Microcontroladores

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Microcontroladores
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Microcontroladores - Tópicos

• Conceitos Básicos de Arquitetura de Computadores
• Arquitetura Básica de um Microcontrolador
• Estudo de caso PIC 16F84
• Instruction Set PIC 16F84
• Programando em Linguagem de Montagem
• Sistema de Desenvolvimento MPLAB
• Exemplos de utilização
• Referências Bibliográficas

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1. Conceitos Básicos de Arquitetura de
Computadores

• Arquitetura Havard X von Neuman

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1. Conceitos Básicos de Arquitetura de
Computadores

• Organização Básica de um Computador Digital

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1. Conceitos Básicos de Arquitetura de
Computadores

• Organização Básica de um Computador Digital

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1. Conceitos Básicos de Arquitetura de
Computadores

• Arquitetura RISC

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0
T
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m
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I
F
I
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X
W
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E
M



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1. Conceitos Básicos de Arquitetura de
Computadores

• Arquitetura RISC Execução de instruções

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1. Conceitos Básicos de Arquitetura de
Computadores

• RISC- Execução de instruções Data Hazard

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1. Conceitos Básicos de Arquitetura de
Computadores

• RISC- Execução de instruções Data Hazard

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1. Conceitos Básicos de Arquitetura de
Computadores

• RISC- Execução de instruções Data Hazard

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1. Conceitos Básicos de Arquitetura de
Computadores

• Exemplo de Arquitetura RISC - MIPS

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2. Arquitetura Básica de um Microcontrolador

• Microcontrolador

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2. Arquitetura Básica de um Microcontrolador

• Microcontrolador

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2. Arquitetura Básica de um Microcontrolador

• Microcontrolador Unidade de Memória

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2. Arquitetura Básica de um Microcontrolador

• Microcontrolador Unidade Central de
  Processamento

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2. Arquitetura Básica de um Microcontrolador

• Microcontrolador CPU ? Memória

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2. Arquitetura Básica de um Microcontrolador

• Microcontrolador Unidade de E/S
• Portas de entrada, saída e bi-direcionais

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2. Arquitetura Básica de um Microcontrolador

• Microcontrolador Porta Serial

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2. Arquitetura Básica de um Microcontrolador

• Microcontrolador Unidade de Timer

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2. Arquitetura Básica de um Microcontrolador

• Microcontrolador Watchdog

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2. Arquitetura Básica de um Microcontrolador

• Microcontrolador Conversor A/D

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3. Estudo de Caso PIC 16F84

• Microcontrolador PIC 16F84
• Microcontrolador RISC de 8 bits

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3. Estudo de Caso PIC 16F84

• Memória Flash Memória de Programa
• Memória EEPROM Memória de Dados (que devem ser
• mantidos sem alimentação)
• Memória RAM Memória de Dados (usada pelo
  programa durante sua execução)
• Free-Run Timer Registrador de 8 bits que
  trabalha independente do programa, que é
  incrementado a cada 4 ciclos de clock
• Unidade Central de Processamento

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3. Estudo de Caso PIC 16F84

• Aplicações
• Aplicações automobilísticas
• Controle de equipamentos industriais
• Tranca de portas
• Dispositivos de segurança

