INTRODUCCIÓN A LA PROGRAMACIÓN

Microcontrolador PIC 16F84

mail : enric.serra

0 - INTRODUCCIÓN.

Este documento es una introducción a la programación del PIC 16f84.

Este documento se puede copiar y utilizar siempre que se indique la procedencia (Escola Professional Salesians Joan XXIII) y se indique su autor Enric Serra.

Todos los comentarios y bugs serán bien recibidos.

1 – MICROCONTROLADORES.

Un microcontrolador, es un circuito integrado programable que contiene los elementos necesarios para controlar un sistema.

PIC significa Peripheral Interface Controler es decir un controlador de periféricos.

Cuando hablamos de un circuito integrado programable que controla periféricos, estamos hablando de un sistema que contiene entre otras cosas una unidad arimético-lógica, unas memorias de datos y programas, unos puertos de entrada y salida, es decir estamos hablando de un pequeño ordenador diseñado para realizar unas funciones específicas.

Podemos encontrar microcontroladores en lavadoras, teclados, teléfonos móviles, ratones etc.

Hay multitud de microcontroladores con más memoria, entradas y salidas, frecuencia de trabajo, coste, subsistemas integrados y un largo etc dependiendo de cada tipo de microcontrolador. El presente documento esta basado en el popular microcontrolador PIC 16F84 del fabricante Microchip Technology Inc ya que es un sistema sencillo, barato y potente para muchas aplicaciones electrónicas.

Las características del controlador las podemos encontrar en la web del fabricante microchip o en el siguiente enlace pic16f84.pdf

Pic 16f84

Las patillas del PIC 16F84, 18 en el modelo A son las siguientes:

Encapsulado y simbología.

Web de microchip

2. - CARACTERISTICAS

La estructura del microcontrolador

Alimentación :

El PIC se alimenta a 5 V entre los puntos Vdd (+) y Vss (-). El consumo del circuito depende de las cargas en los puertos y de la frecuencia de trabajo.

Práctica 1.1: Diseñar y montar el siguiente regulador de V

Regulador 5 V para alimentar un PIC 16F84

Frecuencia de trabajo:

Los PIC's necesitan un reloj oscilador que marcará la frecuencia de trabajo.

Estos osciladores pueden ser del tipo :

RC Formado por una resistencia y un condensador

HS seutiliza un cristal de cuarzo o resonador cerámico (Hasta 10 Mz)

XT Cristal o resonador hasta 4 Mhz

LP Bajo consumo (hasta 200Khz)

Los osciladores se colocan entre las patillas OSC1 y OSC2

Puertos de ENTRADA/SALIDA

Los puertos son entradas y salidas del microcontrolador al exterior, por ellas enviarmos o introducimos señales digitales TTL (5V) de forma que podemos comunicar el microcontrolador con el exterior.

En este caso tenemos 2 puertos de entrada y salida E/S. Sus nombres son RA y RB.

El puerto RA tiene 5 pins RA0-RA4, un caso particular es RA4/TOCK1 que puede actuar como pin de entrada o como entrada de impulsos para un contador denominado TMRO

El puerto B tien 8 líneas que van desde RB-RB7 .Cada línea del RA o del RB se puede configurar como entrada o salida mediante 2 registros llamados TRISA y TRISB.

Con esta información podemos montar un sencillo entrenador para PIC's 16F84 con el puerto RA como entrada y el puerto RB como salida. Utilizaremos como entrada unos microinterruptores y como salida unos leds conectados al puerto RB0-RB7.

1.2 Práctica: Diseñar el PCB y montar el siguiente entrenador PIC

Un listado en código fuente es un fichero ASCII con extensión ASM que está formado por 4 columnas para identificar las diferentes funciones:

- Etiquetas: Dan nombre a determinadas partes del programa (hasta 32 caracteres)

- Instrucciones: Son las instrucciones que se pasan al microcontrolador o una DIRECTIVA al ensamblador.

- Datos: Datos u operandos para las instrucciones.

Registros (f)

Bits

Etiquetas

Número constante literal (L)

- Comentarios Siempre después de ; son descripciones para hacer más legible el listado.

