CURSO DE AUTOMAO INDUSTRIAL APOSTILA DE MICROCONTROLADORES PIC

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ContedoCAPITLO I

INTRODUO AOS MICROCONTROLADORES

"O propsito deste livro no fazer de si um perito, mas sim equipar-lo aos que sabem onde ir para obter as respostas."

Autor

CAPITLO II MICROCONTROLADOR PIC16F84CAPITLO III CONJUNTO DE INSTRUES

CAPITLO IV

PROGRAMAO EM LINGUAGEM ASSEMBLY

CAPITLO V

MPLAB

CAPITLO VI EXEMPLOS

APNDICE A CONJUNTO DE INSTRUESAPNDICE B

SISTEMAS NUMRICOS

APNDICE C GLOSSRIO

Neste livro voc pode encontrar:

Exemplos de ligaes prticasRels, Optoacopladores, LCD's, Teclas, Dgitos, Conversores A D, Comunicao srie, etc.

Introduo aos MicrocontroladoresAprenda o que so, como funcionam, e como podem ser teis no seu trabalho.

Programao em linguagem AssemblerComo escrever o seu primeiro programa, utilizao de macros, modos de endereamento...

Conjunto de InstruesDescrio, exemplo e proposta para utilizar cada instruo...

Pacote do programa MPLABComo instal-lo, como comear o primeiro programa, seguindo o programa passo a passo no simulador...

Autor :

Nebojsa Matic

Traduzido do ingls por Alberto Jernimo

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O contedo do livro publicado "PIC microcontroladores" est sujeito a direitos de autor e no pode ser reproduzido de qualquer forma sem uma autorizao escrita explcita emitida pela editora de mikroElektronika. O endereo do contacto para a autorizao referente aos contedos deste livro: office@mikroe.com .

O livro foi preparado com o devido cuidado e ateno, contudo, o editor no aceita qualquer responsabilidade nem pela exactido da informao publicada nele, nem por quaisquer consequncias da sua utilizao.

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CAPTULO 1

Introduo aos Microcontroladores

IntroduoHistriaMicrocontroladores versus microprocessadores1.1 Unidade de memria1.2 Unidade central de processamento1.3 Bus1.4 Unidade de entrada/sada1.5 Comunicao srie1.6 Unidade de temporizao1.7 Watchdog1.8 Conversor analgico-digital1.9 Programa

Introduo

As circunstncias que se nos deparam hoje no campo dos microcontroladores tm os seus primrdios nodesenvolvimento da tecnologia dos circuitos integrados. Este desenvolvimento tornou possvel armazenarcentenas de milhares de transstores num nico chip. Isso constituiu um pr-requisito para a produo demicroprocessadores e, os primeiros computadores foram construdos adicionando perifricos externos tais comomemria, 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 assimque o primeiro chip contendo um microcomputador e que mais tarde haveria de ser designado pormicrocontrolador, apareceu.

