Мой первый проект на PIC микроконтроллере
David Tait, david.tait@man.ac.uk
PIC16C84 (или PIC16F84) фирмы "Microchip" - миниатюрный, но мощный микроконтроллер. Он основан на EEPROM или "FLASH" технологии, позволяющей перепрограммировать его буквально за секунды. Типовое количество циклов перезаписи - около 1000. Из его 18-ти выводов 13 могут использоваться как разряды ввода/вывода общего назначения. Когда они программируются на вывод, то допускают ток "1" до 20мА и ток "0" до 25мА (более чем достаточный для подключения, например, светодиодов). Это позволяет разрабатывать на данном микроконтроллере простые и недорогие электронные устройства и делает его идеальным для желающих изучить принципы работы микроконтроллеров.
Этот короткое руководство предназначено для людей, которые только что собрали или купили программатор для PIC микроконтроллера и хотят убедиться, что оба, программатор и микроконтроллер, работают. Для этого сначала необходимо обладать некоторыми знаниями о структуре и функционировании PIC микроконтроллера. Это цоколевка выводов (см.рис.):
Выводы RA* и RB* - это контакты ввода/вывода, связанные с регистрами
микроконтроллера PORTA и PORTB соответственно (RA4 также может быть
использоваться как вход внутреннего таймера, а RB0 может быть использован
как источник прерываний). VDD и VSS - выводы питания (+Uпит и GND
соответственно). Серия 16x84 работает в широком диапазоне питающих
напряжений, но обычно VSS подключен к 0В, а VDD подключен +5В. Вывод
основного сброса /MCLR обычно подключен к VDD (напрямую или через резистор),
потому что микроконтроллер содержит надежную схему сброса при включении
питания - все, что вам надо, микроконтроллер выполнит сам. Выводы OSC1
и OSC2 подключаются к генератору тактовой частоты и могут быть сконфигурированы
для различных его типов, включая режимы кварца и RC-генератора.
Простая схема, которая используется как база для проекта с использованием
PIC16C84 представлена на рисунке:
Более наглядная схема:
Вы можете записать эти две строки в файл LIGHTS.HEX без использования MPASM. Если вы
используете один из моих PIC программаторов (например TOPIC или PP), вы можете можете загрузить этот файл
с корректной конфигурацией с помощью следующей команды:
Программа использует таймаут "watchdog" таймера как как источник синхронизации
для определения моментов включения и выключения светодиода; в результате вы можете
заставить светодиод вспыхивать с различной частотой, подключая его к различным
разрядам порта PORTB (RB0-RB7, выводы 6-13). Это необычное использование "watchdog"
таймера. Обычно "watchdog" таймер используется, чтобы удостовериться, что PIC ведет
себя в соответствии с заданной программой, и, если ваша программа специально не
сконфигурирована для использования "watchdog" таймера, активизировать его было бы
большой ошибкой. Простая программа LIGHTS использует его для выхода из режима "SLEEP"
(т.е. режима "засыпания"); при выходе из этого режима PIC увеличивает содержимое регистра
PORTB, что изменяет состояние RB0-RB7 и опять переходит в режим "засыпания" до следующего
таймаута "watchdog" таймера. "Watchdog" таймер синхронизирован внутренним RC генератором,
который имеет одинаковый период на всех PIC микроконтроллерах, следовательно, использование
"watchdog" таймера для операций со временем гарантирует, что временные задержки будут измеряться
стабильно независимо от конфигурации задающего генератора микроконтроллера или используемой
частоты (желательно, чтобы частота составляла хотя бы несколько кГц). Это свойство делает
программу LIGHTS очень удобной для начального тестирования большинства макетных плат для PIC.
Схема может быть изменена для получения значительно большего количества эффектов путем добавления
сведодиодов. Подключите первый из них к выводу RB0 (контакт 6), второй - к RB1 (контакт 7),
третий - к RB2 (контакт 8) и т.д. Наилучшим вариантом является использование как минимум четырех
светодиодов с увеличением до восьми (последний подключить к RB7, т.е. контакт 13). Каждый сведодиод
подключается через резистор 470 Ом между ножкой микроконтроллера и "землей" (см. схему). Следующая программа реализует эффект "бегущего огня":
:100000008601831686010A3081008312860A031056
Снова вы должны с указать программатору включить "watchdog" таймер и RC генератор. Если вы запишете указанные выше четыре HEX строки в файл (например, WALKLEDS.HEX), вы можете загрузить программу, используя программатор, указав ему следующие параметры:
PP -RW8 WALKLEDS.HEX (PP V-0.3)
Программа "бегущий огонь" предназначена для использования четырех светодиодов,
но вы можете изменять значение MSB для использования большего
количества светодиодов: для количества светодиодов 5, 6, 7 и 8 значения MSB должны
быть 4, 5, 6 и 7 соответственно.
