Architettura Harvard: il PIC possiede memorie separate per i dati e le istruzioni.

Transcript

1 Il PIC 16F84 Introduzione Il 16F84 è un microcontrollore RISC a 8 bit della Microchip estremamente versatile e semplice da utilizzare. E' possibile controllare led, rele', motori e attuatori in genere oppure controllare lo stato di sensori esterni. E' molto utilizzato anche come manipolatore e generatore/ricevitore di segnali (radiocomandi, lettore di schede magnetiche e/o simcard etc...). Prima di poter utilizzare il PIC occorre programmarlo; cio' richiede l'inserimento del programma compilato anella memoria interna. Il programma invece viene realizzato e compilato con l'ausilio di un normale computer casalingo. Una volta programmato ed acceso, il PIC inizia ad eseguire il programma e, se previsto, a comunicare opportunamente con il mondo esterno tramite i suoi 13 piedini di ingresso/uscita. Il microcontrollore è anche molto economico (un singolo pezzo può venire a costare intorno ai 7 euro, mentre se presi in stock si arriva anche a 50 centesimi l'uno) il che lo rende adatto anche per l'elettronica amatoriale. In foto si mostra un PIC 16F84 nel classico package DIL a 18 piedini. Caratteristiche Architettura Harvard: il PIC possiede memorie separate per i dati e le istruzioni. Memoria FLASH per le istruzioni da 1 K (1024 istruzioni) programmabile con l'ausilio di un computer esterno. Questa memoria supporta fino ad un massimo di 1000 cicli di cancellazione/scrittura. Memoria RAM dei dati da 90 bytes, dei quali 22 utilizzati per i registri interni di sistema (SFR = Special Function Registers) e i restanti 68 come registri utente liberi (GPR = General Purpose Register) Frequenza di clock massima: 10MHz (20MHz per la versione 16F84A) Un set di appena 35 istruzioni. Grazie al sistema di pipelining ogni

2 istruzione viene eseguita in un singolo ciclo macchina (4 colpi di clock) eccetto le istruzioni di salto che richiedono 2 cicli macchina (8 colpi di clock). Ad esempio, con un oscillatore esterno da 4MHz è richiesto 1 microsecondo per l'esecuzione di una istruzione non di salto e 2 microsecondi per quelle di salto (condizionato o non). Memoria EEPROM interna da 64 bytes. Questa memoria può essere programmata via software dal PIC stesso e sopporta fino ad un massimo di 1 milione di cicli di cancellazione/scrittura. Tale memoria non può essere utilizzata come RAM aggiuntiva per via della sua lentezza (20 ms in scrittura) e l'accesso seriale (non e' mappata nello spazio degli indirizzi direttamente raggiungibili dalla CPU e viene letta/scritta solo tramite l'ausiliio di alcuni dei registri speciali SFR) Stack a 8 livelli (Lo stack è implementato in una memoria a parte non visibile da programma e quindi non occupa lo spazio della RAM) Timer interno a 8 bit Watch-dog interno 2 porte di I/O (porta A a 5 bit e porta B a 8 bit) per un totale di 13 piedini di ingresso/uscita. Ogni linea può essere programmata indipendentemente dalle altre come linea di ingresso o linea di uscita. Possono sembrare poche ma va sempre ricordato che il microcontrollore è alloggiato in un DIL a soli 18 piedini! 4 diverse possibilità di interrupt (esterno tramite piedino apposito, del timer, esterno dovuto al cambio di stato dei piedini di I/O, interno di completamento della fase di scrittura della EEPROM) Opzione di protezione del codice. Settando questa opzione viene impedito ogni tentativo di lettura della memoria FLASH d programma. Tensione di alimentazione da 2 a 6 volt. Tensione di programmazione da 12 a 14 volt. Piedinatura Come detto prima il PIC possiede 18 piedini. 13 di questi sono adibiti all'i/o in logica TTL: questo significa che i valori booleani sono rappresentati dalle tensioni 0V e +5V rispettivamente per lo 0 e 1 logico. I rimanenti piedini vengono impiegati per il reset, l'alimentazione e per l'oscillatore esterno che fornisce il clock al PIC stesso. Come si vede in figura alcuni piedini hanno una duplice funzione (ad esempio il piedino numero 3 porta la dicitura RA4 e T0CKl) anche se di default vale la prima (il piedino numero 3 e' di default RA4). Le funzioni secondarie verranno spiegate piu' avanti.

