OSCAR_TEK SYSTEM v programmazione basso/alto livello del pic 16F84 ed implementazioni HW

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1 OSCAR_TEK SYSTEM v0.1 - programmazione basso/alto livello del pic 16F84 ed implementazioni HW Questo studio si basa sulla strategia di realizzare un completo sistema di sviluppo avanzato spendendo davvero pochissimo! Di fati occorre solo un po di tempo, un po di passione, delle nozioni di base di elettronica ed informatica; in termini di denaro occorre spendere circa 20 per i componenti elettronici. In questa prima versione potremo realizzare solo programmi per il pic16f84; e per far ciò occorrono 3 cose: 1) HardWare per lo sviluppo in grado di consentire la programmazione e messa a punto del microcontrollore attraverso alcuni componenti elettronici. 2) SoftWare Loader che consente attraverso una porta del computer di caricare il file *.HEX nella memoria del PIC. Tale file contiene le microistruzioni in forma numerica esadecimale, il loader si occupa di trasformarlo in binario e mandarlo al PIC. Come sappiamo il formato numerico è comprensibile solo dalla macchina e quindi lo sviluppatore per realizzare dei programmi utilizzerà il seguente software \/ 3) SoftWare di programmazione, consente la realizzazione di programmi con un linguaggio alfanumerico abbastanza comprensibile ed assimilabile attraverso un po di esperienza. Questo stesso SW consente poi di trasformare il codice sorgente in.hex che potremo utilizzare con il loader. Queste son le 3 risorse primarie per poter realizzare sistemi elettronici flessibili per soddisfare infinità di esigenze. Di seguito tratterò nello specifico le nostre risorse spiegando meglio a cosa servono e soprattutto come funzionano. 1)HW di sviluppo, in questa prima versione si tratta di due circuiti differenti: uno serve per programmare il micro e si collega alla porta parallela del PC, l altro per l esecuzione e la messa appunto del progetto \ /

2 - schema del circuito programmatore:

3 - schema di base per il funzionamento del PIC16F84: Il circuito di programmazione e quello di messa in funzione del micro sono due miei progetti collaudati e perfettamente funzionanti. Il circuito di programmazione presenta 4 led di controllo: uno verde power che indica la presenza dell alimentazione, uno rosso prog si accende quando si legge/scrive/cancella il pic fornendo la tensione di prog 15vpp al pin MCLR, uno giallo ck indica l attivazione del segnale di clock dal PC al PIC, ed in fine uno verde SDA che si illumina quando si trasferiscono serialmente Data/Addres dal PC al PIC mentre quando è spento con CK ativo vuol dire che il PC legge il PIC. Il circuito di messa in funzione del PIC presenta uno stabilizzatore a 5v per l alimentazione, una rete oscillante per il ck a 4Mhz (per il corretto funzionamento nn toccare il quarzo altrimenti nn oscilla più), una resistenza di pull-up per disabilitare il reset (attivo a livello basso) ed in fine sono messi in evidenza i pins della porta_b. Entrambi i circuiti possono essere ulteriormente migliorati, ma in questa prima versione del progetto necessita semplicemente che il sistema funzioni..

4 2)SW Loader : PICprog.exe è un programma free ed opensource perfettamente funzionante sotto winxp, e che sfrutta la porta parallela del PC. Per adesso consente solo la programmazione del PIC16F84 attraverso l HW di programmazione proposto precedentemente, ma come abbiamo detto è opensource e quindi conoscendo il C++ e le programming_specification di altri micro è possibile poter implementare l intero progetto per poter programmare più tipi di micro.. - In realtà esistono altri software free più avanzati e completi, come i famosi ICprog ed EPICwin che però mi han dato alcuni problemi di incompatibilità con i driver che dovrebbero prendere il controllo della porta parallela, e quindi dopo aver sbatutoci la testa per alcuni giorni senza risultati positivi, ho scelto il modesto ma funzionante (e ribadisco opensource) PICprog. Sicuramente i problemi che ho avuto con quei programmi son rari ma risolvibili. È comunque importante ricordare che il circuito di programmazione che ho proposto è stato progettato esclusivamente per il programma PICprog. - Per quanto riguarda il circuito di mesa a punto, notiamo che il ck è generato da un quarzo a 4Mhz e quindi in fase di programmazione, tra i vari Device_flags che costituiscono la Configuration_word, bisogna impostare questo tipo di clock. - Ma ora parliamo di PICprog.exe : è un programma che consente di aprire file *.HEX (ovvero codice asadecimale), compatibile con il formato della memoria del PIC16F84. non è possibili modificare il file *.HEX da PICprog, di fati questo SW si occupa solo di leggere\scrivere\cancellare il PIC. Possiamo individuare 3 aree rappresentanti i banchi di memoria: la prima rappresenta la memoria eeprom in cui viene allocato il nostro programma (dalle dimensioni massime di 1Kword, dove ogni word ha dimensioni di 14 bit e rappresenta una micro istruzione), la seconda area è un banco di memoria eeprom che il programma può utilizzare a piacimento per memorizzare dati utili per una dimensione massima di 8x8=64 dati dalle dimensioni di 8bit=1byte ciascun dato, ed in fine abbiamo 2 vettori o array di memoria rappresentanti i