Histria

no ano de 1969 que uma equipa de engenheiros japoneses pertencentes companhia BUSICOM chega aosEstados Unidos com a encomenda de alguns circuitos integrados para calculadoras a serem implementadossegundo os seus projectos. A proposta foi entregue INTEL e Marcian Hoff foi o responsvel pela suaconcretizao. Como ele tinha tido experincia de trabalho com um computador (PC) PDP8, lembrou-se deapresentar uma soluo substancialmente diferente em vez da construo sugerida. Esta soluo pressupunhaque a funo do circuito integrado seria determinada por um programa nele armazenado. Isso significava que aconfigurao deveria ser mais simples, mas tambm era preciso muito mais memria que no caso do projectoproposto pelos engenheiros japoneses. Depois de algum tempo, embora os engenheiros japoneses tenhamtentado encontrar uma soluo mais fcil, a ideia de Marcian venceu e o primeiro microprocessador nasceu. Aotransformar esta ideia num produto concreto, Frederico Faggin foi de uma grande utilidade para a INTEL. Eletransferiu-se para a INTEL e, em somente 9 meses, teve sucesso na criao de um produto real a partir da suaprimeira concepo. Em 1971, a INTEL adquiriu os direitos sobre a venda deste bloco integral. Primeiro elescompraram a licena companhia BUSICOM que no tinha a mnima percepo do tesouro que possua. Nestemesmo ano, apareceu no mercado um microprocessador designado por 4004. Este foi o primeiromicroprocessador de 4 bits e tinha a velocidade de 6 000 operaes por segundo. No muito tempo depois, acompanhia Americana CTC pediu INTEL e Texas Instruments um microprocessador de 8 bits para usar emterminais. Mesmo apesar de a CTC acabar por desistir desta ideia, tanto a Intel como a Texas Instrumentscontinuaram a trabalhar no microprocessador e, em Abril de 1972, os primeiros microprocessadores de 8 bitsapareceram no mercado com o nome de 8008. Este podia enderear 16KB de memria, possua 45 instrues etinha a velocidade de 300 000 operaes por segundo. Esse microprocessador foi o pioneiro de todos osmicroprocessadores actuais. A Intel continuou com o desenvolvimento do produto e, em Abril de 1974 ps cfora um processador de 8 bits com o nome de 8080 com a capacidade de enderear 64KB de memria, com 75instrues 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 domicroprocessador propriamente dito, a Motorola foi a primeira companhia a fabricar outros perifricos como os6820 e 6850. Nesta altura, muitas companhias j se tinham apercebido da enorme importncia dosmicroprocessadores 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 dosmicroprocessadores.

Em 1975, na exposio WESCON nos Estados Unidos, ocorreu um acontecimento crtico na histria dosmicroprocessadores. A MOS Technology anunciou que ia pr no mercado microprocessadores 6501 e 6502 aopreo de $25 cada e que podia satisfazer de imediato todas as encomendas. Isto pareceu to sensacional quemuitos pensaram tratar-se de uma espcie de vigarice, considerando que os competidores vendiam o 8080 e o6800 a $179 cada. Para responder a este competidor, tanto a Intel como a Motorola baixaram os seus preospor microprocessador para $69,95 logo no primeiro dia da exposio. Rapidamente a Motorola ps uma acoem tribunal contra a MOS Technology e contra Chuck Peddle por violao dos direitos de autor por copiarem aocopiarem o 6800. A MOS Technology deixou de fabricar o 6501, mas continuou com o 6502. O 6502 ummicroprocessador 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 vriosfabricantes do 6502 (Rockwell, Sznertek, GTE, NCR, Ricoh e Comodore adquiriram a MOS Technology) que, noauge 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 decisocrtica. Sabendo que tinha sido j desenvolvida uma enorme quantidade de programas para o 8080, Fagginconclui que muitos vo permanecer fieis a este microprocessador por causa das grandes despesas que adviriamdas alteraes a todos estes programas. Assim, ele decide que o novo microprocessador deve ser compatvelcom 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 setornou 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 RAMdinmica, uma nica alimentao, maior velocidade de funcionamento, etc. O Z80 tornou-se um grande sucessoe 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 maiorsucesso 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 aquiusados.

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 algunsmicroprocessadores tenham aparecido no mercado (6809, 2650, SC/MP etc.), j tudo estava ento decidido. Jno havia mais grandes melhorias a introduzir pelos fabricantes que fundamentassem a troca por um novomicroprocessador, assim, o 6502 e o Z80, acompanhados pelo 6800, mantiveram-se como os maisrepresentativos microprocessadores de 8 bits desse tempo.

Microcontroladores versus Microprocessadores

Um microcontrolador difere de um microprocessador em vrios aspectos. Primeiro e o mais importante, a suafuncionalidade. Para que um microprocessador possa ser usado, outros componentes devem-lhe seradicionados, tais como memria e componentes para receber e enviar dados. Em resumo, isso significa que omicroprocessador o verdadeiro corao do computador. Por outro lado, o microcontrolador foi projectado parater tudo num s. Nenhuns outros componentes externos so necessrios nas aplicaes, uma vez que todos osperifricos necessrios j esto contidos nele. Assim, ns poupamos tempo e espao na construo dosdispositivos.