3 Ecco l'elenco dei piedini e delle loro funzioni: RA0, RA1, RA2, RA3, RA4 - Sono i 5 piedini della porta A (tale porta e' a 5 bit). I piedini possono essere configurati indipendentemente come linee di ingresso o di uscita. Quando un piedino e' impostato come linea di uscita, presentera' una tensione di 0V o 5V a seconda che il PIC abbia associato uno 0 o 1 logico al piedino stesso, tramite apposite istruzioni. Quando e' impostato come ingresso, il PIC potra' ricevere un valore booleano leggendo il livello di tensione fornito al piedino in questione. Se il livello e' maggiore di 2V verra' letto un 1 logico, se inferiore a 0.8V verra' letto lo 0 logico. Applicando una tensione compresa tra 0.8 e 2V il risultato e' impredicibile. RB0, RB1, RB2, RB3, RB4, RB5, RB6, RB7 - Sono gli 8 piedini della porta B. Valgono le considerazioni viste per quelli della porta A. GND - Riferimento di massa VDD - Tensione di alimentazione. Deve essere compresa tra 2 e 6V. Di norma e' 5V. OSC1 e OSC2 - A questi piedini deve essere collegato l'oscillatore che fornisce il clock al sistema. Per alcuni tipi di oscillatori sono necessari tutti e due i piedini, per altri serve solo OSC1 e quindi OSC2 puo' essere lasciato scollegato. #MCLR - Piedino di reset, detto anche MasterCLeaR. L'attivazione del piedino produce un reset del PIC, cioe' il sistema riparte da capo con l'esecuzione del programma interno, come quando viene appena acceso. Questo piedino e' l'unico ad essere attivo basso, cio' significa che solo portandolo a massa si provoca il reset del PIC; durante il funzionamento normale il piedino deve essere mantenuto a livello logico alto tramite apposita resistenza limitatrice di corrente. Il piedino #MCLR Per funzionare correttamente il PIC ha bisogno di tenere alto il livello logico

4 del piedino di reset (#MCLR). Ogni volta che si desidera resettare il PIC occorrera' invece portare a massa tale piedino. Ecco un semplice circuito di pull-up standard da interfacciare al piedino #MCLR del microcontrollore: solo due resistenze ed un interruttore. Durante il funzionamento normale, cioe' ad interruttore aperto, il piedino #MCLR e' in stato logico alto (circa VDD Volt). Premendo l'interruttore si porta momentaneamente a massa il piedino, scatenando il reset del PIC. La resistenza da 100 ohm limita la corrente nel piedino stesso quando il pulsante e' premuto. Come si vedra' anche negli esempi questo circuito e' praticamente sempre presente. Oscillatore esterno L'oscillatore esterno fornisce il clock al microcontrollore, permettendone cosi' il corretto funzionamento. Il PIC 16F84 accetta clock con frequenza fino a 10MHz (il modello 16F84A fino a 20MHz). In ogni caso il PIC impiega 4 colpi di clock per istruzione (8 nel caso di istruzioni di salto). Esistono 4 tipi di oscillatori: XT,RC,LS e HS XT Utilizza un cristallo di quarzo da collegare ad entrambi i piedini OSC1/CLKIN e OSC2. Le frequenze supportate dipendono dal quarzo stesso nel range di valori da 100KHz e 20MHz. Questo tipo di oscillatore e' estremamente preciso ed affidabile e quindi quello piu' utilizzato.

5 RC E' un'oscillatore molto semplice, composto da una restistenza ed un condensatore, da collegare al piedino OSC1/CLKIN. Il piedino OSC2 puo' essere lasciato scollegato, oppure puo' essere utilizzato per prelevare un segnale ad onda quadra di frequenza pari alla quarta parte di quella di clock, cioe' la frequenza di esecuzione delle istruzioni (una istruzione richiede 4 colpi di clock). Il consumo di corrente e' ridotto al minimo ma l'oscillatore e' poco preciso e tende a variare la frequenza in funzione della temperatura e tensione di alimentazione. Si raggiungono basse frequenze (da 80Hz fino a 625KHz): ad esempio, con una resistenza da 10K e un condensatore da 220pF si raggiungono gli 80KHz. Per programmi che richiedono una esecuzione lenta conviene installare un oscillatore XT e poi aggiungere istruzioni di ritardo, piuttosto che abbassare la frequenza del PIC con un oscillatore RC. LP e HS Utilizzano un risonatore ceramico rispettivamente per basse ed alte frequenze di clock. Tutti e due i tipi sono abbastanza precisi, il primo tende a consumare poco mentre il secondo molto di piu', per via delle elevate frequenze raggiunte. Durante la fase di programmazione del PIC andra' specificato quale dei 4 tipi di oscillatore e' stato utilizzato. In questo modo i piedini 15 e 16 del PIC (OSC1/CLKIN e OSC2/CLKOUT) si configureranno in modo opportuno per ricevere il segnale da quello specifico tipo di oscillatore.

