Ejemplos - Capítulo 4 - Libro: Microcontroladores PIC - Programación en BASIC

Capítulo 4: Ejemplos

El propósito de este capítulo es de proporcionar la información básica que necesita saber para ser capaz de utilizar microcontroladores con éxito en la práctica. Por eso, este capítulo no contiene ningún programa muy elaborado, tampoco dispone de un esquema de dispositivo con soluciones extraordinarias. Por el contrario, los siguientes ejemplos son la mejor prueba de que escribir un programa no es un privilegio ni cosa de talento, sino una habilidad de “poner las piezas juntas del rompecabezas” al utilizar directivas. Tenga la seguridad de que el diseño y el desarrollo de los dispositivos generalmente siguen al método “probar-corregir-repetir”. Por supuesto, cuánto más ahonde sobre el tema, más se complica, ya que tanto los niños como los arquitectos de primera línea, ponen las piezas juntas del rompecabezas.

4.1 CONEXIÓN BÁSICA

Para que un microcontrolador funcione apropiadamente es necesario proporcionar lo siguiente:

Como se muestra en la figura anterior, se trata de circuitos simples, pero no tiene que ser siempre así. Si el dispositivo destino se utiliza para controlar las máquinas caras o para mantener funciones vitales, todo se vuelve mucho más complicado.

ALIMENTACIÓN

Aunque el PIC16F887 es capaz de funcionar a diferentes voltajes de alimentación, no es recomendable probar la ley de Murphy. Lo más adecuado es proporcionar un voltaje de alimentación de 5V DC. Este circuito, mostrado en la página anterior, utiliza un regulador de voltaje positivo de tres terminales LM7805. Es un regulador integrado y barato que proporciona una estabilidad de voltaje de alta calidad y suficiente corriente para habilitar el funcionamiento apropiado del controlador y de los periféricos (aquí suficiente significa una corriente de 1A).

SEÑAL DE REINICIO

Para que un microcontrolador pueda funcionar apropiadamente, un uno lógico (VCC) se debe colocar en el pin de reinicio. El botón de presión que conecta el pin MCLR a GND no es necesario. Sin embargo, este botón casi siempre está proporcionado ya que habilita al microcontrolador volver al modo normal de funcionamiento en caso de que algo salga mal. Al pulsar sobre el botón RESET, el pin MCLR se lleva un voltaje de 0V, el microcontrolador se reinicia y la ejecución de programa comienza desde el principio. Una resistencia de 10k se utiliza para impedir un corto circuito a tierra al presionar este botón.

SEÑAL DE RELOJ

A pesar de tener un oscilador incorporado, el microcontrolador no puede funcionar sin componentes externos que estabilizan su funcionamiento y determinan su frecuencia (velocidad de operación del microcontrolador). Dependiendo de los elementos utilizados así como de las frecuencias el oscilador puede funcionar en cuatro modos diferentes:

Cristal de cuarzo

Al utilizar el cristal de cuarzo para estabilizar la frecuencia, un oscilador incorporado funciona a una frecuencia determinada, y no es afectada por los cambios de temperatura y de voltaje de alimentación. Esta frecuencia se etiqueta normalmente en el encapsulado del cristal.

Aparte del cristal, los condensadores C1 y C2 deben estar conectados como se muestra en el siguiente esquema. Su capacitancia no es de gran importancia. Por eso, los valores proporcionados en la siguiente tabla se deben tomar como recomendación y no como regla estricta.

Resonador cerámico

Un resonador cerámico es más barato y muy similar a un cuarzo por la función y el modo de funcionamiento. Por esto, los esquemas que muestran su conexión al microcontrolador son idénticos. No obstante, los valores de los condensadores C1 y C2 difieren un poco debido a las diferentes características eléctricas. Refiérase a la tabla que está a continuación.

Estos resonadores se conectan normalmente a los osciladores en caso de que no sea necesario proporcionar una frecuencia extremadamente precisa.

Oscilador RC

Si la frecuencia de operación no es de importancia, entonces no es necesario utilizar los componentes caros y adicionales para la estabilización. En vez de eso, basta con utilizar una simple red RC, mostrada en la siguiente figura. Como aquí es utilizada sólo la entrada del oscilador de reloj del microcontrolador, la señal de reloj con la frecuencia Fosc/4 aparecerá en el pin OSC2. Ésta es la frecuencia de operación del microcontrolador, o sea la velocidad de ejecución de instrucciones.

Oscilador externo

Si se requiere sincronizar el funcionamiento de varios microcontroladores o si por alguna razón no es posible utilizar ninguno de los esquemas anteriores, una señal de reloj se puede generar por un oscilador externo. Refiérase a la siguiente figura.

4.2 COMPONENTES ADICIONALES

A pesar del hecho de que el microcontrolador es un producto de la tecnología moderna, no es tan útil sin estar conectado a los componentes adicionales. Dicho de otra manera, el voltaje llevado a los pines del microcontrolador no sirve para nada si no se utiliza para llevar a cabo ciertas operaciones como son encender/apagar, desplazar, visualizar etc.

Esta parte trata los componentes adicionales utilizados con más frecuencia en la práctica, tales como resistencias, transistores, diodos LED, visualizadores LED, visualizadores LCD y los circuitos de comunicación RS-232.

INTERRUPTORES Y BOTONES DE PRESIÓN

Los interruptores y los botones de presión son los dispositivos simples para proporcionar la forma más simple de detectar la aparición de voltaje en un pin de entrada del microcontrolador. No obstante, no es tan simple como parece...Es por un rebote de contacto. El rebote de contacto es un problema común en los interruptores mecánicos.