EJEMPLO DE PROGRAMA

Realizamos en un editor el siguiente listado de programa que llamaremos EJ1.ASM

Compilaremos con el MPASM

El compilador generará los siguientes ficheros EJ1.HEX,EJ1.COD,EJ1.ERR,EJ1.LST

Con el fichero EJ1.HEX podremos grabar el microcontrolador con el programa WIN-PICME o cualquier otro y un grabador de pics.

4.1 COMANDOS BÁSICOS (I) CARGA DE VALORES,SUMA Y BORRADO DE REGISTROS

EJEMPLO 2

Sumar en binario 0001 y 0010. Guardar el resultado en 0x0E

EJEMPLO 3

Sumar en binario 2 y 3, guardar el resultado en 0x0C

EJEMPLO 3

Sumar tres números (1, 2 y 3)

Listado y funcionamiento en el entorno de simulación MPLAB IDE de microchip.

En la ventana Watch podemos ver el valor de SUM1 y RESUL después de arrancar el programa.

EJEMPLO 4

Suma de los números 3 y 5 en decimal y almacenamos el resultado en 0x12.

El compilador acepta sistemas de numeración hexadecimal, decimal, octal, binario y ASCII.

Listado

Ejercicios propuestos

4.1.1- Sumar cuatro números en binario (0,1,2,3)

4.1.2- Sumar tres números y almacenar los números y el resultado en las direcciones 0x0c 0x0d 0x0e 0x0f

4.1.3 - Sumar 2 números, almacenar el resultado en 0x0d, borrar el registro SUM y borrar el acumulador W

4.2 COMANDOS (II) INCREMENTO Y DECREMENTO .RESTAS

EJEMPLO 5 Cargar el número 5 en 1Ah (VALOR1) y incrementar dos veces (Almacenar en 1ch)

EJEMPLO 6 DECREMENTAR UN VALOR

Ejercicios propuestos

4.2.1 Restar dos números binarios y almacenar el resultado en la dirección 0x10

4.2.2 Decrementar el valor 10 cinco veces y almacenarlo en la dirección 0x2b

4.3 INSTRUCCIONES LÓGICAS

INSTRUCCIÓN	EJEMPLO	NOTAS
andlw k	andlw b'ooooo111'	AND del literal b'00000111'con w
andwf f,d	andwf reg,1	AND del w y el registro reg
comf f,d	comf reg,0	COMPLEMENTO del registro reg (cambiar 0 por 1)
iorlw k	iorlw valor	OR de w con valor
iorwf f,d	iorwf reg,1	OR de w con reg
rlf f,d	rlf reg,0	ROTATE LEFT (rota izquierda registro reg) resultado en w
rrf f,d	rrf reg,1	ROTATE RIGHT(rota derecha registro reg) resultado en reg
swapf f,d	swapf reg,0	intercambiar 4 bits de + peso con los 4 de - peso del registro reg
xorlw k	xorlw b'00001110'	OR EXCLUSIVA del literal b'00001110' con w
xorwf f,d	xorwf reg,0	OR EXCLUSIVA del registro reg con w resultado en w

EJEMPLO7 Realiza una operación AND entre dos registros

; realizar and entre dos registros ; reg1 registro 1 0xa0 ; reg2 registro 2 0xa1 ; res resultado 0xa2 ;------------------------------------- list p=16f84 reg1 equ 0xa0 reg2 equ 0xa1 res equ 0xa2 org 0 ;------------------------------------- inici movlw b'01110011' ; cargamos 73H en w 73H=0111 0011 (7 3) movwf reg1 ;enviamos a reg1 reg1->01110011 movlw b'01010101' ;cargamos en w 55H en w 55H= 0101 0101 (5 5) movwf reg2 ;movemos 01010101 a reg 2 andwf reg1,0 ;realizamos AND entre w y reg1 y lo almacenamos en w movwf res ; movemos el resultado al registro de resultados res end ;-------------------------------------------------------------------------------------- ; El resultado AND de 0111 0011 y 0101 0101 es 0101 0001 (51H) ;--------------------------------------------------------------------------------------