5 registri delle ID_words e della configuration_words (la prima contiene informazioni riguardanti la Identification_device ovvero l identificazione del dispositivo PIC16F84, la seconda contiene informazioni riguardanti: l attivazione del CP=code_protect, del PWRTE, del WDT=watch_dog/timer, e del tipo di oscillatore che nel nostro progetto sarà XT=xtal ovvero al quarzo); è utile anche saper che il nostro PIC16F84 ha una memoria ram interna di 68byte. Il programma semplicissimo da usare e in italiano consente di aprire file *.HEX di scriverlo nel pic, di leggere il pic stesso e salvare in file *.HEX, e di rimuovere la protezione cancellando così il pic stesso. Ulteriori chiarimenti e note sull autore son esposti nel file di testo PICprog.txt. inoltre abbiamo anche il file di sistema GIVEIO indispensabile per consentire a PICprog di utilizzare della porta parallela, uno schema del circuito programmatore proposto dall autore di PICprog, ed il codice sorgente del programma in C++. 3)SW di programmazione ; adesso viene il bello, fin ora ho proposto le soluzioni più semplici e funzionali per potersi procurare gli strumenti necessari alla programmazione di un PIC16F84, ed ottenuti finalmente questi strumenti ci possiamo avventurare nella programmazione per realizzare sistemi elettronici intelligenti. Il programma che propongo si chiama mikrobasic.exe ed è free ma soprattutto POTENTISSIMO: offre delle funzionalità davvero avanzate e comprando il flash programmer proposto dalla mikroelektronica è possibile programmare di tutto.. ma per ora noi vogliamo solo far esperienze col PIC16F84 spendendo il meno possibile. Nn nego che da parte mia aver scoperto questo programma mi reso davvero felice ed entusiasta perché ha davvero potenzialità paragonabili ai più avanzati sistemi di sviluppo commerciali (costosissimi) utilizzati nelle migliori strategie aziendali per l eletronica digitale general porpouse.. - questo programma offre la possibilita di scrivere sia in codice assembler che in basic e passare da una modalità all altra ogni qual volta ne abbiamo necessità all interno del nostro progetto. Inoltre voglio precisare a coloro che accettano un suggerimento che il basic ha fatto la storia, che è il più semplice di tutti (e ve lo dice chi ha programmato in ogni linguaggio), e che nonostante un infinità di critiche continua a sopravvivere, e sapete perché? Perché tutti coloro che s avvicinano alla programmazione cominciano in basic! Ma nella vita c è sempre chi rinnega le

6 proprie origini e quindi spesso il basic viene criticato dicendo che ormai è stato soppiantato da linguaggi + potenti.. quindi seguite il mio consiglio, se vi state avvicinando alla programmazione nn date ascolto a quelle voci, perché in realtà nn vi aiutano ma vi rendono la vita complicata proponendovi linguaggi di programmazione difficili anche per gli esperti.. se imparate a programmare prima in basic allora potrete anche voi ottenere risultati apprendendo le basi della programmazione.. poi se lo volete potrete passare a Java e C++, anche per programmare i PIC.. per il linguaggio basic troverete sicuramente tantissime guide tutte simili fra loro ed in poco tempo riuscirete a capire come si dichiarano costanti e variabili e relativa assegnazione di valori, fare calcoli, salti condizionati e non condizionati, eseguire cicli finiti ed infiniti.. ma le cose belle non sono finite perché per i più esperti elettro-informatici mikrobasic offre delle funzioni avanzate per la gestione di: PWM, CAN_bus, RS485, I2C, SPI, UART, USART, ADC, LCD_gaph.. Molte cose qui citate non posso trattarle perché richiederebbero lunghe spiegazioni che mi farebbero uscire fuori dallo scopo principale che è quello di offrire le nozioni di base per programmare un PIC, quindi consiglio ai principianti di procurarsi un buon manuale di elettronica e cercare le sigle degli argomenti interessati nell indice. Io uso il MANUALE DI ELETTRONICA E TELECOMUNICAZIONI dela HOEPLI, è certamente esauriente (ve lo dice chi di elettronica ne mastica fin dall inizio dei tempi). Comunque apprese le nozioni di base sul linguaggio basic possiamo consultare la guida ufficiale di mikrobasic che per ora solo in inglese spiega tutto l occorente. - siccome son sicuro che imparerete da soli a programmare voglio darvi solo quello che per me è l aiuto più importante: saper creare un progetto per cominciare a programmare e poi trasformare il programma sorgente da Basic/assembler in *.HEX che potremo trasferire attraverso PICprog.exe nel nostro PIC16F84 (in quanto se non create il file *.HEX non potrete realizzare proprio nulla di concreto e resterete delusi credendo che dovrete per forza comprare il programmatore proposto dalla microelettronica..)