Al tocarse los contactos, se produce un rebote por su inercia y elasticidad. Por consiguiente, la corriente eléctrica es rápidamente pulsada en lugar de tener una clara transición de cero a la corriente máxima. Por lo general, esto ocurre debido a las vibraciones, los desniveles suaves y la suciedad entre los contactos. El rebote ocurre demasiado rápido, asi que no es posible percibirlo al utilizar estos componentes en la vida cotidiana. Sin embargo, pueden surgir problemas en algunos circuitos analógicos y lógicos que responden lo suficientemente rápido de manera que malinterpreten los pulsos producidos al tocarse los contactos como un flujo de datos. De todos modos, el proceso entero no dura mucho (unos pocos micro - o milisegundos), pero dura lo suficiente para que lo detecte el microcontrolador. Al utilizar sólo un botón de presión como una fuente de señal de contador, en casi 100% de los casos ocurren los errores.

El problema se puede resolver con facilidad al conectar un simple circuito RC para suprimir rápidos cambios de voltaje. Como el período del rebote no está definido, los valores de los componentes no están precisamente determinados. En la mayoría de los casos es recomendable utilizar los valores que se muestran en la siguiente figura.

Si se necesita una estabilidad completa, entonces hay que tomar medidas radicales. La salida del circuito, mostrado en la siguiente figura (biestable RS, también llamado flip flop RS), cambiará de estado lógico después de detectar el primer pulso producido por un rebote de contacto. Esta solución es más cara (interruptor SPDT), pero el problema es resuelto.

Aparte de estas soluciones de hardware, hay también una simple solución de software. Mientras el programa prueba el estado de circuito lógico de un pin de entrada, si detecta un cambio, hay que probarlo una vez más después de un cierto tiempo de retardo. Si el programa confirma el cambio, esto significa que un interruptor/botón de presión ha cambiado de posición. Las ventajas de esta solución son obvias: es gratuita, se borran los efectos del rebote de contacto y se puede aplicar a los contactos de una calidad más baja también.

RELÉS

Un relé es un interruptor eléctrico que se abre y se cierra bajo el control de otro circuito electrónico. Por eso está conectado a los pines de salida del microcontrolador y utilizado para encender/apagar los dispositivos de alto consumo tales como: motores, transformadores, calefactores, bombillas etc. Estos dispositivos se colocan casi siempre lejos de los componentes sensibles de la placa. Hay varios tipos de relés, pero todos funcionan de la misma manera. Al fluir la corriente por la bobina, el relé funciona por medio de un electromagneto, abriendo y cerrando uno o más conjunto de contactos. Similar a los optoacopladores no hay conexión galvánica (contacto eléctrico) entre los circuitos de entrada y salida. Los relés requieren con frecuencia tanto un voltaje más alto y una corriente más alta para empezar a funcionar. También hay relés miniatura que se pueden poner en marcha por una corriente baja obtenida directamente de un pin del microcontrolador.

La figura que sigue muestra la solución utilizada con más frecuencia en caso de conectar un relé a los dispositivos alimentados por la red eléctrica.

Para prevenir la aparición de un alto voltaje de autoinducción, causada por una parada repentina del flujo de corriente por la bobina, un diodo polarizado invertido se conecta en paralelo con la bobina. El propósito de este diodo es de “cortar” este pico de voltaje.

DIODOS LED

Probablemente sepa todo lo que necesita saber sobre los diodos LED, pero también debe pensar en los jóvenes... A ver, ¿cómo destruir un LED? Bueno...muy fácil.

Quemar con rapidez

Como cualquier otro diodo, los LEDs tienen dos puntas - un ánodo y un cátodo. Conecte un diodo apropiadamente a la fuente de alimentación y va a emitir luz sin ningún problema. Ponga al diodo al revés y conéctelo a la misma fuente de alimentación (aunque sea por un momento). No emitirá luz - ¡nunca más!

Quemar lentamente

Hay un límite de corriente nominal, o sea, límite de corriente máxima especificada para cada LED que no se deberá exceder. Si eso sucede, el diodo emitirá luz más intensiva, pero sólo por un período corto de tiempo.

Algo para recordar

De manera similar, todo lo que tiene que hacer es elegir una resistencia para limitar la corriente mostrada a continuación. Dependiendo de voltaje de alimentación, los efectos pueden ser espectaculares.

VISUALIZADOR LED

Básicamente, un visualizador LED no es nada más que varios diodos LED moldeados en la misma caja plástica. Hay varios tipos de los visualizadores y algunos de ellos están compuestos por varias docenas de diodos incorporados que pueden visualizar diferentes símbolos. No obstante, el visualizador utilizado con más frecuencia es el visualizador de 7 segmentos. Está compuesto por 8 LEDs. Los siete segmentos de un dígito están organizados en forma de un rectángulo para visualizar los símbolos, mientras que el segmento adicional se utiliza para el propósito de visualizar los puntos decimales. Para simplificar la conexión, los ánodos y los cátodos de todos los diodos se conectan al pin común así que tenemos visualizadores de ánodo común y visualizadores de cátodo común, respectivamente. Los segmentos están etiquetados con letras de a a g y dp, como se muestra en la siguiente figura. Al conectarlos, cada diodo LED se trata por separado, lo que significa que cada uno dispone de su propia resistencia para limitar la corriente.

Aquí le presentamos unas cosas importantes a las que debe prestar atención al comprar un visualizador LED:

Los visualizadores LED conectados al microcontrolador normalmente ocupan un gran número de los pines de E/S valiosos, lo que puede ser un problema sobre todo cuando se necesita visualizar los números compuestos por varios dígitos. El problema se vuelve más obvio si, por ejemplo, se necesita visualizar dos números de seis dígitos (un simple cálculo muestra que en este caso se necesitan 96 pines de salida). La solución de este problema es denominada multiplexión. Aquí es cómo se ha hecho una ilusión óptica basada en el mismo principio de funcionamiento como una cámara de película. Un sólo dígito está activo a la vez, pero se tiene la impresión de que todos los dígitos de un número están simultáneamente activos por cambiar tan rápidamente de las condiciones de encendido/apagado.

