Paolo Rognoni. Pillole di Microcontrollori PIC. Manuale di progettazione con esempi pratici in linguaggio C

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1 Paolo Rognoni Pillole di Microcontrollori PIC Manuale di progettazione con esempi pratici in linguaggio C

2 Titolo: Microcontrollori PIC Prima Edizione Settembre 2009 ISBN: Autore: Paolo Rognoni Copyright 2009 INWARE Edizioni s.r.l. Via Cadorna 27/ Cormano (MI) Tel: 02/ Fax: 02/ Stampa: Prontostampa Fara Gera d Adda (BG) Tutti i diritti sono riservati a norma di legge e a norma delle convenzioni internazionali. E vietata la riproduzione anche parziale di testi e disegni raggolti in quest opera. Nomi e marchi citati nel testo sono generalmente depositati o registrati dalle ripspettive case produttrici.

3 Indice Prefazioni... IX Introduzione... XI 1 I microcontrollori ed i sistemi embedded... 1 I microcontrollori PIC... 2 Struttura interna... 3 Memoria... 6 Porte... 9 Periferiche... 9 Timer Watchdong timer Meccanismi di interrupt Configuration bits Gli strumenti di sviluppo Il compilatore: mikroc PRO L ambiente integrato (IDE) di mikroc PRO Iniziare con un nuovo progetto Simulatore e debugger software Microchip MPLAB Integrazione tra mikroc PRO e MPLAB L hardware In-Circuit Debugger PICflash Microchip ICD2, ICD3, PicKIT2, PicKIT easypic5 di Mikroelektronika Microchip PICDEM2 Plus Hello World! Registri e configurazioni Hello world! Accesso diretto ai singoli bit di un byte Debug Un altro esempio: Supercar Generazione di ritardi fissi e variabili Esercizi Gli Input digitali Il temporizzatore Il PIC temporizzatore Pull-up interni In simulazione iii

4 iv Pull-down, pull-up interni o esterni Rimbalzi e antiribalzo Oscillatore interno e Master Clear Esercizi I Timer e gli Interrupt Mecanismi di interrupt I timer del PIC Contare il tempo Interrupt-on-change MikroC PRO e la risposta all interrupt Il progetto TempoInterrupt Antirimbalzo La funzione del temporizzatore In simulazione Context switch Latenza dell interrupt Esercizio Gli ingressi analogici Analog(ic)amente Il convertitore analogico digitale dei PIC Configurazione ed avvio del modulo ADC Conversione AD con mikroc PRO LED analogici I comparatori Come lavorano Esercizio Capture Compare PWM Capture Modalità CAPTURE con mikroc PRO Compare Modalità COMPARE con mikroc PRO PWM Modalità PWM con mikroc PRO Considerazioni conclusive Esercizi Il PIC scrive: LCD alfanumerico I Display LCD e il driver HD Interfaccia a 8 bit Interfaccia a 4 bit... 90

5 La libreria software di mikroc PRO Inizializzazione e configurazione del LCD Scrittura di una stringa ad una posizione prestabilita Scrittura di una stringa alla posizione corrente Scrittura di un carattere ad una posizione prestabilita Scrittura di un carattere alla posizione corrente Invio di un comando al display Esempi di funzionamento Hello word Numeri, numeri, numeri Caratteri personalizzati: CGRAM Errori comuni nell uso dei display LCD Esercizi Il PIC disegna: LCD grafico Display grafici con controller KS0108/KS La libreria software di mikroc PRO Inizializzazione e configurazione del LCD Selezione di un banco (o lato) Posizionamento ad uno quota x all interno di un banco Scelta di una pagina Lettura di un dato dalla memoria del display Scrittura di un dato sulla memoria del display Riempimento dello schermo Tracciare un punto Tracciare una linea Tracciare una linea verticale Tracciare una linea orizzonatale Disegnare un rettangolo Disegnare un rettangolo pieno (box) Disegnare un cerchio Impostazione del tipo di carattere (font) Scrittura di un carattere Scrittura di una stringa Gestione e visualizzazione di immagini bitmap L editor di immagini bitmap Esempio di funzionamento Esercizi La periferica USART La periferica USART dei PICmicro USART in modalità asincrona Il baud rate v