В программе не используются команды TRIS и OPTIONS, не рекомендованные к применению
фирмой "MicroChip", т.к. они могут не поддерживаться в будущих микроконтроллерах.
Таким образом, в отличие от предыдущей программы, во время
ассемблирования не будут генерироваться предупреждения Для предотвращения генерации
MPASM'мом сообщений о корректном использовании регистровых банков необходимо
инвертировать старший значащий бит в любом адресе, приходящемся на банк 1 (например,
использовать TRISB^80H вместо обычного TRISB, где оператор "^" означает битовое
"исключающее ИЛИ"). Это - одна из уловок, которые используются для подавления вывода
предупреждающих сообщений MPASM.
В качестве заключительного примера рассмотрим программу, когорая демонстрирует такие же
эффекты, как и программа WALKLEDS на 4-х светодиодах. Вы обратите
внимание на то, что она значительно больше по объему и ее нельзя назвать примеров
эффективного программирования. Она всего лишь предназначена для демонстрации нескольких
ключевых идиом и технологий PIC микропроцессоров. Кроме прочего, она содержит обработчик
прерываний, процедуры записи и чтения данных встроенного FLASH EEPROM и демонстрирует, как
в PIC реализован принцип табличного поиска. Программа содержит примеры одной из наиболее
удобных особенностей MPASM, такой как два вида макрокоманд. Она также показывает, как
отменить заданное по умолчанию основание системы счисления (шестнадцатеричное) для чисел
и как внедрить информацию о конфигурации микроконтроллера. По крайней мере, по стилю она
больше напоминает "настоящую" программу для микроконтроллера.
; PATTERN.ASM
; Copyright (C) 1997 David Tait (david.tait@man.ac.uk)
2nd Edition 4/Feb/97
Оригинал статьи на английском языке
Перевод Юрия Лысенкова (yl2@mail.ru)
LIST P=16C84
;
MOVLW 0
TRIS 6
OPTION
LOOP SLEEP
INCF 6,F
GOTO LOOP
END
Эта программа написана для MPASM (бесплатный ассемблер от Microchip, доступный
по адресу http://www.microchip.com). Для
использования программы вы должны извлечь ее из этого файла любым редактором,
сохранить в другой файл (например LIGHTS.ASM), затем проассемблировать с помощью
MPASM (используйте команду "MPASM LIGHTS.ASM") для получения HEX файла LIGHTS.HEX,
который может быть загружен в микроконтроллер с помощью программатора. Не обращайте
внимания на замечания MPASM о том, что использование регистров TRIS и OPTION "не
рекомендуется". Убедитесь в том, что сторожевой таймер "watchdog" включен
и выбран RC-генератор.
Если у вас еще нет MPASM, то здесь представлен HEX-вариант приведенной выше программы:
; WALKLEDS.ASM
LIST P=16C84
;
PORTB EQU 6
TRISB EQU 86H
OPTREG EQU 81H
STATUS EQU 3
CARRY EQU 0
RP0 EQU 5
MSB EQU 3 ;номер бита для крайнего слева светодиода
;
CLRF PORTB ;погасить все светодиды
BSF STATUS,RP0 ;выбрать регистровый банк 1
CLRF TRISB^80H ;установить все разряды PORTB на вывод информации
MOVLW 0AH
MOVWF OPTREG^80H ;настроить предварительный делитель в WDT на (1:4)
BCF STATUS,RP0 ;выбрать регистровый банк 0
INCF PORTB,F ;включить крайний справа светодиод
BCF STATUS,CARRY ;очистить флаг CARRY
LEFT SLEEP ;подождать таймаута WDT ("watchdog" таймера)
RLF PORTB,F ;сдвинуть содержимое индикатора влево
BTFSS PORTB,MSB ;достигли крайней левой позиции?
GOTO LEFT ;если нет - цикл
RIGHT SLEEP ;подождать таймаута WDT
RRF PORTB,F ;сдвинуть содержимое индикатора вправо
BTFSS PORTB,0 ;достигли крайней левой позиции?