Veamos la figura anterior. Primero se aplica un byte que representa unidades al puerto PORT2 del microcontrolador y se activa el transistor T1 a la vez. Después de poco tiempo, el transistor T1 se apaga, un byte que representa decenas se aplica al puerto PORT2 y el transistor T2 se activa. Este proceso se está repitiendo cíclicamente a alta velocidad en todos los dígitos y transistores correspondientes.

Lo decepcionante es que el microcontrolador es sólo un tipo de computadora miniatura di-señada para interpretar el lenguaje de ceros y unos, lo que se pone de manifiesto al visualizar cualquier dígito. Concretamente, el microcontrolador no conoce cómo son unidades, decenas, centenas, ni diez dígitos a los que estamos acostumbrados. Por esta razón, cada número a visualizar debe pasar por el siguiente procedimiento:

Antes que nada, un número de varios dígitos debe ser dividido en unidades, centenas etc. en una subrutina específica. Luego, cada de estos dígitos se debe almacenar en los bytes particulares. Los dígitos se hacen reconocibles al realizar “enmascaramiento”. En otras pa-labras, el formato binario de cada dígito se sustituye por una combinación diferente de los bits por medio de una subrutina simple. Por ejemplo, el dígito 8 (0000 1000) se sustituye por el número binario 0111 1111 para activar todos los LEDs que visualizan el número 8. El único diodo que queda inactivo aquí está reservado para el punto decimal.

Si un puerto del microcontrolador está conectado al visualizador de tal manera que el bit 0 active el segmento ‘a’, el bit 1 active el segmento ‘b’, el bit 2 active el segmento ‘c’ etc, entonces la tabla que sigue muestra la “máscara” para cada dígito.

Además de los dígitos de 0 a 9, hay algunas letras - A, C, E, J, F, U, H, L, b, c, d, o, r, t - que se pueden visualizar al enmascarar.

En caso de que se utilicen los visualizadores de ánodo común, todos los unos contenidos en la tabla anterior se deben sustituir por ceros y viceversa. Además, los transistores PNP se deben utilizar como controladores.

OPTOACOPLADORES

Un optoacoplador es un dispositivo frecuentemente utilizado para aislar galvánicamente el microcontrolador de corriente o voltaje potencialmente peligroso de su entorno. Los optoacopladores normalmente disponen de una, dos o cuatro fuentes de luz (diodos LED) en su entrada mientras que en su salida, frente a los diodos, se encuentra el mismo número de los elementos sensibles a la luz (foto-transistores, foto-tiristores, foto-triacs). El punto es que un optoacoplador utiliza una corta ruta de transmisión óptica para transmitir una señal entre los elementos de circuito, que están aislados eléctricamente. Este aislamiento tiene sentido sólo si los diodos y los elementos foto-sensitivos se alimentan por separado. Así, el microcontrolador y los componentes adicionales y caros están completamente protegidos de alto voltaje y ruidos que son la causa más frecuente de destrucción, daño y funcionamiento inestable de los dispositivos electrónicos en la práctica. Los optoacopladores utilizados con más frecuencia son aquéllos con foto-transistores en sus salidas. En los optoacopladores con la base conectada al pin 6 interno (también hay optoacopladores sin ella), la base puede quedarse desconectada.

La red R/C representada por una línea quebrada en la figura anterior indica una conexión opcional de la base de transistores dentro del optoacoplador, que reduce los efectos de ruidos al eliminar los pulsos muy cortos.

VISUALIZADOR LCD

Este componente está específicamente fabricado para ser utilizado con los microcontroladores, lo que significa que no se puede activar por los circuitos integrados estándar. Se utiliza para visualizar los diferentes mensajes en un visualizador de cristal líquido miniatura. El modelo descrito aquí es el más utilizado en la práctica por su bajo precio y grandes capacidades. Está basado en el microcontrolador HD44780 (Hitachi) integrado y puede visualizar mensajes en dos líneas con 16 caracteres cada una. Puede visualizar todas las letras de alfabeto, letras de alfabeto griego, signos de puntuación, símbolos matemáticos etc. También es posible visualizar símbolos creados por el usuario. Entre otras características útiles es el desplazamiento automático de mensajes (a la izquierda y a la derecha), aparición del cursor, retroiluminación LED etc.

Pines del visualizador LCD

A lo largo de un lado de una placa impresa pequeña del visualizador LCD se encuentran los pines que le permiten estar conectado al microcontrolador. Hay 14 pines en total marcados con números (16 si hay retroiluminación). Su función se muestra en la tabla que sigue:

Pantalla LCD

Una pantalla LCD puede visualizar dos líneas con 16 caracteres cada una. Cada carácter consiste en 5x8 o 5x11 píxeles. Este libro cubre un visualizador de 5x8 píxeles que es utilizado con más frecuencia.

El contraste del visualizador depende del voltaje de alimentación y de si los mensajes se visualizan en una o dos líneas. Por esta razón, el voltaje variable 0-Vdd se aplica al pin marcado como Vee. Un potenciómetro trimer se utiliza con frecuencia para este propósito. Algunos de los visualizadores LCD tienen retroiluminación incorporada (diodos LED azules o verdes). Al utilizarlo durante el funcionamiento, se debe de conectar una resistencia en serie a uno de los pines para limitar la corriente (similar a diodos LED).

Si no hay caracteres visualizados o si todos los caracteres están oscurecidos al encender el visualizador, lo primero que se debe hacer es comprobar el potenciómetro para ajustar el contraste. ¿Está ajustado apropiadamente? Lo mismo se aplica si el modo de funcionamiento ha sido cambiado (escribir en una o en dos líneas).

