em Abril de 1972, os primeiros microprocessadores de 8 bits apareceram no mercado com o nome de 8008. Este podia enderear 16KB de memria, possua 45 instrues e tinha a velocidade de 300 000 operaes por segundo. Esse microprocessador foi o pioneiro de todos os microprocessadores actuais. A Intel continuou com o desenvolvimento do produto e, em Abril de 1974 ps c fora um processador de 8 bits com o nome de 8080 com a capacidade de enderear 64KB de memria, com 75 instrues e com preos a comearem em $360. Uma outra companhia Americana, a Motorola, apercebeu-se rapidamente do que estava a acontecer e, assim, ps no mercado um novo microprocessador de 8 bits, o 6800. O construtor chefe foi Chuck Peddle e alm do microprocessador propriamente dito, a Motorola foi a primeira companhia a fabricar outros perifricos como os 6820 e 6850. Nesta altura, muitas companhias j se tinham apercebido da enorme importncia dos microprocessadores e comearam a introduzir os seus prprios desenvolvimentos. Chuck Peddle deixa a Motorola para entrar para a MOS Technology e continua a trabalhar intensivamente no desenvolvimento dos microprocessadores. Em 1975, na exposio WESCON nos Estados Unidos, ocorreu um acontecimento crtico na histria dos microprocessadores. A MOS Technology anunciou que ia pr no mercado microprocessadores 6501 e 6502 ao preo de $25 cada e que podia satisfazer de imediato todas as encomendas. Isto pareceu to sensacional que muitos pensaram tratar-se de uma espcie de vigarice, considerando que os competidores vendiam o 8080 e o 6800 a $179 cada. Para responder a este competidor, tanto a Intel como a Motorola baixaram os seus preos por microprocessador para $69,95 logo no primeiro dia da exposio. Rapidamente a Motorola ps uma aco em tribunal contra a MOS Technology e contra Chuck Peddle por violao dos direitos

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de autor por copiarem ao copiarem o 6800. A MOS Technology deixou de fabricar o 6501, mas continuou com o 6502. O 6502 um microprocessador de 8 bits com 56 instrues e uma capacidade de endereamento de 64KB de memria. Devido ao seu baixo custo, o 6502 torna-se muito popular e, assim, instalado em computadores como KIM-1, Apple I, Apple II, Atari, Comodore, Acorn, Oric, Galeb, Orao, Ultra e muitos outros. Cedo aparecem vrios fabricantes do 6502 (Rockwell, Sznertek, GTE, NCR, Ricoh e Comodore adquiriram a MOS Technology) que, no auge da sua prosperidade, chegou a vender microprocessadores razo de 15 milhes por ano ! Contudo, os outros no baixaram os braos. Frederico Faggin deixa a Intel e funda a Zilog Inc. Em 1976, a Zilog anuncia o Z80. Durante a concepo deste microprocessador, Faggin toma uma deciso crtica. Sabendo que tinha sido j desenvolvida uma enorme quantidade de programas para o 8080, Faggin conclui que muitos vo permanecer fieis a este microprocessador por causa das grandes despesas que adviriam das alteraes a todos estes programas. Assim, ele decide que o novo microprocessador deve ser compatvel com o 8080, ou seja, deve ser capaz de executar todos os programas que j tenham sido escritos para o 8080. Alm destas caractersticas, outras caractersticas adicionais foram introduzidas, de tal modo que o Z80 se tornou um microprocessador muito potente no seu tempo. Ele podia enderear directamente 64KB de memria, tinha 176 instrues, um grande nmero de registos, uma opo para refrescamento de memria RAM dinmica, uma nica alimentao, maior velocidade de funcionamento, etc. O Z80 tornou-se um grande sucesso e toda a gente se transferiu do 8080 para o Z80. Pode dizer-se que o Z80 se constituiu sem sombra de dvida como o microprocessador de 8 bits com maior sucesso no seu tempo. Alm da Zilog, outros novos fabricantes como Mostek, NEC, SHARP e SGS apareceram. O Z80 foi o corao de muitos computadores como o Spectrum, Partner, TRS703, Z-3 e Galaxy, que foram aqui usados. Em 1976, a Intel apareceu com uma verso melhorada do microprocessador de 8 bits e designada por 8085. Contudo, o Z80 era to superior a este que, bem depressa, a Intel perdeu a batalha. Ainda que mais alguns microprocessadores tenham aparecido no mercado (6809, 2650, SC/MP etc.), j tudo estava ento decidido. J no havia mais grandes melhorias a introduzir pelos fabricantes que fundamentassem a troca por um novo microprocessador, assim, o 6502 e o Z80, acompanhados pelo 6800, mantiveram-se como os mais representativos microprocessadores de 8 bits desse tempo.

Microcontroladores versus MicroprocessadoresUm microcontrolador difere de um microprocessador em vrios aspectos. Primeiro e o mais importante, a sua funcionalidade. Para que um microprocessador possa ser usado, outros componentes devem-lhe ser adicionados, tais como memria e componentes para receber e enviar dados. Em resumo, isso significa que o microprocessador o verdadeiro corao do computador. Por outro lado, o microcontrolador foi projectado para ter tudo num s. Nenhuns outros componentes externos so necessrios nas aplicaes, uma vez que todos os perifricos necessrios j esto contidos nele. Assim, ns poupamos tempo e espao na construo dos dispositivos.

1.1 Unidade de MemriaA memria a parte do microcontrolador cuja funo guardar dados. A maneira mais fcil de explicar descrev-la como uma grande prateleira cheia de gavetas. Se supusermos que marcamos as gavetas de modo a elas no se confundirem umas com as outras, ento o seu contedo ser facilmente acessvel. Basta saber a designao da gaveta e o seu contedo ser conhecido.

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Os componentes de memria so exactamente a mesma coisa. Para um determinado endereo, ns obtemos o contedo desse endereo. Dois novos conceitos foram apresentados: endereamento e memria. A memria o conjunto de todos os locais de memria (gavetas) e endereamento nada mais que seleccionar um deles. Isto significa que precisamos de seleccionar o endereo desejado (gaveta) e esperar que o contedo desse endereo nos seja apresentado (abrir a gaveta). Alm de ler de um local da memria (ler o contedo da gaveta), tambm possvel escrever num endereo da memria (introduzir um contedo na gaveta). Isto feito utilizando uma linha adicional chamada linha de controle. Ns iremos designar esta linha por R/W (read/write) - ler/escrever. A linha de controle usada do seguinte modo: se r/w=1, executada uma operao de leitura, caso contrrio executada uma operao de escrita no endereo de memria. A memria o primeiro elemento, mas precisamos de mais alguns para que o nosso microcontrolador possa trabalhar.

1.2 Unidade Central de ProcessamentoVamos agora adicionar mais 3 locais de memria a um bloco especfico para que possamos ter as capacidades de multiplicar, dividir, subtrair e mover o seus contedos de um local de memria para outro. A parte que vamos acrescentar chamada "central processing unit" (CPU) ou Unidade Central de Processamento. Os locais de memria nela contidos chamam-se registos.

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Os registos so, portanto, locais de memria cujo papel ajudar a executar vrias operaes matemticas ou quaisquer outras operaes com dados, quaisquer que sejam os locais em que estes se encontrem. Vamos olhar para a situao actual. Ns temos duas entidades independentes (memria e CPU) que esto interligadas, deste modo, qualquer troca de dados retardada bem como a funcionalidade do sistema diminuda. Se, por exemplo, ns desejarmos adicionar os contedos de dois locais de memria e tornar a guardar o resultado na memria, ns necessitamos de uma ligao entre a memria e o CPU. Dito mais simplesmente, ns precisamos de obter um "caminho" atravs do qual os dados possam passar de um bloco para outro.

1.3 BusEste "caminho" designa-se por "bus" . Fisicamente ele corresponde a um grupo de 8, 16 ou mais fios. Existem dois tipos de bus: bus de dados e de endereo. O nmero de linhas do primeiro depende da quantidade de memria que desejamos enderear e o nmero de linhas do outro depende da largura da palavra de dados, no nosso caso igual a oito. O primeiro bus serve para transmitir endereos do CPU para a memria e o segundo para ligar todos os blocos dentro do microcontrolador.

Neste momento, a funcionalidade j aumentou mas um novo problema apareceu: ns temos uma unidade capaz de trabalhar sozinha, mas que no possui nenhum contacto com o mundo exterior, ou seja, conosco! De modo a remover esta deficincia, vamos adicionar um bloco que contm vrias localizaes de memria e que, de um lado, est ligado ao bus de dados e do outro s linhas de sada do microcontrolador que coincidem com pinos do circuito integrado e que, portanto, ns podemos ver com os nossos prprios olhos.

1.4 Unidade de entrada/sadaEstas localizaes que acabamos de adicionar, chamam-se "portos". Existem vrios tipos de portos: de entrada, de sada e de entrada/sada. Quando trabalhamos com portos primeiro de tudo necessrio escolher o porto com que queremos trabalhar e, em seguida, enviar ou receber dados para ou desse porto.

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Quando se est a trabalhar com ele, o porto funciona como um local de memria. Qualquer coisa de que se est a ler ou em que se est a escrever e que possvel identificar facilmente nos pinos do microcontrolador.

1.5 Comunicao srieAnteriormente, acrescentmos unidade j existente a possibilidade de comunicar com o mundo exterior. Contudo, esta maneira de comunicar tem os seus inconvenientes. Um dos inconvenientes bsicos o nmero de linhas que necessrio usarmos para transferir dados. E se for necessrio transferi-los a uma distncia de vrios quilmetros? O nmero de linhas vezes o nmero de quilmetros no atesta a economia do projecto. Isto leva-nos a ter que reduzir o nmero de linhas de modo a que a funcionalidade se mantenha. Suponha que estamos a trabalhar apenas com trs linhas e que uma linha usada para enviar dados, outra para os receber e a terceira usada como linha de referncia tanto do lado de entrada como do lado da sada. Para que isto trabalhe ns precisamos de definir as regras para a troca de dados. A este conjunto de regras chama-se protocolo. Este protocolo deve ser definido com antecedncia de modo que no haja mal entendidos entre as partes que esto a comunicar entre si. Por exemplo, se um homem est a falar em francs e o outro em ingls, altamente improvvel que efectivamente e rapidamente, ambos se entendam. Vamos supor que temos o seguinte protocolo. A unidade lgica "1" colocada na linha de transmisso at que a transferncia se inicie. Assim que isto acontece, a linha passa para nvel lgico '0' durante um certo perodo de tempo (que vamos designar por T), assim, do lado da recepo ficamos a saber que existem dados para receber e, o mecanismo de recepo, vai activar-se. Regressemos agora ao lado da emisso e comecemos a pr zeros e uns lgicos na linha de transmisso correspondentes aos bits, primeiro o menos significativo e finalmente o mais significativo. Vamos esperar que cada bit permanea na linha durante um perodo de tempo igual a T, e, finalmente, depois do oitavo bit, vamos pr novamente na linha o nvel lgico "1" , o que assinala a transmisso de um dado. O protocolo que acabamos de descrever designado na literatura profissional por NRZ (No Retorno a Zero).