6 Struttura interna In figura viene riportata a grandi linee la struttura interna del PIC. In alto a sinistra e' la memoria delle istruzioni da 1024 posizioni. In alto al centro la RAM principale, chiamata anche RAM File Register da 68 byte (cioe' 68 registri). A destra di questa e' la memoria EEPROM da 64 byte. La memoria delle istruzioni viene indirizzata da uno specifico puntatore detto Program Counter. Tale registro permette di recuperare in sequenza le istruzioni del programma e di portarle nell'instruction register. Sebbene bastino 10 bit per indirizzare la memoria istruzioni (2^10 = 1024) il Program Counter e' a 13 bit perche' il modello 16F84 (come il 16F84A) fa parte di una famiglia di PIC piu' estesa che contempla anche memorie di dimensioni maggiori: i progettisti tendono a ridurre le differenze tra le varie versioni dei PIC per minimizzare i costi di produzione. L'istruzione viene poi inserita nell'instruction register (di 14 bit) e poi decodificata ed eseguita. Il Program Counter viene incrementato di uno (oppure di una altra quantita' se e' previsto un salto). Il microcontrollore possiede un solo registro esterno alla memoria RAM, il registro W (Work). Questo registro entra in gioco durante le operazioni booleane, aritmetiche o di movimentazione dei dati. Ad esempio, per copiare un byte da una posizione di memoria ad un altra occorrono due istruzioni macchina: la prima legge la posizione di memoria desiderata e ne trasferisce il contenuto (il byte) nel registro W, la seconda trasferisce il contenuto di W nella posizione di memoria di destinazione. Le operazioni booleane o aritmetiche prevedono sempre e solo due operandi, il primo e' W, il secondo e' un locazione di memoria RAM (cioe' un registro del File Register); si puo' scegliere se piazzare il risultato dell'operazione in W (e quindi sovrascrivere il primo operando), o nella stessa locazione di memoria (sovrascrivendo il secondo operando). Le porte di I/O (porta A e porta B) sono mappate in RAM, cio' significa che si puo' leggere e scrivere nelle porte semplicemente leggendo e scrivendo nelle relative locazioni in RAM. Ad esempio, una scrittura di un byte nella locazione di memoria collegata alla porta B causa la configurazione opportuna dei segnali di tensione nei piedini della porta B (RB0,RB1,RB2... RB7), viceversa una lettura traduce in un byte la configurazione attuale delle tensioni applicate sui piedini di tale porta. Ovviamente un piedino di I/O non puo' essere simultaneamente di input e di putput: occorre decidere all'inizio la "direzione" dei piedini per tutte e 13 le linee e cio' si risolve ancora una volta scrivendo in determinate posizioni di memoria RAM. Piu' avanti si chiariranno tutti questi meccanismi con esempi in assembler.

7 Memoria RAM/FLASH/EEPROM La memoria dati (memoria RAM) La memoria RAM del PIC 16F84 ha una dimensione di 90 byte, 22 byte per i SFR (Special Function Register) e i restanti 68 byte per i 68 GPR (General Purpose Register). Ogni registro occupa sempre ed esattamente un byte. Gli SFR sono registri che controllano il funzionamento e le periferiche del microcontrollore (ad esempio, e' qui che sono mappate le porte A e B): tali registri non possono quindi essere utilizzati come memoria RAM per i programmi utente ma semplicemente fungono da pannello di controllo per l'intero microcontrollore. I GPR sono invece 68 registri liberi a disposizione dell'utente. Le aree di memoria colorate in azzurro non sono implementate; qualsiasi lettura in queste locazioni ritorna sempre con valore zero, mentre le scritture non hanno effetto.

