Corso introduttivo sui microcontrollori A. S. 2007 2008 Microprocessori - Microcontrollori Nicola Amoroso namoroso@mrscuole.net NA L1 1
Cosa e un microcontrollore? > Un piccolo computer, contenente al suo interno tutti i circuiti necessari al suo funzionamento, senza necessita` di circuiti integrati esterni. > Il microprocessore vero e proprio (core) e` il cuore del sistema e si occupa di eseguire le operazioni matematiche (ALU), di spostare i dati fra le varie parti della memoria, di incrementare i numerosi contatori necessari al funzionamento. > Tutti i dispositivi, interni, controllati dal microprocessore prendono il nome di periferiche NA L1 2
Cosa e un microcontrollore? Un microcontrollore (µc ) è un dispositivo di elaborazione dati simile al microprocessore (µp ) Sul µp sono basati tutti i calcolatori dai personal computer ai mainframe Sul µc sono basati dispositivi per scopi industriali o per applicazioni particolari (autronica, domotica, telefoni cellulari, lettori DVD, video-camere, etc ) NA L1 3
Cosa e un microcontrollore? Il microcontrollore contiene gli stessi elementi principali di un sistema programmabile: Processore Memoria Elementi di Input/output In un PC, questi sottosistemi, sono elementi (chips) separati collegati tra loro mediante una connessione a bus [1], su un unico circuito stampato; il sistema completo è comunque gestito da una unità centrale che prende il nome di CPU [microprocessore (µp)]. Ogni sistema può essere configurato per applicazioni particolari con CPU, memorie e gestione di I/O opportune. [1] Connessione a bus => Opportune linee in parallelo che collegano tra loro sistemi, device, etc. Il numero delle linee dipende dai collegamenti da effettuare, comunque in genere si utilizzano bus a 4, 8, 16, 32, 64, linee. NA L1 4
Cosa e un microcontrollore? In un microcontrollore (µc), tutti gli elementi indicati, sono presenti su un unico chip! Il µc gestisce tutte le condizioni di I/O, i calcoli ed eventuali controlli Sia i µc che i µp sono sistemi programmabili cioè non possono operare senza opportuno codice (programma) che è una lista di istruzioni, mantenute in memoria opportuna che viene eseguita in modo sequenziale in modo tale da soddisfare al processo richiesto. Per questi sistemi programmabili bisogna considerare oltre allo sviluppo hardware (Interfacciamento), anche un opportuno sviluppo software in funzione del processo da eseguire. NA L1 5
Memorie Fondamentalmente vi sono due tipi di memoria: Volatili Non volatili Le memorie volatili [RAM Random Access Memory] perdono i dati immagazzinati quando non sono più alimentate. Le memorie non volatili [ROM Read Only Memory] mantengono i dati immagazzinati anche in assenza di alimentazione. In un PC una piccola ROM (2-4 Mb) è usata per memorizzare le condizioni Hw e Sw per lo start del sistema; esso contiene il programma BIOS (Basic Input Output System); il sitema operativo della macchine (es. MS Windows TM ) e le applicazioni del sistema (es. MS Word) vengono invece caricate in RAM prima di essere eseguite e questo richiede abbastanza tempo. NA L1 6
Memorie E facile chiedersi: perché il SO non viene memorizzato in una ROM? Diventa così facilmente e velocemente accessibile! La RAM è veloce, sicura, compatta e semplice da gestire; il SO può essere cambiato o aggiornato senza toccare l hw del sistema, inoltre gli attuali SO sono molto grandi e composti da più sw collegati tra loro, ogni sw viene caricato in RAM nel momento in cui serve mentre le altre applicazioni sono caricati su memorie statiche molto capienti (es. HD, etc ) e caricati in RAM solo quando servono. Memorie ROM di tipo FLASH (Elettricamente riscrivibili) sono usate invece in sistemi mobili di capacità limitata (es MP3 players, memory card, USB pen, etc ) questo perché questi sistemi utilizzano sw di gestione facilmente aggiornabili, infatti essi contengono microcontrollori la cui program-memory può essere riprogrammata. NA L1 7
