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Sistemas Microcontrolados

Introduo aos Microcontroladores PIC

Prof. Sergio F. Ribeiro

Cincia da Computao

Microcontroladores e Robtica - FACAPE

Microprocessadores

Os microprocessadores so circuitos integrados compostos por diversas portas lgicas que realizam operaes matemticas e lgicas diversas.

Os sistemas microprocessados so compostos de dispositivos separados: microprocessador, memria, interface de entrada e sada (compostas por transistores, acopladores pticos, etc).

Mas por que no incluir todos estes dispositivos em um encapsulamento?

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Microcontroladores e Robtica - FACAPE

Microcontroladores A unio das memrias com os microprocessadores

possibilitou o advento dos microcontroladores. Um microcontrolador um chip que contm praticamente

um pequeno computador embutido, de baixo custo, com: ncleo de processamento memrias RAM, ROM e Flash perifricos de E/S conversores de sinais gerador de clock, entre outros.

Os microcontroladores devem possuir uma interface com o ambiente externo para que o desenvolvedor de hardware possa realizar operaes diversas, como ligar um rel, acender um LED, ler um sensor, etc.

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Microcontroladores e Robtica - FACAPE

Microcontroladores

Microcontroladores so dispositivos voltados a sistemas embarcados e aplicaes especficas, ao contrrio dos Ps, destinados a PCs e aplicaes de uso geral.

Principais razes da integrao das memrias aos Cs: reduo do nmero de pinos do encapsulamento. reduo dos custos com componentes externos. diminuio das dimenses da montagem. simplificao do circuito de aplicao.

Porm, tal integrao tem como desvantagem: limitao da complexidade do programa embarcado, devido ao

tamanho reduzido da memria nos Cs.

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Microcontroladores e Robtica - FACAPE

Microcontroladores O microcontrolador programvel toda a lgica de

operao estruturada na forma de um programa e gravada dentro do componente.

Os Cs no possuem, geralmente, um sistema operacional. Os programas rodam diretamente no chip. O software que roda no C chamado de firmware. O software programado em linguagens C ou Assembly na

maior parte dos casos. A programao feita com o uso de ferramentas instaladas

em um PC (IDE). Um compilador usado para compilar programas em C, e

so conhecidos como cross-compiler (PC C).5

Microcontroladores e Robtica - FACAPE

Microcontroladores

O microcontrolador provido internamente de memria de programa, memria de dados, portas de I/O, timers, contadores, comunicao serial, PWMs, conversores analgico-digitais, etc.

Toda vez que o microcontrolador for alimentado, o programa interno (firmware) ser executado.

Atualmente, muitos equipamentos de nosso uso dirio (eletrodomsticos, vdeo-players, alarmes, celulares, brinquedos, etc.) utilizam microcontroladores para execuo de suas funes bsicas.

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Microcontroladores e Robtica - FACAPE

Arquitetura Bsica de um Microcontrolador

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Microcontroladores e Robtica - FACAPE

Aplicaes Tpicas Tipicamente, Cs so usados no controle de:

perifricos de informtica eletrnicos de consumo sistemas de superviso instrumentao automao robtica

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Microcontroladores e Robtica - FACAPE

Marcas de Microcontroladores Algumas marcas e modelos:

ATMEL: ATMEGA, AT91, AT90; INTEL: MCS51 ou 8051 (vrios fabricantes fabricam este modelo,

mas a Intel foi a primeira a produzi-lo, em 1977); Microchip: PIC, DSPIC. Freescale (Motorola): 68HC, MPC. Texas Instruments: MSP430, TMS370

Microchip

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Os Microcontroladores PIC

Os PIC, ou PICmicro, so microcontroladores fabricados pela empresa americana Microchip Technologies.

Atualmente, a Microchip uma das maiores fabricantes mundiais de microcontroladores de 8 bits.

Em 2016, a Microchip adquiriu a Atmel (produz C Atmega do Arduino) por cerca de 4 bilhes de dlares.

PIC uma sigla para Programmable Interface Controllere origina-se no incio dos anos 80, quando foi concebido para operar como interface controladora de perifricos.

Ncleo composto por uma mquina RISC: as verses mais simples tem apenas 33 instrues. memria segue a arquitetura Havard.

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Microcontroladores e Robtica - FACAPE

Os microcontroladores PIC apresentam uma estrutura interna do tipo Havard, enquanto muitos C tradicionais (ex: 8051, ATMega) possuem arquitetura de Von-Neumann.

A diferena est na forma como os dados e o programa so processados pelo microcontrolador.

Arquitetura Von-Neumann existe apenas um barramento interno por onde passam as instrues e os dados.