1.1 Unidade de Memria

A 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.

Os componentes de memria so exactamente a mesma coisa. Para um determinado endereo, ns obtemos ocontedo desse endereo. Dois novos conceitos foram apresentados: endereamento e memria. A memria oconjunto de todos os locais de memria (gavetas) e endereamento nada mais que seleccionar um deles. Istosignifica que precisamos de seleccionar o endereo desejado (gaveta) e esperar que o contedo desse endereonos 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 umalinha adicional chamada linha de controle. Ns iremos designar esta linha por R/W (read/write) - ler/escrever. Alinha 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 possatrabalhar.

1.2 Unidade Central de Processamento

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

Os registos so, portanto, locais de memria cujo papel ajudar a executar vrias operaes matemticas ouquaisquer 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 estointerligadas, 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 aguardar o resultado na memria, ns necessitamos de uma ligao entre a memria e o CPU. Dito maissimplesmente, ns precisamos de obter um "caminho" atravs do qual os dados possam passar de um blocopara outro.

1.3 Bus

Este "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 quantidadede 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 osegundo para ligar todos os blocos dentro do microcontrolador.

Neste momento, a funcionalidade j aumentou mas um novo problema apareceu: ns temos uma unidade capazde trabalhar sozinha, mas que no possui nenhum contacto com o mundo exterior, ou seja, conosco! De modo aremover 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 docircuito integrado e que, portanto, ns podemos ver com os nossos prprios olhos.

1.4 Unidade de entrada/sada

Estas 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 portocom que queremos trabalhar e, em seguida, enviar ou receber dados para ou desse porto.

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

1.5 Comunicao srie

Anteriormente, 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 delinhas 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. Istoleva-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 ea 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 derecepo, 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 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 temporizao

Agora 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 Watchdog

Uma outra coisa que nos vai interessar a fluncia da execuo do programa pelo microcontrolador durante asua utilizao. Suponha que como resultado de qualquer interferncia (que ocorre frequentemente numambiente industrial), o nosso microcontrolador pra de executar o programa ou, ainda pior, desata a trabalharincorrectamente.

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 deo 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 destavez correctamente. Este um elemento importante para que qualquer programa se execute fiavelmente, sem precisar da interveno do ser humano.

1.8 Conversor analgico - digital

Como 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 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.

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 doprograma que vai ser executado e de mais alguns elementos que constituiro um interface lgico para outroselementos (que vamos discutir em captulos mais frente).

1.9 Programa

Escrever 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 quetoda a gente ser capaz de compreender.

INICIO REGISTO1=LOCAL_DE_ MEMORIA_A REGISTO2=LOCAL_DE_ MEMORIA_B PORTO_A=REGISTO1+REGISTO2 FIM

O programa adiciona os contedos de dois locais de memria e coloca a soma destes contedos no porto A. Aprimeira linha do programa manda mover o contedo do local de memria "A" para um dos registos da unidadecentral de processamento. Como necessitamos tambm de outra parcela, vamos colocar o outro contedonoutro registo da unidade central de processamento (CPU). A instruo seguinte pede ao CPU para adicionar oscontedos dos dois registos e enviar o resultado obtido para o porto A, de modo a que o resultado desta adioseja visvel para o mundo exterior. Para um problema mais complexo, naturalmente o programa que o resolveser maior. A tarefa de programao pode ser executada em vrias linguagens tais como o Assembler, C e Basic que so aslinguagens normalmente mais usadas. O Assembler pertence ao grupo das linguagens de baixo nvel queimplicam um trabalho de programao lento, mas que oferece os melhores resultados quando se pretende

