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7/17/2019 Manual Pic

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Ing. José Santiago Martínez Soto

Manual de prácticas de microcontroladores.

¿Que es un microcontrolador?Es un circuito integrado programable que contiene todos los componentes de una computadora.Se emplea para controlar el funcionamiento de una tarea determinada y, debido a su reducidotamaño, suele ir incorporado en el propio dispositivo al que gobierna. El microcontrolador es unacomputadora dedicada. En su memoria sólo reside un programa destinado a gobernar una

aplicación determinada; sus líneas de entrada/salida soportan la conexión de sensores yactuadores del dispositivo a controlar, y todos los recursos complementarios disponibles tienencomo nica finalidad atender sus requerimientos. !na ve" programado y configurado elmicrocontrolador solamente sirve para gobernar la tarea asignada.

El microcontrolador es un computador completo, aunque de limitadas prestaciones, que estacontenido en el chip de un circuito integrado y se destina a gobernar una sola tarea.

Diferencia entre microprocesador y microcontroladorEl microprocesador es un circuito integrado que contiene la !nidad #entral de $rocesos %!#$&,tambi'n llamada procesador de una computadora. (a !#$ %o #$!& est) formada por la !nidad

de #ontrol, que interpreta las instrucciones, y el #amino de *atos, que las e+ecuta.(as patitas de un microprocesador sacan al exterior las líneas de sus buses de direcciones,datos y control, para permitirle conectar con la emoria y los ódulos de E/S y configurar unacomputadora implementada por varios circuitos integrados. Se dice que un microprocesador esun sistema abierto porque su configuración es variable de acuerdo con la aplicación a la que sedestine. Un microprocesador es un sistema abierto con el que puede construirse un computador con lascaracterísticas que se desee, acoplándole los módulos necesarios.Un microcontrolador es un sistema cerrado que contiene un computador completo y de

prestaciones limitadas que no se pueden modificar.

1

-igura . Estructura de un sistema abiertobasado en un microprocesador. (adisponibilidad de los buses en el exteriorpermite que se configure a la medida de laaplicación

-igura . El microcontrolador es un sistemacerrado. 0odas las partes del computadorest)n contenidas en su interior y solo salen alexterior las líneas que gobiernan losperif'ricos





Arquitectura interna

(as partes principales de un microcontrolador son1

. $rocesador.

. emoria no vol)til para contener el programa2. emoria de lectura y escritura para guardar los datos

3. (íneas de E/S para los controladores de perif'ricos1a& #omunicación paralelob& #omunicación seriec& *iversas puertas de comunicación %bus 4#, !S5, etc.&

6. 7ecursos auxiliares1a& #ircuito de relo+b& 0empori"adores

c& $erro 8uardi)n % 9atc:dog&d& #onversores * y *e& #omparadores analógicosf& $rotección ante fallos de alimentacióng& Estado de reposo o de ba+o consumo

El procesador(a necesidad de conseguir elevados rendimientos en el procesamiento de las instrucciones :adesembocado en el empleo generali"ado de procesadores de arquitectura <arvard frente a lostradicionales que seguían la arquitectura de =on >eumann. Esta ltima se caracteri"aba porquela !#$ %!nidad #entral de $roceso& se conectaba con una memoria nica, donde coexistíandatos e instrucciones, a trav's de un sistema de buses %vea figura 2&.

-igura 2. En la arquitectura de ?? von >eumann@@ la !#$ se comunicaba a trav's de un sistema de buses con lamemoria, donde se guardaban las instrucciones y los datos.

