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ARQUITECTURA Y PROGRAMACION DE

MICROCONTROLADORES PIC

Andrés R. Bruno Saravia Ariel Coria

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Arquitectura y Programación de Microcontroladores PIC. Andres R. Bruno Saravia y Ariel Coria. - 2a ed. - Buenos Aires. El autor, 2010. 400 p.: 22x15 cm. ISBN: 000-000-00-0000-0 1. Electrónica. 2. Microchips. CDD 621.381 5 Fecha de catalogación: Junio 2010 © mcelectronics Hecho el depósito que marca la ley 11.723 Todos los derechos reservados. Ninguna parte de este libro, incluido el diseño de la portada, puede reproducirse, almacenarse o transmitirse de ninguna forma ni por ningún medio, sea este eléctrico, químico, mecánico, óptico, de grabación o de fotocopia, sin la previa autorización escrita por parte de mcelectronics. La infracción de los derechos mencionados puede ser constitutiva de delito contra la propiedad intelectual. La editorial no se pronuncia ni expresa implícitamente respecto a la exactitud de la información contenida en este libro, razón por la cual no puede asumir ningún tipo de responsabilidad en caso de error u omisión. Las marcas mencionadas son propiedad exclusiva de sus registradores legales.

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LOS AUTORES Andrés Raúl Bruno Saravia andres.saravia@mcelectronics.com.ar Tiene una amplia experiencia docente, se ha desempeñado como Profesor de Microcomputadoras desde 1992 hasta 1997, Profesor de Automatizaciones y Electrónica Industrial desde 2002 hasta 2006, y como Profesor con dedicación exclusiva de Microcontroladores PIC desde el año 2006 al presente. Es Training Partner de Microchip y dirige el Centro Regional de Entrenamiento Argentina desde el año 2008. Ha escrito diferentes trabajos: Manual de Microcontroladores PIC16F87X, Manual de Microcontroladores PIC Línea BASE, Programación de Microcontroladores PIC en Assembler y Manual de PICBASIC para MCU PIC.

Ariel Coria ariel.coria@mcelectronics.com.ar Es estudiante avanzado de la carrera de Ingeniería Electrónica en la Universidad de Buenos Aires con especialidad en sistemas de control. Posee sólidos conocimientos de programación en C orientado a microcontroladores PIC y sistemas embebidos. Actualmente está encargado del departamento de soporte de la empresa mcelectronics, donde ha participado en el desarrollo de herramientas de entrenamiento.

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INTRODUCCIÓN Luego de 8 meses de redacción, edición, diseño y corrección estamos orgullosos de poder presentar nuestro primer libro. Para realizar esta obra hemos repartido el trabajo entre 2 autores, un docente certificado por Microchip, el cual posee un reconocido historial en el dictado de seminarios de entrenamiento, y que esta avocado exclusivamente a los microcontroladores PIC, y la experiencia de un desarrollador, ampliamente experimentado en el diseño de aplicaciones embebidas para MCU PIC18F en lenguaje C18 y que esta certificado también por Microchip. El texto ha sido dividido en 3 grandes partes. En la primera, hacemos una descripción profunda del hardware que forma al microcontrolador PIC18, detallando las características técnicas y funcionamiento de su nuevo núcleo, los nuevos tipos de osciladores, la utilización de interrupciones y el manejo de la memoria de programa y de datos. Luego realizamos un detalle pormenorizado de cada uno de sus periféricos desde los puertos, hasta las unidades de comunicación seriales. Para todo esto hemos utilizado como modelo el PIC18F4620, el cual, por sus características engloba la mayor cantidad de periféricos y a un muy bajo costo. De esta forma el lector podrá adquirir el mismo o aplicar el conocimiento de esta unidad para entender el de otras, ya que la gran característica de los microcontroladores PIC es que sus periféricos son iguales, lo mismo que la operación de sus núcleos, solo cambian la cantidad de periféricos que integran, o memoria de programa y datos, entre los diversos modelos que existen. En la segunda parte, y luego del gran detalle del hardware, introduciremos al lector en el conocimiento del lenguaje de programación C, aplicado al campo de los microcontroladores PIC. Este capítulo es esencial para aprender las reglas fundamentales que rigen a este lenguaje de programación. De forma clara y sintética le explicamos lo que usted necesita saber para poder entender y programar en lenguaje C. En la tercera parte aplicamos los conocimientos adquiridos durante todo el libro de forma práctica y amena. Iniciamos con una descripción rápida de las características del compilador C18 y de las librerías que Microchip ha desarrollado para facilitarle al programador el desarrollo de aplicaciones. Luego describimos una serie de ejemplos que han sido desarrollados sobre placas de entrenamiento, haciendo una