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3. Estudo de Caso PIC 16F84

• Ciclo de instrução/Clock

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3. Estudo de Caso PIC 16F84

• Pipelining

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3. Estudo de Caso PIC 16F84

• Pinagem

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3. Estudo de Caso PIC 16F84

• Pinagem
• Pin no.1 RA2 Second pin on port A. Has no
  additional function
• Pin no.2 RA3 Third pin on port A. Has no
  additional function.
• Pin no.3 RA4 Fourth pin on port A. TOCK1 which
  functions as a timer is also found on this pin
• Pin no.4 MCLR Reset input and Vpp programming
  voltage of a microcontroller
• Pin no.5 Vss Ground of power supply.
• Pin no.6 RB0 Zero pin on port B. Interrupt input
  is an additional function.
• Pin no.7 RB1 First pin on port B. No additional
  function.
• Pin no.8 RB2 Second pin on port B. No additional
  function.
• Pin no.9 RB3 Third pin on port B. No additional
  function.
• Pin no.10 RB4 Fourth pin on port B. No
  additional function.
• Pin no.11 RB5 Fifth pin on port B. No additional
  function.
• Pin no.12 RB6 Sixth pin on port B. 'Clock' line
  in program mode.
• Pin no.13 RB7 Seventh pin on port B. 'Data' line
  in program mode.
• Pin no.14 Vdd Positive power supply pole.
• Pin no.15 OSC2 Pin assigned for connecting with
  an oscillator
• Pin no.16 OSC1 Pin assigned for connecting with
  an oscillator
• Pin no.17 RA2 Second pin on port A. No
  additional function
• Pin no.18 RA1 First pin on port A. No additional
  function.

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3. Estudo de Caso PIC 16F84

• Geração de clock - osciladores

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3. Estudo de Caso PIC 16F84

• Reset

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3. Estudo de Caso PIC 16F84

• Unidade Central de Processamento

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3. Estudo de Caso PIC 16F84

• Unidade Lógica e Aritmética

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3. Estudo de Caso PIC 16F84

• PIC 16F84 - Diagrama de Blocos

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3. Estudo de Caso PIC 16F84

• Registro de Estado

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3. Estudo de Caso PIC 16F84

• Registro de Estado
• bit 0 - C - bit de carry
• bit 1 - DC - bit de carry para operações BCD
• bit 2 - Z - bit de zero
• bit 3 - PD - Powder-down 1 quando a fonte é
  ligada e 0 quando executa instrução sleep
• bit 4 - TO - Time-out 0 - watchdog overflow e
  1 - caso contrário
• bit 65 - RP1-RP0 - bits de seleção de bancos00
  banco zero e 01 banco 1 para endereçamento
  direto de memória
• bit 7 - IRP (Register Bank Select) seleciona
  banco de memória para endereçamento indireto de
  memória - 1 banco 2 e 3 0 banco 0 e 1

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3. Estudo de Caso PIC 16F84

• Registro de Opção

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3. Estudo de Caso PIC 16F84

• Registro de Opção

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3. Estudo de Caso PIC 16F84

• Registro de Opção
• bit 02 - PS0, PS1,PS2 - Define escala do timer
• bit 3 PSA assinala presacaler entre TMR0 e
  watchdog.
• bit 4 T0SE Source Edge Select
• bit 5 TOCS TMR0 Clock Source Select
• bit 6 INTEDG Interrupt Edge Select
• bit 7 RBPU PORTB Pull-up Enable

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3. Estudo de Caso PIC 16F84

• Portas registrador conectado a pinos de entrada
  e saída
• TRISA 85h
• TRSIB 86h

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3. Estudo de Caso PIC 16F84

• PORTB
• Tem um resistor pull-up interno pra definição de
  nível 1 reset no RPBU bit do registrador de
  opção
• Definição de input/output 0/1
• Exemplo pinos 0,1,2 e 3 como entrada e 4,5,6 e
  7 como saída
• clrf STATUS Bank0
• clrf PORTB PORTB0
• bsf STATUS,RP0 Bank1
• movlw 0x0f define pinos de entrada e saída
• movwf TRISB escreve no registrador TRISB

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3. Estudo de Caso PIC 16F84

• PORTA
• Pino 4 tem dupla função entrada externa para o
  timer TMR0 (programação através do bit T0CS do
  regsitrador de opção)
• Definição de input/output 0/1
• Exemplo pinos 0,1,2, 3 e 4 como entrada e 5,6 e
  7 como saída
• clrf STATUS Bank0
• clrf PORTA PORTA0
• bsf STATUS,RP0 Bank1
• movlw 0x1f define pinos de entrada e saída
• movwf TRISA escreve no registrador TRISA