7 dunque vi guido alla realizzazione di un generico progetto dall inizio alla fine: 1) sul proprio computer creare una cartella con il nome adeguato per il vostro progeto 2) aprire il programma mikrobasic e ciccare su new project dal menù a tendina [project], oppure direttamente premere la combinazione di tasti Ctrl+N. 3) A questo punto appare la Project Wizard, si tratta di una finestrella in cui dovremo immettere e selezionare le impostazioni relative al tipo di microcontrollore e alla modalità di funzionamento (attraverso i flags relativa alla configuratio word). Siccome noi usiamo il PIC16F84 occorre con un quarzo a 4Mhz occorre impostare tutte le opzioni come mostrato nell immagine a fianco. Nella case project name inseriamo il nome del progetto, nel project path si seleziona il percorso della cartella che avevamo creato, project description è facoltativo e ci possiamo scrivere se vogliamo alcune note descrittive (ma il progetto può anche essere commentato nel programma stesso), nel menù device name selezioniamo il P16F84. Per quanto riguarda i flags bisogna conoscere che cosa sono e a cosa servono per poter creare la combinazione più adatta alla nostra esigenza, le impostazioni che ho proposto tengono conto delle caratteristiche prefissate dall inizio di questo sistema di sviluppo (in particolare il tipo di oscillatore di ck è di tipo XT) spiegiamo comunque cosa è ciascun flag e a cosa serve:

8 - CP_ON e CP_OFF, non possono essere entrambi selezionati o entrambi deselezionati in quanto bisogna scegliere se il codice che andremo a memorizzare nel PIC vogliamo che sia protetto o non protetto: dobbiamo sapere che ha senso proteggere il codice se il progetto finale deve essere venduto e nn vogliamo che possa essere copiata la memoria del PIC per duplicare il nostro programma; invece ha senso non proteggere il codice nelle fasi di collaudo (debugghing) ovvero nelle nostre prove o progetti finali che restano comunque nostri, perché la riprogrammazione viene fatta rapidamente anche effettuando solo piccoli cambiamenti nella memoria programma, infatti abilitando CP_ON per riprogrammare il PIC occorrre prima rimuovere la protezione cancellando così tutta la memoria, e poi e possibile riprogrammare. Quindi impostiamo CP_ON per tutti i progetti personali e nelle fasi di debugghing, invece impostiamo CP_OFF quando dobbiamo rilasciare a qualcuno il nostro progetto assicurandosi che il codice sorgente non venga duplicato (disassemblato, modificato ecc..) in quanto è un informazione di nostra proprietà, di fatti il firmware stesso può essere venduto a parte anche a buon prezzo.. - PWRTE_ON e PWRTE_OFF, analogamente anche in questo caso solo una di questi flags deve essere attivato; innanzittutto il significato di PWRT è power_up_timer, e si tratta di uno dei due timer (l altro è OST) che mandano in reset il chip dopo un certo periodo e quindi il chip resta alimentato (power-up) per quel periodo (timer); per comprendere le applicazioni di questa utilità consiglio di guardare i data sheet, comunque per le normali applicazioni si seleziona solo PWRT_OFF. - WDT_ON e WDT_OFF, questo ve lo so spiegare meglio: il WATCH-DOG- TIMER è un contatore che parte da un valore preimpostato e conta alla rovescia fino ad arrivare al valor nullo per poi resettare il chip; questa utilità presente in tutti i micro serve ad individuare cicli (loop) imprevisti dal programmatore che vuole programmare in assembler; un ciclo è una ri-esecuzione ripetitiva per un numero finito o infinito di volte di una porzione di codice. Quindi abilitando il WDT_ON il programmatore deve prevedere in ogni ciclo che realizza un istruzione di refresh del WDT ovvero ci si deve preoccupare che il timer del watch-dog venga reimpostato evitando che il chip si auto resetti, cosi facendo si possono scoprire bug relativi a cicli anomali ed imprevisti. Normalmente e soprattutto per chi programma in alto livelo (basic) consiglio di risparmiarsi questa preoccupazione selezionando semplicemente WDT_OFF. - infine per quanto riguarda l oscillatore abbiamo 4 possibilità di cui dobbiamo sceglierne solo una. Il tipo di oscillatore viene impostato in base al componente oscillante scelto, che può essere: RC = resistenza-condensatore è un oscillatore lento ed economico, LP = Loe Power risuonatore ceramico a tre terminali ( 2 si collegano ad OSC1 e OSC2 ed il centrale solitamente a GND) si tratta di