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descripción detallada del algoritmo y la especificación del hardware, incluyendo los circuitos y el listado de programas con descripciones línea a línea de cada instrucción. Hemos elegido ejemplos que parten desde lo más sencillo como encender un LED hasta lo más complejo como realizar un sistema de adquisición de datos con control por LCD y USB. Los ejemplos crecen gradualmente en su nivel de complejidad, manteniendo en todos los casos una profunda descripción de los mismos. Esperamos que este libro cumpla con los principios a partir de los cuales se gestó: enseñar a programar PIC18F en lenguaje C de forma clara y sencilla. Por favor no dude en hacernos llegar sus comentarios a info@mcelectronics.com.ar El equipo de mcelectronics PROGRAMAS NECESARIOS A LO LARGO DE LA OBRA Para poder compilar los programas propuestos necesita el entorno de desarrollo MPLAB y el compilador C18 de Microchip. Ambos se pueden obtener en forma gratuita desde la web del libro: www.mcelectronics.com.ar/techtrain

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A John Magrane, James Baldwin y Stu Chandler de Microchip Technology. A los alumnos que a lo largo de estos años contribuyeron con sus invaluables aportes.

A nuestras familias y amigos por el apoyo incondicional.

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SUMARIO EL MICROCONTROLADOR PIC18F4620 11 FUNCIONES DEL OSCILADOR 15 CONTROL DE ENERGIA 29 CIRCUITO DE RESET 43 ORGANIZACIÓN DEL LA MEMORIA 51 MEMORIA DE DATOS EEPROM 73 MEMORIA FLASH DE PROGRAMA 79 MULTIPLICADOR POR HARDWARE 90 PUERTOS DE ENTRADA-SALIDA 91 INTERRUPCIONES 105 MODULO TIMER0 119 MODULO TIMER1 125 MODULO TIMER2 135 MODULO TIMER3 141 MODULOS CAPTURA/COMPARACION/PWM (CCP) 147 MODULO MEJORADO (ECCP) 159 MODULO PUERTO SERIE SINCRONICO MAESTRO 177 EUSART 211 CONVERSOR ANALOGICO DIGITAL 235 MODULO COMPARADOR 249 MODULO COMPARADOR DE LA TENSIÓN DE REFERENCIA 259 PROGRAMACION EN LENGUAJE C 265 EL COMPILADOR C18 293 GUIA VISUAL MPLAB 313 PRACTICAS EN C 329 Incluye prácticas básicas y avanzadas para realizar con la placa MCE Starter KIT Student Advanced. Puede encontrar el código fuente completo y programas adiconales en: www.mcelectronics.com.ar/techtrain usuario: su dirección de email* clave: 20062010 * Para registrarse, por favor remita su dirección de email junto con nombre y apellido a: info@mcelectronics.com.ar

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1. EL MICROCONTROLADOR PIC18F4620 HISTORIA Y EVOLUCIÓN DE LOS PIC18

Hacia finales del siglo XX (1999) Microchip se encamina a transformarse en el Lider indiscutible de los microcontroladores de 8 Bits. El PIC16F84 revolucionó el campo de los microcontroladores y la familia PIC16F87X potenció la evolución de los sistemas de control embebido. Pero el gran salto final lo produce la compañía al responder a una necesidad de mercado, los PIC18. Esta familia, resultado de la convergencia de las tecnologías usadas en las familias PIC16 y PIC17, provocó la segunda revolución tecnológica iniciada con el PIC16F84. Dentro de la familia PIC18 contamos con microcontroladores específicos para conectividad USB y Ethernet, así como con micros de propósito general como el PIC18F4620 en el cual centraremos nuestro estudio. El PIC18F4620 se encuentra dentro de una serie de PICs con características similares conformada por estos 4 dispositivos:

PIC18F2525 PIC18F2620 PIC18F4525 PIC18F4620

Esta serie es una remake del camino evolutivo de la primera familia de PIC18C fabricada y presentada al mercado por Microchip en Junio de 1999. La serie original estuvo formada por 4 dispositivos básicos:

PIC18C242 PIC18C252 PIC18C442 PIC18C452

Los cuales rápidamente fueron transformados a versiones FLASH en 2002 pasando a llamase PIC18FXX2 (PIC18F242/252/442/452). En Septiembre del año 2004 Microchip presenta al mercado su nueva renovación de la familia originaria, los PIC18F2420/2520/4420/4520, y en Junio de ese año se anuncia también la inserción al mercado de los PIC18F2525/2620/4525/4620.