Memoria LCD

El visualizador LCD dispone de tres bloques de memoria:

Memoria DDRAM

La memoria DDRAM se utiliza para almacenar los caracteres a visualizar. Tiene una capacidad de almacenar 80 caracteres. Algunas localidades de memoria están directamente conectadas a los caracteres en el visualizador.

El principio de funcionamiento de la memoria DDRAM muy simple: basta con configurar el visualizador para incrementar direcciones automáticamente (desplazamiento a la derecha) y establecer la dirección inicial para el mensaje que se va a visualizar (por ejemplo 00 hex).

Luego, todos los caracteres enviados por las líneas D0-D7 se van a visualizar en el formato de mensaje al que nos hemos acostumbrado - de la izquierda a la derecha. En este caso, la visualización empieza por el primer campo de la primera línea ya que la dirección inicial es 00hex. Si se envía más de 16 caracteres, todos se memorizarán, pero sólo los primeros 16 serán visibles. Para visualizar los demás, se debe utilizar el comando shift. Virtualmente, parece como si el visualizador LCD fuera una ventana, desplazándose de la izquierda a la derecha sobre las localidades de memoria con diferentes caracteres. En realidad, así es cómo se creó el efecto de desplazar los mensajes sobre la pantalla.

Si se habilita ver el cursor, aparecerá en la localidad actualmente direccionada. En otras palabras, si un carácter aparece en la posición del cursor, se va a mover automáticamente a la siguiente localidad direccionada.

Como sugiere su nombre, la memoria DDRAM es un tipo de memoria RAM así que los datos se pueden escribir en ella y leer de ella, pero su contenido se pierde irrecuperablemente al apagar la fuente de alimentación.

Memoria CGROM

La memoria CGROM contiene un mapa estándar de todos los caracteres que se pueden visualizar en la pantalla. A cada carácter se le asigna una localidad de memoria:

Las direcciones de las localidades de memoria CGROM corresponden a los caracteres ASCII. Si el programa que se está actualmente ejecutando llega al comando ‘enviar el carácter P al puerto’, el valor binario 0101 0000 aparecerá en el puerto. Este valor es el equivalente ASCII del carácter P. Al escribir este valor en un LCD, se visualizará el símbolo de la localidad 0101 0000 de la CGROM. En otras palabras, se visualizará el carácter P. Esto se aplica a todas las letras del alfabeto (minúsculas y mayúsculas), pero no se aplica a los números.

Como se muestra en el mapa anterior, las direcciones de todos los dígitos se desplazan por 48 en relación con sus valores (dirección del dígito 0 es 48, dirección del dígito 1 es 49, dirección del dígito 2 es 50 etc.). Por consiguiente, para visualizar los dígitos correctamente es necesario añadir el número decimal 48 a cada uno antes de enviarlos a un LCD.

¿Qué es un código ASCII? Desde su aparición hasta hoy en día, las computadoras han sido capaces de reconocer solamente números, y no las letras. Esto significa que todos los datos que una computadora intercambia con un pe-riférico, reconocidos como letras por los humanos, en realidad están en el formato binario (el teclado es un buen ejemplo). En otras palabras, a cada carácter le corresponde la combinación única de ceros y unos. El código ASCII representa una codificación de caracteres basada en el alfabeto inglés. El ASCII especifica una correspondencia entre los símbolos de caracteres estándar y sus equivalentes numéricos.

Memoria CGRAM

Además de los caracteres estándar, el visualizador LCD puede visualizar símbolos definidos por el usuario. Esto puede ser cualquier símbolo de 5x8 píxeles. La memoria RAM deno-minada CGRAM de 64 bytes lo habilita.

Los registros de memoria son de 8 bits de anchura, pero sólo se utilizan 5 bits más bajos. Un uno lógico (1) en cada registro representa un punto oscurecido, mientras que 8 localidades agrupados representan un carácter. Esto se muestra en la siguiente figura:

Los símbolos están normalmente definidos al principio del programa por una simple escri-tura de ceros y unos de la memoria CGRAM así que crean las formas deseadas. Para visualizarlos basta con especificar su dirección. Preste atención a la primera columna en el mapa de caracteres CGROM. No contiene direcciones de la memoria RAM, sino los símbolos de los que se está hablando aquí. En este ejemplo ‘visualizar 0’ significa visualizar ‘sonrisa’, ‘visualizar 1’ significa - visualizar ‘ancla’ etc.

Comandos básicos del visualizador LCD

Todos los datos transmitidos a un visualizador LCD por las salidas D0-D7 serán interpretados como un comando o un dato, lo que depende del estado lógico en el pin RS:

En la siguiente tabla se muestra una lista de comandos relacionados con la operación del LCD:

¿QUÉ ES UNA BANDERA DE OCUPADO (BUSY FLAG)?

En comparación al microcontrolador, el LCD es un componente extremadamente lento. Por esta razón, era necesario proporcionar una señal que, al ejecutar un comando, indicaría que el visualizador estaba listo para recibir el siguiente dato. Esta señal denominada bandera de ocupado (busy flag) se puede leer de la línea D7. El visualizador está listo para recibir un nuevo dato cuando el voltaje en esta línea es de 0V (BF=0).

Conectar el visualizador LCD

Dependiendo de cuántas líneas se utilizan para conectar un LCD al microcontrolador, hay dos modos de LCD, el de 8 bits y el de 4 bits. El modo apropiado se selecciona en el inicio del funcionamiento en el proceso denominado ‘inicialización’. El modo de LCD de 8 bits utiliza los pines D0-D7 para transmitir los datos, como hemos explicado en la página anterior.