6 vi Le librerire software di mikroc PRO Inizializzazione e configurazione dell USART Verifica buffer dati in ricezione Verifica buffer dati in trasmissione Lettura di un byte Lettura di un testo Scrittura di un byte Scrittura di un testo Attivazione del modulo UART La comunicazione con il PC Emulazione software dell UART Inizializzazione e configurazione dell UART software Ricezione di un dato Trasmissione di un dato Uscita da un loop infinito Comunicazione sincrona e asincrona USART a 9-bit Esercizi La periferica MSSP: I 2 C e SPI Il modo I 2 C Configurazione La libreria I 2 C hardware di mikroc PRO Inizializzazione del bus I 2 C Avvio della comunicazione Riavvio della comunicazione Verifica bus libero Lettura di un dato dal bus Scrittura di un dato sul bus Termine della comunicazione Un esempio: la lettura della temperatura Il modo SPI Configurazione SPI in modalità master La libreria SPI hardware di mikroc PRO Inizializzazione del bus SPI Inizializzazione avanzata del bus SPI Lettura di un dato dal bus Scrittura di un dato sul bus Attivazione del modulo MSSP Un esempio: pilotare un DAC Le librerie di emulazione I 2 C e SPI Emulazione software di I 2 C Inizializzazione del bus I 2 C

7 Avvio della comunicazione Lettura di un dato dal bus Scrittura di un dato sul bus Termine della comunicazione Uscita da un loop infinito Emulazione software di SPI Inizializzazione del bus SPI Lettura di un dato dal bus Scrittura di un dato sul bus Il bus I 2 C Il bus SPI Esercizi USB, Universal Serial Bus La periferica USB dei PIC USB e frequenza di clock La libreria USB di mikroc PRO Abilitazione della comunicazione HID USB Lettura dati dal bus USB Scrittura dati sul bus USB Disabilitazione della comunicazione HID USB La comunicazione con il PC Approfondimenti Esercizi I PIC in rete: connettività con Ethernet Ethernet per PIC La libreria SPI Ethernet di mikroc PRO Inizializzare la comunicazione ethernet Abilitazione del traffico ethernet Disabilitazione del traffico ethernet Elaborazione di un pacchetto ethernet Scrittura di un byte Scrittura di più byte Scrittura di più byte di tipo const Scrittura di una stringa Scrittura di una stringa di tipo const Acquisizione di un byte Acquisizione di più byte Gestione delle richieste TCP/http Gestione delle richieste UDP Acquisizione del numero IP Acquisizione del numero IP del Gatyeway vii

8 Acquisizione del numero IP del server DNS Acquisizione del Subnet Mask Configurazione dei parametri di rete Invio di richieste ARP Invio di richieste UDP Invio di richieste DNS Inizializzazione dei parametri DHCP Verifica del lease time associato ad DHCP Rinnovo del lease time associato al DHCP Webserver L hardware Le pagine html Il firmware La libreria Ethernet di mikroc PRO LAN, WAN o Internet? Approfondimenti Esercizio EEPROM interna, memoria FLASH e altre librerie EEPROM interna e memoria FLASH Accesso alla EEPROM Accesso alla EEPROM con mikroc PRO Lettura dati da EEPROM interna Scrittura dati su EEPROM interna Precaricare la EEPROM: EEPROM Editor Accesso alla FLASH ROM con mikroc PRO Lettura di un dato dalla memoria FLASH Lettura di n byte dalla memoria FLASH Scrittura su memoria FLASH Cancellazione della memoria FLASH Cancellazione e scrittura dlla memoria FLASH Le librerie di mikroc PRO Approfondimenti Esercizio Appendice A: Tracce per la soluzione degli esercizi Appendice B: Uno sguardo ai PIC Appendice C: Figure e tabelle Appendice D: Bibliografia e Copyright viii