Input e Output Un sistema digitale programmabile non è molto utile senza la possibilità di poter scambiare (Leggere/Scrivere Read/Write) dati (Segnali elettrici) con l esterno! Le porte sono insiemi di Pin (Collegamenti mediante piedini), basati su registri e insiemi di control-registers (registri di controllo) che permettono lo scambio In/Out di dati in modo controllato mediante un opportuno protocollo di comunicazione. Vi sono due tipi fondamentali di porte (e quindi modalità di comunicazione): Parallela Seriale NA L1 8
Input e Output In una porta parallela i dati (digitali) vengono trasferiti contemporaneamente su più collegamenti paralleli tra loro (es. 8 bits, 16 bits, 32 bits, 64 bits, etc ) In una porta seriale i dati (digitali) vengono trasferiti 1 bit per volta su una singola linea. Potenzialmente la porta parallela è più veloce ma necessita di un numero maggiore di linee di collegamento e quindi vi sono maggiori possibilità di errore nel processo di scambio; l hw e il sw di gestione è invece più semplice rispetto alla trasmissione seriale dove, il pacchetto dati deve essere organizzato in gruppi prima di procedere allo scambio (possibilità di gestione a pacchetti e in rete [Network data]). NA L1 9
Input e Output Ad esempio le stampanti di vecchia generazione colloquiavano con l unità centrale del PC mediante la porta parallela (centronics), che inviava alla stampante 1 byte (8 bit) per volta mediante un connettore multipin (25-36 pin. Le nuove stampanti colloquiano con la unità centrale mediante un collegamento seriale il quale permette lo scambio di 1 bit per volta. Il nuovo standard USB (Universal Serial Bus) può operare ad una velocità massima di 480 megabits/sec e seppur più lenta del collegamento parallelo è, sicuramente, molto più veloce rispetto ai tempi operativi di una stampante. Il collegamento USB avviene con un semplice e robusto connettore a 4 capi che fornisce anche, se richiesto dalla periferica, la tensione di alimentazione necessaria al suo funzionamento (N.B. => Solo per periferiche che non assorbono molto). Lo stadard USB è comunque complesso per la gestione sw e richiede molta accuratezza nella creazione di driver opportuni. NA L1 10
Input e Output Una delle funzioni principali delle PORTE (registri) è quella di separare il data-bus della CPU con il bus esterno dell hw considerato; queste porte hanno anche la funzione di immagazzinare temporaneamente i dati da scambiare (Buffer di memoria) che successivamente possono essere trasferiti e processati nel modo opportuno. I registri (porte) di tipo seriale caricano i dati in parallelo dal bus interno della CPU e poi inviano 1 bit per volta all esterno operando come uno shift-register. Se viene adoperato un protocollo di trasmissione asincrono, come ad esempio un RS232 (COM PORT nei vecchi PC), oltre ai bit da scambiare, il protocollo può contenere anche bit di START, STOP e ERROR CHECK. In definitiva le vecchie trasmissioni seriali di tipo asincrono, potevano avere pacchetti di 11 bit. Il protocollo USART (Universal Syncronus/Asyncronus Receive/Transmit) sarà sicuramente approfondito in corsi opportuni in seguito. NA L1 11
Il µp contiene : > Una ALU (Arithmetic Logic Unit ) dove avvengono i calcoli > diversi registri per la memorizzazione temporanea dei dati e la gestione delle istruzioni > Un bus interno ad alta velocità > circuiti di controllo e di temporizzazione per coordinare tutte le attività > tre bus ( Data Bus, Address Bus, Control Bus ) per comunicare col mondo esterno ( dispositivi di memoria, dispositivi di ingresso-uscita) NA L1 12