El propósito principal del modo de LCD de 4 bits es de ahorrar los valiosos pines de E/S del microcontrolador. Sólo los 4 bits más altos (D4-D7) se utilizan para la comunicación, mientras que los demás pueden quedarse desconectados. Cada dato se envía al LCD en dos pasos - primero se envían 4 bits más altos (normalmente por las líneas D4-D7), y luego los 4 bits más bajos. La inicialización habilita que el LCD conecte e interprete los bits recibidos correctamente.

Pocas veces se leen los datos del LCD (por lo general se transmiten del microcontrolador al LCD) así que, con frecuencia, es posible guardar un pin de E/S de sobra. Es simple, basta con conectar el pin L/E a Tierra. Este “ahorro” del pin tiene su precio. Los mensajes se visualizarán normalmente, pero no será posible leer la bandera de ocupado ya que tampoco es posible leer los datos del visualizador. Afortunadamente, hay una solución simple. Después de enviar un carácter o un comando es importante dar al LCD suficiente tiempo para hacer su tarea. Debido al hecho de que la ejecución de un comando puede durar aproximadamente 1.64mS, el LCD tarda como máximo 2mS en realizar su tarea.

Inicializar el visualizador LCD

Al encender la fuente de alimentación, el LCD se reinicia automáticamente. Esto dura aproximadamente 15mS. Después de eso, el LCD está listo para funcionar. Asimismo, el modo de funcionamiento está configurado por defecto de la siguiente manera:

Por lo general, el reinicio automático se lleva a cabo sin problemas. ¡En la mayoría de los casos, pero no siempre! Si por cualquier razón, el voltaje de alimentación no llega a su má-ximo valor en 10mS, el visualizador se pone a funcionar de manera completamente imprevisible. Si la unidad de voltaje no es capaz de cumplir con las condiciones o si es necesario proporcionar un funcionamiento seguro, se aplicará el proceso de inicialización. La inicialización, entre otras cosas, reinicia de nuevo al LCD, al habilitarle un funcionamiento normal.

Hay dos algoritmos de inicialización. Cuál se utilizará depende de si la conexión al microcontrolador se realiza por el bus de datos de 4 o 8 bits. En ambos casos, después de inicialización sólo queda especificar los comandos básicos y después, será posible enviar los mensajes al visualizador LCD.

Refiérase a la Figura que sigue para el procedimiento de inicialización por el bus de datos de 8 bits:

¡Esto no es un error! En este algoritmo el mismo valor se envía sucesivamente tres veces al visualizador LCD envía sucesivamente.

El procedimiento de inicialización por el bus de datos de 4 bits:

Vamos a hacerlo en mikroBasic...

EJEMPLOS PRÁCTICOS

El proceso de crear un proyecto nuevo es muy simple. Seleccione la opción New Project del menú Project como se muestra en la Figura de la derecha.

Aparecerá una ventana que le guiará a través del proceso de creación de un proyecto nuevo. La ventana de entrada de este programa contiene una lista de acciones a realizar para crear un proyecto nuevo. Pulse el botón Next.

El proceso de creación de un proyecto nuevo consiste en cinco pasos:

Después de crear el proyecto, aparecerá una ventana blanca en la que debe escribir el programa. Vea la siguiente figura:

Una vez creado el programa, es necesario compilarlo en un código .hex. Seleccione una de las opciones para compilar del menú Project:

Todos los errores encontrados durante la compilación aparecerán en la ventana Messages. Si no hay errores en el programa, el compilador mikroBasic PRO for PIC generará los correspondientes archivos de salida.

4.3 EJEMPLO 1

Escribir cabecera, configurar pines de E/S, utilizar la función Delay

El único propósito de este programa es de encender varios diodos LED en el puerto PORTB. Utilice este ejemplo para examinar cómo es un programa real. La siguiente figura muestra el esquema de conexión, mientras que el programa se encuentra en la siguiente página.

Al encender la fuente de alimentación, cada segundo, el diodo LED en el puerto PORTB emite luz, lo que indica que el microcontrolador está conectado correctamente y que funciona normalmente.

En este ejemplo se muestra cómo escribir una cabecera correctamente. Lo mismo se aplica a todos los programas descritos en este libro. Para no repetir, en los siguientes ejemplos no vamos a escribir la cabecera. Se considera estar en el principio de cada programa, marcada como Cabecera.

Para hacer este ejemplo más interesante, vamos a habilitar que los LEDs conectados al puerto PORTB parpadeen. Hay varios modos de hacerlo:

4.4 EJEMPLO 2

Utilizar instrucciones en ensamblador y el oscilador interno LFINTOSC...

En realidad, esto es una continuación del ejemplo anterior, pero se ocupa de un problema un poco más complicado... El propósito es hacer los LEDs en el puerto PORTB parpadear lentamente. Se puede realizar al introducir un valor suficiente grande para el parámetro del tiempo de retardo en la función Delay. No obstante, hay otra manera más eficiente para ejecutar el programa lentamente. Acuérdese de que este microcontrolador tiene un oscilador incorporado LFINTOSC que funciona a una frecuencia de 31kHz. Ahora llegó la hora de “darle una oportunidad”.

El programa se inicia con el bucle do-while y se queda allí por 20 ciclos. Después da cada iteración, llega el tiempo de retardo de 100ms, indicado por un parpadeo relativamente rápido de los LEDs en el puerto PORTB. Cuando el programa salga de este bucle, el microcontrolador se inicia al utilizar el oscilador LFINTOSC como una fuente de señal de reloj. Los LEDs parpadean más lentamente aunque el programa ejecuta el mismo bucle do-while con un tiempo de retardo 10 veces más corto.