9 PREFAZIONI Sovente nelle pubblicazioni divulgative di carattere tecnico elettronico, quando si tratta di presentare nuovi prodotti utilizzabili non solo da esperti, ma anche da principianti, il lettore si trova di fronte a testi scritti prevalentemente in lingua inglese. Ciò può comportare difficoltà nell apprezzare il contenuto, col rischio di non poter approfondire pienamente quanto il dispositivo in oggetto è in grado di offrire. Questo volume, scritto in lingua italiana, consente di ovviare alla difficoltà sopra citata, dando al lettore la possibilità di apprenderne compiutamente il contenuto e, di conseguenza, potersi esercitare nei vari progetti proposti con l assoluta certezza del miglior risultato, in quanto gli stessi sono stati largamente sperimentati all autore. Il mondo dei microcontrollori è vasto e descriverlo compiutamente o racchiuderne tutte le potenzialità in un libro è impresa impossibile. In questo libro l'autore guida, con mano esperta, il lettore nel mondo dei microcontrollori, con un linguaggio chiaro ed efficace, mettendo in evidenza peculiarità e passaggi chiave, imprescindibili, in egual misura, per maneggiare al meglio uno strumento dalle potenzialità illimitate quale, appunto, la programmazione dei microcontrollori. Il libro si rivela utile sia a chi si accosta per la prima volta ai microcontrollori, sia al lettore esperto. Il primo troverà nel libro il modo per iniziare nel modo corretto e accrescere, capitolo dopo capitolo, la conoscenza in maniera graduale e seguendo uno schema logico, cioè quello che sta alla base della struttura del libro stesso; il lettore esperto, invece, potrà trovarvi numerosi spunti di riflessione e approfondimenti. Il libro affronta, in maniera organica e seguendo una sorta di continuità o canovaccio (pur rispettando una certa indipendenza tra i vari capitoli) molteplici temi e argomenti, con l'intento di spiegare la logica e le possibili problematiche connesse, i rischi e gli errori più comuni (e anche quelli meno comuni ). Ha però il pregio di lasciare spazio alla creatività del lettore, imprescindibile in un questo campo, fornendo una base fondamentale per sviluppare progetti personali. Questa opera vuole portare un concreto contributo alla preparazione dei futuri tecnici, dal punto di vista di un ulteriore sviluppo di quanto il progresso nell applicazione dei microcontrollori prospetta nell immediato futuro. PIETRO ROGNONI GIUSEPPE TADDUNI Prefazioni ix

10 Non entrerò in modo particolare nel merito dei contenuti di un manuale che gli interessati allo sviluppo di applicazioni dei Peripheral Interface Controllers, dagli hobbysti ai professionisti, troveranno senz'altro prezioso. Mi preme soprattutto dire due parole sull'autore per mettere in luce come, anche contenuti tecnico-scientifici, possano essere vissuti come un piacevole racconto di esperienze che arricchisce i rapporti umani, se, chi li propone, dimostra per essi una vera passione, oltre ad una magistrale competenza. È il caso di Paolo, che io ho conosciuto tramite internet. La fantastica evoluzione e diffusione della rete, rende possibile un modo nuovo di fare amicizia, che unisce idee, interessi e conoscenze annullando distanze fisiche e temporali. Dopo l'iscrizione di Paolo al forum che amministro, alcuni anni fa, è risultata da subito chiara la sua grande preparazione elettronica e, in particolare, la profonda conoscenza dei PIC. La cura messa in ogni risposta, unita al rispetto per le domande di ogni interlocutore, rese evidente il suo desiderio di aiutare chi entrava nel piccolo grande mondo dei PIC, trasmettendogli, insieme al suo entusiastico piacere di usarli, l'esperienza acquisita in innumerevoli progetti, sia ludici che pratici, sempre intellettualmente coinvolgenti. Un desiderio sfociato ora nella sfida che lo ha portato alla stesura di questo manuale. Una vera sfida, perché la tecnologia elettronica evolve ad una velocità impressionante, rendendo rapidamente obsoleti oggetti tecnologici che il più creativo scrittore di fantascienza, qualche decina d'anni fa, nemmeno riusciva ad immaginare. Ma è una sfida che Paolo ha saputo vincere, mettendo in risalto l'essenza di componenti dalle infinite possibilità, proponendone applicazioni valide ed attraenti, sempre altamente stimolanti e formative e, soprattutto, indipendenti dal tempo, come lo sono i contenuti di ogni didattica efficace. Penso dunque di poter ringraziare Paolo a nome di tutti i lettori che, attraverso le sue pagine, acquisiranno una solida base hardware e software, necessaria per sfruttare pienamente le infinite possibilità dei PIC. ZENO MARTINI x Prefazioni