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1.0 CARACTERÍSTICAS GENERALES: La primera familia PIC18 introdujo grandes reformas al núcleo PIC para satisfacer las demandas de mercado. La primera fue la memoria de programa la cual en PIC16 se encontraba segmentada en una estructura de página de 2048 [2K] posiciones cada una. Esta familia solo podía llegar a direccionar hasta 8096 [8K] posiciones de memoria de programa pero de forma indirecta auxiliada por un registro denominado PCLATH. La estructura provocaba una cierta complejidad en el manejo de programas de más de 2K a lo cual Microchip tomo nota y por ello al diseñar PIC18 lo modificó. En algunos dispositivos podemos trabajar no solo con memoria de programa interna sino también con memoria de programa externa. PIC18 incorpora por tanto un Contador de Programa en la cual se pueden direccionar hasta 1024K [1M] en forma lineal, sin una estructura paginada, es decir más de un millón de instrucciones. Además la arquitectura se diseño pensando en programar los dispositivos con lenguajes de alto nivel como C, por lo cual expandió la memoria de datos hasta 4Kbytes y la diseñó de forma tal de poderla trabajar tanto en modo banqueado como en modo lineal (esto último a través de los registros internos FSR). Las reformas le dan capacidad al usuario para controlar el STACK del Contador de Programa en las subrutinas. Además se amplió el set de instrucciones de 35 que había en la familia PIC16 a las 74 que podemos encontrar ahora en PIC18. Estas nuevas instrucciones facilitan las operaciones lógicas al incorporar muchos más saltos condicionales y la posibilidad de realizar multiplicaciones por hardware. A nivel periféricos la potencia fue máxima, se introdujeron hasta 5 Timers, 2 UARTS, 2 SPI, 2 I2C, la memoria EEPROM de datos tiene una capacidad de 1024 bytes, la memoria de programa puede almacenar tanto datos como instrucciones, se introdujeron nuevos periféricos de comunicaciones como puerto USB, CAN y hasta Ethernet en los dispositivos más grandes que llegan a tener hasta 100 terminales. La revolución de la familia PIC18, iniciada hace ya 10 años continua empujando la aparición de nuevos dispositivos, y provoca la generación de nuevas remakes en la familia PIC16 como los PIC16F88X que incorporan muchas de las características a nivel periférico de PIC18 y la aparición de los nuevos PIC Línea Media Mejorada como los PIC161XXX que son una adaptación de PIC18 en los PIC16. Para programar PIC18, Microchip diseño un compilador en Lenguaje C basado en las características del Hardware y que fue concebido conjuntamente con la arquitectura de PIC18. De esta forma se logra una integración entre hardware y software que permite optimizar los tiempos de procesamiento haciendo posible la utilización del lenguaje C, incluso en aplicaciones de control automático. El compilador de C desarrollado por Microchip se llama MCC18 o simplemente C18. El mismo se caracteriza por ser un compilador ANSI C estricto a tal punto que el

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desarrollador de computadoras que trabaja en C puede realizar un programa sobre C18 sin mayores conocimientos sobre el hardware de los PIC. A partir de PIC18 la electrónica evoluciona hacia una nueva era en la tecnología del control embebido. 1.1 DESCRIPCIÓN DEL PIC18F4620 A continuación comenzaremos a describir las características del PIC18F4620, iremos de lo general a lo particular. Comenzaremos por hacer una descripción de sus capacidades en el núcleo del procesador y luego de sus periféricos: Características generales del Procesador: • Memoria de Programa: 32K Word para almacenar Instrucciones. • Memoria de Datos: 3968 bytes • Puertos I/O: 36 • Canales ADC: 13 • Módulos CCP/ECCP: 1/1 • Módulos de comunicaciones: SPI, I2C, EUSART • Timers: 1 de 8 bits, 3 de 16 bits • Comparadores integrados: 2 PIN OUT:

Nota: si bien el PIC18F4620 tiene 36 Puertos I/O, el PORT RE3, multiplexado con el terminal de MCLR, puede operar solo como puerto de entrada.

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22. PROGRAMACIÓN EN LENGUAJE C

EN ESTE CAPITULO 22.0 INTRODUCCIÓN A LA PROGRAMACION EN LENGUAJE C 22.1 ESTRUCTURA BÁSICA DE UN PROGRAMA EN LENGUAJE C 22.2 COMENTARIOS 22.3 REPRESENTACIÓN NUMÉRICA Y ALFANUMÉRICA 22.4 TIPOS DE DATOS 22.5 MODIFICADORES DE TIPOS DE DATOS 22.6 DECLARACIÓN DE VARIABLES 22.7 DECLARACIÓN DE TABLAS (MATRICES) 22.8 MATRICES 22.9 MODIFICADORES DE TIPO DE ACCESO 22.10 FUNCIONES 22.11 VARIABLES 22.12 OPERADORES 22.13 PRECEDENCIA DE DOS OPERADORES 22.14 MODELADOR CAST 22.15 COMANDOS CONDICIONALES 22.16 COMANDO FOR 22.17 COMANDO BREAK O CONTINUE 22.18 GOTO 22.19 ESTRUCTURAS Y UNIONES 22.20 UNIONES 22.21 TYPEDEF 22.22 CREACIÓN DE LIBRERÍAS