Con el propósito de hacer evidentes algunas situaciones potencialmente peligrosas, se activan los bits de control por medio de las instrucciones en ensamblador. Dicho de manera sencilla, al entrar o salir una instrucción en ensamblador en el programa, el compilador no almacena los datos en un banco actualmente activo de la RAM, lo que significa que en esta sección de programa, la selección de bancos depende del registro SFR utilizado. Al volver a la sección de programa escrito en Basic, los bits de control RP0 y RP1 deben recuperar el estado que tenían antes de introducir la secuencia en ensamblador. En este caso se utiliza la variable auxiliar saveBank para guardar el estado de estos dos bits.

Usted ha notado que la señal de reloj ha sido cambiado al vuelo. Para asegurarse de eso, quite el cristal de cuarzo antes de encender al microcontrolador. El microcontrolador no podrá empezar a funcionar porque la Palabra de Configuración cargada en el programa requiere proporcionar el cristal de cuarzo. Al quitar el cristal más tarde durante el funcionamiento, no pasará nada, o sea, eso no afectará nada al microcontrolador.

4.5 EJEMPLO 3

Timer0 como un contador, declarar variables nuevas, utilizar símbolos, utilizar relés...

En cuanto a los ejemplos anteriores, el microcontrolador ha ejecutado el programa sin haber sido afectado de ninguna forma por su entorno. En la práctica, hay pocos dispositivos que funcionen de esta manera (por ejemplo, un simple controlador de luz de neón). Los pines de entrada se utilizan también en este ejemplo. En la siguiente figura se muestra un esquema, mientras que el programa está en la siguiente página. Todo sigue siendo muy simple. El temporizador TMR0 se utiliza como un contador. La entrada del contador está conectada a un botón de presión, así que cada vez que se presiona el botón, el temporizador Timer0 cuenta un pulso. Cuando el número de pulsos coincida con el número almacenado en el registro TEST, un uno lógico (5V) aparecerá en el pin PORTD.3. Este voltaje activa un relé electromecánico, y por eso este bit se le denomina ‘RELÉ’ en el programa.

En este ejemplo, el registro TEST almacena el número 5. Por supuesto, eso puede ser cualquier número obtenido al calcular o definido como una constante. Además, el microcontrolador puede activar algún otro dispositivo en vez de relé, mientras que el sensor se puede utilizar en vez del botón de presión. Este ejemplo muestra una de las aplicaciones más comunes del microcontrolador en la industria; al realizar una cosa el suficiente número de veces, otra cosa debe estar encendida o apagada.

Sólo un símbolo (RELÉ) se utiliza aquí. Se le asigna el tercer pin del puerto PORTD en la declaración.

4.6 EJEMPLO 4

Utilizar los temporizadores Timer0, Timer1 y Timer2. Utilizar interrupciones, declarar nuevos procedimientos...

Al analizar los ejemplos anteriores, es probable que se haya fijado en la desventaja de proporcionar tiempo de retardo por medio de la función Delay. En estos casos, el microcontrolador se queda ‘estático’ y no hace nada. Simplemente espera que transcurra una cierta cantidad de tiempo. Tal pérdida de tiempo es un lujo inaceptable, por lo que se deberá aplicar otro método.

¿Se acuerda usted del capítulo de los temporizadores? ¿Se acuerda de lo de interrupciones? Este ejemplo los conecta de una manera práctica. El esquema se queda inalterada, y el desafío sigue siendo presente. Es necesario proporcionar un tiempo de retardo suficiente largo para darse cuenta de los cambios en el puerto. Para este propósito se utiliza el temporizador TMR0 con el pre-escalador asignado. Siempre que se genere una interrupción con cada desbordamiento en el registro del temporizador, la variable cnt se aumenta automáticamente en 1 al ejecutarse cada rutina de interrupción. Cuando la variable llega al valor 50, el puerto PORTB se incrementa en 1. Todo el procedimiento se lleva a cabo “entre bastidores”, lo que habilita al microcontrolador hacer otra tarea.

Siempre que se produzca un desbordamiento en el registro del temporizador TRM0, ocurre una interrupción.

En este caso, una interrupción se habilita después de que se produzca un desbordamiento en el registro del temporizador TMR1 (TMR1H, TMR1L). Además, la combinación de los bits que varía en el puerto POTRB difiere de la en el ejemplo anterior.

En este ejemplo, una interrupción ocurre después de que se produce un desbordamiento en el registro del temporizador TMR2. Para invertir el estado lógico de los pines del puerto se utiliza el procedimiento Reemplazar, que normalmente no pertenece al lenguaje mikroBasic.

4.7 EJEMPLO 5

Utilizar el temporizador perro - guardián

Este ejemplo muestra cómo NO se debe utilizar el temporizador perro-guardián. Un comando utilizado para reiniciar este temporizador se omite a propósito en el bucle del programa principal, lo que habilita al temporizador perro guardián “ganar la batalla del tiempo” y reiniciar al microcontrolador. Por consiguiente, el microcontrolador se va a reiniciar sin parar, lo que indicará el parpadeo de los LEDs del puerto PORTB.

Para que este ejemplo funcione apropiadamente, es necesario habilitar al temporizador perro-guardián al seleccionar la opción Tools/mE Programmer/Watchdog Timer - Enabled.