Il µp ha bisogno per funzionare: Di un ampia area di memoria esterna sia di lavoro (RAM) che di massa (hard disk ecc ), dato che tratta grandi quantità di dati Di interfacce verso dispositivi esterni di Input (tastiera, mouse,scanner, hard disk, floppy, microfoni.) Di interfacce verso dispositivi esterni di Output ( monitor, stampante, altoparlanti, hard disk, floppy,modem ) Di potenza di alimentazione anche di decine di watt.. NA L1 13
Il µc invece possiede su un unico chip: Una CPU RISC Una piccola memoria di programma (EPROM-EEPROM) Una piccola memoria di lavoro RAM ( alcuni KB) Porte di ingresso/uscita Contatori, timer, convertitore A/D Uart, Pwm, interfacce di comunicazione di vari tipi Contiene cioè, sia quello che possiede un µp (anche se in quantità molto ridotta), sia parti che il µp non possiede. Ha ingombro minimo e richiede poca potenza di alimentazione NA L1 14
RISC significa : Reduced Instruction Set Computing Elaborazione con insieme di istruzioni ridotto Le istruzioni perciò : Sono poche decine Sono eseguite molto velocemente non serve un clock molto elevato per un efficiente funzionamento ( dai 4-8 MHz per i tipi più semplici, fino a 33-50 MHz per i tipi più evoluti) NA L1 15
Corso introduttivo sui microcontrollori A. S. 2007 2008 Microcontrollori Microchip PIC 8 bit Nicola Amoroso namoroso@mrscuole.net NA L2 1
Microcontrollori Microchip PIC 8 bit PIC: Peripheral Interface Control (~1975) Famiglia 12 (12bit) PIC12CXXX 400ns Instruction Execution, 33/35 Instructions, 8- Pin Package, 4MHz Internal Oscillator Famiglia 16 (14bit) PIC16C5X 200ns Instruction Execution, 33 Instructions PIC16CXXX 4-12 Interrupts, 200ns Instruction Execution, 35 Instructions Famiglia 17 (16bit) PIC17CXXX 120ns Instruction Execution Including Multiply, 58 Instructions Famiglia 18 (16bit) PIC18CXXX 10 MIPS, 77 Instructions, C-compiler Efficient Instruction Set, Software Stack Capability, Table Operation, 4X PLL Clock, Switchable Oscillator Sources, 25mA Source/Sink per I/O NA L2 2
Il microcontrollore che utilizzeremo è il PIC16F877 della Microchip Technology PIC = Peripheral Interface Controller (Controllore di periferiche programmabile) La sua caratteristica più importante sta nella sigla F : Il programma risiede in una EEPROM FLASH (Electrically Erasable Programmable Read only Memory) è modificabile immediatamente anche senza togliere l integrato dal circuito (modalità : in-circuit programming) NA L2 3
Il nostro µc implementa su un unico chip tutte le risorse necessarie per il calcolo, per l acquisizione e memorizzazione dei dati e per l interfacciamento e la comunicazione con il mondo esterno. NA L2 4
Le periferiche dei microcontrollori La ROM (Read Only Memory) è solitamente utilizzata per la memorizzazione delle istruzioni del programma (può essere permanente o non permanente). Nella RAM (Random Access Memory) vengono custoditi i dati prodotti e impiegati durante l esecuzione del programma. La EEPROM (Electrical Erasable Programmable Read Only Memory) serve per memorizzare i dati che devono essere conservati anche al termine del programma. La CPU (Central Processing Unit) è l unità che, comunicando con le varie periferiche interne attraverso i BUS, si fa carico di eseguire il programma ed elaborare i dati. Per esempio, l esecuzione di un programma consiste nella lettura sequenziale da parte della CPU delle istruzioni memorizzate nella memoria di programma. I TIMER consentono al sistema di misurare e sincronizzare sia eventi interni che esterni. Sono impiegati anche per la generazione di segnali esterni di controllo. NA L2 5