GOTO RIGHT ;если нет - цикл
GOTO LEFT ;начать новый цикл
END
Проассемблируйте эту программу с помощью MPASM для получения ее HEX представления:
:100010006300860D861D08286300860C061C0C28CC
:020020000828AE
:00000001FF
PP -RW WALKLEDS.HEX (PP V-0.4)
TOPIC -RWG WALKLEDS.HEX (TOPIC V-0.2)
PROCESSOR 16C84
__CONFIG 03FF3 ; RC генератор
PCL equ 2
STATUS equ 3 ; адреса стандартных регистров
PORTB equ 6
EEDATA equ 8
EEADR equ 9
INTCON equ 0BH
OPTREG equ 081H
TRISB equ 086H
EECON1 equ 088H
EECON2 equ 089H
RP0 equ 5
Z equ 2
GIE equ 7
T0IE equ 5
T0IF equ 2
WREN equ 2
WR equ 1
RD equ 0
#define bank0 bcf STATUS,RP0 ;выбрать Bank 0
#define bank1 bsf STATUS,RP0 ;выбрать bank 1
magic macro ;"магическая" последовательность записи в EEPROM
movlw 55H
movwf EECON2^80H
movlw 0AAH
movwf EECON2^80H
endm
cblock 0CH ;блок переменных
n_vals
n_tmp
endc
;**********************************;
; Основная точка входа в программу ;
;**********************************;
org 0
goto start
;**************************;
; Точка входа в прерывание ;
;**************************;
org 4
; Обычно содержимое необходимо сохранять перед процедурой обработки прерывания и
; восстанавливать после нее, но в данной программе в этом нет необходимости, т.к.
; процессор ничего не делает между прерываниями. Смотрите PIC datasheet для
; рекомендуемой процедуры.
movf EEADR,w
xorwf n_vals,w
btfsc STATUS,Z ;EEADR == n_vals?
clrf EEADR ;если да, то начать с нуля
call ee_rd
movf EEDATA,w ;читать EEPROM
movwf PORTB ;отобразить байт
incf EEADR,f ;новый адрес
bcf INTCON,T0IF ;очистить флаг прерывания
retfie
start clrf PORTB
bank1
clrf TRISB^80H ;все разряды порта B на вывод
movlw B'00000111'
movwf OPTREG^80H ;таймер 0 предварительный делитель 256:1
bsf EECON1^80,WREN ;разрешить запись в EEPROM
bank0
call ee_init ;пересылка таблицы в EEPROM
bank1
bcf EECON1^80H,WREN ;запретить запись в EEPROM
bank0
bsf INTCON,T0IE ;разрешить прерывания от таймера
bsf INTCON,GIE ;разрешить все прерывания
loop goto loop ;"холостой" цикл
; ee_init
;
; инициализация EEPROM из таблицы
ee_init clrw
call lut ;получить кол-во элементов в таблице
movwf n_vals ;и сохранить
movwf n_tmp ;сохранить еще раз
clrf EEADR
decf EEADR,f ;EEADR = -1
ee_in1 incf EEADR,f ;следующий адрес
movf EEADR,w
addlw 1
call lut ;получить соответствующее значение таблицы
movwf EEDATA
call ee_wr ;запись в EEPROM
decfsz n_tmp,f ;есть еще?
goto ee_in1 ;да
clrf EEADR ;нет, завершить
return
; lut
;
; просмотр таблицы
lut addwf PCL,f ;добавить W к PCL для получ. адреса эл-та таблицы
retlw D'12' ;число элементов в таблице
retlw B'1000' ;первый элемент
retlw B'1000'
retlw B'0100'
retlw B'0100'
retlw B'0010'
retlw B'0010'
retlw B'0001'
retlw B'0001'
retlw B'0010'
retlw B'0010'
retlw B'0100'
retlw B'0100' ;последний элемент
; ee_wr
;
; Записать байт из EEDATA в EEPROM по адресу в EEADR. Прерывания
; должны быть запрещены перед вызовом ee_wr.
ee_wr bank1
magic ;вызов "волшебной" последовательности
bsf EECON1^80H,WR ;начать запись
ee_wr1 btfsc EECON1^80H,WR ;запись завершена?
goto ee_wr1 ;нет
bank0
return
; ee_rd
;
; Прочитать байт EEPROM из EEPROM по адресу EEADR в EEDATA
ee_rd bank1
bsf EECON1^80H,RD ;начать запись
bank0
return ;при возвращении чтение должно быть завершено
end
Это HEX файл, сформированный MPASM (запишите его как PATTERN.HEX):
:020000000E28C8
:0800080009080C060319890127
:10001000442008088600890A0B110900860183160E
:10002000860107308100081583121C2083160811F1
:1000300083128B168B171B2800012C208C008D003F
:1000400089018903890A0908013E2C2088003A2089
:100050008D0B22288901080082070C3408340834EB
:1000600004340434023402340134013402340234DE
:1000700004340434831655308900AA30890088146A
:100080008818402883120800831608148312080079
:02400E00F33F7E
:00000001FF
При использовании моего программатора это может быть выполнено с помощью следующей
команды:
PP PATTERN.HEX (PP V-0.4)
TOPIC -G PATTERN.HEX (TOPIC V-0.2)
Эти программы могут показаться не слишком совершенными, но если вы только что собрали или купили
программатор PIC и поспешно собрали простую испытательную схему, то такая программа для включения и
выключения светодиодов вам пригодится.