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22 INTRODUCCIÓN A LA PROGRAMACION EN LENGUAJE C 22.1 ESTRUCTURA BÁSICA DE UN PROGRAMA EN LENGUAJE C Un programa en C consiste en una o varias “Funciones”. Basado en está afirmaciones debe existir un mecanismo que garantiza que todos los programas inicialicen de una misma forma, por lo tanto hay una función que debemos llamar main (). Sintaxis: main() //primera función a ser ejecutada { // inicío del cuerpo de la función <comandos>; // otras funciones pueden ser adicionadas } // fin del cuerpo de la función Vale nombrar también que existen algunas reglas básicas que deben ser seguidas en relación a los conceptos de lenguaje. Toda función de C debe ser iniciada por una llave ( { ) y cerrada por otra llave ( } ). Los paréntesis y las llaves son elementos obligatorios de una función. Todas las instrucciones deben estar dentro de dos llaves. Las instrucciones en C siempre encerradas por un punto y coma (;). Vale nombrar también que las llaves sirven para separar un bloque de instrucciones. 22.2 COMENTARIOS Existen dos maneras de comentar en C. Podemos usar “ // ” que sirve para comentar una linea o usar “ /* ” y “ */” para comentar un bloque de comentarios. Ejemplo: /* MCElectronics-Fabricante de Herramientas para PIC Este es un ejemplo de comentario. */ Char contador ; // contador de uso general En el ejemplo insertamos un comentario usando /* y */ para las lineas.En el segundo ejemplo usamos para comentar // para comentar la declaración de una variable contador. IDENTIFICADORES Un identificador es una palabra usada para declarar una constante o una variable. Algunas reglas para los identificadores: Un identificador no puede tener símbolos gráficos, con excepción de un (_). No puede tener acentuación gráfica( acento grave, acento agudo, tilde etc). Un identificador no puede iniciar nunca con un número. No puede ser una palabra reservada pues ella son sólo uso estricto del compilador.

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PALABRAS RESERVADAS DEL LENGUAJE C Auto break case char const continue Default do double else enum extern Flota for goto if int long Register return short signed sizeof static Struct swich typedef union unsigned void Volatile while Otras palabras pueden ser reservadas, como nombres de directivas especificas de cada compilador. 22.3 REPRESENTACIÓN NUMÉRICA Y ALFANUMÉRICA Las constantes pueden ser representadas conforme a los siguientes ejemplos: TABLA 22.1 – REPRESENTACIÓN NUMÉRICA EN LENGUAJE C Representación numérica Ejemplo Decimal 250 Hexadecimal 0x55 Binario 0b10100011 Octal 073 Caracteres “&” String “teste” 22.4 TIPOS DE DATOS La siguiente tabla nos muestra los tipos de datos soportado por el compilador C18. TABLA 22.2 TIPOS DE DATOS EN EL COMPILADOR C18 Tipo Tamaño Mínimo Máximo char 8 -128 127 int 16 -32768 32767 short 16 -32768 32767 long 32 -2^31 -2^31-1 float 32 -3,4 x 10^38 3,4 x 10^38 double 64 -1,8 x 10^308 1,8 x 10^308 void 0 Sin valor Sin valor

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23. COMPILADOR C18

EN ESTE CAPITULO 23.0 MPLAB C18 23.1 CARACTERÍSTICAS DEL COMPILADOR C18 23.2 ESTRUCTURA DEL DIRECTORIO DEL MPLAB C18 23.3 FUNCIONES ESTÁNDAR DEL LENGUAJE C EN MPLAB C18

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23.0 MPLAB C18 23.1 CARACTERÍSTICAS DEL COMPILADOR C18 El MPLAB C18 es el compilador de Microchip para sus PIC18 y tiene un lenguaje bastante similar al lenguaje C convencional, excepto que se le han agregado diversas adaptaciones para volverlo mas apropiado para el ambiente de programación de los PIC. Este compilador se maneja perfectamente dentro del entorno visual del MPLAB y sus características son: - Solo se utiliza para los PIC18 - Posee las funciones estándar del lenguaje C - Permite la inclusión de lenguaje ensamblador - Soporta interrupciones. - Esta optimizado para la arquitectura de los PIC18 - Contiene librerías para comunicaciones SPI, I2C, USART y periféricos externos como LCD inteligentes - Como utiliza el MPLAB, el entorno de programación es similar al que estuvimos trabajando en assembler. - Versión estudiantil gratuita Todas estas características hacen del compilador MPLAB C18 una herramienta ideal para los desarrollos que podamos realizar con los PIC18.