Le periferiche dei microcontrollori Le I/O PORTS sono le porte di ingresso ed uscita solitamente utilizzate per acquisire dati o per pilotare componenti. Usualmente, una porta I/O è costituita da 8 pin (anche meno qualche volta), programmabili sia come ingressi che uscite. Le INTERFACCE SERIALI sono utilizzate per scambiare dati con il mondo esterno. Sono frequenti periferiche di comunicazione sia sincrone (SPI, I2C) che asincrone (USART). Le prime sono utilizzate solitamente per la comunicazione con dispositivi esterni (memorie, sensori), le seconde per comunicare con PC o altri µc (comunicazione seriale RS232 o RS422/485). NA L2 6
Le periferiche dei microcontrollori L ADC (convertitore Analogico/digitale) converte un segnale esterno analogico (prelevato tipicamente in tensione) in una sua rappresentazione digitale. I microcontrollori che implementano tali dispositivi sono particolarmente adatti per essere impiegati in applicazioni di controllo. Il WATCHDOG TIMER, se attivato, genera un reset ad un intervallo prestabilito in fase di programmazione. Questo riavvio ciclico è utile per far uscire il microcontrollore da eventuali situazioni di stallo. NA L2 7
Le periferiche dei microcontrollori Il PULSE WIDTH MODULATION SIGNAL GENERATOR è un dispositivo utilizzato per la generazione di segnali modulati in ampiezza d impulso. È anche impiegato nella conversione DA per la generazione di segnali analogici facendo transitare il segnale in un filtro passa basso. Se la costante di tempo del filtro è scelta opportunamente, è possibile generare un segnale proporzionale in tensione al duty-cycle. NA L2 8
Le periferiche dei microcontrollori Funzioni della CPU Funzioni principali di una CPU sono: Trasferimento Dati Controllo di Flusso (operazioni di salto, jump) Elaborazioni Aritmetiche e Logiche (addizioni e sottrazioni,operazioni logiche, incrementi, decrementi, shift, rotazioni, ecc ) Ogni CPU ha usualmente un array register con: un Registro Accumulatore (W) il Program Counter (PCL) l Instruction Register (IR) lo Stack Pointer (SP) NA L2 9
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Il µc che utilizzeremo: Pic16F877 <> Clock 4 20 MHz E commercializzato in differenti Packages, come il convenzionale 40-pin DIP (Dual In Line Package); questo formato è molto usato nelle fasi di sviluppo e prototipi. Viene riportata di seguito la disposizione dei singoli pin NA L2 11
Microchip Pic16F877 Molti dei pin sono di I/O, raggruppati in 5 PORT: A[6 pin RA0..RA5], B[8 pin RB0..RB7], C[8 pin RC0..RC7], D[8 pin RD0..RD7], E[3 pin RE0..RE2] per complessivi 33 pin di I/O. Molti di questi pin possono operare come I/O funzionante in più modalità, il modo di funzionamento dei singoli pin viene impostata settando opportunamente dei registri di controllo del sistema. Nella piedinatura riportata si nota come diversi pin presentano più funzioni di I/O (Es. RA0 PORTA bit0 può funzionare come I/O digitale oppure come ingresso analogico AN0). In particolare notiamo che sia i pin di PORTA che quelli di PORTE possono funzionare come ingressi digitali I/O oppure come ingressi analogici, per default in fase di start-up o reset questi pin sono impostati come ingressi analogici, se richiesto come I/O digitale bisogna agire sui rispettivi registri di controllo; vedremo in seguito come operare. NA L2 12
Microchip Pic16F877 PORTB viene anche impiegata per programmare il controllore, cioè caricare il codice di programma nella FLASH ROM (RB6-RB7 in-circuit programming), inoltre RB0, RB4..RB7 possono generare interrupt. PORTC in genere permette l uso di Timers e possibilità di comunicazione seriale (serial ports), PORTD in genere si utilizza come normale porta di comunicazione. Il chip viene alimentato mediante una doppia coppia di pin (Vdd=+5V nominali, Vss=0V). Spesso i chip funzionano, nei casi previsti, anche con alimentazione compresa tra 2,2V e 3.1V in casi particolari in cui si sfrutta la alimentazione di pile. Per il funzionamento occorre un circuito oscillante esterno collegato tra i piedini CLKIN e CLKOUT; la frequenza di oscillazione può essere compresa tra qualche decina di KHz (oscillatore R-C) fino a frequenze di 20 MHz (oscillatore al quarzo). MCLR è il Master-Clear Reset, quando viene portato a livello logico basso permette il reset della MCU, in condizioni normali deve stare a livello alto (+5V). NA L2 13