Como ns temos linhas separadas para receber e enviar, possvel receber e enviar dados (informao) simultaneamente. O bloco que possibilita este tipo de comunicao designado por bloco de comunicao srie. Ao contrrio da transmisso em paralelo, aqui os dados movem-se bit aps bit em srie, daqui provm o nome de comunicao srie. Depois de receber dados ns

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precisamos de os ler e guardar na memria, no caso da transmisso de dados o processo inverso. Os dados vm da memria atravs do bus para o local de transmisso e dali para a unidade de recepo de acordo com o protocolo.

1.6 Unidade de temporizaoAgora que j temos a unidade de comunicao srie implementada, ns podemos receber, enviar e processar dados.

Contudo, para sermos capazes de utilizar isto na indstria precisamos ainda de mais alguns blocos. Um deles o bloco de temporizao que nos interessa bastante porque pode dar-nos informaes acerca da hora, durao, protocolo, etc. A unidade bsica do temporizador um contador que na realidade um registo cujo contedo aumenta de uma unidade num intervalo de tempo fixo, assim, anotando o seu valor durante os instantes de tempo T1 e T2 e calculando a sua diferena, ns ficamos a saber a quantidade de tempo decorrida. Esta uma parte muito importante do microcontrolador, cujo domnio vai requerer muita da nossa ateno.

1.7 WatchdogUma outra coisa que nos vai interessar a fluncia da execuo do programa pelo microcontrolador durante a sua utilizao. Suponha que como resultado de qualquer interferncia (que ocorre frequentemente num ambiente industrial), o nosso microcontrolador pra de executar o programa ou, ainda pior, desata a trabalhar incorrectamente.

Claro que, quando isto acontece com um computador, ns simplesmente carregamos no boto de reset e continuamos a trabalhar. Contudo, no caso do microcontrolador ns no podemos resolver o nosso problema deste modo, porque no temos boto. Para ultrapassar este obstculo, precisamos de introduzir no nosso modelo um novo bloco chamado watchdog (co de guarda). Este bloco de facto outro contador que est continuamente a contar e que o nosso programa pe a zero sempre que executado correctamente. No caso de o programa "encravar", o zero no vai ser escrito e o contador, por si s, encarregar-se- de fazer o reset do microcontrolador quando alcanar o seu valor mximo. Isto vai fazer com que o programa corra de novo e desta vez correctamente. Este um elemento importante para que qualquer programa se execute fiavelmente, sem precisar da interveno do ser humano.

1.8 Conversor analgico - digitalComo os sinais dos perifricos so substancialmente diferentes daqueles que o microcontrolador pode entender (zero e um), eles devem ser convertidos num formato que possa ser compreendido pelo microcontrolador. Esta tarefa executada por intermdio de um bloco destinado converso

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analgica-digital ou com um conversor A/D. Este bloco vai ser responsvel pela converso de uma informao de valor analgico para um nmero binrio e pelo seu trajecto atravs do bloco do CPU, de modo a que este o possa processar de imediato.

Neste momento, a configurao do microcontrolador est j terminada, tudo o que falta introduzi-la dentro de um aparelho electrnico que poder aceder aos blocos internos atravs dos pinos deste componente. A figura a seguir, ilustra o aspecto interno de um microcontrolador.

Configurao fsica do interior de um microcontrolador As linhas mais finas que partem do centro em direco periferia do microcontrolador correspondem aos fios que interligam os blocos interiores aos pinos do envlucro do microcontrolador. O grfico que se segue representa a parte principal de um microcontrolador.

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Esquema de um microcontrolador com os seus elementos bsicos e ligaes internas.

Numa aplicao real, um microcontrolador, por si s, no suficiente. Alm dele, ns necessitamos do programa que vai ser executado e de mais alguns elementos que constituiro um interface lgico para outros elementos (que vamos discutir em captulos mais frente).

1.9 ProgramaEscrever um programa uma parte especial do trabalho com microcontroladores e designado por "programao". Vamos tentar escrever um pequeno programa numa linguagem que seremos ns a criar e que toda a gente ser capaz de compreender. INICIO REGISTO1=LOCAL_DE_ MEMORIA_A REGISTO2=LOCAL_DE_ MEMORIA_B PORTO_A=REGISTO1+REGISTO2 FIM

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O programa adiciona os contedos de dois locais de memria e coloca a soma destes contedos no porto A. A primeira linha do programa manda mover o contedo do local de memria "A" para um dos registos da unidade central de processamento. Como necessitamos tambm de outra parcela, vamos colocar o outro contedo noutro registo da unidade central de processamento (CPU). A instruo seguinte pede ao CPU para adicionar os contedos dos dois registos e enviar o resultado obtido para o porto A, de modo a que o resultado desta adio seja visvel para o mundo exterior. Para um problema mais complexo, naturalmente o programa que o resolve ser maior. A tarefa de programao pode ser executada em vrias linguagens tais como o Assembler, C e Basic que so as linguagens normalmente mais usadas. O Assembler pertence ao grupo das linguagens de baixo nvel que implicam um trabalho de programao lento, mas que oferece os melhores resultados quando se pretende poupar espao de memria e aumentar a velocidade de execuo do programa. Como se trata da linguagem mais frequentemente usada na programao de microcontroladores, ela ser discutida num captulo mais adiantado. Os programas na linguagem C so mais fceis de se escrever e compreender, mas, tambm, so mais lentos a serem executados que os programas assembler. Basic a mais fcil de todas para se aprender e as suas instrues so semelhantes maneira de um ser humano se exprimir, mas tal como a linguagem C, tambm de execuo mais lenta que o assembler. Em qualquer caso, antes que escolha entre uma destas linguagens, precisa de examinar cuidadosamente os requisitos de velocidade de execuo, de espao de memria a ocupar e o tempo que vai demorar a fazer o programa em assembly. Depois de o programa estar escrito, ns necessitamos de introduzir o microcontrolador num dispositivo e p-lo a trabalhar. Para que isto acontea, ns precisamos de adicionar mais alguns componentes externos. Primeiro temos que dar vida ao microcontrolador fornecendo-lhe a tenso (a tenso elctrica necessria para que qualquer instrumento electrnico funcione) e o oscilador cujo papel anlogo ao do corao que bate no ser humano. A execuo das instrues do programa regulada pelas pulsaes do oscilador. Logo que lhe aplicada a tenso, o microcontrolador executa uma verificao dele prprio, vai para o princpio do programa e comea a execut-lo. O modo como o dispositivo vai trabalhar depende de muitos parmetros, os mais importantes dos quais so a competncia da pessoa que desenvolve o hardware e do programador que, com o seu programa, deve tirar o mximo do dispositivo.

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Microcontrolador PIC16F84 IntroduoO PIC 16F84 pertence a uma classe de microcontroladores de 8 bits, com uma arquitetura RISC. A estrutura genrica a do mapa que se segue, que nos mostra os seus blocos bsicos. Memria de programa (FLASH) - para armazenar o programa que se escreveu. Como a memria fabricada com tecnologia FLASH pode ser programa e limpa mais que uma vez. ela torna-se adequada para o desenvolvimento de dispositivos. EEPROM - memria dos dados que necessitam de ser salvaguardados quando a alimentao desligada. Normalmente usada para guardar dados importantes que no se podem perder quando a alimentao, de repente, vai abaixo. Um exemplo deste tipo de dados a temperatura fixada para os reguladores de temperatura. Se, durante uma quebra de alimentao, se perdessem dados, ns precisaramos de proceder a um novo ajustamento quando a alimentao fosse restabelecida. Assim, o nosso dispositivo, perderia eficcia. RAM - memria de dados usada por um programa, durante a sua execuo. Na RAM, so guardados todos os resultados intermdios ou dados temporrios durante a execuo do programa e que no so cruciais para o dispositivo, depois de ocorrer uma falha na alimentao. PORTO A e PORTO B so ligaes fsicas entre o microcontrolador e o mundo exterior. O porto A tem cinco pinos e o porto B oito pinos. CONTADOR/TEMPORIZADOR um registro de 8 bits no interior do microcontrolador que trabalha independentemente do programa. No fim de cada conjunto de quatro ciclos de relgio do oscilador, ele incrementa o valor armazenado, at atingir o valor mximo (255), nesta altura recomea a contagem a partir de zero. Como ns sabemos o tempo exato entre dois incrementos sucessivos do contedo do temporizador, podemos utilizar este para medir intervalos de tempo, o que o torna muito til em vrios dispositivos. UNIDADE DE PROCESSAMENTO CENTRAL faz a conexo com todos os outros blocos do microcontrolador. Ele coordena o trabalho dos outros blocos e executa o programa do utilizador.

Esquema do microcontrolador PIC16F84

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Arquiteturas Harvard versus von Neumann

CISC, RISCJ foi dito que o PIC16F84 tem uma arquitetura RISC. Este termo encontrado, muitas vezes, na literatura sobre computadores e necessita de ser explicada aqui, mais detalhadamente. A arquitetura de Harvard um conceito mais recente que a de von-Neumann. Ela adveio da necessidade de pr o microcontrolador a trabalhar mais rapidamente. Na arquitetura de Harvard, a memria de dados est separada da memria de programa. Assim, possvel uma maior fluncia de dados atravs da unidade central de processamento e, claro, uma maior velocidade de funcionamento. A separao da memria de dados da memria de programa, faz com que as instrues possam ser representadas por palavras de mais que 8 bits. O PIC16F84, usa 14 bits para cada instruo, o que permite que todas as instrues ocupem uma s palavra de instruo. tambm tpico da arquitetura Harvard ter um repertrio com menos instrues que a de von-Neumann's, instrues essas, geralmente executadas apenas num nico ciclo de relgio. Os microcontroladores com a arquitetura Harvard, so tambm designados por "microcontroladores RISC". RISC provm de Computador com um Conjunto Reduzido de Instrues (Reduced Instruction Set Computer). Os microcontroladores com uma arquitetura von-Neumann so designados por 'microcontroladores CISC'. O nome CISC deriva de Computador com um Conjunto Complexo de Instrues (Complex Instruction Set Computer). Como o PIC16F84 um microcontrolador RISC, disso resulta que possui um nmero reduzido de instrues, mais precisamente 35 (por exemplo, os microcontroladores da Intel e da Motorola tm mais de cem instrues). Todas estas instrues so executadas num nico ciclo, exceto no caso de instrues de salto e de ramificao. De acordo com o que o seu fabricante refere, o PIC16F84 geralmente atinge resultados de 2 para 1 na compresso de cdigo e 4 para 1 na velocidade, em relao aos outros microcontroladores de 8 bits da sua classe.