8

9 La memoria RAM e' suddivisa in due banchi distinti (banco 0 e banco 1). Per poter accedere ad un registro e' quindi necessario specificare sia l'indirizzo di memoria che il banco. Ad esempio, all'indirizzo 01h e banco 0 abbiamo TMR0, mentre all'indirizzo 06h e banco 1 abbiamo TRIS B. Alcuni registri sono "copiati" in entrambi i banchi; cio' significa che per accede a quel registro e' sufficiente specificarne l'indirizzo di memoria, non importa quale banco sia abilitato in quel momento. Ad esempio, per accedere al registro PCL possiamo portarci all'indirizzo 02h e banco 0, ma anche all'indirizzo 02h e banco 1. I registri di questo tipo sono: Indirect addr., PCL, STATUS, FSR, PCLATH, INTCON e tutti e 68 i registri GPR. I registri SFR Come appare poco evidente dalla composizione della memoria RAM, i registri SFR sono solo 16 (sembrerebbero 22 scartando le 2 sole aree in azzurro, ma ovviamente quelli mappati in ambedue i banchi contano sempre per uno solo, quindi sono effettivamente 16!). Eccoli elencati e suddivisi in gruppi: Registri SFR di controllo del PIC INDF TMR0 OPTION_REG PCL STATUS FSR PCLATH INTCON Registri SFR per le porte di I/O PORT_A TRIS_A PORT_B TRIS_B Registri SFR per l'utilizzo della memoria EEPROM interna EEDATA EECON1 EEADR EECON2 Tutti i registri verranno analizzati nel corso del tutorial e nelle rispettive sezioni. Ad esempio, i registri per l'utilizzo delle memoria EEPROM sono approfonditi nella sezione "Utilizzo della memoria EEPROM". I registri piu' trasversali, cioe' che riguardano e toccano piu' argomenti diversi, vengono approfonditi all'occorrenza. I registri GPR

10 I registri GPR, come detto in precedenza, sono tutti quelli che vanno dall'indirizzo di memoria 0Ch a 4Fh inclusi. Sono 68 ed ognuno di essi e' mappato in entrambi i banchi RAM. La memoria di programma (memoria FLASH) I programmi inseriti nel PIC vengono registrati in questa memoria. La memoria contiene esattamente 1024 locazioni (da 0000h fino a 03FFh) ed ogni locazione puo' contenere una sola istruzione (le istruzioni del PIC 16F84 sono a 14 bit, quindi ogni locazione memorizza esattamente 14bit). Per questo motivo un programma deve necessariamente essere costituito da un massimo di 1024 istruzioni. La memoria istruzioni non e' accessibile da programma, cioe' non e' possibile indirizzarne lo spazio di memoria come per la memoria RAM; a livello utente (livello di programmazione) e' possibile dimenticarsi completamente dell'esistenza di questa memoria. Una volta acceso (o resettato), il microcontrollore inizia ad eseguire il

11 programma a partire dalla locazione 0000h, detta anche "vettore di reset", per poi proseguire con le istruzioni successive. Esiste pero' una locazione speciale, cioe' l'indirizzo 0004h, che assolve ad un compito speciale; ogni qualvolta si verifica un interrupt (secondo le modalita' descritte che si vedranno in seguito) il PIC salta immediatamente a questa locazione. In questo modo, se si desidera creare una routine di gestione delle interruzioni occorre farla cominciare da questa precisa locazione (0004h) in modo tale che essa verra' eseguita non appena si verifichera' un interrupt. Ovviamente prima della locazione 0004h occorrera' inserire un salto incondizionato per poter "oltrepassare" la routine di gestione delle interruzioni: di solito il salto e' inserito proprio in prima posizione, cioe' in 0000h, cosiche' il microcontrollore, una volta accesso o resettato, passera' immediatamente ad eseguire il salto e quindi si posizionera' alla locazione opportuna scelta dal programmatore. In figura si mostra graficamente il concetto di salto al vettore di interrupt: Senza approfondire troppo, l'ultima istruzione della routine di gestione delle interruzioni dovra' essere un RETFIE per poter ritornare ad eseguire il programma da dove era stato interrotto, ma tutto questo verra' approfondito alla sezione relativa agli interrupt. Ovviamente se non e' prevista alcuna gestione di interrupt e quindi non c'e' alcuna routine di servizio delle interruzioni tutto il discorso puo' essere anche trascurato.