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3. Estudo de Caso PIC 16F84

• Organização
• de Memória
• Dois bancos de
• memória dados e
• programa.
• Dados EEPROM e
• registradores GPR
• Programa FLASH

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3. Estudo de Caso PIC 16F84

• Memória de Programa
• Memória FLASH 1024 X 14 bits
• endereço 0000h reset
• endereço 0004h vetor de interrupção
• Memória de Dados
• EEPROM 64 X 8
• Não é diretamente acessada. É acessada através
  EEADR e EEDATA
• RAM registradores GPR (General Purpose Register)
• localização 0x0C até 0x4F 68 posições
• Registrador SFR (Special Function Register)
• Ocupam as 12 primeiras posições dos dois bancos
  de memória

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3. Estudo de Caso PIC 16F84

• Bancos de Memória
• Selecionados via bits RP0 e RP1 do registrador de
  STATUS
• Exemplo
• bcf STATUS, RP0 zera o bit RP0 do registrador
  STATUS,
• selecionando o banco 0
• bsf STATUS, RP0 seta o bit RP0 do registrador
  STATUS,
• selecionando o banco 1
• MACROS
• BANK0 macro BANK1 macro
• bcf STATUS, RP0 bsf STATUS, RP0
• endm endm

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3. Estudo de Caso PIC 16F84

• Program Counter PC registrador de 13 bits
• Contém o endereço da instrução que irá ser
  executada
• Pilha 8 palavras de 13 bits
• instruções CALL, RETURN, RETWL ou RETFIE

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3. Estudo de Caso PIC 16F84

• Programação
• para utilização da memória de programa, o
  microcontrolador deve estar setado em um modo
  especial, conectando o pino MCLR ao Vdd (4,5 a
  5,5 V). A Memória de programa é programada
  serialmente usando dois pinos data/clock.
• Modos de endereçamento direto ou indireto

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3. Estudo de Caso PIC 16F84

• Endereçamento direto
• Exemplo de acesso
• a registradores SFR
• bsf STATUS, RP0 Bankl
• movlw 0xFF      w0xFF
• movwf TRISA     address of
• TRISA
• register
  is
• taken
• from
• 
  instruction
• movwf

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3. Estudo de Caso PIC 16F84

• Endereçamento indireto
• Exemplo
• Apagar 16 posições da RAM
• movlw 0x0C endereço inicial
• movwf FSR FSR aponta 0x0C
• LOOP clrf INDF INDF 0
• incf FSR endereço
• btfss FSR,4 tudo apagado?
• goto loop não, volta
• CONTINUE
• sim, OK

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3. Estudo de Caso PIC 16F84

• Interrupções

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3. Estudo de Caso PIC 16F84

• Interrupções
• Registrador de Controle INTCON

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3. Estudo de Caso PIC 16F84

• bit 0 RBIF (RB Port Change Interrupt Flag bit)
  Bit which informs about changes on pins 4, 5, 6
  and 7 of port B.1at least one pin has changed
  its status0no change occured on any of the
  pinsbit 1 INTF (INT External Interrupt Flag
  bit) External interrupt occured.1interrupt
  occured0interrupt did not occurIf a rising or
  falling edge was detected on pin RB0/INT, (which
  is defined with bit INTEDG in OPTION register),
  bit INTF is set. Bit must be cleared in interrupt
  subprogram in order to detect the next
  interrupt.bit 2 T0IF (TMR0 Overflow Interrupt
  Flag bit) Overflow of counter TMR0.1 counter
  changed its status from FFh to 00h0overflow did
  not occurBit must be cleared in program in order
  for an interrupt to be detected.