23.2 ESTRUCTURA DEL DIRECTORIO DEL MPLAB C18 Al instalar el MPLAB C18 en la PC, este se instala por defecto en el directorio C:\MCC18. Luego se crean las siguientes carpetas que contienen los archivos necesarios para utilizar el compilador. h: Este directorio contiene los archivos de cabecera (header files) de la librería estándar de C y los archivos con las especificaciones del procesadores PIC de lib: Contiene las librerías estándar del lenguaje C (clib.lib o clib_e.lib), las propias del los microcontroladores PIC (p18xxxx.lib o p18xxxx_e.lib donde xxxx especifica el dispositivo) y los módulos start-up (c018.lib, c018_e.lib, c018i.lib, c018i_e.lib, c018is.lib, c018iz_e.lib) lkr: Contiene los archivos que utilizara el enlazador del lenguaje (Linker Script files) mpasm: contiene los archivos de cabecera que utiliza el ensamblador MPASM para los dispositivos soportados por el compilador MPLAB C18.

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23.3 FUNCIONES ESTÁNDAR DEL LENGUAJE C EN MPLAB C18 El compilador MPLAB C18 soporta muchas de las funciones que posee la biblioteca estándar de ANSI C y podemos incluirlos en nuestro código fuente con la simple inclusión del archivo de cabecera asociado a esa función. En este capitulo haremos un repaso de las funciones que mas nos interesa. 23.3.1 FUNCIONES DE LA BIBLIOTECA <ctype.h> Esta biblioteca contiene funciones útiles para realizar operaciones lógicas con caracteres. Isalnum Function: Isalnum Prototipo: unsigned char isalnum( unsigned char ch ); Descripción: retorna un valor distinto de cero si "ch" es una letra minúscula "a-z" o mayúscula "A-Z", uno de los dígitos decimales "0-9" o cualquier otro carácter alfabético local. Archivo: isalnum.c Ejemplo: control = isalnum(65); // en este caso control sera // distinto de

cero Isdigit Función: Isdigit Prototipo: unsigned char isdigit( unsigned char ch ); Descripción: Retorna un valor distinto de cero si "ch" es cualquiera de los dígitos decimales (0-9). Archivo: isdigit.c Ejemplo: unsigned char Decimal,c = ‘5’; Decimal = isdigit(c);

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23.3.2 FUNCIONES DE LA BIBLIOTECA <math.h> Esta biblioteca contiene funciones para las operaciones matemáticas básicas y muchas de ellas hacen uso de números en coma flotante. acos Función: acos Prototipo: float acos (float x); Descripción: Retorna el arcocoseno en radianes de la variable x, que debe tener un valor entre -1 y 1. El valor de retorno esta comprendido entre 0 y π. Archivo: acos.c Ejemplo: float radianes,resultado; resultado = acos(radianes); /*Retorna el arcocoseno de la variable radianes*/ cos Función: cos Prototipo: float cos (float x); Descripción: Esta función calcula el coseno de la variable x (en radianes), el valor de retorno estará comprendido entre -1 y 1. Archivo: cos.c Ejemplo: float coseno; Coseno = cos(1); asin Función: asin Prototipo: float asin( float x ); Descripción: Esta función calcula la inversa del seno (arcoseno) del argumento x, que debe estar entre -1 y +1. El valor devuelto es el arcoseno en radianes, y está entre -π/2 y π/2.Argumentos fuera del rango puede producir errores de dominio y el resultado devuelto es NaN

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PRÁCTICAS Y ESQUEMÁTICOS

EN ESTE CAPITULO PRÁCTICA 1 LED PRÁCTICA 2 PARPADEO PRÁCTICA 3 ROTACIÓN PRÁCTICA 4 DEBOUNCE PRÁCTICA 5 CONTADOR DECIMAL PRÁCTICA 6 CONTADOR DECIMAL DE 2 DIGITOS PRÁCTICA 7 MENSAJES AL LCD PRÁCTICA 8 CONTADOR DE 5 DÍGITOS PRÁCTICA 9 RELÉ TEMPORIZADO PRÁCTICA 10 PWM PRÁCTICA 11 LED RGB PRÁCTICA 12 RELOJ DE TIEMPO REAL PRÁCTICAS 13 Y 14 SENSOR DIGITAL DE TEMPERATURA CON USB PRÁCTICA 15 MULTIPLEXADO DE CANALES ANALÓGICOS PRÁCTICA 16 ESCRITURA EN MEMORIA EEPROM INTERNA Recuerde que puede descargar el código fuente de estas prácticas registrándose en www.mcelectronics.com.ar/techtrain