Arquitetura Havard existem dois barramentos internos (um de dados e outro de instrues).

Nos C PIC, o barramento de dados sempre de 8 bits, e o de instrues pode ser de 12, 14, 16 ou 32 bits, depen-dendo do modelo do PIC.

Arquitetura Havard xArquitetura Von Neumann

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Microcontroladores e Robtica - FACAPE

Arquitetura Havard xArquitetura Von Neumann

Arquitetura Von-Neumann:

Arquitetura Havard:

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Os Microcontroladores PIC

Famlia de Microcontroladores PIC:

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Os Microcontroladores PIC

Os Microcontroladores PIC de 8 bits

So mais de 300 uCs, reunindo desde os mais simples e pequenos (6 pinos) a dispositivos de alta gama, com maior poder de processamento, perifricos e interfaces, chegando a 100 pinos.

Dividem-se em 4 categorias, de acordo com a complexidade da aplicao a que se destinam: Baseline Mid-Range Enhanced Mid-Range PIC18

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Os Microcontroladores PICPIC 8-bits: Memria de Programa vs N de Pinos

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Estrutura Interna PIC16F628A

ULA diretamente ligada ao registrador W.

Memria de programa.

Memria de dados (RAM).

Portas com todos os seus pinos de I/O.

Os perifricos, tais como:EEPROM, timers, comparador interno,mdulo CCP e a porta serial.

O registrador de status.

O contador de programa (PC).

Circuitos internos de reset, osciladores,Watchdog Timer (WDT), Power-upe Brown-out internos.

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Pinagem do PIC16F628A O PIC16F628A possui 18 pinos divididos em terminais de

alimentao, de reset, de conexo com o oscilador e os terminais de portas e perifricos.

Como o C possui diversas caractersti-cas e um pequeno nmero de terminais, muitos terminais possuem mais de uma funo.

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Funes dos Pinos

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Funes dos Pinos

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Funes dos Pinos

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Microcontroladores e Robtica - FACAPE

O PIC16F628A

O PIC16F628A apresenta as seguintes caractersticas: 18 pinos no total, sendo 16 de I/O frequncia mxima de operao: 20MHz memria de programa: 2k words (2048 x 14) memria de dados: 224 bytes (224 x 8) memria EEPROM: 128 bytes (128 x 8) comunicao serial: USART 10 fontes de interrupo 3 timers (2 x 8 bits, 1 x 16 bits) 2 comparadores analgicos 1 mdulo CCP (capture, compare, PWM) 35 instrues de mquina

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Ciclos de Mquina Nos C PIC, o sinal de clock internamente dividido por 4. Para um clock externo de 4MHz, temos um ciclo interno de

1 MHz e, portanto, cada ciclo de mquina dura 1 s. A diviso do clock por 4 forma as fases Q1, Q2, Q3 e Q4. Basicamente Q1 envolve a busca de instruo, Q2 a

decodificao de instruo, Q3 a execuo de instruo e Q4 a escrita do resultado.

Esse processamento por fases conhecido como execuo em pipeline.

Isso permite que todas as instrues sejam executadas em apenas um ciclo (gasta 1us para um clock de 4MHz) e torna o sistema muito mais rpido.

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Microcontroladores e Robtica - FACAPE

Ciclos de Mquina O diagrama seguinte foi retirado do datasheet do C, e

demonstra, claramente, as divises dos ciclos nas quatro fases (Q1 a Q4) e o conceito de pipeline.

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Osciladores

Os microcontroladores PIC possuem alguns modos de osciladores disponveis para operao.

Tipos de osciladores: RC RC externo (uso de resistor e capacitor) INTOSC RC interno EC fonte de clock externa HS cristal/ressonador de alta frequncia (acima de 4MHz) XT cristal/ressonador de mdia frequncia LP cristal/ressonador de baixa frequncia (32kHz)

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Osciladores RC Externo

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Osciladores Cristal

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Organizao de Memria So divididas em trs tipos:

ROM Memria de Programa RAM Memria de Dados EEPROM Memria de Armazenamento

Por ser um microcontrolador de arquitetura Havard, o PIC16F628A tem suas memrias de programa e de dados mapeadas separadamente.

Este microcontrolador possui ainda uma terceira memria: a memria no-voltil EEPROM.

EEPROM so memrias no-volteis, ou seja, no apagam seu contedo quando retira-se a alimentao.

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Memria de Programa A memria de programa presente no PIC16F628A do

tipo FLASH (sufixo F) que permite ser gravada/apagada mais de 1000 vezes.

No PIC16F628A h o registrador P