En la arquitectura <arvard, son independientes la memoria de instrucciones y la memoria dedatos y cada uno dispone de su propio sistema de buses para el acceso. Esta dualidad adem)sde proporcionar el paralelismo, permite la adecuación del tamaño de las palabras y los buses alos requerimientos específicos de las instrucciones y de los datos. 0ambi'n la capacidad de cadamemoria es diferente %figura 3&

2





-igura 3. En la arquitectura <arvard la memoria de instrucciones y la de datos son independientes, lo que permiteoptimi"ar sus características y propiciar el paralelismo. En la figura, la memoria de instrucciones tiene A posicionesde 3 bits cada una, mientras que la de datos solo dispone de 6 posiciones de un byte

El procesador de los modernos microcontroladores responde a la arquitectura 74S#%#omputadores de Buego de 4nstrucciones 7educido&, que se identifica por poseer un repertoriode instrucciones m)quina pequeño y simple, de forma que la mayor parte de las instrucciones see+ecuta en un ciclo de instrucción. Ctra aportación frecuente que aumenta el rendimiento delcomputador es el fenómeno del paralelismo implícito, que consiste en la segmentación delprocesador %pipeDline&, descomponi'ndolo en etapas para poder procesar una instruccióndiferente en cada una de ellas y traba+ar con varias a la ve".

El alto rendimiento y elevada velocidad que alcan"an los modernos procesadores, como el queposeen los microcontroladores $4#, se debe a la con+unción de tres t'cnicas1

• rquitectura <arvard

• #omputador tipo 74S#

• Segmentación

Memoria de Programa El microcontrolador esta diseñado para que en su memoria de programa se almacenen todas lasinstrucciones del programa de control. >o :ay posibilidad de utili"ar memorias externas deampliación.#omo el programa al e+ecutarse siempre es el mismo, debe estar grabado de forma permanente.(os tipos de memoria adecuados para soportar esta función admiten cinco versiones diferentes1

. 7C con mascara1

• Se graba en el c:ip desde su fabricación.

• ltos costos

• 7ecomendado sólo para producción en serie

•

. E$7C1

• Se escribe mediante un grabador conectado a la computadora

• En la superficie tiene una ventana de cristal por la que se borra el controlador

exponi'ndolo a rayos !=

2. C0$ %programable una ve"&

• Sólo se puede grabar una ve"

• 5a+o precio y sencille" de grabación

3





3. EE$7C1 %, FFF,FFF de ciclos de escritura/borrado&

• 5orrado el'ctrico muc:o m)s f)cil

• En el mismo "ócalo puede ser grabado y borrado tantas veces como se quiera• 0iene problemas para alcan"ar capacidades importantes.

• 0iempo de escritura relativamente grande

• Elevado consumo de energía.

6. -(S<1 %,FFF ciclos de escritura/borrado&

• emoria no vol)til, de ba+o consumo de energía que se puede borrar y escribir

el'ctricamente

• *ispone de mayor capacidad de almacenamiento

• 7ecomendable en aplicaciones donde se necesita modificar el programa a lo largo del

desarrollo

emoria de $rograma

-igura 6. $4#G-HIGx $4#G-HI2x

4





Memoria de datos

(os datos que mane+an los programas varían continuamente, y esto exige que la memoria queles contiene deba ser de lectura y escritura, por lo que la memoria 7 est)tica %S7& es lam)s adecuada, aunque sea vol)til.<ay controladores que tambi'n disponen como memoria de datos una de lectura y escritura novol)til. *el tipo EE$7C. *e esta forma, un corte en el suministro de la alimentación noocasiona la perdida de la información, que esta disponible al reiniciar el programa, el $4# GfHIxdispone de 6GxH bytes de memoria EE$7C para contener datos.

(a memoria tipo EE$7C y la tipo -las: puedes escribirse y borrarse el'ctricamente. Sinnecesidad de sacar el circuito integrado del "ócalo del grabador pueden ser escritas y borradasnumerosas veces.

Microcontroladores PIC1C!"#A $ %!"#A de Microc&ipe referir' a estos porque ser)n los que utili"aremos a partir de aquí, %al menos por a:ora&. Estos microspertenecen a la gama media y disponen de un set de 26 instrucciones, por eso lo llaman de tipo 74S#%7educed 4nstruction Set #omputer& en español sería J#omputadora con Set de 4nstrucciones 7educidoJpocas instrucciones pero muy poderosas, otras son de tipo #4S# %#omplex 4nstruction Set #omputer D#omputador con Set de 4nstrucciones #omple+o&, demasiadas instrucciones, y lo peor, difíciles derecordar.