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poupar espao de memria e aumentar a velocidade de execuo do programa. Como se trata da linguagemmais frequentemente usada na programao de microcontroladores, ela ser discutida num captulo maisadiantado. Os programas na linguagem C so mais fceis de se escrever e compreender, mas, tambm, somais lentos a serem executados que os programas assembler. Basic a mais fcil de todas para se aprender eas 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 destaslinguagens, precisa de examinar cuidadosamente os requisitos de velocidade de execuo, de espao dememria 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 atrabalhar. Para que isto acontea, ns precisamos de adicionar mais alguns componentes externos. Primeirotemos que dar vida ao microcontrolador fornecendo-lhe a tenso (a tenso elctrica necessria para quequalquer instrumento electrnico funcione) e o oscilador cujo papel anlogo ao do corao que bate no serhumano. 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 ecomea a execut-lo. O modo como o dispositivo vai trabalhar depende de muitos parmetros, os maisimportantes dos quais so a competncia da pessoa que desenvolve o hardware e do programador que, com oseu programa, deve tirar o mximo do dispositivo.

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CAPTULO 2

Microcontrolador PIC16F84

Introduo

CISC, RISCAplicaesRelgio/ciclo de instruoPipeliningSignificado dos pinos

2.1 Gerador de relgio - oscilador2.2 Reset2.3 Unidade central de processamento2.4 Portos2.5 Organizao da memria2.6 Interrrupes2.7 Temporizador TMR02.8 Memria de Dados EEPROM

Introduo

O PIC 16F84 pertence a uma classe de microcontroladores de 8 bits, com uma arquitectura RISC. A estruturagenrica 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-seadequada para o desenvolvimento de dispositivos.

EEPROM - memria dos dados que necessitam de ser salvaguardados quaando a alimentao desligada.Normalmente usada para guardar dados importantes que no se podem perder quando a alimentao, derepente, vai abaixo. Um exemplo deste tipo de dados a temperatura fixada para os reguladores detemperatura. Se, durante uma quebra de alimentao, se perdessem dados, ns precisaramos de proceder aum 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 programae que no so cruciais para o dispositivo, depois de ocorrer uma falha na alimentao.

PORTO A e PORTO B so ligaes fisicas entre o microcontrolador e o mundo exterior. O porto A tem cincopinos e o porto B oito pinos.

CONTADOR/TEMPORIZADOR um registo de 8 bits no interior do microcontrolador que trabalhaindependentemente do programa. No fim de cada conjunto de quatro ciclos de relgio do oscilador, eleincrementa o valor armazenado, at atingir o valor mximo (255), nesta altura recomea a contagem a partirde zero. Como ns sabemos o tempo exacto 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

Arquitecturas Harvard versus von Neumann

CISC, RISC

J foi dito que o PIC16F84 tem uma arquitectura RISC. Este termo encontrado, muitas vezes, na literatura sobre computadores e necessita de ser explicada aqui, mais detalhadamente. A arquitectura de Harvard um conceito mais recente que a de von-Neumann. Ela adveio da necessidade de pr o microcontrolador a trabalhar mais rapidamente. Na arquitectura 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 que todas as instrues ocupem uma s palavra de instruo. tambm tpico da arquitectura Harvard ter um reportrio com menos instrues que a de von-Neumann's, instrues essas, geralmente executadas apenas num nico ciclo de relgio.

Os microcontroladores com a arquitectura Harvard, so tambm designados por "microcontroladores RISC". RISC provm de Computador com um Conjunto Reduzido de Instrues (Reduced Instruction Set Computer). Osmicrocontroladores com uma arquitectura 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, excepto 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.

Aplicaes

O PIC16F84, perfeitamente adequado para muitas variedades de aplicaes, como a indstria automvel, sensores remotos, fechaduras elctricas 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, frequncias 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 instruo

O 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 elctrica.

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 extraco da instruo que est na linha seguinte. O cdigo da instruo extrado da memria de programa em Q1 e escrito no registo 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.

Pipelining

Cada ciclo de instruo inclui as fases Q1, Q2, Q3 e Q4. A extraco 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 subrotinas), 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 correcto. O ciclo de chamada comea na fase Q1, escrevendo a instruo no registo 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 rectngulo). 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.