AplicaesO PIC16F84, perfeitamente adequado para muitas variedades de aplicaes, como a indstria automvel, sensores remotos, fechaduras eltricas e dispositivos de segurana. tambm um dispositivo ideal para cartes inteligentes, bem como para dispositivos alimentados por baterias, por causa do seu baixo consumo. A memria EEPROM, faz com que se torne mais fcil usar microcontroladores em dispositivos onde o armazenamento permanente de vrios parmetros, seja necessrio (cdigos para transmissores, velocidade de um motor, freqncias de recepo, etc.). O baixo custo, baixo consumo, facilidade de manuseamento e flexibilidade fazem com que o PIC16F84 se possa utilizar em reas em que os microcontroladores no eram anteriormente empregues (exemplo: funes de temporizao, substituio de interfaces em sistemas de grande porte, aplicaes de coprocessamento, etc.). A possibilidade deste chip de ser programvel no sistema (usando somente dois pinos para a transferncia de dados), do flexibilidade do produto, mesmo depois de a sua montagem e teste estarem completos. Esta capacidade, pode ser usada para criar linhas de produo e montagem, para armazenar dados de calibragem disponveis apenas quando se proceder ao teste final ou, ainda, para aperfeioar os programas presentes em produtos acabados.

Relgio / ciclo de instruoO relgio (clock), quem d o sinal de partida para o microcontrolador e obtido a partir de um componente externo chamado oscilador. Se considerasse-mos que um microcontrolador era um relgio de sala, o nosso clock corresponderia ao pndulo e emitiria um rudo correspondente ao deslocar do pndulo. Tambm, a fora usada para dar corda ao relgio, podia comparar-se alimentao eltrica. O clock do oscilador, ligado ao microcontrolador atravs do pino OSC1, aqui, o circuito interno do microcontrolador divide o sinal de clock em quatro fases, Q1, Q2, Q3 e Q4 que no se sobrepem. Estas quatro pulsaes perfazem um ciclo de instruo (tambm chamado ciclo de mquina) e durante o qual uma instruo executada. A execuo de uma instruo, antecedida pela extrao da instruo que est na linha seguinte. O cdigo da instruo extrado da memria de programa em Q1 e escrito no registro de instruo em Q4. A descodificao e execuo dessa mesma instruo, faz-se entre as fases Q1 e Q4 seguintes. No diagrama em baixo, podemos observar a relao entre o ciclo de instruo e o clock do oscilador (OSC1) assim como as fases Q1-Q4. O contador de programa (Program Counter ou PC) guarda o endereo da prxima instruo a ser executada.

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PipeliningCada ciclo de instruo inclui as fases Q1, Q2, Q3 e Q4. A extrao do cdigo de uma instruo da memria de programa, feita num ciclo de instruo, enquanto que a sua descodificao e execuo, so feitos no ciclo de instruo seguinte. Contudo, devido sobreposio pipelining (o microcontrolador ao mesmo tempo que executa uma instruo extrai simultaneamente da memria o cdigo da instruo seguinte), podemos considerar que, para efeitos prticos, cada instruo demora um ciclo de instruo a ser executada. No entanto, se a instruo provocar uma mudana no contedo do contador de programa (PC), ou seja, se o PC no tiver que apontar para o endereo seguinte na memria de programa, mas sim para outro (como no caso de saltos ou de chamadas de sub-rotinas), ento dever considerar-se que a execuo desta instruo demora dois ciclos. Isto acontece, porque a instruo vai ter que ser processada de novo, mas, desta vez, a partir do endereo correto. O ciclo de chamada comea na fase Q1, escrevendo a instruo no registro de instruo (Instruction Register IR). A descodificao e execuo continua nas fases Q2, Q3 e Q4 do clock.

Fluxograma das Instrues no Pipeline

TCY0 lido da memria o cdigo da instruo MOVLW 55h (no nos interessa a instruo que foi executada, por isso no est representada por retngulo). TCY1 executada a instruo MOVLW 55h e lida da memria a instruo MOVWF PORTB. TCY2 executada a instruo MOVWF PORTB e lida a instruo CALL SUB_1. TCY3 executada a chamada (call) de um subprograma CALL SUB_1 e lida a instruo BSF PORTA,BIT3. Como esta instruo no a que nos interessa, ou seja, no a primeira instruo do subprograma SUB_1, cuja execuo o que vem a seguir, a leitura de uma instruo tem que ser feita de novo. Este um bom exemplo de uma instruo a precisar de mais que um ciclo. TCY4 este ciclo de instruo totalmente usado para ler a primeira instruo do subprograma no endereo SUB_1. TCY5 executada a primeira instruo do subprograma SUB_1 e lida a instruo seguinte.

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Significado dos pinosO PIC16F84 tem um total de 18 pinos. mais freqentemente encontrado num tipo de encapsulamento DIP18, mas, tambm pode ser encontrado numa cpsula SMD de menores dimenses que a DIP. DIP uma abreviatura para Dual In Package (Empacotamento em duas linhas). SMD uma abreviatura para Surface Mount Devices (Dispositivos de Montagem em Superfcie), o que sugere que os pinos no precisam de passar pelos orifcios da placa em que so inseridos, quando se solda este tipo de componente.

Os pinos no microcontrolador PIC16F84, tm o seguinte significado: Pino n 1, RA2 Segundo pino do porto A. No tem nenhuma funo adicional. Pino n 2, RA3 Terceiro pino do porto A. No tem nenhuma funo adicional. Pino n 3, RA4 Quarto pino do porto A. O TOCK1 que funciona como entrada do temporizador, tambm utiliza este pino. Pino n 4, MCLR Entrada de reset e entrada da tenso de programao Vpp do microcontrolador . Pino n 5, Vss massa da alimentao. Pino n 6, RB0, bit 0 do porto B. Tem uma funo adicional que a de entrada de interrupo. Pino n 7, RB1 bit 1do porto B. No tem nenhuma funo adicional. Pino n 8, RB2 bit 2 do porto B. No tem nenhuma funo adicional. Pino n 9, RB3 bit 3 do porto B. No tem nenhuma funo adicional. Pino n 10, RB4 bit 4 do porto B. No tem nenhuma funo adicional. Pino n 11, RB5 bit 5 do porto B. No tem nenhuma funo adicional. Pino n 12, RB6 bit 6 do porto B. No modo de programa a linha de clock Pino n 13, RB7 bit 7 do porto B. Linha de dados no modo de programa Pino n 14, Vdd Plo positivo da tenso de alimentao. Pino n 15, OSC2 para ser ligado a um oscilador. Pino n 16, OSC1 para ser ligado a um oscilador. Pino n 17, RA0 bit 0 do porto A. Sem funo adicional. Pino n 18, RA1 bit 1 do porto A. Sem funo adicional.

2.1 Gerador de relgio osciladorO circuito do oscilador usado para fornecer um relgio (clock), ao microcontrolador. O clock necessrio para que o microcontrolador possa executar um programa ou as instrues de um programa. Tipos de osciladores O PIC16F84 pode trabalhar com quatro configuraes de oscilador. Uma vez que as configuraes com um oscilador de cristal e resistncia-condensador (RC) so aquelas mais freqentemente usadas, elas so as nicas que vamos mencionar aqui. Quando o oscilador de cristal, a designao da configurao de XT, se o oscilador for uma resistncia em srie com um condensador, tem a designao RC. Isto importante, porque h necessidade de optar entre os diversos tipos de oscilador, quando se escolhe um microcontrolador.

Oscilador XT O oscilador de cristal est contido num invlucro de metal com dois pinos onde foi escrita a freqncia a que o cristal oscila. Dois condensadores cermicos devem ligar cada um dos pinos do cristal massa. Casos h em que cristal e

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condensadores esto contidos no mesmo encapsulamento, tambm o caso do ressonador cermico ao lado representado. Este elemento tem trs pinos com o pino central ligado massa e os outros dois pinos ligados aos pinos OSC1 e OSC2 do microcontrolador. Quando projetamos um dispositivo, a regra colocar o oscilador to perto quanto possvel do microcontrolador, de modo a evitar qualquer interferncia nas linhas que ligam o oscilador ao microcontrolador.

Clock de um microcontrolador a partir de um cristal de quartzo OSCILADOR RC

Clock de um microcontrolador com um ressonador

Em aplicaes em que a preciso da temporizao no um fator crtico, o oscilador RC torna-se mais econmico. A freqncia de ressonncia do oscilador RC depende da tenso de alimentao, da resistncia R, capacidade C e da temperatura de funcionamento.

O diagrama acima, mostra como um oscilador RC deve ser ligado a um PIC16F84. Com um valor para a resistncia R abaixo de 2,2 K, o oscilador pode tornar-se instvel ou pode mesmo parar de oscilar. Para um valor muito grande R (1M por exemplo), o oscilador torna-se muito sensvel unidade e ao rudo. recomendado que o valor da resistncia R esteja compreendido entre 3K e 100K. Apesar de o oscilador poder trabalhar sem condensador externo (C = 0 pF), conveniente, ainda assim, usar um condensador acima de 20 pF para evitar o rudo e aumentar a estabilidade. Qualquer que seja o oscilador que se est a utilizar, a freqncia de trabalho do microcontrolador a do oscilador dividida por 4. A freqncia de oscilao dividida por 4 tambm fornecida no pino OSC2/CLKOUT e, pode ser usada, para testar ou sincronizar outros circuitos lgicos pertencentes ao sistema.

Relao entre o sinal de clock e os ciclos de instruo Ao ligar a alimentao do circuito, o oscilador comea a oscilar. Primeiro com um perodo de oscilao e uma amplitude instveis, mas, depois de algum tempo, tudo estabiliza.

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Sinal de clock do oscilador do microcontrolador depois de ser ligada a alimentao

Para evitar que esta instabilidade inicial do clock afete o funcionamento do microcontrolador, ns necessitamos de manter o microcontrolador no estado de reset enquanto o clock do oscilador no estabiliza. O diagrama em cima, mostra uma forma tpica do sinal fornecido por um oscilador de cristal de quartzo ao microcontrolador quando se liga a alimentao.

2.2 ResetO reset usado para pr o microcontrolador num estado conhecido. Na prtica isto significa que s vezes o microcontrolador pode comportar-se de um modo inadequado em determinadas condies indesejveis. De modo a que o seu funcionamento normal seja restabelecido, preciso fazer o reset do microcontrolador, isto significa que todos os seus registros vo conter valores iniciais pr-definidos, correspondentes a uma posio inicial. O reset no usado somente quando o microcontrolador no se comporta da maneira que ns queremos, mas, tambm pode ser usado, quando ocorre uma interrupo por parte de outro dispositivo, ou quando se quer que o microcontrolador esteja pronto para executar um programa . De modo a prevenir a ocorrncia de um zero lgico acidental no pino MCLR (a linha por cima de MCLR significa o sinal de reset ativado por nvel lgico baixo), o pino MCLR tem que ser ligado atravs de uma resistncia ao lado positivo da alimentao. Esta resistncia deve ter um valor entre 5 e 10K. Uma resistncia como esta, cuja funo conservar uma determinada linha a nvel lgico alto, chamada resistncia de pull up.