Pic16F877 Block Diagram Un semplice Diagramma a Blocchi che descrive il funzionamento del controllore nei suoi blocchi principali; si evidenziano: 1. Flash ROM per il program memory: 8192 locazioni a 14 bit 2. RAM file registers 512 locazioni a 8 bit che comprende anche alcuni speciali registri tipo PORTA, PORTB, etc.... Questa zona di RAM e suddivisa in 4 banchi di 128 byte ognuna (N.B. Alcuni registri sono ripetuti tra i vari banchi; in totale avremo solo 368 locazioni utili) 3. Un registro particolare (W) che prende il nome di accumulatore usato sempre con la ALU per il processo dei dati 4. Varie periferiche per il controllo I/O dei dati NA L2 14
Architettura PIC 16F877 NA L2 15
Memorie interne al 16F877 FLASH Memory programmi: contiene il programma da eseguire, ha la caratteristica di mantenere la programmazione anche quando l alimentazione al micro viene spenta, e di poter essere cancellata e riscritta con uno speciale apparecchio chiamato programmatore. e` Questa memoria profonda 8Kbytes (8192 parole x 14 bit) => il programma da eseguire al piu` puo` essere composto da una sequenza di 8192 operazioni. Altri tipi di microprocessore hanno invece una memoria programma di tipo PROM: questa puo` essere scritta soltanto una volta. RAM dati: il programma, in esecuzione, non puo` scrivere sulla FLASH programmi ( ~ vero ) => l area di memoria RAM dati e` scrivibile in esecuzione e contiene le variabili. Il contenuto di questa memoria viene perso quando si spegne il circuito. Esiste un altra memoria FLASH per i dati (EEPROM). NA L2 16
Memorie interne al 16F877 Ricapitolando: 1) FLASH programmi: 8192 parole 2) RAM per le variabili: 368 bytes 3) FLASH dati: 256 bytes (e` in pratica un piccolo hard disk, noi non la useremo per ora) Le singole locazioni della RAM vengono chiamate registri. I registri della RAM possono essere di due tipi : 1) General Purpose: uso generale, tipo per contenere le variabili del nostro programma. 2) Special Function: scrivendo in queste locazioni si istruisce il micro ad eseguire determinate operazioni. Per esempio se scrivo il dato 0x4 nel registro 0x1F (mnemonica ADCON0) => l ADC interno al microprocessore comincia la conversione NA L2 17
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I registri mappati in memoria I registri sono celle, locazioni, di memoria dove il µc legge e scrive valori fondamentali per il funzionamento. Sono celle che hanno un indirizzo esadecimale ( h ) ; si dice che sono mappati in memoria. Ad esempio scrivendo/leggendo nelle locazioni 05h e 06h si scrive/legge nelle porte A e B. NA L2 19
I registri mappati in memoria Se si programma il PIC in linguaggio macchina (Assembler) occorre precisare molti dettagli per i registri, con istruzioni da mettere all inizio del programma. Se si usa un linguaggio ad alto livello (Basic, C, ), le istruzioni da aggiungere sono minori. Tuttavia la mappa di memoria ( cioè l allocazione dei registri) deve sempre essere conosciuta. NA L2 20
La gestione delle porte di IN/OUT E fondamentale saper programmare le porte di ingresso/uscita. Es. => Ognuno dei pin della porta A (05h) può essere impostato in modo indipendente come ingresso o come uscita in base al contenuto del registro di controllo TRISA (85h): impostando a 1 il bit di TRISA, il corrispondente pin di PORTA è un ingresso ( se è 0 diventa uscita). Lo stesso vale per la porta B (06h) gestita da TRISB (86h). Esempio : con TRISB = 00111111, RB6 e RB7 sono linee di uscita ( possono comandare un carico), e le altre linee sono ingressi ( possono accettare [Read/Leggere] un segnale esterno). NA L2 21