Significado dos pinos

O PIC16F84 tem um total de 18 pinos. mais frequentemente 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 oscilador

O 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 frequentemente 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 envlucro de metal com dois pinos onde foi escrita a frequncia a que o cristal oscila. Dois condensadores cermicos devem ligar cada um dos pinos do cristal massa. Casos h em que cristal e 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 doispinos ligados aos pinos OSC1 e OSC2 do microcontrolador. Quando projectamos 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.

OSCILADOR RC

Em aplicaes em que a preciso da temporizao no um factor crtico, o oscilador RC torna-se mais econmico. A frequncia 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 humidade 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 frequncia de trabalho do microcontrolador a do oscilador dividida por 4. A frequncia 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.

Clock de um microcontrolador a partir de um cristal de quartzo

Clock de um microcontrolador com um ressonador

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

Para evitar que esta instabilidade inicial do clock afecte 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 Reset

O 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 registos 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 osinal de reset activado 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 registos 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 (registos) no so alterados. Ou seja, os contedos destes registos, so desconhecidos durante o restabelecimento da alimentao, mas mantm-se inalterados durante qualquer outro reset. Ao contrrio dos registos normais, os SFR (registos 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 activo, 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 correcto funcionamento do microcontrolador. Trata-se de um facto muito provvel de ocorrer na prtica, especialmente em ambientes industriais onde as perturbaes e instabilidade da alimentao ocorrem frequentemente. 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 elctricas, o circuito interno de reset de um microcontrolador no satisfizer as necessidades, ento, devero ser usados componentes electrnicos 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 correcto funcionamento.

2.3 Unidade Central de Processamento

A unidade central de processamento (CPU) o crebro de um microcontrolador. Essa parte responsvel por extrair a instruo, descodificar 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, descodificar 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 descodificado pela unidade central de processamento (CPU). A cada uma das instrues do reportrio do microcontrolador, corresponde um conjunto de aces para a concretizar. Estas aces, 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 dede dados e o de endereo permitem-nos fazer isso.

Unidade Lgica Aritmtica (ALU)

A unidade lgica aritmtica (ALU Arithmetic Logic Unit), responsvel pela execuo de operaes de adio, subtraco, deslocamento (para a esquerda ou para a direita dentro de um registo) e operaes lgicas. O PIC16F84 contm uma unidade lgica aritmtica de 8 bits e registos 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 registo de trabalho W (working register) e o outro operando ou uma constante ou ento est contido num dos outros registos. Esses registos podem ser Registos de Uso Genrico (General Purpose Registers GPR) ou Registos com funes especiais (Special Function Registers SFR). Nas instrues s com um operando, um dos operandos o contedo do registo W ou o contedo de um dos outros registos. Quando so executadas operaes lgicas ou aritmticas como o caso da adio, a ALU controla o estado dos bits (que constam do registo 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) noregisto de estado - STATUS.

Diagrama bloco mais detalhado do microcontrolador PIC16F84

Registo STATUS

bit 0 C (Carry) Transporte Este bit afectado pelas operaes de adio, subtraco 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 afectado pelas instrues ADDWF, ADDLW, SUBLW e SUBWF.

bit 1 DC (Digit Carry) Transporte de dgito Este bit afectado pelas operaes de adio, subtraco. 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 afectado 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 queindica que qualquer coisa no esteve bem. 1 = no ocorreu transbordo 0 = ocorreu transbordo

bits 5 e 6 RP1:RP0 (bits de seleco de banco de registos) Estes dois bits so a parte mais significativa do endereo utilizado para endereamento directo. Como as instrues que endeream directamente a memria, dispem somente de sete bits para este efeito, preciso mais um bit para poder enderear todos os 256 registos 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 registos 1 00 = banco de registos 0

bit 7 IRP (Bit de seleco de banco de registos) Este bit utilizado no endereamento indirecto da RAM interna, como oitavo bit 1 = bancos 2 e 3 0 = bancos 0 e 1 (endereos de 00h a FFh)

O registo de estado (STATUS), contm o estado da ALU (C, DC, Z), estado de RESET (TO, PD) e os bits para seleco do banco de memria (IRP, RP1, RP0). Considerando que a seleco do banco de memria controladaatravs deste registo, ele tem que estar presente em todos os bancos. Os bancos de memria sero discutidos com mais detalhe no captulo que trata da Organizao da Memria. Se o registo STATUS for o registo de destino para instrues que afectem os bits Z, DC ou C, ento no possvel escrever nestes trs bits.

