Nicola Amoroso. Corso introduttivo sui microcontrollori A. S La programmazione dei PIC TIMERS.

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1 Corso introduttivo sui microcontrollori A. S TIMERS Nicola Amoroso NA L7 1

2 Timers I timer sono precisi contatori, che possono essere configurati per incrementarsi su fronti di segnali esterni o su fronti di un segnale interno ottenuto dal clock, direttamente dall hardware del pic. La frequenza del segnale con cui il registro viene incrementato è pari a fosc/4 oppure a fosc/4 opportunamente prescalato [fosc/4 diviso per un multiplo di due (2, 4, 8, 16 etc...)] Fosc/4 è un segnale generato internamente al PIC dal circuito di clock ed è pari alla frequenza di clock divisa per quattro. Il PIC 16F877 ha tre timer individuati come timer0, timer1 e timer2. NA L7 2

3 Timers I timer 0 e 2 sono ad 8 bit mentre il timer 1 è a 16 bit; ciò implica che i timer 0 e 2 tornano nella condizione iniziale dopo 256 impulsi in ingresso mentre il timer 1 torna nella condizione iniziale dopo impulsi in ingresso. I registri associati ai timer sono ciclici cioè dopo aver raggiunto il valore massimo al successivo impulso ricominciano il conteggio da zero in fase UP o dal vaore massimo in fase DOWN. Es per un registro a 8 bit 254, 255, 0, 1, 2, UP 2, 1, 0, 255, 254, DOWN Il passaggio per lo zero viene sempre individuato come condizione di overflow I registri timer possono essere inizializzati ad un valore iniziale, al successivo impulso in ingresso il conteggio inizia dal valore immesso e continua in modo sequenziale. NA L7 3

4 Il timer TMR0 è tratto dal noto corso on line Pic by example [ Il registro TMR0 è un contatore, ovvero un particolare tipo di registro il cui contenuto viene incrementato con cadenza regolare e programmabile direttamente dall'hardware del PIC. In pratica, a differenza di altri registri, il TMR0 non mantiene inalterato il valore che gli viene memorizzato, ma lo incrementa continuamente, se ad esempio scriviamo in esso il valore 10 con le seguenti istruzioni: movlw 10 ; Carica il valore 10 (Decimale) nell accumulatore movwf TMR0 ;Sposta il valore dell accumulatore nel registro TMR0 dopo un tempo pari a quattro cicli macchina, il contenuto del registro comincia ad essere incrementato a 11, 12, 13 e così via con cadenza costante e del tutto indipendente dall'esecuzione del resto del programma. Se, ad esempio, dopo aver inserito un valore nel registro TMR0, eseguiamo un loop infinito movlw 10 ; Carica 10 nell accumulatore movwf TMR0 ; Sposta il valore sul registro TMR0 loop ;Label Loop goto loop il registro TMR0 viene comunque incrementato dall'hardware interno al PIC contemporaneamente all'esecuzione del loop. Una volta raggiunto il valore 255 il registro TMR0 viene azzerato automaticamente riprendendo quindi il conteggio non dal valore originariamente impostato ma da zero. La frequenza di conteggio è direttamente proporzionale alla frequenza di clock applicata al chip e può essere modificata programmando opportunamente alcuni bit di configurazione. NA L7 4

5 Il timer TMR0 è tratto dal noto corso on line Pic by example [ Nella figura seguente viene riportata la catena di blocchi interni al PIC che determinano il funzionamento del registro TMR0. I blocchi Fosc/4 e T0CKI riportati in blu rappresentano le due possibili sorgenti di segnale per il contatore TMR0. Fosc/4 è un segnale generato internamente al PIC dal circuito di clock ed è pari alla frequenza di clock divisa per quattro. T0CKI è un segnale generato da un eventuale circuito esterno ed applicato al pin T0CKI corrispondente al pin 3 nel PIC16F84. I blocchi T0CS e PSA riportati in verde sono due commutatori di segnale sulla cui uscita viene presentato uno dei due segnali in ingresso in base al valore dei bit T0CS e PSA del registro OPTION. Il blocco PRESCALER è un divisore programmabile il cui funzionamento vedremo a breve. NA L7 5