Corso introduttivo sui microcontrollori A. S. 2007 2008 La programmazione dei PIC Nicola Amoroso namoroso@mrscuole.net NA L3 1
Il software per il PIC Come per qualsiasi sistema a microprocessore, anche per il PIC è necessario preparare un programma per farlo funzionare. Un programma è costituito da una sequenza di instruzioni, ognuna delle quali identifica univocamente una funzione che il PIC deve svolgere. Ogni istruzione è rappresentata da un codice operativo (in inglese operation code o più brevemente opcode) composto da 14 bit ed è memorizzata in una locazione di memoria dell'area programma. Tale memoria nel PIC16F877 è di tipo EEPROM e dispone di 8192 locazioni ognuna delle quali è in grado di contenere una sola istruzione oppure una coppia istruzione/dato. Questi codici, completamente privi di senso per un essere umano, sono gli unici che il PIC è in grado di capire. Per fortuna esistono alcuni strumenti che consentono di facilitare il compito al programmatore rendendo le istruzioni più comprensibili. NA L3 2
Il software per il PIC 1 modo Il programma per il PIC si può scrivere in linguaggio assembly o assembler, usando direttamente le 35 istruzioni riconosciute dal microcontrollore. Il codice si scrive come un file di testo. Esso viene convertito in codice binario da un programma chiamato Assemblatore. Il file creato contiene codici esadecimali e ha estensione. HEX Per trasferire poi il file HEX nella memoria di programma del PIC occorre un dispositivo chiamato Programmatore Si usa un Personal Computer : per scrivere il testo del programma, con un editor di testi ( non usando Word! ) per convertirlo in codice eseguibile, usando l Assemblatore per scriverlo nel PIC, usando un Programmatore. NA L3 3
Il software per il PIC 1 modo La casa costruttrice Microchip fornisce un pacchetto integrato chiamato MPLAB [Download gratuito => http://www.microchip.com]. Esso comprende : MPLAB Editor : editor di testo per scrivere il testo del programma MPASM : il compilatore che traduce il testo in codice eseguibile (usando il codice esadecimale) Il compilatore MPASM è liberamente usabile. Si scarica dal sito della Microchip e si può usare indipendentemente dall editor. Lavorando in Assembler, la parte più difficile è il debug, cioè l eliminazione degli errori di programmazione. Esistono software di simulazione, a pagamento in genere, che consentono di controllare il funzionamento del programma NA L3 4
.asm Contiene il codice sorgente in formato assembler..inc File header, intestazioni e defiizioni hardware per il micro.lst Contiene l intero codice assembler e varie informazioni di compilazione.tre Albero di allocazione della memoria..err File con errori di compilazione e numeri di linea..hex File con il codice macchina, per la programmazione del microcontrollore NA L3 5
Esempio di file ASM RestoreLoader Il software per il PIC 1 modo lfsr 0, buff ; Construct instructions in buff movlw UPPER Main ; Upper byte of address to main movwf t1+3 bcf STATUS, C ; Clear carry bit rrcf t1+3, F ; Rotate through carry movlw B'11110000' ; Second word in goto must start with F. iorwf t1+3, F movlw HIGH Main ; High byte of address to main. movwf t1+2 rrcf t1+2, F movlw LOW Main ; Low byte of address to main movwf t1 rrcf t1, F MOVLF 0xEF, t1+1 lfsr 1, t1 MOVLF 0x04, count rest_rep movff POSTINC1, POSTINC0 decf count, F bnz rest_rep movlw 0xFF ; High byte in first word is EF ; two last nop movwf POSTINC0 ; movwf POSTINC0 ; movwf POSTINC0 ; buff should now contain 8 bytes : NA L3 6