9 oscillatori efficienti ed a basso consumo, XT = XTAL si tratta di un quarzo semplice, HS = si tratta di una quarzo ad alta velocità (High Speed). Siccome io utilizzo un quarzo ho selezionato solo il flag XT. * un altra cosa importante è la frequenza di ck: innanzittutto ogni PIC ha un limite massimo che per il PIC16F84 è di 10Mhz secondo il datasheet, ma in realtà potreste avere un PIC16F84 che funziona a una frequenza inferiore, e lo potete scoprire leggendo il resto della sigla: ad esempio io ho un[pic16f84-04/p] quello 04 indica la frequenza massima in Mhz supportata dalla versione di PIC in mio possesso; quindi nella casella device clock dovrà esserci scritto 4Mhz, solitamente ciò è impostato di default in quanto il PIC16F84-04 è il più diffuso in commercio. (ps: gia dall inizio notiamo quante cose importanti ed interessanti dobbiamo tener conto, altrimenti risciamo di sbagliare in partenza e rischiamo di non riuscire a programmare il PIC o che il PIC stesso non funzioni corettamente) Ok ora che abbiamo capito nei minimi dettagli come impostare le opzioni della Project Wizard possiamo premere il pulsante [ OK ] e passare al passo successivo.. 4) adesso si può editare il programma nell area di lavoro, ed usufruire delle potentissime utilità di mikrobasic, delle guide e delle librerie relative alle funzioni speciali. Come abbiamo detto si puo programmare in basic ma anche scrivere porzioni di codice assembler digitando asm seguito da blocco istruzioni assembly seguito da end asm chiudendo tale blocco e ritornando alla modalità basic. Le istruzioni assembly del PIC16F84 sono in tutto 35 per conoscere le modalità d uso e la nomenclatura dei registri su cui lavorano, bisogna andare a vedere il data sheet e qualche guida in italiano racca di esempi sulla programmazione assembler del PIC16F84. 5) Il programma poi va compilato, ovvero trasformato tutto in asm, premendo il pulsante compile oppure la combinazione di tasti Ctrl+F9. Se poi vogliamo vedere tutto il relativo codice asm clicchiamo col mouse il pulsante successivo con la lettera [A] per il Wiew Assemly. 6) Finito il pregetto e compilato, avremo creato 6 file: gli.src e.prj associati a mikrobasic, l.asm è il file di testo contenente il codice assembly, il.hex che è quello che va caricato nel PIC ed è associato all applicazione PICprog.exe, gli altri 2 file contengono info tecniche su memoria registri sack ecc..

10 7) A questo punto dopo aver compilato il programma possiamo aprire il file.hex con PICprog, collegare il circuito di programmazione alla porta parallela alimentato e con PIC inserito, e scrivere quindi il programma nel pic. Sul monitor apparirà una message box in cui daremo la conferma [ok] per la programmazione ed una barra di completamento incrementerà fino alla fine del trasferimento dati, intanto sul circuito si illumineranno I tre led relativi allo stato di programmazione, clock di sincronismo e trasferimento dati. 8) Conclusa l operazione di programmazione spegniamo l alimentazione e leviamo il chip per metterlo nel circuito di esecuzione. I firmware sono riconosciuti dalla legge come proprietà intellettuali e possono essere protetti dal copiright