Utilizao do circuito interno de reset O microcontrolador PIC16F84, admite vrias formas de reset: a) Reset quando se liga a alimentao, POR (Power-On Reset) b) Reset durante o funcionamento normal, quando se pe a nvel lgico baixo o pino MCLR do microcontrolador. c) Reset durante o regime de SLEEP (dormir). d) Reset quando o temporizador do watchdog (WDT) transborda (passa para 0 depois de atingir o valor mximo). e) Reset quando o temporizador do watchdog (WDT) transborda estando no regime de SLEEP. Os reset mais importantes so o a) e o b). O primeiro, ocorre sempre que ligada a alimentao do microcontrolador e serve para trazer todos os registros para um estado inicial. O segundo que resulta da aplicao de um valor lgico baixo ao pino MCLR durante o funcionamento normal do microcontrolador e, usado muitas vezes, durante o desenvolvimento de um programa. Durante um reset, os locais de memria da RAM (registros) no so alterados. Ou seja, os contedos destes registros, so desconhecidos durante o restabelecimento da alimentao, mas mantm-se inalterados durante qualquer outro reset. Ao contrrio dos registros normais, os SFR (registros com funes especiais) so reiniciados com um valor inicial pr-definido. Um dos mais importantes efeitos de um reset, introduzir no contador de programa (PC), o valor zero (0000), o que faz com que o programa comece a ser executado a partir da primeira instruo deste.

Reset quando o valor da alimentao desce abaixo do limite permitido (Brown-out Reset). O impulso que provoca o reset durante o estabelecimento da alimentao (power-up), gerado pelo prprio microcontrolador quando detecta um aumento na tenso Vdd (numa faixa entre 1,2V e 1,8V). Esse impulso perdura durante 72ms, o que, em princpio, tempo suficiente para que o oscilador estabilize. Esse intervalo de tempo de 72ms definido por um temporizador interno PWRT, com um oscilador RC prprio. Enquanto PWRT estiver ativo, o microcontrolador mantm-se no estado de reset. Contudo, quando o dispositivo est a trabalhar, pode surgir um problema no resultante de uma queda da tenso para 0 volts, mas sim de uma queda de tenso para um valor abaixo do limite que garante o correto funcionamento do microcontrolador. Trata-se de um fato muito provvel de ocorrer na prtica, especialmente em ambientes

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industriais onde as perturbaes e instabilidade da alimentao ocorrem freqentemente. Para resolver este problema, ns precisamos de estar certos de que o microcontrolador entra no estado de reset de cada vez que a alimentao desce abaixo do limite aprovado.

Exemplos de quedas na alimentao abaixo do limite Se, de acordo com as especificaes eltricas, o circuito interno de reset de um microcontrolador no satisfizer as necessidades, ento, devero ser usados componentes eletrnicos especiais, capazes de gerarem o sinal de reset desejado. Alm desta funo, estes componentes, podem tambm cumprir o papel de vigiarem as quedas de tenso para um valor abaixo de um nvel especificado. Quando isto ocorre, aparece um zero lgico no pino MCLR, que mantm o microcontrolador no estado de reset, enquanto a voltagem no estiver dentro dos limites que garantem um correto funcionamento.

2.3 Unidade Central de ProcessamentoA unidade central de processamento (CPU) o crebro de um microcontrolador. Essa parte responsvel por extrair a instruo, decodificar essa instruo e, finalmente, execut-la.

Esquema da unidade central de processamento - CPU A unidade central de processamento, interliga todas as partes do microcontrolador de modo a que este se comporte como um todo. Uma das sua funes mais importante , seguramente, decodificar as instrues do programa. Quando o programador escreve um programa, as instrues assumem um claro significado como o caso por exemplo de MOVLW 0x20. Contudo, para que um microcontrolador possa entend-las, esta forma escrita de uma instruo tem que ser traduzida numa srie de zeros e uns que o opcode (operation code ou cdigo da operao). Esta passagem de uma palavra escrita para a forma binria executada por tradutores assembler (ou simplesmente assembler). O cdigo da instruo extrado da memria de programa, tem que ser decodificado pela unidade central de processamento (CPU). A cada uma das instrues do repertrio do microcontrolador, corresponde um conjunto de aes para a concretizar. Estas aes, podem envolver transferncias de dados de um local de memria para outro, de um local de memria para os portos, e diversos clculos, pelo que, se conclui que, o CPU, tem que estar ligado a todas as partes do microcontrolador. Os bus de dados e o de endereo permitem-nos fazer isso.

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Unidade Lgica Aritmtica (ALU) A unidade lgica aritmtica (ALU Arithmetic Logic Unit), responsvel pela execuo de operaes de adio, subtrao, deslocamento (para a esquerda ou para a direita dentro de um registro) e operaes lgicas. O PIC16F84 contm uma unidade lgica aritmtica de 8 bits e registros de uso genrico tambm de 8 bits.

Unidade lgica-aritmtica e como funciona Por operando ns designamos o contedo sobre o qual uma operao incide. Nas instrues com dois operandos, geralmente um operando est contido no registro de trabalho W (working register) e o outro operando ou uma constante ou ento est contido num dos outros registros. Esses registros podem ser Registros de Uso Genrico (General Purpose Registers GPR) ou Registros com funes especiais (Special Function Registers SFR). Nas instrues s com um operando, um dos operandos o contedo do registro W ou o contedo de um dos outros registros. Quando so executadas operaes lgicas ou aritmticas como o caso da adio, a ALU controla o estado dos bits (que constam do registro de estado STATUS). Dependendo da instruo a ser executada, a ALU, pode modificar os valores bits do Carry (C), Carry de dgito (DC) e Z (zero) no registro de estado - STATUS.

Diagrama bloco mais detalhado do microcontrolador PIC16F84

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Registro STATUS

bit 0 C (Carry) Transporte Este bit afetado pelas operaes de adio, subtrao e deslocamento. Toma o valor 1 (set), quando um valor mais pequeno subtrado de um valor maior e toma o valor 0 (reset) quando um valor maior subtrado de um menor. 1= Ocorreu um transporte no bit mais significativo 0= No ocorreu transporte no bit mais significativo O bit C afetado pelas instrues ADDWF, ADDLW, SUBLW e SUBWF. bit 1 DC (Digit Carry) Transporte de dgito Este bit afetado pelas operaes de adio, subtrao. Ao contrrio do anterior, DC assinala um transporte do bit 3 para o bit 4 do resultado. Este bit toma o valor 1, quando um valor mais pequeno subtrado de um valor maior e toma o valor 0 quando um valor maior subtrado de um menor. 1= Ocorreu um transporte no quarto bit mais significativo 0= No ocorreu transporte nesse bit O bit DC afetado pelas instrues ADDWF, ADDLW, SUBLW e SUBWF. bit 2 Z (bit Zero) Indicao de resultado igual a zero. Este bit toma o valor 1 quando o resultado da operao lgica ou aritmtica executada igual a 0. 1= resultado igual a zero 0= resultado diferente de zero bit 3 PD (Bit de baixa de tenso Power Down) Este bit posto a 1 quando o microcontrolador alimentado e comea a trabalhar, depois de um reset normal e depois da execuo da instruo CLRWDT. A instruo SLEEP pe este bit a 0 ou seja, quando o microcontrolador entra no regime de baixo consumo / pouco trabalho. Este bit pode tambm ser posto a 1, no caso de ocorrer um impulso no pino RB0/INT, uma variao nos quatro bits mais significativos do porto B, ou quando completada uma operao de escrita na DATA EEPROM ou ainda pelo watchdog. 1 = depois de ter sido ligada a alimentao 0 = depois da execuo de uma instruo SLEEP bit 4 TO Time-out ; transbordo do Watchdog Este bit posto a 1, depois de a alimentao ser ligada e depois da execuo das instrues CLRWDT e SLEEP. O bit posto a 0 quando o watchdog consegue chegar ao fim da sua contagem (overflow = transbordar), o que indica que qualquer coisa no esteve bem. 1 = no ocorreu transbordo 0 = ocorreu transbordo bits 5 e 6 RP1:RP0 (bits de seleo de banco de registros) Estes dois bits so a parte mais significativa do endereo utilizado para endereamento direto. Como as instrues que endeream diretamente a memria, dispem somente de sete bits para este efeito, preciso mais um bit para poder enderear todos os 256 registros do PIC16F84. No caso do PIC16F84, RP1, no usado, mas pode ser necessrio no caso de outros microcontroladores PIC, de maior capacidade. 01 = banco de registros 1 00 = banco de registros 0 bit 7 IRP (Bit de seleo de banco de registros) Este bit utilizado no endereamento indireto da RAM interna, como oitavo bit 1 = bancos 2 e 3 0 = bancos 0 e 1 (endereos de 00h a FFh) O registro de estado (STATUS), contm o estado da ALU (C, DC, Z), estado de RESET (TO, PD) e os bits para seleo do banco de memria (IRP, RP1, RP0). Considerando que a seleo do banco de memria controlada atravs deste registro, ele tem que estar presente em todos os bancos. Os bancos de memria sero discutidos com mais detalhe no captulo que

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trata da Organizao da Memria. Se o registro STATUS for o registro de destino para instrues que afetem os bits Z, DC ou C, ento no possvel escrever nestes trs bits.

Registro OPTION

bits 0 a 2 PS0, PS1, PS2 (bits de seleo do divisor Prescaler) Estes trs bits definem o fator de diviso do prescaler. Aquilo que o prescaler e o modo como o valor destes trs bits afetam o funcionamento do microcontrolador ser estudado na seco referente a TMR0.

bit 3 PSA (Bit de Atribuio do Prescaler) Bit que atribui o prescaler ao TMR0 ou ao watchdog. 1 = prescaler atribudo ao watchdog 0 = prescaler atribudo ao temporizador TMR0 bit 4 T0SE (bit de seleo de bordo ativo em TMR0) Se for permitido aplicar impulsos em TMR0, a partir do pino RA4/TOCK1, este bit determina se os impulsos ativos so os impulsos ascendentes ou os impulsos descendentes. 1 = bordo descendente 0 = bordo ascendente bit 5 TOCS (bit de seleo de fonte de clock em TMR0) Este pino escolhe a fonte de impulsos que vai ligar ao temporizador. Esta fonte pode ser o clock do microcontrolador (freqncia de clock a dividir por 4) ou impulsos externos no pino RA4/TOCKI. 1 = impulsos externos 0 = do clock interno bit 6 INDEDG (bit de seleo de bordo de interrupo) Se esta interrupo estiver habilitada, possvel definir o bordo que vai activar a interrupo no pino RB0/INT. 1 = bordo ascendente 0 = bordo descendente bit 7 RBPU (Habilitao dos pull-up nos bits do porto B) Este bit introduz ou retira as resistncias internas de pull-up do porto B. 1 = resistncias de pull-up desligadas 0 = resistncias de pull-up ligadas

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2.4 PortosPorto, um grupo de pinos num microcontrolador que podem ser acedidos simultaneamente, e, no qual ns podemos colocar uma combinao de zeros e uns ou ler dele o estado existente. Fisicamente, porto um registro dentro de um microcontrolador que est ligado por fios aos pinos do microcontrolador. Os portos representam a conexo fsica da Unidade Central de Processamento (CPU) com o mundo exterior. O microcontrolador usa-os para observar ou comandar outros componentes ou dispositivos. Para aumentar a sua funcionalidade, os mesmos pinos podem ter duas aplicaes distintas, como, por exemplo, RA4/TOCKI, que simultaneamente o bit 4 do porto A e uma entrada externa para o contador/temporizador TMR0. A escolha de uma destas duas funes feita atravs dos registros de configurao. Um exemplo disto o TOCS, quinto bit do registro OPTION. Ao selecionar uma das funes, a outra automaticamente inibida.