Esta familia de microcontroladores se divide en tres rangos segn la capacidad de los microcontroladores.El m)s ba+o lo compone la familia G#6K. El rango medio lo componen las familias G-GK/ IK/ HK,algunos con conversores /*, comparadores, interrupciones, etc. (a familia de rango superior locomponen los I#KK.

Estas son las funciones especiales de las cuales disponen algunos micros...• Con'ersores an(logo a digital )A$D* en caso de que se requiera medir señales analógicas, por

e+emplo temperatura, volta+e, luminosidad, etc.• +empori,adores programables )+imer-s* Si se requiere medir períodos de tiempo entre

eventos, generar tempori"aciones o salidas con frecuencia específica, etc.• Interfa, serial ./023 #uando se necesita establecer comunicación con otro microcontrolador

o con un computador.• Memoria EEP.4M $ara desarrollar una aplicación donde los datos no se alteren a pesar de

quitar la alimentación, sin necesidad de circuitos especiales.• salidas P5M )modulaci6n por anc&o de pulso* $ara quienes requieren el control de motores

*# o cargas resistivas, existen microcontroladores que pueden ofrecer varias de ellas.• +7cnica llamada de 8Interrupciones8. #uando una señal externa activa una línea de

interrupción, el microcontrolador de+a de lado la tarea que est) e+ecutando, atiende dic:ainterrupción, y luego contina con lo que estaba :aciendo.

El oscilador e9ternoEs un circuito externo que le indica al micro la velocidad a la que debe traba+ar. Este circuito, que seconoce como oscilador o relo+, es muy simple pero de vital importancia para el buen funcionamiento delsistema. El $4#G#HIK / -HIK puede utili"ar cuatro tipos de relo+ diferentes. Estos tipos son1

• .C3 Cscilador con resistencia y condensador.

5





• #+3 #ristal para frecuencias est)ndar %entre FFL<" y F<"&.

• :/3 #ristal de alta velocidad %entre <" y F<"&.

• ;P3 #ristal para ba+a frecuencia y ba+o consumo de potencia %entre 26 y FFL<"&

En el momento de programar o JquemarJ el microcontrolador se debe especificar que tipo de oscilador seusa. Esto se :ace a trav's de unos fusibles llamados Jfusibles de configuraciónJ.

quí utili"aremos el cristal de 3 <", porque garanti"a mayor precisión y un buen arranque delmicrocontrolador. 4nternamente esta frecuencia es dividida por cuatro, lo que :ace que la frecuenciaefectiva de traba+o sea de <", por lo que cada instrucción se e+ecuta en un microsegundo. Elcristal debe ir acompañado de dos condensadores y el modo de conexión se muestra en la figura G.

-igura G.D *iagrama de conexión del oscilador cristal, en el microcontrolador.

Si no requieres muc:a precisión en el oscilador, puedes utili"ar una resistencia y un condensador, comose muestra en la figura I. *onde CS# queda libre entregando una señal cuya frecuencia es la delCS#/3.

-igura I.D *iagrama de conexión del oscilador 7# , en el microcontrolador. Segn las recomendaciones

de icroc:ip 7 puede tomar valores entre 6A y FFA, y # superior a Fpf.

.esetEl $4# G#HIGK / -HIGK posee internamente un circuito tempori"ador conectado al pin de reset quefunciona cuando se da alimentación al micro, se puede entonces conectar el pin de #(7 a la fuente dealimentación %-igura H&. Esto :ace que al encender el sistema el microcontrolador quede en estado de

reset por un tiempo mientras se estabili"an todas las señales del circuito %lo cual es bastante bueno, poreso siempre la usaremos...&.

-igura H.D #ircuito de reset. Este ltimo circuito, es por si deseas tener control sobre el reset del

sistema, sólo le conectas un botón y listo...

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PIC1%!"#

PIC1%!"#

PIC1%!"#





Configuraci6n de los puertos del PIC:ora vamos a ver como configurar los puertos del $4#. $ara poder :acerlo es necesario conocer lossiguientes registros que son importantes en la configuración de los puertos.