12 Il program counter Il microcontrollore tiene traccia dello stato di avanzamento del programma grazie ad uno specifico puntatore, il program counter. Nel caso del 16F84, il program counter e' un puntatore a 13 bit che indica l'istruzione corrente da eseguire (solo i primi 10 bit dell program counter vengono utilizzati, per un totale di 2^10 = 1024 locazioni indirizzabili). Al reset del pic il program counter vale 0 (prima istruzione in cima alla memoria di programma), successivamente, per ogni istruzione eseguita, esso viene incrementato di uno. Le istruzioni di salto (condizionato o no) modificano esplicitamente il program counter quando sono eseguite, imponendo un salto opportuno nel normale flusso di esecuzione del programma. Gli 8 bit meno significativi del program counter sono accessibili in lettura e scrittura dal registro PCL, quindi da tale registro e' possibile sia modificare gli 8 bit meno significativi del program counter che leggerne lo stato. Il registro PCL viene costantemente aggiornato e rispecchia sempre lo stato dei 8 bit meno significativi del program counter. Per i restanti 2 bit del program counter il discorso e' differente: tali bit sono nascosti e non sono visibili all'utente, ma possono essere modificati andando a cambiare i due bit meno significativi del registro PCLATH. PCLATH non viene mai aggiornato e quindi il suo stato non corrisponde a quello dei 2 bit piu' significativi del program counter. La figura mostra come sono relazionati i registri PCL e PCLATH con il program counter: In definitiva, durante il funzionamento normale del microcontrollore (esecuzione delle istruzioni, salti condizionati, salti incondizionati, chiamate a funzione etc..) il program counter viene aggiornato correttamente e non occorre preoccuparsi del suo stato. Occorre invece fare attenzione solo nel caso in cui una istruzione di programma modifichi esplicitamente il registro PCL: ogni volta che una qualche istruzione effettua una scrittura nel registro PCL, il contenuto di tale registro viene posto nei 8 bit meno significativi del program counter come detto in precedenza, ma anche i due bit meno significativi del registro PCLATH vengono copiati nei due bit piu' significativi del program counter (bit 8 e 9). Cio' significa che se una istruzione tenta di incrementare forzatamente il registro PCL di 10 unita' (al fine di effettuare un salto in avanti nel programma di 10 istruzioni senza usare apposite istruzioni di salto) puo' farlo, ma occorre ricordarsi che i due bit meno significativi del registro PCLATH vengono automaticamente copiati nei due bit piu' significativi del program counter. Quindi, ogni volta che ci si appresta a scrivere in PCL, occorre far in modo che lo stato dei bit 0 e 1 di PCLATH corrisponda a quello dei bit 8 e 9 del program counter, pena un salto ad una locazione non desiderata.

13 La EEPROM La EEPROM interna e' una memoria secondaria ad accesso relativamente lento (20ms per un cliclo di lettura o scrittura) di 64 bytes. La EEPROM puo' essere scritta e letta da programma attraverso gli appositi registri SFR ed il suo contenuto permane anche a microcontrollore spento; in effetti la durata massima di ritenzione dei dati puo' arrivare fino a 40 anni. La EEPROM verra' approfondita alla sezione "EEPROM interna". Alcuni registri SFR I registri SFR sono in tutto 22. In questa sezione vengono trattati solo quelli che non sono specifici di una determinata funzione, cioe' i seguenti: STATUS OPTION_REG PCL PCLATH INTCON Essendo utilizzati in maniera trasversale non possono essere inseriti in una particolare sezione del tutorial. Tutti gli altri sono trattati nelle rispettive sezioni di appartenenza. Ad esempio, i registri PORT_A,PORT_B,TRIS_A e TRIS_B vengono trattati alla sezione sull'utilizzo delle porte di I/O perche' questa e' la loro area di competenza. Registro STATUS Locazione di memoria: 0x03 Banco RAM: mappato in entrambi Descrizione dei bit: bit C bit DC Bit di Carry (riporto). Indica se una istruzione aritmetica ha prodotto un overflow oltre il bit piu' significativo (l'ottavo bit). 1 = overflow 0 = nessun overflow Simile al bit C, indica se c'e' stato un overflow oltre il quarto bit. 1 = overflow oltre il quarto bit 0 = overflow oltre il quarto bit