Registo OPTION

bits 0 a 2 PS0, PS1, PS2 (bits de seleco do divisor Prescaler) Estes trs bits definem o factor de diviso do prescaler. Aquilo que o prescaler e o modo como o valor destes trs bits afectam 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 seleco de bordo activo em TMR0) Se for permitido aplicar impulsos em TMR0, a partir do pino RA4/TOCK1, este bit determina se os impulsos activos so os impulsos ascendentes ou os impulsos descendentes. 1 = bordo descendente 0 = bordo ascendente

bit 5 TOCS (bit de seleco 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 (frequncia 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 seleco 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

2.4 Portos

Porto, 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 registo 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 registos de configurao. Um exemplo disto o TOCS, quinto bit do registo OPTION. Ao seleccionar uma das funes, a outra automaticamente inibida.

Relao entre os registos TRISA e PORTO A

Todos os pinos dos portos podem ser definidos como de entrada ou de sada, de acordo com as necessidades dodispositivo que se est a projectar. Para definir um pino como entrada ou como sada, preciso, em primeiro lugar, escrever no registo TRIS, a combinao apropriada de zeros e uns. Se no local apropriado de um registo 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 registo TRIS associado. Assim, para o porto A,existe o registo TRISA no endereo 85h e, para o porto B existe o registo TRISB, no endereo 86h.

PORTO B

O porto B tem 8 pinos associados a ele. O respectivo registo de direco de dados chama-se TRISB e tem o endereo 86h. Ao pr a 1 um bit do registo TRISB, define-se o correspondente pino do porto como entrada e se pusermos a 0 um bit do registo 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 activadas pondo a 0 o bit RBPU, que o bit 7 do registo 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 desactivadas.

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 frequentes 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 registo de direco de dados correspondente o TRISA, no endereo 85h. Tal como no caso do porto B, pr a 1 um bit do registo TRISA, equivale a definir o correspondente pino do porto A, como entrada e pr a 0 um bit do mesmo registo, equivale a definir o correspondente pino do porto A, como sada. 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 seleco 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 memria

O PIC16F84 tem dois blocos de memria separados, um para dados e o outro para o programa. A memria EEPROM e os registos 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 vector 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 directamente do espao de memria mas acedida indirectamente atravs dos registos 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 registos GPR (General Purpose Registers = Registos de uso genrico). Os registos GPR podem ser acedidos sem ter em ateno o banco em que nos encontramos de momento.

Registos SFR

Os registos que ocupam as 12 primeiras localizaes nos bancos 0 e 1 so registos especiais e tm a ver com a manipulao de certos blocos do microcontrolador. Estes registos so os SFR (Special Function Registers ou Registos de Funes Especiais).

Organizao da memria no microcontrolador PIC16F84

Bancos de Memria

Alm da diviso em comprimento entre registos SFR e GPR, o mapa de memria est tambm dividido em largura (ver mapa anterior) em duas reas chamadas bancos. A seleco de um dos bancos feita por intermdio dos bits RP0 e RP1 do registo STATUS.

Exemplo : bcf STATUS, RP0

A instruo BCF limpa o bit RP0 (RP0 = 0) do registo STATUS e, assim, coloca-nos no banco 0.

bsf STATUS, RP0

A instruo BSF pe a um, o bit RP0 (RP0 = 1) do registo 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 seleco 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

Contador de Programa

O contador de programa (PC = Program Counter), um registo 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 directa ou indirectamente.

Endereamento Directo

O endereamento directo feito atravs de um endereo de 9 bits. Este endereo obtm-se juntando aos sete bits do endereo directo de uma instruo, mais dois bits (RP1 e RP0) do registo STATUS, como se mostra na figura que se segue. Qualquer acesso aos registos especiais (SFR), pode ser um exemplo de endereamento directo.