4.8 EJEMPLO 6

Módulo CCP1 como generador de señal PWM

Este ejemplo muestra el uso del módulo CCP1 en modo PWM. Para hacer las cosas más interesantes, la duración de los pulsos en la salida P1A (PORTC,2) se puede cambiar por medio de los botones de presión simbólicamente denominados ‘OSCURO’ y ‘CLARO’. La duración ajustada se visualiza como una combinación binaria en el puerto PORTB. El funcionamiento de este módulo está bajo el control de las funciones pertenecientes a la librería especializada PWM. Aquí se utilizan las tres de ellas:

La librería PWM también contiene la función PWM_Stop utilizada para deshabilitar este modo. Su prototipo es: sub procedurePWM1_Stop()

Para que este ejemplo funcione apropiadamente, es necesario marcar las siguientes librerías en la ventana Library Manager antes de compilar el programa:

4.9 EJEMPLO 7

Utilizar el convertidor A/D

El convertidor A/D del microcontrolador PIC16F887 se utiliza en este ejemplo. ¿Hace falta decir que todo es pan comido? Una señal analógica variable se aplica al pin AN2, mientras que el resultado de la conversión de 10 bits se muestra en los puertos POTRB y PORTD (8 bits menos significativos en el puerto PORTD y 2 bits más significativos en el puerto PORTB). La Tierra (GND) se utiliza como voltaje de referencia bajo Vref-, mientras que VCC se utiliza como voltaje de referencia positivo.

Si se utiliza el voltaje variable como Vref+ (refiérase a la línea punteada), se habilita estirar y encojer la escala de medición.

En otras palabras, el convertidor A/D siempre genera un resultado binario de 10 bits, lo que significa que reconoce 1024 niveles de voltaje en total (210=1024). La diferencia entre dos niveles de voltaje no es siempre la misma. Cuánto menor sea la diferencia entre Vref+ y Vref-, tanto menor será la diferencia entre dos de 1024 niveles. Como hemos visto, el convertidor A/D es capaz de detectar pequeños cambios de voltaje.

Para que este ejemplo funcione apropiadamente, es necesario marcar la librería ADC en la ventana Library Manager antes de compilar el programa:

4.10 EJEMPLO 8

Utilizar memoria EEPROM

Este ejemplo muestra cómo escribir y leer la memoria EEPROM incorporada. El programa funciona de la siguiente manera. El bucle principal lee constantemente el contenido de localidad de la memoria EEPROM en la dirección 5. Luego el programa entra en el bucle infinito en el que el puerto PORTB se incrementa y se comprueba el estado de entradas del puerto PORTA.2. En el momento de presionar el botón denominado MEMO, un número almacenado en el puerto PORTB será guardado en la memoria EEPROM en la dirección 5, directamente leído y visualizado en el puerto PORTD en forma binaria.

Para que este ejemplo funcione apropiadamente, es necesario marcar la librería EEPROM en la ventana Library Manager antes de compilar el programa:

Para comprobar el funcionamiento de este programa, basta con pulsar el botón MEMO y apagar el microcontrolador. Después de reiniciar el dispositivo, el programa visualizará en el puerto PORTD el valor guardado en la memoria EEPROM en la dirección 5. Acuérdese de que en el momento de escribir, el valor fue visualizado en el puerto PORTB.

4.11 EJEMPLO 9

Contador de cuatro dígitos LED, multiplexión

En este ejemplo el microcontrolador funciona como un contador de dos dígitos. La variable i se incrementa (suficiente lentamente para ser visible) y su valor se visualiza en un visualizador de cuatro dígitos LED (9999-0). El punto es habilitar una conversión de un número binario en un decimal y partirlo en cuatro dígitos (en miles, centenas, decenas y unidades). Como los segmentos del visualizador LED se conectan en paralelo, es necesario asegurar que alternen rápidamente para tener una impresión de que emiten la luz simultáneamente (multiplexión por división en tiempo).

En este ejemplo, el temporizador TMR0 está encargado de la multiplexión por división en tiempo, mientras que la función mask convierte un número binario a formato decimal.

4.12 EJEMPLO 10

Utilizar el visualizador LCD

Este ejemplo muestra cómo utilizar un visualizador LCD alfanumérico. Las librerías de funciones simplifican este programa.

Dos mensajes escritos en dos líneas aparece en el visualizador:

mikroElektronika

LCD example

Dos segundos más tarde, el segundo mensaje se susituye por el voltaje presente en la entrada del convertidor A/D (el pin RA2). Por ejemplo:

mikroElektronika

voltage:3.141V

En un dispositivo real se puede visualizar temperatura actual o algún otro valor medido en vez de voltaje.

Para que este ejemplo funcione apropiadamente, es necesario marcar las siguientes librerías en la ventana Library Manager antes de compilar el programa:

4.13 EJEMPLO 11

Comunicación serial RS232

Este ejemplo muestra cómo utilizar el módulo EUSART del microcontrolador. La conexión entre el microcontrolador y una PC se establece de acuerdo con el estándar de comunicación RS-232. El programa funciona de la siguiente manera. Cada byte recibido por medio de la comunicación serial se visualiza al utilizar los LEDs conectados al puerto PORTB y después se devuelve automáticamente al transmisor. La manera más fácil es comprobar el funcionamiento del dispositivo en la práctica al utilizar un programa estándar de Windows denominado Hyper Terminal.

Para que este ejemplo funcione apropiadamente, es necesario marcar la librería UART en la ventana Library Manager antes de compilar el programa:

4.14 EJEMPLO 12

Medición de temperatura por medio del sensor DS1820. Uso del protocolo ‘1-wire’...

La medición de temperatura es una de las tareas más frecuentes realizadas por el microcontrolador. En este ejemplo, se utiliza un sensor DS1820 para medir. Es capaz de medir en el rango de 55 °C a 125 °C con exactitud de 0.5 °C. Para transmitir los datos al microcontrolador se utiliza un tipo especial de la comunicación serial denominado 1-wire. Debido al hecho de que estos sensores son simples de utilizar y con una amplia gama de aplicaciones, las funciones almacenadas en la librería One_Wire ponen en marcha y gobiernan estos sensores.