14 bit Z bit #PD bit #TO bit RP0 bit RP1 bit IRP Alcune istruzioni modificano automaticamente questo bit quando il risultato delle stesse e' zero: 0 - il risultato non e' zero 1 - il risultato e' stato zero Insieme a #TO specifica che cosa ha causato il reset precedente Insieme a #PD specifica che cosa ha causato il reset precedente Usato per la selezione del banco RAM: 0 = banco 0 1 = banco 1 Non implementato Non implementato Valore di default al power-on-reset: 00011xxx Valore di default per gli altri reset (#MCLR e Watch dog timer reset): 000qquuu Legenda: x = aleatorio q = dipendente da altri fattori u = rimane come era prima - = non implementato Registro OPTION_REG Locazione di memoria: 0x01 Banco RAM: banco 1 Descrizione dei bit: bit PS0 bit PS1 bit PS2 bit PSA bit T0SE Bit di scelta del rapporto di divisione del prescaler Bit di scelta del rapporto di divisione del prescaler Bit di scelta del rapporto di divisione del prescaler Bit di assegnazione del prescaler 1 - al Watch-Dog 0 - al TIMER0 Modalita' di incremento del TIMER0 quando preleva il segnale dal piedino RA4/T0CKl 1 - falling-edge

15 bit T0CS bit INTDEG bit #RBPU 0 - rising-edge Seleziona la modalita' di funzionamento del TIMER0 1 - modo contatore 0 - modo temporizzatore Decide la modalita' di interrupt per il piedino RB0/INT 1 - rising edge 0 - falling edge Abilita le resistenze interne di pull-up delle linee della porta B (per quelle linee che sono settate in modalita' output) 0 - resistenze abilitate 1 - resistenze disabilitate Valore di default al power-on-reset: Valore di default per gli altri reset (#MCLR e Watch dog timer reset): Legenda: x = aleatorio q = dipendente da altri fattori u = rimane come era prima - = non implementato Registro PCL Locazione di memoria: 0x02 Banco RAM: mappato in entrambi Descrizione dei bit: Il registro mappa gli 8 bit meno significativi del program counter. E' possibile leggere e scrivere tale registro. Valore di default al power-on-reset: Valore di default per gli altri reset (#MCLR e Watch dog timer reset): Legenda: x = aleatorio q = dipendente da altri fattori u = rimane come era prima - = non implementato Registro PCLATH

16 Locazione di memoria: 0x0a Banco RAM: mappato in entrambi Descrizione dei bit: I due bit meno significativi sono messi in corrispondenza dei due bit piu' significativi del program counter. Gli altri bit di PCLATH non sono implementati. E' possibile sia leggere che scrivere. I due bit meno significativi di PCLATH vengono scritti nei due piu' significativi del program counter solo quando una qualche istruzione modifica il registro PCL. Valore di default al power-on-reset: Valore di default per gli altri reset (#MCLR e Watch dog timer reset): Legenda: x = aleatorio q = dipendente da altri fattori u = rimane come era prima - = non implementato Registro INTCON Locazione di memoria: 0x0B Banco RAM: mappato in entrambi Descrizione dei bit: bit RBIF bit INTF bit T0IF bit RBIE Rilevatore di interrupt dai piedini RB4..RB7 1 - C'e' appena stato un interrupt 0 - Non c'e' stato nessun interrupt Rilevatore di interrupt dal piedino INT 1 - C'e' appena stato un interrupt 0 - Non c'e' stato nessun interrupt Rilevatore di interrupt dal timer TMR0 1 - C'e' appena stato un interrupt 0 - Non c'e' stato nessun interrupt Bit di abilitazione dell'interrupt dai piedini RB4..RB7 1 - abilitato

17 bit INTE bit T0IE bit EEIE bit GIE 0 - disabilitato Bit di abilitazione dell'interrupt dal piedino INT 1 - abilitato 0 - disabilitato Bit di abilitazione dell'interrupt dal timer TMR0 1 - abilitato 0 - disabilitato Bit di abilitazione dell'interrupt per completamento della scrittura nella eeprom 1 - abilitato 0 - disabilitato Interruttore generale degli interrupt 0 - Tutti gli interrupt disabilitati 1 - Interrupt potenzialmente attivi (dipende poi dallo stato dei bit di attivazione specifici di ogni interrupt) Valore di default al power-on-reset: x Valore di default per gli altri reset (#MCLR e Watch dog timer reset): u Utilizzare le porte di I/O Le porte di I/O (PORT A e PORT B) Il PIC dispone di 13 linee di I/O, programmabili individualmente come linee di ingresso o uscita. Questi pin sono mappati direttamente nei registri PORT_A e PORT_B. PORT_B controlla i pin RB0,RB1,RB2,RB3,RB4,RB5,RB6 e RB7. PORT_A controlla i pin RA0,RA1,RA2,RA3 e RA4. I tre bit piu' significativi del registro non sono usati (si ricorda che la porta A possiede solo 5 linee) In figura si mostrano i collegamenti logici* tra porte e pin di I/O esterni: * ovviamente la struttura interna reale di "collegamento" e' molto piu' complessa