6 Il timer TMR0 è tratto dal noto corso on line Pic by example [ Vediamo in pratica come è possibile agire su questi blocchi per ottenere differenti modalità di conteggio per il registro TMR0. Iniziamo programmando i bit T0CS a 0 e PSA a 1. La configurazione di funzionamento che otterremo è rappresentata nella seguente figura: Le parti in rosso evidenziano il percorso che effettua il segnale prima di arrivare al contatore TMR0. Come abbiamo già detto in precedenza, la frequenza Fosc/4 è pari ad un quarto della frequenza di clock. Utilizzando un quarzo da 4Mhz avremo una Fosc/4 pari ad 1 MHz. Tale frequenza viene inviata direttamente al registro TMR0 senza subire nessun cambiamento. La cadenza di conteggio che se ne ottiene è quindi pari ad 1 milione di incrementi al secondo del valore presente in TMR0. NA L7 6

7 Il timer TMR0 è tratto dal noto corso on line Pic by example [ Ipotizziamo ora di cambiare lo stato del bit T0CS da 0 a 1 la configurazione che otteniamo è la seguente: Questa volta sarà il segnale applicato al pin TOCKI del PIC ad essere inviato direttamente al contatore TMR0 determinandone la frequenza di conteggio. Applicando ad esempio a questo pin una frequenza pari a 100Hz otterremo una frequenza di conteggio pari a cento incrementi al secondo. La presenza della porta logica XOR (exclusive OR) all'ingresso TOCKI del PIC consente di determinare tramite il bit T0SE del registro OPTION se il contatore TMR0 deve essere incrementato in corrispondenza del fronte di discesa (T0SE=1) o del fronte di salita (T0SE=0) del segnale applicato dall'esterno. NA L7 7

8 Il timer TMR0 è tratto dal noto corso on line Pic by example [ Nella figura riportata viene rappresentata la corrispondenza tra l'andamento del segnale esterno ed il valore assunto dal contatore TMR0 in entrambe i casi: [Il contatore viene incrementato sul fonte positivo (edge positive triggered) del segnale di clock, nel primo caso e sul fronte negativo (edge negative triggered) del segnale di clock]. L'ultimo blocco rimasto da analizzare per poter utilizzare completamente il registro TMR0 è il PRESCALER. Se configuriamo il bit PSA del registro OPTION a 0 inviamo al registro TMR0 il segnale in uscita dal PRESCALER come visibile nella seguente figura: NA L7 8

9 Il timer TMR0 è tratto dal noto corso on line Pic by example [ Il PRESCALER consiste in pratica in un divisore programmabile a 8 bit da utilizzare nel caso la frequenza di conteggio inviata al contatore TMR0 sia troppo elevata per i nostri scopi. Nell'esempio riportato in precedenza abbiamo visto che utilizzando un quarzo da 4Mhz otteniamo una frequenza di conteggio pari ad 1Mhz che per molte applicazioni potrebbe risultare troppo elevata. Con l'uso del PRESCALER possiamo dividere ulteriormente la frequenza Fosc/4 configurando opportunamente i bit PS0, PS1 e PS2 del registro OPTION secondo la tabella a fianco. NA L7 9

10 La routine di ritardo Delay con l uso di TMR0 Come visto in precedenza, il ritardo (delay) è un periodo di tempo nel quale il microcontrollore esegue del codice di programma per restare in pausa. Questo periodo però in realtà non è una vera e propria pausa, in quanto il PIC micro esegue in continuazione un ciclo di istruzioni che in realtà non producono alcun effetto pratico, serve solo per perdere tempo. Il ritardo via software visto in precedenza, viene eseguito decrementando per un numero di volte (più o meno alto a seconda del valore impostato sui registri e del numero di registri utilizzati) sufficiente a mantenere impegnato il PIC micro per un certo intervallo di tempo. Questo tempo può essere approssimativamente calcolato sapendo che l esecuzione di ogni istruzione occupa un periodo (o due se viene eseguito anche un salto), e questo periodo è pari all inverso del clock di sistema/4 [Periodo = 1/(f ck /4) f ck clock di sistema]. Un delay può però anche essere realizzato in modo estremamente preciso utilizzando la periferica TMR0 Vogliamo ottenere un Delay di 500 ms (circa) avendo a disposizione un sistema con clock di 10 MHz => La frequenza di esecuzione del codice sarà: f sw = f ck /4 = 10/4 = 2.5 MHz => Utilizzando un prescaler pari a 64 avremo f TMR0 = f sw /64 = 39062,5 Hz => Il timer TMR0 viene incrementato con frequenza pari a Hz cioè un impulso ogni 25,6 µs [t TMR0 = 1/f TMR0 = 1/ = 25,6 µs]. Quando TMR0 viene incrementato di 196 valori saranno trascorsi circa: 196 x 25, = 5,0176 ms 5 ms Inizializzando TMR0 con il valore iniziale di 60 => TMR0 si azzera dopo (256 60) 196 impulsi di clock (cioè dopo circa 5 ms) Per un ritardo di 500 ms (circa) bisogna ripetere quanto sopra per 100 volte! NA L7 10