Relao entre os registros TRISA e PORTO A Todos os pinos dos portos podem ser definidos como de entrada ou de sada, de acordo com as necessidades do dispositivo que se est a projectar. Para definir um pino como entrada ou como sada, preciso, em primeiro lugar, escrever no registro TRIS, a combinao apropriada de zeros e uns. Se no local apropriado de um registro TRIS for escrito o valor lgico 1, ento o correspondente pino do porto definido como entrada, se suceder o contrrio, o pino definido como sada. Todos os portos, tm um registro TRIS associado. Assim, para o porto A, existe o registro TRISA no endereo 85h e, para o porto B existe o registro TRISB, no endereo 86h. PORTO B O porto B tem 8 pinos associados a ele. O respectivo registro de direo de dados chama-se TRISB e tem o endereo 86h. Ao pr a 1 um bit do registro TRISB, define-se o correspondente pino do porto como entrada e se pusermos a 0 um bit do registro TRISB, o pino correspondente vai ser uma sada. Cada pino do PORTO B possui uma pequena resistncia de pull-up (resistncia que define a linha como tendo o valor lgico 1). As resistncias de pull-up so ativadas pondo a 0 o bit RBPU, que o bit 7 do registro OPTION. Estas resistncias de pull-up so automaticamente desligadas quando os pinos do porto so configurados como sadas. Quando a alimentao do microcontrolador ligada, as resistncias de pull-up so tambm desativadas. Quatro pinos do PORTO B, RB4 a RB7 podem causar uma interrupo, que ocorre quando qualquer deles varia do valor lgico zero para valor lgico um ou o contrrio. Esta forma de interrupo s pode ocorrer se estes pinos forem configurados como entradas (se qualquer um destes 4 pinos for configurado como sada, no ser gerada uma interrupo quando h variao de estado). Esta modalidade de interrupo, acompanhada da existncia de resistncias de pull-up internas, torna possvel resolver mais facilmente problemas freqentes que podemos encontrar na prtica, como por exemplo a ligao de um teclado matricial. Se as linhas de um teclado ficarem ligadas a estes pinos, sempre que se prime uma tecla, ir-se- provocar uma interrupo. Ao processar a interrupo, o microcontrolador ter que identificar a tecla que a produziu. No recomendvel utilizar o porto B, ao mesmo tempo que esta interrupo est a ser processada.

O exemplo de cima mostra como os pinos 0, 1, 2 e 3 so definidos como entradas e 4, 5, 6 e 7 como sadas. PORTO A O porto A (PORTA) est associado a 5 pinos. O registro de direo de dados correspondente o TRISA, no endereo 85h. Tal como no caso do porto B, pr a 1 um bit do registro TRISA, equivale a definir o correspondente pino do porto A, como entrada e pr a 0 um bit do mesmo registro, equivale a definir o correspondente pino do porto A, como sada.

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O quinto pino do porto A tem uma funo dupla. Nesse pino est tambm situada a entrada externa do temporizador TMR0. Cada uma destas opes escolhida pondo a 1 ou pondo a 0 o bit TOCS (bit de seleo de fonte de clock de TMR0). Conforme o valor deste bit, assim o temporizador TMR0 incrementa o seu valor por causa de um impulso do oscilador interno ou devido a um impulso externo aplicado ao pino RA4/TOCKI.

Este exemplo mostra como os pinos 0, 1, 2, 3 e 4 so declarados como entradas e os pinos 5, 6 e 7 como pinos de sada.

2.5 Organizao da memriaO PIC16F84 tem dois blocos de memria separados, um para dados e o outro para o programa. A memria EEPROM e os registros de uso genrico (GPR) na memria RAM constituem o bloco para dados e a memria FLASH constitui o bloco de programa. Memria de programa A memria de programa implementada usando tecnologia FLASH, o que torna possvel programar o microcontrolador muitas vezes antes de este ser instalado num dispositivo, e, mesmo depois da sua instalao, podemos alterar o programa e parmetros contidos. O tamanho da memria de programa de 1024 endereos de palavras de 14 bits, destes, os endereos zero e quatro esto reservados respectivamente para o reset e para o vetor de interrupo. Memria de dados A memria de dados compreende memria EEPROM e memria RAM. A memria EEPROM consiste em 64 posies para palavras de oito bits e cujos contedos no se perdem durante uma falha na alimentao. A memria EEPROM no faz parte diretamente do espao de memria mas acedida indiretamente atravs dos registros EEADR e EEDATA. Como a memria EEPROM serve usualmente para guardar parmetros importantes (por exemplo, de uma dada temperatura em reguladores de temperatura), existe um procedimento estrito para escrever na EEPROM que tem que ser seguido de modo a evitar uma escrita acidental. A memria RAM para dados, ocupa um espao no mapa de memria desde o endereo 0x0C at 0x4F, o que corresponde a 68 localizaes. Os locais da memria RAM so tambm chamados registros GPR (General Purpose Registers = Registros de uso genrico). Os registros GPR podem ser acedidos sem ter em ateno o banco em que nos encontramos de momento. Registros SFR Os registros que ocupam as 12 primeiras localizaes nos bancos 0 e 1 so registros especiais e tm a ver com a manipulao de certos blocos do microcontrolador. Estes registros so os SFR (Special Function Registers ou Registros de Funes Especiais).

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Organizao da memria no microcontrolador PIC16F84

Bancos de Memria Alm da diviso em comprimento entre registros SFR e GPR, o mapa de memria est tambm dividido em largura (ver mapa anterior) em duas reas chamadas bancos. A seleo de um dos bancos feita por intermdio dos bits RP0 e RP1 do registro STATUS. Exemplo : bcf STATUS, RP0 A instruo BCF limpa o bit RP0 (RP0 = 0) do registro STATUS e, assim, coloca-nos no banco 0. bsf STATUS, RP0 A instruo BSF pe a um, o bit RP0 (RP0 = 1) do registro STATUS e, assim, coloca-nos no banco 1. Normalmente, os grupos de instrues muito usados so ligados numa nica unidade que pode ser facilmente invocada por diversas vezes num programa, uma unidade desse tipo chama-se genericamente Macro e, normalmente, essa unidade designada por um nome especifico facilmente compreensvel. Com a sua utilizao, a seleo entre os dois bancos torna-se mais clara e o prprio programa fica mais legvel. BANK0 macro Bcf STATUS, RP0 ;Selecionar o banco 0 da memria Endm BANK1 macro Bsf STATUS, RP0 ; Selecionar o banco 1 da memria Endm

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Os locais de memria 0Ch 4Fh so registros de uso genrico (GPR) e so usados como memria RAM. Quando os endereos 8Ch CFh so acedidos, ns acedemos tambm s mesmas localizaes do banco 0. Por outras palavras, quando estamos a trabalhar com os registros de uso genrico, no precisamos de nos preocupar com o banco em que nos encontramos!

Contador de Programa O contador de programa (PC = Program Counter), um registro de 13 bits que contm o endereo da instruo que vai ser executada. Ao incrementar ou alterar (por exemplo no caso de saltos) o contedo do PC, o microcontrolador consegue executar as todas as instrues do programa, uma aps outra.

Pilha O PIC16F84 tem uma pilha (stack) de 13 bits e 8 nveis de profundidade, o que corresponde a 8 locais de memria com 13 bits de largura. O seu papel bsico guardar o valor do contador de programa quando ocorre um salto do programa principal para o endereo de um subprograma a ser executado. Depois de ter executado o subprograma, para que o microcontrolador possa continuar com o programa principal a partir do ponto em que o deixou, ele tem que ir buscar pilha esse endereo e carreg-lo no contador de programa. Quando nos movemos de um programa para um subprograma, o contedo do contador de programa empurrado para o interior da pilha (um exemplo disto a instruo CALL). Quando so executadas instrues tais como RETURN, RETLW ou RETFIE no fim de um subprograma, o contador de programa retirado da pilha, de modo a que o programa possa continuar a partir do ponto em que a sequncia foi interrompida. Estas operaes de colocar e extrair da pilha o contador de programa, so designadas por PUSH (meter na pilha) e POP (tirar da pilha), estes dois nomes provm de instrues com estas designaes, existentes nalguns microcontroladores de maior porte. Programao no Sistema Para programar a memria de programa, o microcontrolador tem que entrar num modo especial de funcionamento no qual o pino MCLR posto a 13,5V e a voltagem da alimentao Vdd deve permanecer estvel entre 4,5V e 5,5V. A memria de programa pode ser programada em srie, usando dois pinos data/clock que devem ser previamente separados do dispositivo em que o microcontrolador est inserido, de modo a que no possam ocorrer erros durante a programao. Modos de endereamento Os locais da memria RAM podem ser acedidos direta ou indiretamente. Endereamento Direto O endereamento direto feito atravs de um endereo de 9 bits. Este endereo obtm-se juntando aos sete bits do endereo direto de uma instruo, mais dois bits (RP1 e RP0) do registro STATUS, como se mostra na figura que se segue. Qualquer acesso aos registros especiais (SFR), pode ser um exemplo de endereamento direto.

Bsf STATUS, RP0 movlw 0xFF movwf TRISA

; Banco 1 ; w = 0xFF ; o endereo do registro TRISA tirado do cdigo da instruo movwf TRISA

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Endereamento Direto Endereamento Indireto O endereamento indireto, ao contrrio do direto, no tira um endereo do cdigo instruo, mas f-lo com a ajuda do bit IRP do registro STATUS e do registro FSR. O local endereado acedido atravs do registro INDF e coincide com o endereo contido em FSR. Por outras palavras, qualquer instruo que use INDF como registro, na realidade acede aos dados apontados pelo registro FSR. Vamos supor, por exemplo, que o registro de uso genrico de endereo 0Fh contm o valor 20. Escrevendo o valor de 0Fh no registro FSR, ns vamos obter um ponteiro para o registro 0Fh e, ao ler o registro INDF, ns iremos obter o valor 20, o que significa que lemos o contedo do registro 0Fh, sem o mencionar explicitamente (mas atravs de FSR e INDF). Pode parecer que este tipo de endereamento no tem quaisquer vantagens sobre o endereamento direto, mas existem problemas que s podem ser resolvidos de uma forma simples, atravs do endereamento indireto.

Endereamento Indireto Um exemplo pode ser enviar um conjunto de dados atravs de uma comunicao srie, usando buffers e indicadores (que sero discutidos num captulo mais frente, com exemplos), outro exemplo limpar os registros da memria RAM (16 endereos neste caso) como se pode ver a seguir.