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25.0 PRACTICAS En esta segunda parte del libro pretendemos que aplique los conocimientos teóricos obtenidos hasta ahora en ejercicios prácticos que puedan ser simulados en la placa de enseñanza MCE Starter KIT Student y MCE Starter KIT Student Advanced. Estos ejercicios afianzaran sus conocimientos sobre la programación en C18 y aprenderá de manera simple y efectiva el manejo de periféricos externos como el Display LCD. PRACTICAS BÁSICAS PRACTICA 1 - LED Comenzamos con la serie de ejercicios y en esta primera práctica realizaremos el ejercicio simple de encender un led. Lo que buscamos con este ejercicio es mostrar cual será la estructura básica de un programa en C18. Ejercicio 1: Encender el led 7 de la matriz de Led’s de la placa MCE Starter KIT Student y Student Advanced con el PIC18LF4620. Figura 1: Circuito esquemático de la practica 1.

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Solución /* Bits de Configuracion */ #pragma config OSC = XT #pragma config WDT = OFF, LVP = OFF, MCLRE = ON /* Includes */ #include "p18f4620.h" // Archivo de cabecera // Este archivo contiene los registros que utilizaremos del micro /*Programa Principal*/ void main (void) { TRISB = 0b01111111; // Configuro bit 7 del Port B como // salida, los demas son entradas. LATBbits.LATB7 = 1; // Enciendo Led a traves del bit 7 // del registro LATB. while (1) ; // Loop infinito } Análisis Antes de comenzar un programa o un proyecto con PIC, debemos tener en claro cuales van a ser los recursos o periféricos que vamos a utilizar del microcontrolador. Estos recursos los configuramos a través de los “Bits de Configuración” y podemos definirlos en el código fuente. Es una buena práctica configurar los recursos de esta manera ya que nos elimina el tedioso proceso de realizar las configuraciones en el momento de la grabación. La directiva que nos permite modificar estos bits que se encuentran en posiciones especificas de la memoria de programa es #pragma config. Esta directiva posee una serie de sentencias que nos permite definir, por ejemplo, cual será el oscilador a utilizar o si queremos deshabilitar el “Perro Guardián” como lo hicimos en el ejemplo. Observe que con la expresión OSC=XT definimos un oscilador de cristal de baja frecuencia como el que posee la placa Student Advanced, de 4MHz, con LVP=OFF deshabilitamos la programación de bajo voltaje, con WDT=OFF apagamos el perro guardián y con MCLRE=ON habilitamos al pin 1 del microcontrolador como pin de reset.

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El programa comienza definiendo ademas los registros del procesador con la directiva #include, esta directiva incorpora el archivo de cabecera o Header p18f4620.h a nuestro proyecto. Este archivo posee las definiciones de los registros que utiliza el procesador del PIC. Todos los programas en C deben comenzar con la función main, el cual lo definimos de la forma void main (void) { //Sentencias del programa principal } Dentro de la función main se declaran las sentencias principales, las cuales van a conformar el cuerpo del programa. Los prefijos void indican que la función no retornara ningún valor y tampoco tomara ningún argumento. De esta manera indicamos al compilador que la función principal (main) realizara un “proceso” que no devolverá ningún valor. Una vez que definimos la función principal, comenzamos el bloque de instrucciones en donde inicializamos el registro TRISB indicándole que la única salida del Port B será el pin 7. La directiva 0b indica al compilador que la constante que se escribirá debe tomarlo como un dato binario, esta es una manera de cargar un registro directamente con su valor en binario. Encendemos el led asignando un 1 a la variable LATBbits.LATB7 que controla los latch de salida de los puertos y nos quedamos en un loop infinito con la sentencia while (1); La sintaxis de la sentencia while es while (expresión) Sentencias Mientras la expresión sea verdadera, se ejecutara el bloque de sentencias que conforman el While, pero si la expresión es falsa salimos del ciclo continuando con nuestro programa. Para el Compilador C18, si el resultado de la expresión es igual a cero, lo tomara como false (falso), pero cualquier resultado distinto de cero lo tomara como True (Verdadero), en nuestro caso la expresión de nuestro código es 1, que siempre será verdadero, esta es una manera elegante de generar un loop infinito en C. Con esta práctica pretendemos que aprenda de manera simple cual será la estructura básica de un programa en C18, en la cual pudimos identificar donde colocar el bloque de instrucciones principales, los bits de configuración y como incluir el archivo de cabecera que posee la definición de los registros del microcontrolador.