Podemos ver la simulación y el resultado en el entorno misim (java)

Pantalla de misim después de ensamblar

Memory monitor del misim que muestra los resultados 73,55 y 51

EJEMPLO 8 Realizar operación OR entre un registro y un literal

EJEMPLO 9 Rotar dos veces hacia la izquierda un registro

; ---------------------------------------------- ; rotar el valor 00111111 2 veces a la izquierda ;----------------------------------------------- list p=16f84 reg equ 0x0b org 0 ;----------------------------------------------- inici movlw b'00000110' movwf reg rlf reg,1 rlf reg,1 end

Ejercicios propuestos

4.3.1 Realizar una rotación 4 veces hacia la derecha de un registro de valor '10110000'

4.3.2 Realizar una OR Exclusiva de val1='00110101' y val2='10100110'

4.3.3 Intercambiar los 4 bits menos significativos por los cuatro más significativos del valor b'00111010', almacenarlos en un registro

4.4 INSTRUCCIONES DE BIT

INSTRUCCIÓN	EJEMPLO	NOTAS
bcf f,b	bcf registro,1	Pone a 0 el bit 1 del registro
bsf f,b	bsf registro,3	Pone a 1 el bit 3 del registro

4.5 INSTRUCCIÓN GOTO

Es un salto incondicional utilizado para realizar bucles, la istrucción es GOTO K donde K es la etiqueta donde queremos saltar.

Ejemplo:

INICIO

movwl b'10001100'

goto INICIO

END

El programa anterior realizará un bucle cargando indefinidamente el valor 10001100 en el registro de trabajo W

4.6 SUBRUTINAS

Podemos realizar bloques de instrucciones que podemos llamar dentro del programa siempre que queramos, estos bloques se denominan subrutinas y la forma de llamarlas es como sigue:

Podemos crear las subrutinas que necesitemos, de forma que evitaremos repetir instrucciones dentro del mismo programa y éste será más legible.

5 ENTRADAS Y SALIDAS EN EL MICROCONTROLADOR.

CONFIGURANDO LOS PUERTOS DE ENTRADA Y SALIDA.

El microcontrolador tiene 2 puertos PORTA (05H) y el PORTB (06H)

PORT A		PORT B

Cada línea de los puertos que corresponden a las patillas RA0-RA4 y RBO-RB7 pueden ser configurados como entradas o salidas.

Para configurar los puertos existen dos registros especiales TRISA y TRISB.

PORTA (05H) BANK0 BITS RA4-RA3-RA2-RA1-RA0 --> TRISA BANK1

PORTB (06H) BANK0 BITS RB7-RB6-RB5-RB4-RB3-RB2-RB1-RB0 --> TRISB BANK1

Vemos como existen 2 bancos, BANK0 y BANK1 para pasar de un banco a otro utilizamos el registro STATUS (03H) mediante el bit 5 de ese registro, de forma que si el bit 5 es 0 estamos en el banco 0 y si el bit 5 es 1 pasaremos al banco 1.

Cuando se resetea el microcontrolador se accede al banco 0, para acceder al banco 1 hay que poner a 1 el bit 5 del registro STATUS

El proceso para configurar los puertos es el siguiente:

1. Al arrancar el micro controlador el banco por defecto es BANK0
2. Accedemos al banco1 BANK1 poniendo a 1 el bit5 del registro STATUS (03h)
3. Cargar en TRISA los valores adecuados (0 salidas 1 entradas)
4. Cargar en TRISB los valores adecuados (0 salidas 1 entradas)
5. Acceder al banco 0 BANK0 poniendo a 0 el bit 5 del registro STATUS
6. Realizar el programa para activar las entradas y salidas

Ejemplos de configuración del microcontrolador

Configurar todo salidas:

TRISA (05H BANK1) 00000

TRISB (06H BANK1) 00000000

Configurar todo entradas:

TRISA (05H BANK1) 11111

TRISB (06H BANK1) 11111111

Configuración de PORTA como entradas y PORTB como salidas:

TRISA (05H BANK1) 11111

TRISB (06H BANK1) 00000000

PORTA como entradas y PORTB la mitad entradas y la mitad salidas

TRISA (05H BANK1) 00000

TRISB (06H BANK1) 00001111

SECUENCIA PARA CONFIGURACIÓN DE LOS PUERTOS

1 Poner el bit 5 del registro STATUS a 1 para acceder al banco1

bsf 0x03,5 ;bit set file 0x03 (Status) bit 5 = 1

2 Configuración de TRISA y TRISB

movlw b'11111111' ;(1=entradas 0=salidas)

movwf 0x05 ;0x05= TRISA 8 entradas 0 salidas

movlw b'00000000' ;(1=entradas 0=salidas)

movwf 0x06 ; (TRISB PUERTOB salidas)

3 Poner a 0 el bit 5 del registro STATUS para volver al banco 0

bcf 0x03,5 ; Bit clear file (Ponemos a 0 para acceder al banco 0)

4 Iniciciamos el programa

EJEMPLO 10 Realizar un programa que lea interruptores en el port A y saque el valor por los leds en port B

Utilizaremos el siguiente esquema:

Tenemos 4 entradas en RA0 RA1 RA2 y RA3 y 8 salidas RB0 RB1 RB2 RB3 RB4 RB5 RB6 RB7

Nuestro programa en el simulador FEERSUM MISIM DE 1.7.9

Podemos ver el estado del microcontrolador

Tambien el estado de los dispositivos de entrada (Interruptores) y los LEDS de salida

Vamos a ver el mismo programa utilizando variables

Ej 5.1 Poner comentarios al programa anterior.

EJEMPLO 11 Realizar un programa para leer entradas y obtener las salidas complementadas

Utilizaremos el mismo esquema de 4 entradas y 8 salidas.

Nuestro programa simulado mediante misim

EJEMPLO 12 Diseñar un sencillo medidor de nivel

Utilizaremos el siguiente esquema

En RA1 Y RA0 tenemos 2 sondas de detección de nivel de agua y en RB1 y RB2 tenemos las salidas

Evidentemente este programa es de por sí poco útil, pero nos permite practicar con la programación de los puertos.

Nuestro programa simulado en misim

Ej 5.2 Modificar el programa para tener 4 niveles en el depósito.

Ej 5.3 Diseñar y realizar un programa con 8 entradas y 4 salidas. El programa sólo utilizará las 4 primeras entradas.

El programa leerá las entradas y sacará las salidas complementadas

Esquema para realizar el proyecto.

Ej 5.4 Utilizando 8 entradas, realizar una puerta AND de 4 bits (utiliza RB0-RB3 como una entrada y RB4-RB7 como la segunda entrada)

6 SALTOS EN FUNCIÓN DE BITS Y DE REGISTROS

Son funciones para tomar decisiones dependiendo del valor del bit o del registro, se utilizan para contar/descontar registros o para determinar si se ha producido un evento.

EJEMPLO 13 Programa contador hasta 255 y luego vuelve a 0.El resultado se visualiza con leds cuando llega a 255

Nuestro programa en el sinulador

Ej 6.1 Realizar un decrementador de 255 a 0

7 TEMPORIZACIÓN EN EL PIC 16F84

Cuando se necesita un control del tiempo en el microcontrolador, se utiliza el timer TMR0, que puede configurarse como CONTADOR y como TEMPORIZADOR.

El timer TMR0 es un contador que determina el tiempo que tarda en desbordarse el contadordependiendo del valor precargado.

Su funcionamiento es:

El contador el PIC es de 8 bits que va desde b'00000000' hasta b'11111111', cuando se produce el desbordamiento vuelve al valor inicial b'00000000'.

Los impulsos de entrada del contador pueden ser externos mediante el pin RA4/TOCK1 o bien de una señal del reloj interno, de forma que puede funcionar de dos formas distintas:

1- Como contador de impulsos que entran por RA4/TOCK1

2-Como temporizador de tiempos.