Quando o contedo do registro FSR igual a zero, ler dados do registro INDF resulta no valor 0 e escrever em INDF resulta na instruo NOP (no operation = nenhuma operao).

2.6 InterrupesAs interrupes so um mecanismo que o microcontrolador possui e que torna possvel responder a alguns acontecimentos no momento em que eles ocorrem, qualquer que seja a tarefa que o microcontrolador esteja a executar no momento. Esta uma parte muito importante, porque fornece a ligao entre um microcontrolador e o mundo real que nos rodeia. Geralmente, cada interrupo muda a direo de execuo do programa, suspendendo a sua execuo, enquanto o microcontrolador corre um subprograma que a rotina de atendimento de interrupo. Depois de este subprograma ter sido executado, o microcontrolador continua com o programa principal, a partir do local em que o tinha abandonado.

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Uma das possveis fontes de interrupo e como afeta o programa principal

O registro que controla as interrupes chamado INTCON e tem o endereo 0Bh. O papel do INTCON permitir ou impedir as interrupes e, mesmo no caso de elas no serem permitidas, ele toma nota de pedidos especficos, alterando o nvel lgico de alguns dos seus bits. Registro INTCON

bit 0 RBIF (flag que indica variao no porto B) Bit que informa que houve mudana nos nveis lgicos nos pinos 4, 5, 6 e 7 do porto B. 1= pelo menos um destes pinos mudou de nvel lgico 0= no ocorreu nenhuma variao nestes pinos bit 1 INTF (flag de interrupo externa INT) Ocorrncia de uma interrupo externa 1= ocorreu uma interrupo externa 0= no ocorreu uma interrupo externa Se um impulso ascendente ou descendente for detectado no pino RB0/INT, o bit INTF posto a 1 (o tipo de sensibilidade, ascendente ou descendente definida atravs do bit INTEDG do registro OPTION). O subprograma de atendimento desta interrupo, deve repor este bit a 0, afim de que a prxima interrupo possa ser detectada. bit 2 TOIF (Flag de interrupo por transbordo de TMR0) O contador TMR0, transbordou. 1= o contador mudou a contagem de FFh para 00h 0= o contador no transbordou Para que esta interrupo seja detectada, o programa deve pr este bit a 0 bit 3 RBIE (bit de habilitao de interrupo por variao no porto B) Permite que a interrupo por variao dos nveis lgicos nos pinos 4, 5, 6 e 7 do porto B, ocorra. 1= habilita a interrupo por variao dos nveis lgicos 0= inibe a interrupo por variao dos nveis lgicos A interrupo s pode ocorrer se RBIE e RBIF estiverem simultaneamente a 1 lgico. bit 4 INTE (bit de habilitao da interrupo externa INT) bit que permite uma interrupo externa no bit RB0/INT. 1= interrupo externa habilitada 0= interrupo externa impedida A interrupo s pode ocorrer se INTE e INTF estiverem simultaneamente a 1 lgico. bit 5 TOIE (bit de habilitao de interrupo por transbordo de TMR0) bit que autoriza a interrupo por transbordo do contador TMR0. 1= interrupo autorizada 0= interrupo impedida A interrupo s pode ocorrer se TOIE e TOIF estiverem simultaneamente a 1 lgico.

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bit 6 EEIE (bit de habilitao de interrupo por escrita completa, na EEPROM) bit que habilita uma interrupo quando uma operao de escrita na EEPROM termina. 1= interrupo habilitada 0= interrupo inibida Se EEIE e EEIF (que pertence ao registro EECON1) estiverem simultaneamente a 1, a interrupo pode ocorrer. bit 7 GIE (bit de habilitao global de interrupo) bit que permite ou impede todas as interrupes 1= todas as interrupes so permitidas 0= todas as interrupes impedidas

O PIC16F84 possui quatro fontes de interrupo: 1. Fim de escrita na EEPROM 2. Interrupo em TMR0 causada por transbordo do temporizador 3. Interrupo por alterao nos pinos RB4, RB5, RB6 e RB7 do porto B. 4. Interrupo externa no pino RB0/INT do microcontrolador De um modo geral, cada fonte de interrupo tem dois bits associados. Um habilita a interrupo e o outro assinala quando a interrupo ocorre. Existe um bit comum a todas as interrupes chamado GIE que pode ser usado para impedir ou habilitar todas as interrupes, simultaneamente. Este bit muito til quando se est a escrever um programa porque permite que todas as interrupes sejam impedidas durante um perodo de tempo, de tal maneira que a execuo de uma parte crtica do programa no possa ser interrompida. Quando a instruo que faz GIE= 0 executada (GIE= 0 impede todas as interrupes), todas os pedidos de interrupo pendentes, sero ignorados.

Esquema das interrupes no microcontrolador PIC16F84 As interrupes que esto pendentes e que so ignoradas, so processadas quando o bit GIE posto a 1 (GIE= 1, todas as interrupes permitidas). Quando a interrupo atendida, o bit GIE posto a 0, de tal modo que, quaisquer interrupes adicionais sejam inibidas, o endereo de retorno guardado na pilha e, no contador de programa, escrito 0004h somente depois disto, que a resposta a uma interrupo comea! Depois de a interrupo ser processada, o bit que por ter sido posto a 1 permitiu a interrupo, deve agora ser reposto a 0, seno, a rotina de interrupo ir ser automaticamente processada novamente, mal se efetue o regresso ao programa principal. Guardando os contedos dos registros importantes A nica coisa que guardada na pilha durante uma interrupo o valor de retorno do contador de programa (por valor de retorno do contador de programa entende-se o endereo da instruo que estava para ser executada, mas que no foi, por causa de ter ocorrido a interrupo). Guardar apenas o valor do contador de programa no , muitas vezes, suficiente. Alguns registros que j foram usados no programa principal, podem tambm vir a ser usados na rotina de interrupo. Se ns no salvaguardamos os seus valores, quando acontece o regresso da sub-rotina para o programa principal os contedos dos registros podem ser inteiramente diferentes, o que causaria um erro no programa. Um exemplo para este caso o contedo do registro de trabalho W (work register). Se supormos que o programa principal estava a usar o registro de trabalho W nalgumas das suas operaes e se ele contiver algum valor que seja importante para a instruo seguinte, ento a interrupo que ocorre antes desta instruo vai alterar o valor do registro de trabalho W, indo influenciar diretamente o programa principal. O procedimento para a gravao de registros importantes antes de ir para a sub-rotina de interrupo, designa-se por PUSH, enquanto que o procedimento que recupera esses valores, chamado POP. PUSH e POP so instrues

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provenientes de outros microcontroladores (da Intel), agora esses nomes so aceites para designar estes dois processos de salvaguarda e recuperao de dados. Como o PIC16F84 no possui instrues comparveis, elas tm que ser programadas.

Uma das possveis causas de erros no salvaguardar dados antes de executar um subprograma de interrupo

Devido sua simplicidade e uso freqente, estas partes do programa podem ser implementadas com macros. O conceito de Macro explicado em Programao em linguagem Assembly. No exemplo que se segue, os contedos de W e do registro STATUS so guardados nas variveis W_TEMP e STATUS_TEMP antes de correr a rotina de interrupo. No incio da rotina PUSH, ns precisamos de verificar qual o banco que est a ser selecionado porque W_TEMP e STATUS_TEMP esto situados no banco 0. Para troca de dados entre estes dois registros, usada a instruo SWAPF em vez de MOVF, pois a primeira no afeta os bits do registro STATUS. Exemplo um programa assembler com os seguintes passos: 1. Verificar em que banco nos encontramos 2. Guardar o registro W qualquer que seja o banco em que nos encontramos 3. Guardar o registro STATUS no banco 0. 4. Executar a rotina de servio de interrupo ISR (Interrupt Service Routine) 5. Recuperao do registro STATUS 6. Restaurar o valor do registro W Se existirem mais variveis ou registros que necessitem de ser salvaguardados, ento, precisamos de os guardar depois de guardar o registro STATUS (passo 3) e recuper-los depois de restaurar o registro STATUS (passo 5).

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A mesma operao pode ser realizada usando macros, desta maneira obtemos um programa mais legvel. Os macros que j esto definidos podem ser usados para escrever novos macros. Os macros BANK1 e BANK0 que so explicados no captulo Organizao da memria so usados nos macros push e pop.

Interrupo externa no pino RB0/INT do microcontrolador A interrupo externa no pino RB0/ INT desencadeada por um impulso ascendente (se o bit INTEDG = 1 no registro OPTION), ou por um impulso descendente (se INTEDG = 0). Quando o sinal correto surge no pino INT, o bit INTF do registro INTCON posto a 1. O bit INTF (INTCON) tem que ser reposto a 0 na rotina de interrupo, afim de que a interrupo no possa voltar a ocorrer de novo, quando do regresso ao programa principal. Esta uma parte importante do programa e que o programador no pode esquecer, caso contrrio o programa ir constantemente saltar para a rotina de interrupo. A interrupo pode ser inibida, pondo a 0 o bit de controle INTE (INTCON). Interrupo devido ao transbordar (overflow) do contador TMR0 O transbordar do contador TMR0 (passagem de FFh para 00h) vai pr a 1 o bit TOIF (INTCON), Esta uma interrupo muito importante, uma vez que, muitos problemas da vida real podem ser resolvidos utilizando esta interrupo. Um exemplo o da medio de tempo. Se soubermos de quanto tempo o contador precisa para completar um ciclo de 00h a FFh, ento, o nmero de interrupes multiplicado por esse intervalo de tempo, d-nos o tempo total decorrido. Na rotina de interrupo uma varivel guardada na memria RAM vai sendo incrementada, o valor dessa varivel multiplicado pelo tempo que o contador precisa para um ciclo completo de contagem, vai dar o tempo gasto. Esta interrupo pode ser habilitada ou inibida, pondo a 1 ou a 0 o bit TOIE (INTCON). Interrupo por variao nos pinos 4, 5, 6 e 7 do porto B Uma variao em 4 bits de entrada do Porto B (bits 4 a 7), pe a 1 o bit RBIF (INTCON). A interrupo ocorre, portanto, quando os nveis lgicos em RB7, RB6, RB5 e RB4 do porto B, mudam do valor lgico 1 para o valor lgico 0 ou vice-versa. Para que estes pinos detectem as variaes, eles devem ser definidos como entradas. Se qualquer deles for definido como sada, nenhuma interrupo ser gerada quando surgir uma variao do nvel lgico. Se estes pinos forem definidos como entradas, o seu valor atual comparado com o valor anterior, que foi guardado quando se fez a leitura anterior do porto B. Esta interrupo pode ser habilitada/inibida pondo a 1 ou a 0, o bit RBIE do registro INTCON. Interrupo por fim de escrita na EEPROM Esta interrupo apenas de natureza prtica. Como escrever num endereo da EEPROM leva cerca de 10ms (o que representa muito tempo quando se fala de um microcontrolador), no recomendvel que se deixe o microcontrolador um grande intervalo de tempo sem fazer nada, espera do fim da operao da escrita. Assim, dispomos de um mecanismo de interrupo que permite ao microcontrolador continuar a executar o programa principal, enquanto, em simultneo, procede escrita na EEPROM. Quando esta operao de escrita se completa, uma interrupo informa o microcontrolador deste fato. O bit EEIF, atravs do qual esta informao dada, pertence ao registro EECON1. A ocorrncia desta interrupo pode ser impedida, pondo a 0 o bit EEIE do registro INTCON. Iniciao da interrupo Para que num microcontrolador se possa usar um mecanismo de interrupo, preciso proceder a algumas tarefas preliminares. Estes procedimentos so designados resumidamente por iniciao. Na iniciao, ns estabelecemos a que interrupes deve o microcontrolador responder e as que deve ignorar. Se no pusermos a 1 o bit que permite uma certa interrupo, o programa vai ignorar a correspondente sub-rotina de interrupo. Por este meio, ns podemos controlar a

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ocorrncia das interrupes, o que muito til.