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PRACTICAS 13 y 14 - SENSOR DIGITAL DE TEMPERATURA Con lo aprendido hasta ahora en estas prácticas podemos realizar diversos proyectos. El que mostramos ahora tiene muchas aplicaciones y se trata del sensor digital de temperatura. Ejercicio: Crear un programa para sensar la temperatura entregada por el dispositivo TC1047. Este dispositivo analógico entregara una determinada tensión como la que se muestra en la grafica. El programa debe mostrar la temperatura en pantalla con un digito decimal y a la vez enviarla por el puerto serie. En la práctica 14 se debe agregar conectividad USB.

Figura 13: Grafica de la tensión de salida (Vout) del sensor en función de la temperatura. Solución

/* Includes */ #include "p18f4620.h" #include "delays.h" #include "xlcd.h" #include "stdlib.h" //Libreria que contiene la funcion itoa /* Definiciones */

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#define Vref 1.75 #define Decimales_precision 10 /* Variables */ #pragma udata unsigned char Conversion; float Temp; char Temperatura[3]; // Cadena de String float Vout; int Entero; int Decimas; /* Prototipos */ void ADC_Init(void); unsigned char ADC_Convert(void); void USART_Init(void); void USART_Trans(char Dato); /* Programa Princicpal ***/ void main(void) { Temp = 0; // Inicializo Delay1KTCYx(5); //Retardo para iniciar el LCD OpenXLCD( FOUR_BIT & LINES_5X7); //Inicializamos LCD putrsXLCD(" Temperatura"); // Enviamos mensaje al LCD // Inicializmos la USART USART_Init(); // Inicializamos conversor ADC ADC_Init(); while(1) { // comenzamos conviertendo el valor leido en el conversor // en grados dentro de una variable del tipo float Conversion = ADC_Convert(); Vout = (float)(Conversion*Vref)/255; Temp=(float)(Vout - 0.5)/ 0.01; // Para poder mostrarlo en el LCD se debe pasarlo a ASCII // Lo que realizamos es una conversion de float a int para // quedarnos primero con la parte entera Entero = (int)Temp;

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// Enviamos ese valor al LCD y a la USART USART_Trans('\r'); // Comando de retorno para la USART WriteCmdXLCD(NEXT_LINE + 4); // Nos posicionamos en el LCD itoa(Entero,Temperatura); // Realizo conversion en ASCII putsXLCD(Temperatura); // y lo enviamos al LCD USART_Trans(Temperatura[0]); // y a la USART USART_Trans(Temperatura[1]); // Luego escribimos el punto que separa el entero de las // decimas WriteDataXLCD('.'); USART_Trans('.'); // y convertimos las decimas en ASCII Temp = (Temp - (int)Temp) * Decimales_precision; Decimas=(int)Temp; itoa(Decimas,Temperatura); // Y lo mandamos al LCD y a la USART putsXLCD(Temperatura); putrsXLCD(" grados"); USART_Trans(Temperatura[0]); USART_Trans(Temperatura[1]); WriteCmdXLCD(CURSOR_OFF & BLINK_OFF); // Apagamos cursor } } void DelayFor18TCY( void ) { Delay100TCYx(1); // Retardo de 100uSeg } void DelayPORXLCD(void) { Delay1KTCYx(15); // Delay de 15mS // ciclos = (TimeDelay * Fosc)/4 // ciclos = (15mS * 4Mhz)/4 // ciclos = 15000 } void DelayXLCD(void) { Delay1KTCYx(5); // Delay de 5mS // ciclos = (TimeDelay * Fosc)/4 // ciclos = (5mS * 4Mhz)/4

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// ciclos = 5000 } void ADC_Init(void) { // Inicialimos el conversor Analogico-Digital // Comenzamos configurando cuales van a ser los pines // analogicos y digitales. //La siguiente configuracion coloca la referencia en VREF+ (AN3) //para poder colocar la referencia con el pote a 1,75V //y configura los 4 primeros canales como analogicos ADCON1 = 0b00011010; // Justificmaos a izquierda, elegimos un tiempo de adquisicion // de 20TAD y FOSC/2 ADCON2 = 0b00111000; // Seleccionamos canal 4(RA5), alli encontramos el sensor ADCON0 = 0b00010001; } unsigned char ADC_Convert(void) { // funcion que comienza la conversion y devuelve el resultado ADCON0bits.GO_DONE = 1; // Comienzo la conversion while (ADCON0bits.GO_DONE == 1); // Espero a que se complete return ADRESH; // retorno la parte alta // del resultado } void USART_Init(void) { // Procedimiento que inicializa la comunicacion serie // Inicializamos la comunicacion con una velocidad de 9600 bps // para ello asignamos un Baud rate de alta velocidad // y cargamos el registro SPBRG con 25 en decimal