Sintassi Descrizione Microchip Operazione equivalente ADDLW k ADDWF f,d ANDLW k ANDWF f,d BCF f,b BFS f,b BTFSC f,b BTFSS f,b CALL k CLRF f CLRW CLRWDT Add Literal and W Add W and f AND Literal with W AND W with f Bit Clear f Bit Set f Bit Test f, Skip if Clear Bit Test f, skip if Set Subroutine Call Clear f Clear W Register Clear Watchdog Timer Set istruzioni PIC16F84-877 W = W + k d = W + f (dove d può essere W o f) W = W AND k d = W AND f (dove d può essere W o f) f(b) = 0 f(b) = 1 f(b) = 0? Si, salta una istruzione f(b) = 1? Si, salta una istruzione Chiama la subroutine all'indirizzo k f = 0 W = 0 Watchdog timer = 0 NA L3 7
DECF f,d Decrement f d = f -1 (dove d può essere W o f) DECFSZ f,d Decrement f, Skip if 0 d = f -1 (dove d può essere W o f) se d = 0 salta GOTO k Go to address Salta all'indirizzo k INCF f,d Increment f d = f +1 (dove d può essere W o f) INCFSZ f,d Increment f, Skip if 0 d = f +1 (dove d può essere W o f) se d = 0 salta IORLW k Inclusive OR Literal with W W = W OR k IORWF f,d Inclusive OR W with f d = f OR W (dove d può essere W o f) MOVLW k Move literal to W W = k MOVF f,d Move f d = f (dove d può essere W o f) MOVWF f Move W to f f = W NOP No Operation Nessuna operazione OPTION Load Option Register OPTION = W RETIE Return from Interrupt Ritorna da un interrupt handler RETLW k Return Literal to W Ritorna da una subroutine con W = k RETURN Return from Subroutine Ritorna da una subroutine RLF f,d Rotale Left f through Carry d = f << 1 (dove d può essere W o f) NA L3 8
RLF f,d RRF f,d SLEEP SUBLW k SUBWF f,d SWAPF f TRIS f XORLW k XORWF f,d Set istruzioni PIC16F84-877 Rotale Left f through Carry Rotale Right f through Carry Go into Standby Mode Subtract W from Literal Subtract W from f Swap f Load TRIS Register Exclusive OR Literal with W Exclusive OR W with f d = f << 1 (dove d può essere W o f) d = f >> 1 (dove d può essere W o f) Mette in standby il PIC W = k - W d = f - W (dove d può essere W o f) f = Swap dei bit 0123 con 4567 di f TRIS di f = W W = W XOR k d = f XOR W (dove d può essere NA L3 9
Il programma per il PIC si può scrivere usando un Compilatore ad alto livello, ossia un software che usa istruzioni a livello più elevato, per velocizzare e facilitare la stesura del programma. Il Compilatore può essere in linguaggio BASIC ( ad esempio il PicBasic) in linguaggio C Il software per il PIC 2 modo di tipo grafico, ossia che usa simboli grafici al posto delle istruzioni. Ad esempio usa il simbolo di una porta AND al posto dell istruzione assembler equivalente. Due esempi di compilatori grafici sono il Visual Parsic e il Proton+. I compilatori devono essere acquistati ; i più semplici in Basic o C sono a basso costo o anche freeware. Alcuni compilatori, come il Proton+, offrono delle versioni di prova dette Lite, cioè con funzioni limitate. NA L3 10
Il software per il PIC 2 modo NA L3 11
Il sistema di sviluppo CCS PCWH NA L3 12
Programmazione dei PIC Esempio di file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
Programmazione del PIC La famiglia PIC16F8X, che comprende il 16F84, il 16F877 ecc., può essere programmata : separatamente, con un Programmatore direttamente, mentre si trova già montato nel circuito finale, aggiungendo nello schema del progetto un adatto connettore in più ( programmazione in-circuit) Dato che il PIC ha una memoria Flash di programma, sono possibili veloci variazioni o aggiornamenti del codice programma. NA L3 14
Programmazione del PIC Dopo aver scritto il programma, cioè il codice sorgente, lo si compila: viene creato un file oggetto con estensione.hex, il quale deve essere caricato nella memoria di programma del PIC. Per caricare il file.hex nella memoria programma del PIC occorre: Un personal computer Un programmatore Il software di gestione del programmatore NA L3 15