O exemplo de cima, mostra a iniciao da interrupo externa no pino RB0 de um microcontrolador. No stio em que vemos 1, isso significa que essa interrupo est habilitada. A ocorrncia de outras interrupes no permitida, e todas as interrupes em conjunto esto mascaradas at que o bit GIE seja posto a 1. O exemplo que se segue, ilustra uma maneira tpica de lidar com as interrupes. O PIC16F84 tem somente um endereo para a rotina de interrupo. Isto significa que, primeiro, necessrio identificar qual a origem da interrupo (se mais que uma fonte de interrupo estiver habilitada), e a seguir deve executar-se apenas a parte da sub-rotina que se refere interrupo em causa.

O regresso de uma rotina de interrupo pode efetuar-se com as instrues RETURN, RETLW e RETFIE. Recomenda-se que seja usada a instruo RETFIE porque, essa instruo a nica que automaticamente pe a 1 o bit GIE, permitindo assim que novas interrupes possam ocorrer.

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2.7 Temporizador TMR0Os temporizadores so normalmente as partes mais complicadas de um microcontrolador, assim, necessrio gastar mais tempo a explic-los. Servindo-nos deles, possvel relacionar uma dimenso real que o tempo, com uma varivel que representa o estado de um temporizador dentro de um microcontrolador. Fsicamente, o temporizador um registro cujo valor est continuamente a ser incrementado at 255, chegado a este nmero, ele comea outra vez de novo: 0, 1, 2, 3, 4, ...,255, 0,1, 2, 3,..., etc.

Relao entre o temporizador TMR0 e o prescaler

O incremento do temporizador feito em simultneo com tudo o que o microcontrolador faz. Compete ao programador arranjar maneira de tirar partido desta caracterstica. Uma das maneiras incrementar uma varivel sempre que o microcontrolador transvaza (passa de 255 para 0). Se soubermos de quanto tempo um temporizador precisa para perfazer uma contagem completa (de 0 a 255), ento, se multiplicarmos o valor da varivel por esse tempo, ns obteremos o tempo total decorrido. O PIC16F84, possui um temporizador de 8 bits. O nmero de bits determina a quantidade de valores diferentes que a contagem pode assumir, antes de voltar novamente para zero. No caso de um temporizador de 8 bits esse valor 256. Um esquema simplificado da relao entre um temporizador e um prescaler est representado no diagrama anterior. Prescaler a designao para a parte do microcontrolador que divide a freqncia de oscilao do clock antes que os respectivos impulsos possam incrementar o temporizador. O nmero pelo qual a freqncia de clock dividida, est definido nos trs primeiros bits do registro OPTION. O maior divisor possvel 256. Neste caso, significa que s aps 256 impulsos de clock que o contedo do temporizador incrementado de uma unidade. Isto permite-nos medir grandes intervalos de tempo.

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Diagrama temporal de uma interrupo causada pelo temporizador TMR0

Quando a contagem ultrapassa 255, o temporizador volta de novo a zero e comea um novo ciclo de contagem at 255. Sempre que ocorre uma transio de 255 para 0, o bit TOIF do registro INTCON posto a '1'. Se as interrupes estiverem habilitadas, possvel tirar partido das interrupes geradas e da rotina de servio de interrupo. Cabe ao programador voltar a pr a '0' o bit TOIF na rotina de interrupo, para que uma nova interrupo possa ser detectada. Alm do oscilador de clock do microcontrolador, o contedo do temporizador pode tambm ser incrementado atravs de um clock externo ligado ao pino RA4/TOCKI. A escolha entre uma destas opes feita no bit TOCS, pertencente ao registro OPTION. Se for selecionado o clock externo, possvel definir o bordo ativo do sinal (ascendente ou descendente), que vai incrementar o valor do temporizador.

Utilizao do temporizador TMR0 na determinao do nmero de rotaes completas do eixo de um motor Na prtica, um exemplo tpico que resolvido atravs de um clock externo e um temporizador, a contagem do nmero de rotaes completas do eixo de uma mquina, como por exemplo um enrolador de espiras para transformadores. Vamos considerar que o rotor do motor do enrolador, contm quatro plos ou salincias. Vamos colocar o sensor indutivo distncia de 5mm do topo da salincia. O sensor indutivo ir gerar um impulso descendente sempre que a salincia se encontre alinhada com a cabea do sensor. Cada sinal vai representar um quarto de uma rotao completa e, a soma de todas as rotaes completas, ficar registado no temporizador TMR0. O programa pode ler facilmente estes dados do temporizador atravs do bus de dados. O exemplo seguinte mostra como iniciar o temporizador para contar os impulsos descendentes provenientes de uma fonte de clock externa com um prescaler 1:4.

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O mesmo exemplo pode ser implementado atravs de uma interrupo do modo seguinte:

O prescaler tanto pode ser atribudo ao temporizador TMR0, como ao watchdog. O watchdog um mecanismo que o microcontrolador usa para se defender contra "estouros" do programa. Como qualquer circuito elctrico, tambm os microcontroladores podem ter uma falha ou algum percalo no seu funcionamento. Infelizmente, o microcontrolador tambm pode ter problemas com o seu programa. Quando isto acontece, o microcontrolador pra de trabalhar e mantm-se nesse estado at que algum faa o reset. Por causa disto, foi introduzido o mecanismo de watchdog (co de guarda). Depois de um certo perodo de tempo, o watchdog faz o reset do microcontrolador (o que realmente acontece, que o microcontrolador executa o reset de si prprio). O watchdog trabalha na base de um princpio simples: se o seu temporizador transbordar, feito o reset do microcontrolador e este comea a executar de novo o programa a partir do princpio. Deste modo, o reset poder ocorrer tanto no caso de funcionamento correto como no caso de funcionamento incorreto. O prximo passo evitar o reset no caso de funcionamento correto, isso feito escrevendo zero no registro WDT (instruo CLRWDT) sempre que este est prximo de transbordar. Assim, o programa ir evitar um reset enquanto est a funcionar correctamente. Se ocorrer o "estouro" do programa, este zero no ser escrito, haver transbordo do temporizador WDT e ir ocorrer um reset que vai fazer com que o microcontrolador comece de novo a trabalhar correctamente. O prescaler pode ser atribudo ao temporizador TMR0, ou ao temporizador do watchdog, isso feito atravs do bit PSA no registro OPTION. Fazendo o bit PSA igual a '0', o prescaler atribudo ao temporizador TMR0. Quando o prescaler atribudo ao temporizador TMR0, todas as instrues de escrita no registro TMR0 (CLRF TMR0, MOVWF TMR0, BSF TMR0,...) vo limpar o prescaler. Quando o prescaler atribudo ao temporizador do watchdog, somente a instruo CLRWDT ir limpar o prescaler e o temporizador do watchdog ao mesmo tempo. A mudana do prescaler est completamente sob o controle do programador e pode ser executada enquanto o programa est a correr.

Existe apenas um prescaler com o seu temporizador. Dependendo das necessidades, pode ser atribudo ao temporizador TMR0 ou ao watchdog, mas nunca aos dois em simultneo.

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Registro de Controle OPTION

bit 0:2 PS0, PS1, PS2 (bits de seleo do divisor prescaler) O prescaler e como estes bits afetam o funcionamento do microcontrolador, so abordados na seco que trata de TMR0.

bit 3 PSA (bit de Atribuio do Prescaler) Bit que atribui o prescaler ou ao temporizador TMR0 ou ao temporizador do watchdog 1 = o prescaler est atribudo ao temporizador do watchdog. 0 = o prescaler est atribudo ao temporizador TMR0. bit 4 T0SE (seleo de bordo ativo em TMR0) Se o temporizador estiver configurado para contar impulsos externos aplicados ao pino RA4/T0CKI, este bit vai determinar quando a contagem ir incidir sobre os impulsos ascendentes ou descendentes do sinal. 1 = bordo descendente 0 = bordo ascendente bit 5 T0CS (bit de seleo de fonte de clock para TMR0) Este pino habilita o contador/temporizador TMR0 a incrementar o seu valor ou com os impulsos do oscilador interno, isto , a 1/4 das oscilaes do clock do oscilador, ou atravs de impulsos externos aplicados ao pino RA4/T0CKI. 1 = impulsos externos 0 = 1/4 do clock interno bit 6 INTEDG (bit de seleo do bordo ativo da interrupo) Se a ocorrncia de interrupes estiver habilitada, este bit vai determinar qual o bordo em que a interrupo no pino RB0/INT vai ocorrer. 1 = bordo ascendente 0 = bordo descendente bit 7 RBPU (Bit de habilitao dos pull-up no porto B) Este bit introduz ou retira as resistncias de pull-up internas do porto B. 1 = resistncias de 'pull-up' inseridas 0 = resistncias de 'pull-up' retiradas

2.8 Memria de dados EEPROMO PIC16F84 tem 64 bytes de localizaes de memria EEPROM, correspondentes aos endereos de 00h a 63h e onde podemos ler e escrever. A caracterstica mais importante desta memria de no perder o seu contedo quando a alimentao desligada. Na prtica, isso significa que o que l foi escrito permanece no microcontrolador, mesmo quando a alimentao desligada. Sem alimentao, estes dados permanecem no microcontrolador durante mais de 40 anos

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(especificaes do fabricante do microcontrolador PIC16F84), alm disso, esta memria suporta at 10000 operaes de escrita. Na prtica, a memria EEPROM usada para guardar dados importantes ou alguns parmetros de processamento. Um parmetro deste tipo, uma dada temperatura, atribuda quando ajustamos um regulador de temperatura para um processo. Se esse valor se perder, seria necessrio reintroduzi-lo sempre que houvesse uma falha na alimentao. Como isto impraticvel (e mesmo perigoso), os fabricantes de microcontroladores comearam a instalar nestes uma pequena quantidade de memria EEPROM. A memria EEPROM colocada num espao de memria especial e pode ser acedida atravs de registros especiais. Estes registros so: EEDATA no endereo 08h, que contm o dado lido ou aquele que se quer escrever. EEADR no endereo 09h, que contm o endereo do local da EEPROM que vai ser acedido EECON1 no endereo 88h, que contm os bits de controle. EECON2 no endereo 89h. Este registro no existe fisicamente e serve para proteger a EEPROM de uma escrita acidental. O registro EECON1 ocupa o endereo 88h e um registro de controle com cinco bits implementados. Os bits 5, 6 e 7 no so usados e, se forem lidos, so sempre iguais a zero. Os bits do registro EECON1, devem ser interpretados do modo que se segue.