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3. Estudo de Caso PIC 16F84

• bit 3 RBIE (RB port change Interrupt Enable bit)
  Enables interrupts to occur at the change of
  status of pins 4, 5, 6, and 7 of port B. 1
  enables interrupts at the change of
  status0interrupts disabled at the change of
  statusIf RBIE and RBIF were simultaneously set,
  an interrupt would occur.bit 4 INTE (INT
  External Interrupt Enable bit) Bit which enables
  external interrupt from pin RB0/INT.1external
  interrupt enabled0external interrupt
  disabledIf INTE and INTF were set
  simultaneously, an interrupt would occur.bit 5
  T0IE (TMR0 Overflow Interrupt Enable bit) Bit
  which enables interrupts during counter TMR0
  overflow.1interrupt enabled0interrupt
  disabledIf T0IE and T0IF were set
  simultaneously, interrupt would occur.

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3. Estudo de Caso PIC 16F84

• bit 6 EEIE (EEPROM Write Complete Interrupt
  Enable bit) Bit which enables an interrupt at the
  end of a writing routine to EEPROM1interrupt
  enabled0interrupt disabledIf EEIE and EEIF
  (which is in EECON1 register) were set
  simultaneously , an interrupt would occur.
• bit 7 GIE (Global Interrupt Enable bit) Bit
  which enables or disables all interrupts.1all
  interrupts are enabled0all interrupts are
  disabled

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3. Estudo de Caso PIC 16F84

• Tipos de interrupções
• Término de escrita de dados na EEPROM
• TMR0 interrupção causada por timer overflow
• Interrupção pela alteração dos pinos RB4 à RB7 da
  porta B
• Interrupção externa do pino do microcontrolador
  RB0/INT

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3. Estudo de Caso PIC 16F84

• PUSH e POP no tratamento de interrupções

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3. Estudo de Caso PIC 16F84

• Exemplo de como salvar registradores no
  tratamento de interrupção
• Testar o banco corrente
• Armazenar o registrador W do banco corrente
• Armazenar o registrador STATUS no banco 0
• Executar a rotina de interrupção (ISR)
• Restaurar o registrador STATUS
• Restaurar o registrado W

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3. Estudo de Caso PIC 16F84

• Push
• btfss STATUS, RP0 banco 0
• goto RPOCLEAR sim
• bcf STATUS, RP0 não, vá para banco 0
• movwf W_TEMP salva registrador W
• swapf STATUS, W W lt- STATUS
• movwf STATUS_TEMP STATUS_TEMP lt- W
• bsf STATUS_TEMP,1 RP0(STATUS_TEMP)1
• goto ISR_code push completo
• RPOCLEAR
• movwf W_TEMP salvo registrador W
• swapf STATUS_W W lt- STATUS
• movwf STATUS_TEMP STATUS_TEMP lt- W
• ISR_code
• rotina de interrupção

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3. Estudo de Caso PIC 16F84

• Pop
• swapf STAUS_TEMP W lt- STATUS_TEMP
• movwf STATUS STATUS lt- W
• btfss STATUS, RP0 banco 1 ?
• goto Return_WREG não
• bcf STATUS, RP0 sim vá para banco 0
• swapf W_TEMP, F retorna conteúdo de W
• swapf W_TEMP, W
• bsf STATUS_RP0 VOLTO BANCO 1
• retfie terminou POP
• Return_WREG
• swapf W_TEMP, F retorna conteúdo de W
• swapf W_TEMP, W
• retfie terminou POP

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3. Estudo de Caso PIC 16F84

• MACROS para POP e PUSH
• PUSH macro
• movwf W_TEMP W_TEMP lt- W
• swapf W_TEMP,F swap W_TEMP,F
• BANK1 macro para mudar para banco 1
• swapf OPTION_REG, W W lt- OPTION_REG
• movwf OPTION_TEMP OPTION_TEMP lt- W
• BANK0 macro para mudar para banco 0
• swapf STATUS,W W lt- STATUS
• movwf STAT_TEMP STAT_TEMP lt- W
• endm
• POP macro
• swapf STA_TEMP,W Wlt- STAT_TEMP
• movwf STATUS STATUS lt-W
• BANK1 macro para mudar para banco 1
• swapf OPTION_TEMP,W Wlt-OPTIO_TEMP
• movwf OPTION_REG OPTION_REG lt- W
• BANK0 macro para mudar para banco 0