18 I due registri PORT_A e PORT_B hanno associati i relativi registri di direzione, cioe' TRIS_A e TRIS_B. Questi ultimi due registri sono posizionati nel banco 1 della RAM in corrispondenza dei primi. Ogni bit dei registri TRIS_A e TRIS_B specifica la direzione della relativa linea di I/O. Se il bit vale 1, la corrispondente linea e' di input, se vale 0 e' di output. Ovviamente anche il registro TRIS_A sara' di soli 5 bit; i 3 bit piu' significativi non sono utilizzati. Di default (quindi anche all'accensione del pic) tutti i bit del registro TRIS_A e di TRIS_B sono impostati a 1; cio' significa che tutte le linee RA0...RA3 e RB0..RB7 sono di input. Per modificare la direzione di una linea di I/O e' sufficiente settare opportunamente il bit corrispondente nel registro TRIS_A o TRIS_B, ad esempio utilizzando le istruzioni di set e clear dei bit oppure scrivendo direttamente il byte opportuno con MOVWF. Caratteristiche elettriche

19 Linee porta A Le linee della porta A come detto prima sono 5, associate ai registri PORT_A e TRIS_A. I pin RA0,RA1,RA2 e RA3, quando configurati come output, sono di tipo push-pull, ovverosia possono essere utilizzati sia come "sorgenti" di corrente (drain mode) che come "pozzi" (sink mode), in altre parole sono in grado sia di assorbire corrente dal positivo dell'alimentazione (25mA max), sia di fornirla verso massa (20mA max). In figura si mostrano i collegamenti interni per i pin RA0,RA1,RA2 e RA3: Il pin RA4 e' un caso a parte perche' e' di tipo a collettore aperto (open drain); cio significa che e' possibile utilizzarlo esclusivamente come pozzo di corrente: il suo comportamento equivalente e' come quello di un interruttore che si chiude verso massa. La figura mostra i collegamenti interni relativi alla linea RA4:

20 I pin della porta A impostati come ingressi sono automaticamente configurati come linee in alta impedenza (flottanti); se una di tali linee non viene utilizzata occorre necessariamente collegarla al positivo (VCC) tramite apposita resistenza di pull-up (ad esempio da 10Kohm). Linee porta B La porta B e' composta da 8 linee, RB0,RB1,RB2,RB3,RB4,RB5,RB6 e RB7. Quando una linea B e' impostata come output, valgono le stesse considerazioni viste per le linee RA0,RA1,RA2 e RA3 (modalita' sink/drain e stessi assorbimenti massimi). In modalita' input le linee B possiedono ognuna una resistenza di pull-up interna, non e' quindi necessario inserirla esternamente come accade per le linee A. Tali resistenze interne possono essere abilitate settando a zero il bit #RBPU del registro OPTION_REG (il registro e' collocato nel banco RAM 1, alla locazione 0x01). Di default le resistenze sono disabiltate. Lettura e scrittura La lettura e scrittura delle porte di I/O e' estremamente semplice. Una volta che si siano scelte le direzioni delle linee tramite l'imposizione dei bit dei registri TRIS_A e TRIS_B sara' sufficiente settare opportunamente i bit dei registri di

21 porta (ad esempio con le istruzioni MOV,BCF,BSF etc..) per ottenere le tensioni ai capi dei pin corrispondenti. Ovviamente ha senso imporre lo stato dei bit solo per le linee dichiarate come output. Per acquisire lo stato delle linee di input e' sufficiente andare a leggere lo stato dei relativi bit di porta, con le normali tecniche di lettura dei registri messe a disposizione (istruzioni della famiglia MOV). Una linea di I/O impostata come output presentera' all'esterno (cioe' sul relativo pin) una tensione di +5volt se il bit corrispondente nel registro di porta (PORT_A o PORT_B) e' settato ad 1; 0volt nel caso sia settato a 0. Una linea di I/O impostata come input invece e' l'esatto contrario: se la tensione ai capi del relativo pin e' di circa 5volt, allora il PIC imposta ad 1 il bit corrispondente nel registro di porta. Se la tensione e' nulla, lo setta a 0. Esempi software Esempio: Inizializzare la porta A in modo che RA0 e RA1 siano di output e RA2,RA3 e RA4 di input. STATUS EQU 0x03 PORT_A EQU 0x05 TRIS_A EQU 0x05 BCF STATUS,5 ;selezione del banco RAM 0 CLRF PORT_A ;azzeramento di PORT_A BSF STATUS,5 ;selezione del banco RAM 1 MOVLW 0x1C ;valore di inizializzazione MOVWF TRIS_A ;scrittura del valore in TRIS_A NOTA: 0x1C e' il valore di inizializzazione corretto perche' in binario vale Scrivere tale parola in TRIS_A corrisponde a dichiarare le prime due linee come output (RA0 e RA1) e le restanti tre (RA2 RA3 RA4) come input. Esempio: Supponendo che tutte le linee della porta B siano gia' settate come input, leggere tale porta e salvare il risultato alla locazione 0x20 (un registro GPR). STATUS EQU 0x03 BCF STATUS,5 ;selezione del banco RAM 0 MOVF 0x06,0 ;caricamento del contenuto di PORT_B in W MOVWF 0x20 ;scrive il contenuto di W alla locazione 0x20 Esempio: Supponendo che tutte le linee della porta B siano gia' settate come output, scrivere il contenuto del registro 0x20 su tale porta.