Registro EECON1

bit 0 RD (bit de controle de leitura) Ao pr este bit a '1', tem incio a transferncia do dado do endereo definido em EEADR para o registro EEDATA. Como o tempo no essencial, tanto na leitura como na escrita, o dado de EEDATA pode j ser usado na instruo seguinte. 1 = inicia a leitura 0 = no inicia a leitura bit 1 WR (bit de controle de escrita) Pr este bit a '1' faz iniciar-se a escrita do dado a partir do registro EEDATA para o endereo especificado no registro EEADR. 1 = inicia a escrita 0 = no inicia a escrita bit 2 WREN (bit de habilitao de escrita na EEPROM). Permite a escrita na EEPROM. Se este bit no estiver a um, o microcontrolador no permite a escrita na EEPROM. 1 = a escrita permitida 0 = no se pode escrever bit 3 WRERR ( Erro de escrita na EEPROM). Erro durante a escrita na EEPROM Este bit posto a '1' s em casos em que a escrita na EEPROM tenha sido interrompida por um sinal de reset ou por um transbordo no temporizador do watchdog (no caso de este estar ativo). 1 = ocorreu um erro 0 = no houve erros bit 4 EEIF (bit de interrupo por operao de escrita na EEPROM completa) Bit usado para informar que a escrita do dadoo na EEPROM, terminou. Quando a escrita tiver terminado, este bit automaticamente posto a '1'. O programador tem que repor a '0' o bit EEIF no seu programa, para que possa detectar o fim de uma nova operao de escrita. 1 = escrita terminada 0 = a escrita ainda no terminou ou no comeou.

Lendo a Memria EEPROM

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Pondo a 1 o bit RD inicia-se a transferncia do dado do endereo guardado no registro EEADR para o registro EEDATA. Como para ler os dados no preciso tanto tempo como a escrev-los, os dados extrados do registro EEDATA podem j ser usados na instruo seguinte. Uma poro de um programa que leia um dado da EEPROM, pode ser semelhante ao seguinte:

Depois da ltima instruo do programa, o contedo do endereo 0 da EEPROM pode ser encontrado no registro de trabalho w.

Escrevendo na Memria EEPROM Para escrever dados num local da EEPROM, o programador tem primeiro que enderear o registro EEADR e introduzir a palavra de dados no registro EEDATA. A seguir, deve colocar-se o bit WR a 1, o que faz desencadear o processo. O bit WR dever ser posto a 0 e o bit EEIF ser posto a 1 a seguir operao de escrita, o que pode ser usado no processamento de interrupes. Os valores 55h e AAh so as primeira e segunda chaves que tornam impossvel que ocorra uma escrita acidental na EEPROM. Estes dois valores so escritos em EECON2 que serve apenas para isto, ou seja, para receber estes dois valores e assim prevenir contra uma escrita acidental na memria EEPROM. As linhas do programa marcadas como 1, 2, 3 e 4 tm que ser executadas por esta ordem em intervalos de tempo certos. Portanto, muito importante desativar as interrupes que possam interferir com a temporizao necessria para executar estas instrues. Depois da operao de escrita, as interrupes podem, finalmente, ser de novo habilitadas. Exemplo da poro de programa que escreve a palavra 0xEE no primeiro endereo da memria EEPROM:

Recomenda-se que WREN esteja sempre inativo, exceto quando se est a escrever uma palavra de dados na EEPROM, deste modo, a possibilidade de uma escrita acidental mnima. Todas as operaes de escrita na EEPROM limpam automaticamente o local de memria, antes de escrever de novo nele !

Conjunto de InstruesConjunto de Instrues da Famlia PIC16Cxx de Microcontroladores O conjunto completo compreende 35 instrues e mostra-se na tabela que se segue. Uma razo para este pequeno nmero de instrues resulta principalmente do fato de estarmos a falar de um 36

microcontrolador RISC cujas instrues foram otimizadas tendo em vista a rapidez de funcionamento, simplicidade de arquitetura e compacidade de cdigo. O nico inconveniente, que o programador tem que dominar a tcnica desconfortvel de fazer o programa com apenas 35 instrues.

Transferncia de dadosA transferncia de dados num microcontrolador, ocorre entre o registro de trabalho (W) e um registro f que representa um qualquer local de memria na RAM interna (quer se trate de um registro especial ou de um registro de uso genrico). As primeiras trs instrues (observe a tabela seguinte) referem-se escrita de uma constante no registro W (MOVLW uma abreviatura para MOVa Literal para W), cpia de um dado do registro W na RAM e cpia de um dado de um registro da RAM no registro W (ou nele prprio, caso em que apenas a flag do zero afetada) . A instruo CLRF escreve a constante 0 no registro f e CLRW escreve a constante 0 no registro W. A instruo SWAPF troca o nibble (conjunto de 4 bits) mais significativo com o nibble menos significativo de um registro, passando o primeiro a ser o menos significativo e o outro o mais significativo do registro.

Lgicas e aritmticasDe todas as operaes aritmticas possveis, os microcontroladores PIC, tal como a grande maioria dos outros microcontroladores, apenas suportam a subtrao e a adio. Os bits ou flags C, DC e Z, so afetados conforme o resultado da adio ou da subtrao, com uma nica exceo: uma vez que a subtrao executada como uma adio com um nmero negativo, a flag C (Carry), comporta-se inversamente no que diz respeito subtrao. Por outras palavras, posta a 1 se a operao possvel e posta a 0 se um nmero maior tiver que ser subtrado de outro mais pequeno. A lgica dentro do PIC tem a capacidade de executar as operaes AND, OR, EX-OR, complemento (COMF) e rotaes (RLF e RRF). Estas ltimas instrues, rodam o contedo do registro atravs desse registro e da flag C de uma casa para a esquerda (na direo do bit 7), ou para a direita (na direo do bit 0). O bit que sai do registro escrito na flag C e o contedo anterior desta flag, escrito no bit situado do lado oposto no registro.

Operaes sobre bitsAs instrues BCF e BSF pem a 0 ou a 1 qualquer bit de qualquer stio da memria. Apesar de parecer uma operao simples, ela executada do seguinte modo, o CPU primeiro l o byte completo, altera o valor de um bit e, a seguir, escreve o byte completo no mesmo stio.

Direo de execuo de um programaAs instrues GOTO, CALL e RETURN so executadas do mesmo modo que em todos os outros microcontroladores, a diferena que a pilha independente da RAM interna e limitada a oito nveis. A instruo RETLW k idntica instruo RETURN, exceto que, ao regressar de um subprograma, escrita no registro W uma constante definida pelo operando da instruo. Esta instruo, permite-nos implementar facilmente listagens (tambm chamadas tabelas de lookup). A maior parte das vezes, usamo-las determinando a posio do dado na nossa tabela adicionando-a ao endereo em que a tabela comea e, ento, lido o dado nesse local (que est situado normalmente na memria de programa).

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A tabela pode apresentar-se como um subprograma que consiste numa srie de instrues RETLW k onde as constantes k, so membros da tabela.

Ns escrevemos a posio de um membro da nossa tabela no registro W e, usando a instruo CALL, ns chamamos o subprograma que contm a tabela. A primeira linha do subprograma ADDWF PCL, f, adiciona a posio na tabela e que est escrita em W, ao endereo do incio da tabela e que est no registro PCL, assim, ns obtemos o endereo real do dado da tabela na memria de programa. Quando regressamos do subprograma, ns vamos ter no registro W o contedo do membro da tabela endereado. No exemplo anterior, a constante k2 estar no registro W, aps o retorno do subprograma. RETFIE (RETurn From Interrupt Interrupt Enable ou regresso da rotina de interrupo com as interrupes habilitadas) um regresso da rotina de interrupo e difere de RETURN apenas em que, automaticamente, pe a 1 o bit GIE (habilitao global das interrupes). Quando a interrupo comea, este bit automaticamente reposto a 0. Tambm quando a interrupo tem incio, somente o valor do contador de programa posto no cimo da pilha. No fornecida uma capacidade automtica de armazenamento do registro de estado. Os saltos condicionais esto sintetizados em duas instrues: BTFSC e BTFSS. Consoante o estado lgico do bit do registro f que est a ser testado, a instruo seguinte no programa ou no executada.

Perodo de execuo da instruoTodas as instrues so executadas num nico ciclo, exceto as instrues de ramificao condicional se a condio for verdadeira, ou se o contedo do contador de programa for alterado pela instruo. Nestes casos, a execuo requer dois ciclos de instruo e o segundo ciclo executado como sendo um NOP (Nenhuma Operao). Quatro oscilaes de clock perfazem um ciclo de instruo. Se estivermos a usar um oscilador com 4MHz de freqncia, o tempo normal de execuo de uma instruo ser de 1s e, no caso de uma ramificao condicional de 2s.

Listagem das palavrasf qualquer local de memria num microcontrolador W registro de trabalho b posio de bit no registro f d registro de destino label grupo de oito caracteres que marca o incio de uma parte do programa (rtulo) TOS cimo da pilha [] opcional grupo de bits num registro

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*1 Se o porto de entrada/sada for o operando origem, lido o estado dos pinos do microcontrolador. *2 Se esta instruo for executada no registro TMR0 e se d=1, o prescaler atribudo a esse temporizador automaticamente limpo. *3 Se o PC for modificado ou se resultado do teste for verdadeiro, a instruo executada em dois ciclos.

Programao em Linguagem Assembly IntroduoA capacidade de comunicar da maior importncia nesta rea. Contudo, isso s possvel se ambas as partes usarem a mesma linguagem, ou seja, se seguirem as mesmas regras para comunicarem. Isto mesmo se aplica comunicao entre os microcontroladores e o homem. A linguagem que o microcontrolador e o homem usam para comunicar entre si designada por linguagem assembly. O prprio ttulo no tem um significado profundo, trata-se de apenas um nome como por exemplo ingls ou francs. Mais precisamente, linguagem assembly apenas uma soluo transitria. Os programas escritos em linguagem assembly devem ser traduzidos para uma linguagem de zeros e uns de modo a que um microcontrolador a possa receber. Linguagem assembly e assembler so coisas diferentes. A primeira, representa um conjunto de regras usadas para escrever um programa para um microcontrolador e a outra, um programa que corre num computador pessoal que traduz a linguagem assembly para uma

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linguagem de zeros e uns. Um programa escrito em zeros e uns diz-se que est escrito em linguagem mquina.

O processo de comunicao entre o homem e o microcontrolador