P4.+A dirección <9<=P4.+> dirección <9<P4.+C dirección <9<"+.I/A dirección <9<=+.I/> dirección <9<+.I/C dirección <9<"3

$or defecto el $4# tendr) todos los 4/C portMs %es decir los puertos 7, 75 N 7#&, colocados como entrada

de datos, y si queremos cambiarlos :abr) que configurarlos.

l configurar los puertos deber)s tener en cuenta que1

Si asignas un CE.4 )<* a un pin, 'ste quedar) como salida y...Si le asignas un @4 )1*, quedar) como entrada3

Esta asignación se :ace en1

+.I/A para los pines del PE.+4 A %G bits&+.I/> para los pines del PE.+4 > %H bits&+.I/C para los pines del PE.+4 C %H bits&

Por EemploB trisa<<1111<<Si +.I/A es igual a KKFF todos sus pines ser)n entradas salvo 7F y 7 que est)n como salida.Si +.I/> es igual a FFFFFFF todos sus pines ser)n salidas salvo 75F que esta como entrada.

En el siguiente diagrama podemos ver el circuito de conexión para un picGfH3, 5)sicamente se necesitaun resistor en la línea /#(7, un cristal de 3 :" con capacitores y una fuente de 6 volt





Distribuci6n de pines en los modelos de microcontrolador PIC1f!"2 PIC1f!" PIC1f!"F yPIC1f!""3

Gss tierra GDD = 'oltsCristal FM&,

!





Practica 1 rmar el circuito de la figura O, el cual nos servir) para reali"ar varias de las próximas pr)cticas.%0oma en cuenta que el puerto solo tiene G pines disponibles&.

-igura O.D #ircuito electrónico para el $4#GfHIG / 2 / / .A30* El (E* deber) estar encendido, durante segundo y apagado durante F.6 segundos.

"





>30* Se :ar) lo mismo que en el inciso anterior, pero condicionado, a que exista una entrada, por algunode los puertos disponibles %por e+emplo 7F&.

C30* 4ncluir mas (E*Ps para 75, 75, 752. *e igual forma agregar m)s interruptores para 7, 7,72, y controlar cada uno de los (E*Ps con su respectivo interruptor.

1#





Practica

A30* (eer el puerto y mostrar la lectura en el puerto 5, mediante diodos emisores de lu" %(E*&

>30* Escribir un código que realice la suma binaria de dos nmeros. En particular queremos introducir unnumero por el puerto %entre F y 2-:& y sumarlo con un numero K %el que el alumno desee entre F y#F&, y visuali"ar el resultado en el puerto 5 mediante (E*Ps. El código en $ic5asic quedaría como sigue.

!na ve" cargado el programa en el $4#, necesitar)s ver el programa funcionando, por lo que deber)sarmar el circuito de la figura O %toma en cuenta que el puerto solo tiene G pines disponibles&.

11





Practica 2

.D& 7eali"ar el programa para un contador binario que muestre mediante los (E*Ps la cuenta de a x, donde x es un nmero definido previamente en el código del programa.

5.D 7eali"ar la misma operación que en el e+ercicio anterior, pero condicionando el inicio de la cuenta conla entrada 73, si esta activada inicia la cuenta, y no se detiene :asta que se termine la cuenta.

#.D 7eali"ar el programa para las siguientes secuencias1

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Practica FEl programa reali"ara el encendido y apagado de un motor de #*. ediante una botonera.#ondiciones1

13 Si SQ y S2QF se encender) el motor y un (E* de color 7CBC %pin elegido por el alumno delpuerto correspondiente&, (E* =E7*E apagado.

3 Si SQ F y S2Q se apagara el motor y encender) un (E* de color =E7*E %pin elegido por elalumno del puerto correspondiente&, (E* 7CBC apagado.

23 Si SQS2 se apagara el motor y encender) un (E* de color =E7*E %pin elegido por el alumnodel puerto correspondiente&, (E* 7CBC apagado.

Practica =El programa reali"ara el control de la velocidad de un motor de #*, con $R. ediante una botonera.