11 La routine di ritardo Delay con l uso di TMR0 Come visto in precedenza, il timer0 è interessato da alcuni bit di controllo che gestiscono tutte le opzioni del dispostivo: T0SE (Timer0 Source Edge): imposta il fronte attivo (di salita o di discesa) degli impulsi generati dall eventuale clock esterno collegato al PIC T0CS (Timer0 Clock Source select): seleziona quale ingresso utilizzare per incrementare il timer, il clock di lavoro del PIC, fosc/4 oppure il clock esterno su Pin TOCKI PSA (Prescaler Assignment bit): assegna il prescaler al Watch Dog Timer (WDT) oppure al timer0. PS0-PS2: Impostano la scala di divisione della frequenza del prescaler. Tutti i bit accennati in precedenza sono presenti sul registro OPTION_REG del PICmicro; esso è accessibile nei banki RAM 1 e 3, rispettivamente agli indirizzi 81h e 181h. I bit utilizzati per la gestione del timer0 sono i bit 0-5 NA L7 11

12 La routine di ritardo Delay con l uso di TMR0 Vogliamo ottenere un Delay di 500 ms (circa) avendo a disposizione un sistema con clock di 10 MHz => La frequenza di esecuzione del codice sarà: f sw = f ck /4 = 10/4 = 2.5 MHz => Utilizzando un prescaler pari a 64 avremo f TMR0 = f sw /64 = 39062,5 Hz => Il timer TMR0 viene incrementato con frequenza pari a Hz cioè un impulso ogni 25,6 µs [t TMR0 = 1/f TMR0 = 1/ = 25,6 µs]. Quando TMR0 viene incrementato di 196 valori saranno trascorsi circa: 196 x 25, = 5,0176 ms 5 ms Inizializzando TMR0 con il valore iniziale di 60 => TMR0 si azzera dopo 196 impulsi di clock (cioè dopo circa 5 ms) Per un ritardo di 500 ms (circa) bisogna ripetere quanto sopra per 100 volte! OPTIO N_REG 81h X X TOCS TOSE PSA PS2 PS1 PS0 X X Fosc/4 X TMR0 Prescaler = 64 NA L7 12 Si Si No No Questo Init nel main program Per verificare se il valore di TMR0 è zero, viene salvato il valore del registro nell accumulatore e confrontato il bit Z [flag di 0 nel registro di stato (STATUS => 03h), se il flag vale 1 significa che il valore nell accumulatore è 0)

13 La routine di ritardo Delay con l uso di TMR0 Vediamo un esempio, sviluppato precedentemente, con la routine Delay realizzato con l uso di TMR0 Esempio: 2 led blinking [alternate ON-OFF ] con ritardo di 500 ms Si vogliono far lampeggiare alternativamente 2 led ognuno acceso per 500 ms e spento per 500 ms. Dopo le discussioni precedenti il problema è facilmente risolvibile e sicuramente la analisi e impostazione è quasi immediata; tralasciamo uno schema a blocchi, vista la semplicità del problema e viene presentato lo schema elettrico opportuno. N.B. => Lo schema è minimo ed è quello utilizzato per la simulazione con Proteus, anzi per la simulazione il gruppo oscillatore Reset non sono indispensabili in quanto con proteus la sezione clock viene impostata via software. NA L7 13