Para configurar la forma de actuación hay que acceder al registro OPTION y actuar sobre el bit TOCS

Si TOCS=1 el timer actua como contador.

Si TOCS=0 el timer actua como temporizador.

Registros y bits importantes para control del temporizador

TMRO COMO CONTADOR

Se introducen los impulsos a contar por el pin RA4/TOCK1

Se programa el bit TOSE del registro OPTION_REG de la siguiente forma:

TOSE=1 Actua por flanco actico descendente

TOSE=0 Actua por flanco activo ascendente

Circuito utilizado para la entrada de un contador.

Cuando se desborda el contador pasa de '11111111' a '00000000' y se activa el bit TOIF del registro INTCON

TMRO COMO TEMPORIZADOR

Al trabajar como temporizador se cuentan los impulsosde la frecuencia de oscilación o frecuencia de trabajo, teniendo en cuenta que un ciclo de máquina ocupa 4 ciclos del cristal oscilador. Así tendremos que la frecuencia de conteo será

Fc=Frecuencia oscilación/4

Para nuestro caso, que el reloj es de 4Mh, tendremos Fc=4Mhz/4 = 1 microsegundo

Como 1 us es un periodo de tiempo muy pequeño, el microcontrolador tiene la posibilidad de utilizar un divisor de frecuencia llamado prescaler, el prescaler se configura con los bits PS2,PS1,PS0 del registro REG_OPTION.

BITS DE CONFIGURACIÓN Y LECTURA DEL TEMPORIZADOR TMR0.

Los bits de lectura y configuración son los siguientes:

Registro TMRO: Valor del contador o del temporizador.

Registro INTCON:

Bit 2 - TOIF: TMRO Overflow Interrupt Flag , Bandera de interrupción del contador o temporizador TMRO, cuando el registro TMRO pasa de b'11111111' a b'00000000' el valor de TOIF pasa a 1

Registro OPTION_REG:

Bit 5 - TOCS (TMRO Clock Source Select Bit)

TOCS = 0 Pulsos del reloj interno F oscilación / 4; el TMRO se programa como temporizador.

TOCS = 1 Pulsos externos introducidos por el pin RA4/TOCK1, TMRO actua como contador.

Bit 4 - TOSE (TMRO Source Edge select Bit)

TOSE = 0 El contador del pin RA4/TOCK1 actua con flanco ascendente

TOSE = 1 El contador actua con flanco descendente

Bit 3 PSA (Prescaler Asignment Bit)

PSA = 0 El divisor de frecuencia se asigna a TMRO (Contador o temporizador)

PSA = 1 Divisor asignado al Watchdog (no explicado todavia)

Bit 2 Bit 1 Bit 0 (Prescaler Rate Select Bits) Bits de selección del divisor de frecuencia.

PS2 PS1 PS0	Divisor del Prescaler TMRO
000	1:2
001	1:4
010	1:8
011	1:16
100	1:32
101	1:64
110	1:128
111	1:256

EJEMPLOS DEL TMRO COMO CONTADOR

Para programar un contador con el pic necesitamos:

1- Pasar al banco 1 BSF STATUS,5

2- Programar los bits 4 TOSE y el bit 5 TOCS del registro REG_OPTION (01H) de la siguiente forma:

TOCS=1 Contador

TOSE=0 activo por flanco descendente

TOSE=1 activo por flanco ascendente

PSA=1 prescaler al wachdog ya que no necesitamos prescaler al contador

movwl b'00111000' ;Contador y activado por flanco descenente

movwf REG_OPTION

3- Pasar al banco 0 BCF STATUS,5

4- Iniciar el contador a 0 clrf TMRO

5 - Leer TMRO movf TMRO,0

EJEMPLO 14. UTILIZAR EL CIRCUITO DE CONTADOR PARA CONTAR IMPULSOS Y VISUALIZARLOS EN LEDS DE SALIDA

; ------------------------- ; -- programa contador ---- ; -- visualizar por leds -- ; -- la cuenta en PORTB --- ; ------------------------- LIST p=16f84 TMRO EQU H'01' ;Registro de configuración y contador STATUS EQU H'03' ;Registro de STATUS PORTB EQU H'06' ;Registro Puerto B de salida org 0 ; -- CONFIGURACION DEL CONTADOR Y EL PUERTO SALIDA BSF STATUS,5 ;Acceso al banco 1 MOVLW b'00111000' ;Configuramos TMRO como contador MOVWF TMRO ;por flanco ascendente MOVLW b'00000000' ;configuramos como salida MOVWF PORTB ;el puerto B BCF STATUS,5 ;Pasamos al banco 0 CLRF TMRO ;iniciamos el contador a 0 ;-- Programa principal --- inicio MOVF TMRO,0 ;Cargamos el contador en w MOVWF PORTB ;Pasamos el valor cuenta al PORTB GOTO inicio ;Bucle END ;Final de programa

EJEMPLOS DEL TMRO COMO TEMPORIZADOR

Para programar el temporizador necesitamos calcular el tiempo de temporización, aplicaremos la siguiente fórmula:

Tiempo = 4 * Tiempo Frecuencia oscilador * Prescaler * (256-Carga en el temporizador)

Tiempo frecuencia oscilador (Para 4 Mhz) = 1 u segundo

Prescaler desde 1/2 hasta 1/256

Para programar un temporizador con el pic necesitamos:

1- Pasar al banco 1 BSF STATUS,5

2- Programar los bits 4 TOSE, el bit 5 TOCS y los bits 3,2,1,0 del registro REG_OPTION (01H) de la siguiente forma:

TOCS=0 Temporizador

TOSE=0 activo por flanco descendente

TOSE=1 activo por flanco ascendente

PSA (bit 3)=0 prescaler al temporizador

PS2,PS1,PS0 (bits 2,1,0)Según la tabla de selección del prescaler

movwl b'11010101' ;Temporizador flanco ascendente PSA=0 Prescaler al temporizador y prescaler 101 (1/64)

movwf REG_OPTION

3- Pasar al banco 0 BCF STATUS,5

4- Iniciar el temporizador a 0 clrf TMRO

5 - Leer TMRO movf TMRO,0

; --------------------------------------------------- ; -- Programa de temporización del parpadeo de un led ; --------------------------------------------------- list p=16f84 portb equ h'06' timer equ h'01' estatus equ h'03' org 0 ; --------- iniciamos puertos y temporizador -- bsf estatus,5 ; Pasamos al banco 1 movlw b'11010101' ; Cargamos el valor en el movwf timer ; Registro Option del timer movlw b'00000000' ; Cargamos 00 en el registro movwf portb ; Puerta B (salidas) bcf estatus,5 ; Pasamos al banco 0 clrf portb ; Ponemos la salida PORTB a 0 ; -- Programa principal -- inicio bsf portb,0 ; Ponemos un 1 en la salida 0 del port B call temp bcf portb,0 ; Ponemos a 0 el bit 0 del port B call temp ; Llamamos a la subrutina del temporizador goto inicio ; Volvemos al inicio ; -- Subrutina de temporización -- temp clrf timer ; Ponemos el temporizador a 0 bucle btfss timer,7 ; Comprobamos si el temporizador llega a b'10000000' goto bucle ; Volvemos al bucle return ; Si el valor es b'10000000' del temporizador volvemos de la ; subrutina ; -- Final de subrutina -- end

Ejercicios propuestos:

Ejercicio 7.1 Realizar un contador de decenas y obtener el resultado en un display.

Ejercicio 7.2 realizar un programa para encender los leds del portb de la siguiente forma:

Encendemos led 0

Temporizamos (0.5 segundos)

Apagamos led0 y encendemos led1

Temporizamos

Apagamos led1 y encendemos led2

....

Cuando llegamos al led7 apagamos led7 temporizamos y volvemos a encender el led 1

Ejercicio 7.3 Realizar un semáforo temporizado cuyo bucle sea:

Encendemos verde y temporizamos

Encendemos led amarillo parpadeante

Encendemos led rojo y temporizamos

Volvemos al inicio.