Esta librería contiene en total tres funciones:

Este ejemplo muestra la ventaja de utilizar librerías con las funciones listas para ser utilizadas. Concretamente, no tiene que examinar la documentación proporcionada por el fabricante para utilizar el sensor. Basta con copiar las funciones apropiadas en el programa. Si le interesa saber cómo se declaran, basta con pulsar sobre alguna de ellas y seleccionar la opción Help.

Para que este ejemplo funcione apropiadamente, es necesario marcar las siguientes librerías en la ventana Library Manager antes de compilar el programa:

4.15 EJEMPLO 13

Generación de sonido, librería de sonido...

Las señales de audio se utilizan con frecuencia cuando se necesita llamar la atención de usuario para hacer algo, confirmar que alguno de los botones se ha pulsado, avisar que se ha llegado hasta los valores mínimos o máximos etc. Pueden ser una simple señal de pitido así como melodías de una duración más larga o más corta. En este ejemplo se muestra cómo generar un sonido por medio de funciones que pertenecen a la librería Sound.

Además de estas funciones, la función Button que pertenece a la misma librería se utiliza para probar los botones de presión.

Para que este ejemplo funcione apropiadamente, es necesario marcar las siguientes librerías en la ventana Library Manager antes de compilar el programa:

4.16 EJEMPLO 14

Utilizar el visualizador LCD gráfico

Un LCD gráfico (GLCD) proporciona un método avanzado para visualizar mensajes. Mientras que un LCD de caracteres puede visualizar sólo caracteres alfanuméricos, el LCD gráfico puede visualizar los mensajes en forma de dibujos y mapas de bits. El LCD gráfico utilizado con más frecuencia tiene una resolución de pantalla de 128x64 píxeles. El contraste de un GLCD se puede ajustar por medio del potenciómetro P1.

Aquí, el GLCD visualiza un camión cuyo mapa de bits se almacena en el archivo truck_bmp.mbas.

truck_bmp.mbas file:

Para que este ejemplo funcione apropiadamente, es necesario marcar la librería GLCD en la ventana Library Manager antes de compilar el programa. Asimismo, es necesario incluir el documento Bitmap.mbas en el proyecto.

4.17 EJEMPLO 15

Utilizar el panel táctil...

Un panel táctil es un panel fino, autoadhesivo y transparente, colocado sobre la pantalla de un LCD gráfico. Es muy sensible a la presión así que un suave toque provoca algunos cambios en la señal de salida. Hay diferentes tipos de paneles táctiles. El más sencillo es el panel táctil resistivo.

Un panel táctil está compuesto por dos láminas rígidas, formando una estructura de ‘sándwich’ que tiene capas resistivas en sus caras internas. La resistencia de estas capas no excede normalmente de 1K. Los lados opuestos de las láminas disponen de los contactos para acceder a un cable plano.

El procedimiento para determinar las coordenadas de la posición del panel que ha sido presionado se puede dividir en dos pasos. El primero es determinación de la coordenada X, y el segundo es de determinar la coordenada Y de la posición.

Para determinar la coordenada X, es necesario conectar el contacto izquierdo en la superficie A a la masa (tierra) y el contacto derecho a la fuente de alimentación. Esto permite obtener un divisor de voltaje al presionar el panel táctil. El valor de voltaje obtenido en el divisor se puede leer en el contacto inferior de la superficie B. El voltaje variará en el rango de 0V al voltaje suministrado por la fuente de alimentación y depende de la coordenada X. Si el punto está próximo al contacto izquierdo de la superficie A, el voltaje estará próximo a 0V.

Para la determinación de la coordenada Y, es necesario conectar el contacto inferior de la superficie B a masa (tierra), mientras que el contacto superior se conectará a la fuente de alimentación. En este caso, el voltaje se puede leer en el contacto izquierdo de la superficie A.

Para conectar un panel táctil al microcontrolador es necesario crear un circuito para el control del panel táctil. Por medio de este circuito, el microcontrolador conecta los contactos adecuados del panel táctil a masa y a la voltaje de alimentación (como describimos anteriormente) para determinar las coordenadas X y Y. El contacto inferior de la superficie B y el contacto izquierdo de la superficie A están conectados al convertidor A/D del microcontrolador. Las coordenadas X e Y se determinan midiendo el voltaje en los respectivos contactos. El software consiste en mostrar un menú en una pantalla LCD gráfica, conmutar de encendido a apagado del panel táctil (control del panel táctil) y leer los valores del convertidor A/D que representan realmente las coordenadas X e Y de la posición.

Una vez determinadas las coordenadas, es posible decidir qué es lo que deseamos que haga el microcontrolador. En este ejemplo se explica cómo conmutar entre encendido y apagado dos pines digitales del microcontrolador, conectados a los LEDs A y B.

En este ejemplo se utilizan las funciones que pertenecen a las librerías Glcd y ADC.

Teniendo en cuenta que la superficie del panel táctil es ligeramente mayor que la del LCD gráfico, en caso de requerir una mayor precisión en la determinación de las coordenadas, es necesario incluir el software de calibración del panel táctil.

Para que este ejemplo funcione apropiadamente, es necesario marcar las siguientes librerías en la ventana Library Manager antes de compilar el programa.

4.18 EJEMPLO 16

Utilizar el teclado 4x4

Un teclado representa un conjunto de botones de presión conectados de tal manera que formen 'filas' y 'columnas', así reduciendo el número de los pines de E/S necasarios para su conexión. En este ejemplo utilizaremos un teclado con 16 botones de presión organizados en cuatro filas y columnas. La librería Keypad 4x4 contiene todas las funciones necesarias para leer este teclado así como para inicializar el puerto al que está conectado. Para demostrar el funcionamiento del teclado 4x4, el mensaje será visualizado en un LCD.

Para que este ejemplo funcione apropiadamente, es necesario marcar las siguientes librerías en la ventana Library Manager antes de compilar el programa.