22 STATUS EQU 0x03 PORT_B EQU 0x06 BCF STATUS,5 ;selezione del banco RAM 0 MOVF 0x20,0 ;caricamento del contenuto del registro 0x200 in W MOVWF PORT_B ;scrive il contenuto di W in PORT_B Esempi di collegamento Utilizzare i piedini come output Ecco alcuni esempi di collegamenti al pin RB0 configurato come output. In figura si riporta un collegamento di un led alla linea RB0 del microcontrollore: Pilotare un led con RB0 - source mode La resistenza da 330 ohm limita la corrente nel ramo a circa 15mA. Quando sulla linea RB0 viene imposto un 1 il piedino si porta a VCC Volt ed inizia a fluire una correntee VERSO massa e quindi il led si accende. Quando viene imposto 0 il piedino si porta a massa e la corrente smette di fluire; il led si spenge. Il circuito appena descritto utilizza il piedino RB0 come sorgente ( source) di corrente. Il prossimo schema mostra come utilizzare il piedono RB0 come pozzo (sink) di corrente: Pioltare un led con RB0 - sink mode

23 Quando sulla linea RB0 viene imposto un 1 il piedino si porta alla tensione VCC (esattamente come prima) ma il questa volta il led rimane spento perche nonn fluisce corrente. Quando viene imposto uno 0, il piedino si porta a massa ed inizia a scorrere una corrente VERSO di questo, accendendo il led. I led sono dispositivi a bassaa potenza e possonoo essere alimentati direttamente dalle lineee di I/ /O del microcontrollore. Altri dispositivi invece richiedono molta piu' potenza e si rendono necessari appositi stadi driver. Il prossimo schema mostra come azionare una lampada a 220 Volt tramite la linea RB0 del microcontrollore: Attivazione di una lampada a 220 Volt tramite la linea RB0 Quando sul bit RB0 viene posto uno 0, il transistor BC547 rimane interdetto, non scorre alcuna corrente lungo il ramo del rele che quindi non scatta e la lampada rimane spenta. Quando sul bit RB0 viene postoo un 1, il piedino RB0 si porta a VCC Volt ed inizia a scorrere una corrente verso massa, attraverso la base e l'emettitore del BC547; tale corrente e' di piccola entita' (limitata dalla resistenza da 10K) ma sufficientee a portare in conduzione il transistor, che quindi "diventa" un cortocircuito. Inizia a fluire corrente lungo il ramo del rele' che quindi si attiva e chiude il circuito al quale e' collegata la lampada. Utilizzare i piedini come input Per le linee B con resistenze interne di pull-up attivate e' sufficientee tenere scollegata la linea per avere un 1 logico, portarla a massa per ottenere uno 0 logico. Nello schema seguente si setta un bit sulla linea RB0 tramite un semplice interruttore:

24 Schema per impostare lo stato della linea RB0 (resistenze interne di pull-up di pull-up sono disattivate e' attivate!) Se le resistenze interne necessario presentare una tensione di +5 volt per avere un 1 logico o portare a massa per ottenere unno 0 logico, come nello schema seguente: Schema per impostare lo stato della linea RB0 (resistenze interne di pull-up disattivate!) Lo schema precedente e' obbligatorio per gli input delle linee A, per le quali non sono previstee resistenze di pull-upp interne attivabili via software come accade per le B.