14 La routine di ritardo Delay con l uso di TMR0 Sul circuito di simulazione l oscillatore e il reset non vengono riportati per non appesantire troppo il disegno I Led sono collegati su RD2 e RD3 con resistenze opportune per limitare la corrente erogata dal microcontrollore NA L7 14

15 Esempio: 2 led blinking [alternate ON-OFF ] con ritardo di 500 ms La routine di ritardo Delay con l uso di TMR0 Il nuovo codice assembler con le novità rispetto al precedente esempio Set System Set PORT Set TMR0 use NA L7 15

16 Esempio: 2 led blinking [alternate ON-OFF ] con ritardo di 500 ms La routine di ritardo Delay con l uso di TMR0 Il nuovo codice assembler con le novità rispetto al precedente esempio DelayLoop NA L7 16

17 Esempio: 2 led blinking [alternate ON-OFF ] con ritardo di 500 ms La routine di ritardo Delay con l uso di TMR0 Il nuovo codice assembler con le novità rispetto al precedente esempio NA L7 17 Start

18 Timers Il Timer 1 La periferica interna Timer 1 può essere utilizzata, come il Timer 0, come timer o contatore; avendo una risoluzione di 16 bit, esso viene solitamente utilizzato per conteggi o tempi molto lunghi (fino a periodi), oppure nel caso in cui serva utilizzare un oscillatore esterno. Questa periferica dà la possibilità di avere una interruzione periferica all overflow, cioè nel passaggio da 0xFFFF a 0x0000. È possibile avere un input di reset del Timer 1 generato da un modulo CCP. I due registri che contengono l avanzamento del conteggio sono il TMR1L e il TMR1H, entrambi scrivibili (per determinare un valore di partenza del conteggio) e leggibili. Il Timer 1 può continuare il conteggio degli impulsi esterni su RC0-RC1 anche nella modalità a basso consumo del microcontrollore (SLEEP). Il registro di controllo della periferica è il T1CON (indirizzo 10h): bit 5:4 T1CKPS Assegnazione del valore di prescaler al clock di ingresso 11 : 1:8 10 : 1:4 01 : 1:2 00 : 1:1 bit 3 T1OSCEN Abilitazione dell oscillatore esterno del Timer 1 1 : Abilitato (consuma corrente a causa dell inverter per l oscillatore) 0 : Disabilitato bit 2 T1SYNC Sincronizzazione dell oscillatore esterno (con T1OSCEN=1) 1 : Segnale dell oscillatore esterno non sincronizzato 0 : Segnale sincronizzato bit 1 TMR1CS Selezione della sorgente di clock 1 : clock esterno su RC0 e RC1 (lettura sul fronte di salita) 0 : clock interno (fosc/4) bit 0 TMR1ON Accensione del modulo (1: acceso, 0: spento, conteggio arrestato) NA L7 18

19 Timers Il Timer 2 Il Timer 2 è modulo a 8 bit, può essere utilizzato solo come Timer in quanto non è previsto l utilizzo di un segnale esterno di conteggio. È collegabile ad un prescaler o ad un postscaler; viene azzerato da tutte le forme di reset. Il registro nel quale viene salvato l avanzamento del conteggio è il TMR2, accessibile sia in lettura che in scrittura. Questo Timer ha la particolarità di essere utilizzato come base dei tempi per la modulazione PWM. Il registro di controllo di questo modulo è il T2CON: bit 6:3 TOUTPS Assegnazione valori del Postscaler 0000 : 1: : 1: : 1: : 1:16 bit 2 TMR2ON Accensione del modulo (1: ON) bit 1:0 T2CKPS Assegnazione valori del Prescaler 00 : 1:1 01 : 1:4 1x : 1:16 Il Postscaler è un dispositivo particolare utilizzato per generare un interrupt ogni n volte che viene raggiunto dal timer un valore preimpostato. Questo valore va impostato su un registro di periodo, il PR2; il Timer 2 si incrementa fino a raggiungere il valore di PR2, dopodichè si resetta. Ad ogni reset si incrementa il postscaler e quando viene raggiunto il valore assegnato sul registro T2CON (bit 6:3), viene generata un interrupt. NA L7 19