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3. Estudo de Caso PIC 16F84

• Interrupção externa via pino RB0/INT do
  microcontrolador
• triggered pela borda de subida do sinal ( se bit
  INTEDG1 no OPTION6) ou de descida (INTEDG 0)
• quando temos sinal em INT, INTF 1(INTCON1)
• para desabilitar, fazer INTE 0 (INTCON4)
• Interrupção TMR0 counter overflow
• seta T0IF (INTCON2)
• Interrupção pela alteração dos pinos 4,5,6 e 7 da
  porta B
• seta RBIF (INTCON0)
• Interrupção de fim de escrita na EEPROM
• seta EEIF (INTCON6)

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3. Estudo de Caso PIC 16F84

• Inicialização de interrupções
• Inicialização da interrupção externa no pino RB0
• clrf INTCON todas interrupções
  desabilitadas
• movlw B00010000 apenas a interrupção
  externa é habilitada
• bsf INTCON, GIE ocorrências de
  interrupções permitida

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3. Estudo de Caso PIC 16F84

• Exemplo Como o PIC16F84 tem apenas uma
  localização onde o endereço de uma sub-rotina é
  armazenado, precisamos verificar se existe uma
  rotina de interrupção sendo executada, quando
  ocorre uma outra interrupção.
• org ISR_ADDR endereço da rotina de
  interrupção
• btfsc INTCON, GIE GIE está OFF ?
• goto ISR_ADDR não, volte para o início
• PUSH macro PUSH
• btfsc INTCON, RBIF mudanças portb4..7 ?
• goto ISR_PORTB vá para o tratamento relativo
  às mudanças
• btfsc INTCON, INTF ocorreu interrupção
  externa ?
• goto ISR_RB0 vá para o tratamento relativo à
  int. ext.
• btfsc INTCON, TOIF overflow do timer TMRO ?
• goto ISR_TMRO vá p/ o tratamento relativo
  overflow timer
• BANK1 macro BANK1
• btfsc EECON1, EEIF fim da escrita na EEPROM
  ?
• goto ISR_EEPROM vá p/ o tratamento relativo
  fim escrita EEPROM
• BANK0 macro BANK0

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3. Estudo de Caso PIC 16F84

• Exemplo continuação
• ISR_PORTB
• goto END_ISR
• ISR_RB0
• goto END_ISR
• ISR_TMRO
• goto END_ISR
• ISR_EEPROM
• goto END_ISR
• END_ISR

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3. Estudo de Caso PIC 16F84

• Timer TMR0
• 8 bits (0 a 255)

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3. Estudo de Caso PIC 16F84

• Diagrama de tempo de interrupção com o timer
• transição 255 para 0 T0IF é setado

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3. Estudo de Caso PIC 16F84

• Exemplo Determinar o número de voltas de um
  motor

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3. Estudo de Caso PIC 16F84

• Exemplo Inicialização do timer pra sinal com
  borda de decida de fonte de clock externo
• clrf TMRO TRMO 0
• clrf INTCON interrupções e T0IF0,
  desabilitados
• bsf STATUS, RP0 banco 1 pelo OPTION_REG
• movlw B00110001 escala 14, borda de
  descida para clock externo, pull up na
  porta B ativada
• movwf OPTION_REG OPTION_REG lt- W
• TO_OVFL
• btfss INTCON, T0IF testa bit overflow
• goto TO_OVFL interrupção não ocorreu, espere
• parte do programa que processa o número de
  voltas do motor
• goto TO_OVFL