SPBRG = 25; // Configuramos los pines de salida TRISCbits.TRISC6 = 1; TRISCbits.TRISC7 = 1; // Comenzamos con la configuracion de la transmicion // modificando el registro de estado de la transmicion TXSTA TXSTA = 0b00100100; // Configuramos una comunicacion asincronica de 8 bits // en alta velocidad

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// Configuramos un generador de baudios de 8 bits BAUDCONbits.BRG16 = 0; RCSTAbits.SPEN = 1; // Habilitamos el Port Serial } void USART_Trans(char Dato) { // esta funcion envia caracteres por el puerto serie PIR1bits.TXIF = 0; // Borramos flag de transmision TXREG = Dato; // Enviamos dato while(TXSTAbits.TRMT = 0); // esperamos a que se termine // la transmicion }

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Análisis El sensor de temperatura utilizado para esta práctica nos entrega la temperatura en grados Celsius y por la grafica, sabemos que cuando el sensor entrega 500mV, la temperatura será de 0º C. Como el sensor se comporta de manera lineal en el rango de temperatura que va de -40ºC a 125ºC, podemos utilizar una formula lineal para realizar la conversión de la tensión entregada por el sensor a temperatura en grados Celsius. La formula que utilizamos es: Vout(Volts) = 10mV/ºC * Temperatura(ºC) + 500mV Así que podemos despejar la temperatura medida por el sensor sabiendo cual es su tensión de salida. Temperatura(ºC) = (Vout(Volts) – 500mV) / 10mV/ºC Donde los 10mV/ºC indica la sensibilidad del sensor de temperatura (10mV por cada grado centígrado que varia la temperatura). Todas estas cuentas requieren de manejo de variables del tipo punto flotante, que por suerte al trabajarlo en C se hace muy simple. La estructura del programa principal se compone de la inicialización de los puertos y periféricos utilizados, luego entramos en un bucle infinito donde continuamente estamos leyendo el conversor analógico-digital. Esto permite tomar la tensión de salida del sensor de temperatura, convertir ese valor binario en temperatura y luego mostrarlo en el LCD. Además agregamos conectividad por el puerto USB a través del nuevo MCP2200 de Microchip.

Figura 15: Circuito del MCP2200 que realiza la interfaz entre los mensajes de la USART del PIC y el puerto USB.

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Una vez que se recibe el dato del conversor, el programa lo convierte a tension guardándolo en la variable Vout, que la convertimos en float y a partir de esta en temperatura con la ecuación anterior. De este modo tenemos la temperatura almacenada en una variable tipo float que es un punto flotante, pero para enviarla al LCD o al puerto serie debemos convertirlo en ASCII. La conversión de un número decimal en ASCII es simple si utilizamos la funcion itoa, la cual solo convierte variables enteras en ASCII, entonces el procdimiento es el siguiente: 1) Se copia el float en una variable int para quedarnos con la parte entera. 2) Convertir el entero en ASCII usando la función itoa y mandarlo al LCD. 3) Añadir un ‘.’ en la pantalla LCD para separar la parte decimal de la entera. 4) Restar al float la parte entera y multiplicar por 10 (o por 100 según la resolución que se busque) para después convertir la parte fraccionaria y enviarla al LCD. Esto es un buen truco matematico para mostrar numeros decimales en la pantalla LCD. Luego tambien cada carácter es enviado al puerto serie. Las funciones ADC_Init(); y USART_Init(); inicializan los módulos del conversor A/D y la transmisión serie asincrónica. El conversor se configura para tener la tensión de referencia de manera externa en VREF + el cual posee un potenciómetro externo en la placa Student para poder modificar la tension de referencia. En nuestro programa colocamos una referencia externa de 1,75 V, así que antes de programar el micro debemos calibrar la referencia externa con un multímetro sobre el pin RA3 (VREF +) y asegurarnos que mide 1,75 V. Claro que es posible utilizar como referencia la tensión Vdd que en la placa Student Advanced es de 3,3 V pero perdemos resolución. El modulo USART se configura para tener una transmisión serie asincrónica a una velocidad de 9600 baudios. El generador de baudios se le asigna un baud rate de alta velocidad y de 8 bits, el registro SPBRG se carga con 25, para tener la velocidad en baudios deseada. Luego la función ADC_Convert(); nos entrega el resultado de la conversión y la función USART_Trans(); transmite un dato de 8 bits por el puerto serie.

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