. Si SQ %S ser) un pulsador& se incrementa la velocidad del motor y un (E* de color 7CBCenciende indicando que se est) incrementando la velocidad %pin elegido por el alumno del puertocorrespondiente&, (E* =E7*E apagado.

. Si S2Q %S2 ser) un pulsador& disminuye la velocidad del motor y un (E* de color =E7*Eenciende indicando que est) disminuyendo la velocidad %pin elegido por el alumno del puerto

correspondiente&, (E* 7CBC apagado.

2. !na ve" que el motor llega a su m)xima velocidad encender)n ambos (E*s.

+IP1<

13





Practica El programa reali"ara el control de la dirección de giro de un motor de #*. ediante una botonera.

13 Si SQ y S2QF el motor gira :acia la derec:a y un (E* de color 7CBC se enciende%pin elegidopor el alumno del puerto correspondiente&, (E* =E7*E apagado.

3 Si SQ F y S2Q el motor gira :acia la i"quierda y encender) un (E* de color =E7*E %pinelegido por el alumno del puerto correspondiente&, (E* 7CBC apagado.

23 Si SQS2 se apagara el motor y ambos (E*s estar)n apagado.

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Practica "El programa reali"ara el control de la velocidad y dirección de un motor paso a paso. ediante unabotonera.

13 Si SQ y SQF el motor gira :acia la derec:a y un (E* de color 7CBC %pin elegido por elalumno del puerto correspondiente&, (E* =E7*E apagado.

3 Si SQ F y SQ el motor gira :acia la i"quierda y encender) un (E* de color =E7*E %pinelegido por el alumno del puerto correspondiente&, (E* 7CBC apagado.

23 Si SQS se apagara el motor y ambos (E*s estar)n apagado.

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Practica !El programa reali"ara el control de posición de un servomotor, mediante una botonera %$ulsadores&.

. Si SQ se enciende el (E* y el servomotor gira a FT.. Si S2Q se enciende el (E* y el servomotor gira a OFT2. Si S3Q se enciende el (E* y el servomotor gira a HFT3. Si S6Q se enciende el (E* y el servomotor reali"a un secuencia de giro de FT a HFT y de

regreso.

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Practica HEl programa reali"ara una comunicación entre el $4# vía puerto serial, con un programa que correr) sobreuna $# %En =4S!( 5S4# por e+emplo&, el $4# esperara a recibir un car)cter, con lo cual se reali"aranlas siguientes operaciones.

13 Si el car)cter recibido es una letra d el motor gira :acia la derec:a y un (E* de color 7CBC %pinelegido por el alumno del puerto correspondiente&, (E* =E7*E apagado.

3 Si el car)cter recibido es una letra i el motor gira :acia la i"quierda y encender) un (E* de color=E7*E %pin elegido por el alumno del puerto correspondiente&, (E* 7CBC apagado.

23 Si se recibe cualquier otro car)cter se encender)n ambos (E*s a manera de indicar un error en

las opciones.

1





Practica 1<3!tili"ación de un (#*, para desplegar datos.

1!





Practica 113El programa reali"ara la lectura de una señal analógica, mediante los puertos de entrada configurablescomo entradas analógicas %$uerto &, utili"ando un sensor de temperatura (26, y se desplegara el valorleído mediante un medio visual %*isplay de H segmentos, (#*, utilería para leer puerto serial de$4#5S4#&.

#ircuito propuesto.

Practica 134mplementación de un teclado matricial, :exadecimal para introducir datos al icrocontrolador.

1"





5ibliografía.

• <o+a de datos $4#G-HIxx de microc:ip.

• anual $4#5S4# $7C.

• anual del curso icrocontroladores.

• icrocontroladores $4# *iseño practico y aplicaciones, primera parte, Bos' a. ngulo !sategui

e 4gnacio ngulo artíne", Ed. c 8ra9<ill.

• icrocontroladores $4# *iseño practico y aplicaciones, Segunda parte, Bos' a. ngulo

!sategui e 4gnacio ngulo artíne". Ed. c 8ra9<ill.

2#

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