Il primo esercizio => Blinking Led Led lampeggiante che si accende e si spegne ogni mezzo secondo Punti fongamentali per: Analisi, progettazione e stesura del software Analisi e stesura per punti cronologici del problema Flow Charts Scrittura del codice NA L3 16
Analisi della soubroutine di ritardo di 500 ms Il concetto è molto semplice: il microcontrollore deve aspettare 500 ms senza compiere alcuna operazione attiva. Ad esempio se il controllore 1. Decrementa il contenuto di un registro (1 µs) 2. Torna a 1. se il contenuto del registro è <> 0 [Confronto] (2 µs) In totale avremo un tempo di esecuzione pari a 3 µs. Se ripetiamo questa operazione per 167.000 volte avremo un tempo di esecuzione pari a 501.000 µs cioè circa 500 ms Il nostro controllore possiede registri ad 8 bit allora possiamo sfruttare la seguente logica sfruttando 2 registri ad 8 bit e ricordando che i registri sono ciclici cioè 00-1= FF 1. Riserviamo due registri (delayl e delayh); set delayl 0 e delayh 0 2. Decrement delayl 1 µs 3. se delayl 0 jump 2. else 4. 2 µs 4. questa operazione viene ripetuta per FF 5. (256) volte cioè per 256 x 3 = 768 µs 6. 4. Decrement delayh 1 µs 7. se delayh 0 jump 2. else 6. 2 µs 8. questa operazione viene ripetuta per FF 9. (256) volte cioè per 256 x 3 = 768 µs Considerando che i due cicli sono annidati avremo che i due registri tornano ambedue a zero dopo un tempo pari a 768 x 768 = 589. 824 µs cioè quasi 500 ms. Fine Routine Return NA L3 17
Analisi della soubroutine di ritardo di 500 ms -> Flow Chart Il concetto è molto semplice: il microcontrollore deve aspettare 500 ms senza compiere alcuna operazione attiva. Ad esempio se il controllore Decrementa il contenuto di un registro (1 µs) Torna a 1. se il contenuto del registro è <> 0 [Confronto] (2 µs) In totale avremo un tempo di esecuzione pari a 3 µs. Se ripetiamo questa operazione per 167.000 volte avremo un tempo di esecuzione pari a 501.000 µs cioè circa 500 ms Il nostro controllore possiede registri ad 8 bit allora possiamo sfruttare la seguente logica sfruttando 2 registri ad 8 bit e ricordando che i registri sono ciclici cioè 00-1= FF 1. Riserviamo due registri (delayl e delayh); set delayl 0 e delayh 0 2. Decrement delayl 1 µs 3. se delayl 0 jump 2. else 4. 2 µs 4. questa operazione viene ripetuta per FF 5. (256) volte cioè per 256 x 3 = 768 µs 6. Decrement delayh 1 µs 7. se delayh 0 jump 2. else 6. 2 µs 8. questa operazione viene ripetuta per FF 9. (256) volte cioè per 256 x 3 = 768 µs Considerando che i due cicli sono annidati avremo che i due registri tornano ambedue a zero dopo un tempo pari a 768 x 768 = 589. 824 µs cioè quasi 500 ms. Fine Routine Return NA L3 18
;*********************************************************** ;Led blinking -> ON/OFF ogni 500 ms ;Led collegato su RB0 ;N.A. October 2004 ;******************************************** PROCESSOR 16F877A ;Direttive preprocessore RADIX DEC INCLUDE "P16F877A.INC" ERRORLEVEL -302 CONFIG 3FF1H LED EQU 0 ;Bit 1 della porta relativa ORG 20h ;Registro general purpose ram RES 2 ;Riservo due registri a 8 bit ORG 00H ;Start reset vector bcf STATUS,RP1 ;Scelgo il Bank 1 bsf STATUS,RP0 ;RP1=0 RP0=1 movlw 00111111B ;Bit PORTA come input movwf TRISA movlw 11111110B ;Bit1 PORTB in Out movwf TRISB ;gli altri bit in input bcf STATUS,RP0 ;Torno al Bank0 bsf PORTB,LED ;Accendo il Led Loop ; Label call Delay500 ;Delay 500 ms btfsc PORTB,LED ;Spengo il led goto Spegni ;se è acceso bsf PORTB,LED ;Accendo il led goto loop ;Jump a Loop Il Listato completo Spegni bcf PORTB,LED ;Spengo il led goto loop ;Jump a Loop Delay500 Clrf ram Clrf ram+1 ;Sobroutine di ritardo ;Azzero i due registri ;riservati Ciclo_di_ritardo decfsz ram,1 ;Decremento il registro ram goto Ciclo_di_ritardo ;per 256 volte decfsz ram+1,1 ;Decremento il registro ram +1 goto Ciclo_di_ritardo ;per 256 volte return ;Fine soubroutine END ;Indispensabile alla fine del listato NA L3 19