Os locais de memria 0Ch 4Fh so registos 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 registos de uso genrico, no precisamos de nos preocupar com o banco em que nos encontramos!

Bsf STATUS, RP0 ; Banco 1movlw 0xFF ; w = 0xFFmovwf TRISA ; o endereo do registo TRISA tirado do cdigo da instruo movwf TRISA

Endereamento Directo

Endereamento Indirecto

O endereamento indirecto, ao contrrio do directo, no tira um endereo do cdigo instruo, mas f-lo com a ajuda do bit IRP do registo STATUS e do registo FSR. O local endereado acedido atravs do registo INDF e coincide com o endereo contido em FSR. Por outras palavras, qualquer instruo que use INDF como registo, na realidade acede aos dados apontados pelo registo FSR. Vamos supor, por exemplo, que o registo de uso genrico de endereo 0Fh contm o valor 20. Escrevendo o valor de 0Fh no registo FSR, ns vamos obter um ponteiro para o registo 0Fh e, ao ler o registo INDF, ns iremos obter o valor 20, o que significa que lemos o contedo do registo 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 directo, mas existem problemas que s podem ser resolvidos de uma forma simples, atravs do endereamento indirecto.

Endereamento Indirecto

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 registos da memria RAM (16 endereos neste caso) como se pode ver a seguir.

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

2.6 Interrupes

As 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 direco 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.

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

O registo que controla as interrupes chamado INTCON e tem o endereo 0Bh. O papel do INTCON permitirou 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.

Registo 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 registo 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.

bit 6 EEIE (bit de habilitao de interrupo por escrita completa, na EEPROM) bit que habilita uma interrupoquando uma operao de escrita na EEPROM termina. 1= interrupo habilitada 0= interrupo inibida Se EEIE e EEIF (que pertence ao registo 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 efectue o regresso ao programa principal.

Guardando os contedos dos registos 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 registos 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 subrotina para o programa principal os contedos dos registos podem ser inteiramente diferentes, o que causaria um erro no programa. Um exemplo para este caso o contedo do registo de trabalho W (work register). Se supormos que o programa principal estava a usar o registo 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 registo de trabalho W, indo influenciar directamente o programa principal.

O procedimento para a gravao de registos importantes antes de ir para a subrotina de interrupo, designa-sepor PUSH, enquanto que o procedimento que recupera esses valores, chamado POP. PUSH e POP so instrues 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 frequente, 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 registo 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 seleccionado porque W_TEMP e STATUS_TEMP esto situados no banco 0. Para troca de dados entre estes dois registos, usada a instruo SWAPF em vez de MOVF, pois a primeira no afecta os bits do registo STATUS.

Exemplo um programa assembler com os seguintes passos:

1. Verificar em que banco nos encontramos 2. Guardar o registo W qualquer que seja o banco em que nos encontramos 3. Guardar o registo STATUS no banco 0. 4. Executar a rotina de servio de interrupo ISR (Interrupt Service Routine) 5. Recuperao do registo STATUS 6. Restaurar o valor do registo W

Se existirem mais variveis ou registos que necessitem de ser salvaguardados, ento, precisamos de os guardardepois de guardar o registo STATUS (passo 3) e recuper-los depois de restaurar o registo STATUS (passo 5).

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 registo OPTION), ou por um impulso descendente (se INTEDG = 0). Quando o sinal correcto surge no pino INT, o bit INTF do registo 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, aquando 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 umainterrupo 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 actual 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 registo 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 facto. O bit EEIF, atravs do qual esta informao dada, pertence ao registo EECON1. A ocorrncia desta interrupo pode ser impedida, pondo a 0 o bit EEIE do registo 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 a1 o bit que permite uma certa interrupo, o programa vai ignorar a correspondente subrotina de interrupo. Por este meio, ns podemos controlar a 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 subrotina que se refere interrupo em causa.

2.7 Temporizador TMR0

Os 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 registo 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.

O regresso de uma rotina de interrupo pode efectuar-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.

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 frequncia de oscilao do clock antes que os respectivos impulsos possam incrementar o temporizador. O nmero pelo qual afrequncia de clock dividida, est definido nos trs primeiros bits do registo 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.

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 registo 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 registo OPTION. Se for seleccionado o clock externo, possvel definir o bordo activo 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 donmero 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 polos 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.

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 correcto como no caso de funcionamento incorrecto. O prximo passo evitar o reset no caso de funcionamento correcto, isso feito escrevendo zero no registo 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 registo 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 registo 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.

Registo de Controle OPTION

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

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.

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 (seleco de bordo activo 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 seleco 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 seleco do bordo activo 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 EEPROM

O 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 (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 registos especiais. Estes registos 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 registo no existe fisicamente e serve para proteger a EEPROM de uma escrita acidental.

O registo EECON1 ocupa o endereo 88h e um registo 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 registo EECON1, devem ser interpretados do modo que se segue.

Registo 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 registo 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 dadoo a partir do registo EEDATA para o endereo especificado no registo 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 oupor um transbordo no temporizador do watchdog (no caso de este estar activo). 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 repr 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

Pondo a 1 o bit RD inicia-se a transferncia do dado do endereo guardado no registo EEADR para o registo EEDATA. Como para ler os dados no preciso tanto tempo como a escrev-los, os dados extrados do registo 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 registo de trabalho w.

Escrevendo na Memria EEPROM

Para escrever dados num local da EEPROM, o programador tem primeiro que enderear o registo EEADR e introduzir a palavra de dados no registo 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

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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 desactivar 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 inactivo, excepto 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 !

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CAPTULO 3

Conjunto de Instrues

IntroduoConjunto de instrues da famlia PIC16Cxx de microcontroladores

Transferncia de dadosLgicas e aritmticasOperaes sobre bitsDireco de execuo do programaPerodo de execuo da instruoListagem das palavras

Introduo

J dissemos que um microcontrolador no como qualquer outro circuito integrado. Quando saem da cadeia deproduo, a maioria dos circuitos integrados, esto prontos para serem introduzidos nos dispositivos, o que no o caso dos microcontroladores. Para que um microcontrolador cumpra a sua tarefa, ns temos que lhe dizerexactamente o que fazer, ou, por outras palavras, ns temos que escrever o programa que o microcontroladorvai executar. Neste captulo iremos descrever as instrues que constituem o assembler, ou seja, a linguagemde baixo nvel para os microcontroladores PIC.

Conjunto de Instrues da Famlia PIC16Cxx de Microcontroladores

O conjunto completo compreende 35 instrues e mostra-se na tabela que se segue. Uma razo para estepequeno nmero de instrues resulta principalmente do facto de estarmos a falar de um microcontrolador RISCcujas instrues foram optimizadas tendo em vista a rapidez de funcionamento, simplicidade de arquitectura ecompacidade de cdigo. O nico inconveniente, que o programador tem que dominar a tcnicadesconfortvel de fazer o programa com apenas 35 instrues.

Transferncia de dados

A transferncia de dados num microcontrolador, ocorre entre o registo de trabalho (W) e um registo f querepresenta um qualquer local de memria na RAM interna (quer se trate de um registo especial ou de umregisto de uso genrico).

As primeiras trs instrues (observe a tabela seguinte) referem-se escrita de uma constante no registo W(MOVLW uma abreviatura para MOVa Literal para W), cpia de um dado do registo W na RAM e cpia deum dado de um registo da RAM no registo W (ou nele prprio, caso em que apenas a flag do zero afectada) .A instruo CLRF escreve a constante 0 no registo f e CLRW escreve a constante 0 no registo W. A instruoSWAPF troca o nibble (conjunto de 4 bits) mais significativo com o nibble menos significativo de um registo,passando o primeiro a ser o menos significativo e o outro o mais significativo do registo.

Lgicas e aritmticas

De todas as operaes aritmticas possveis, os