Microcontrolador PIC16F887 - Capítulo 3 - LIbro: Microcontroladores PIC - Programación en BASIC

Capítulo 3: Microcontrolador PIC16F887

El PIC16F887 es un producto conocido de la compañía Microchip^®.Dispone de todos los componentes disponibles en la mayoría de los microcontroladores modernos. Por su bajo precio, un rango amplio de aplicaciones, alta calidad y disponibilidad, es una solución perfecta aplicarlo para controlar diferentes procesos en la industria, en dispositivos de control de máquinas, para medir variables de procesos etc. Algunas de sus características principales se enumeran a continuación.

3.1 CARACTERÍSTICAS BÁSICAS PIC16F887

DESCRIPCIÓN DE PINES

La mayoría de los pines del microcontrolador PIC16F887 son multipropósito como se muestra en la figura anterior. Por ejemplo, la asignación RA3/AN3/Vref+/C1IN+ para el quinto pin del microcontrolador indica que éste dispone de las siguientes funciones:

La funcionalidad de los pines presentados anteriormente es muy útil puesto que permite un mejor aprovechamiento de los recursos del microcontrolador sin afectar a su funcionamiento. Estas funciones de los pines no se pueden utilizar simultáneamente, sin embargo se pueden cambiar en cualquier instante durante el funcionamiento.

Las siguientes tablas se refieren al microcontrolador PIC16F887 DIP de 40 pines.

UNIDAD CENTRAL DE PROCESAMIENTO (CPU)

Con el propósito de explicar en forma clara y concisa, sin describir profundamente el funcionamiento de la CPU, vamos a hacer constar que la CPU está fabricada con la tecnología RISC ya que esto es un factor importante al decidir qué microcontrolador utilizar.

RISC es un acrónimo derivado del inglés Reduced Instruction Set Computer, lo que proporciona al PIC16F887 dos grandes ventajas:

MEMORIA

El PIC16F887 tiene tres tipos de memoria: ROM, RAM y EEPROM. Como cada una tiene las funciones, características y organización específicas, vamos a presentarlas por separado.

ROM

La memoria ROM se utiliza para guardar permanente el programa que se está ejecutando. Es la razón por la que es frecuentemente llamada “memoria de programa”. El PIC16F887 tiene 8Kb de memoria ROM (en total 8192 localidades). Como la memoria ROM está fabricada con tecnología FLASH, su contenido se puede cambiar al proporcionarle un voltaje de programación especial (13V).

No obstante, no es necesario explicarlo en detalles puesto que se realiza automáticamente por un programa especial en la PC y un simple dispositivo electrónico denominado programador.

EEPROM

Similar a la memoria de programa, el contenido de memoria EEPROM está permanentemente guardado al apagar la fuente de alimentación. Sin embargo, a diferencia de la ROM, el contenido de la EEPROM se puede cambiar durante el funcionamiento del microcontrolador. Es la razón por la que esta memoria (256 localidades) es perfecta para guardar permanentemente algunos resultados creados y utilizados durante la ejecución del programa.

MEMORIA RAM

Es la tercera y la más compleja parte de la memoria del microcontrolador. En este caso consiste en dos partes: en registros de propósito general y en los registros de funciones especiales (los SFR). Todos estos registros se dividen en cuatro bancos de memoria de los que vamos a hablar más tarde en este capítulo.

Aunque los dos grupos de registros se ponen a cero al apagar la fuente de alimentación, además están fabricados de la misma forma y se comportan de la manera similar, sus funciones no tienen muchas cosas en común.

REGISTROS DE PROPÓSITO GENERAL

Los registros de propósito general se utilizan para almacenar los datos temporales y los resultados creados durante el funcionamiento. Por ejemplo, si el programa realiza el conteo (de los productos en una cadena de montaje), es necesario tener un registro que representa lo que en la vida cotidiana llamamos “suma”. Como el microcontrolador no es nada creativo, es necesario especificar la dirección de un registro de propósito general y asignarle esa función. Se debe crear un programa simple para incrementar el valor de este registro por 1, después de que cada producto haya pasado por el sensor. Así es cómo es creado un simple programa.

Ahora el microcontrolador puede ejecutar el programa ya que sabe qué es y dónde está la suma que se va a incrementar. De manera similar, a cada variable de programa se le debe pre-asignar alguno de los registros de propósito general.

REGISTROS DE FUNCIONES ESPECIALES (SFR)

Los registros de funciones especiales son también parte de la memoria RAM. A diferencia de los registros de propósito general, su propósito es predeterminado durante el proceso de fabricación y no se pueden cambiar. Como los bits están conectados a los circuitos parti-culares en el chip (convertidor A/D, módulo de comunicación serial, etc), cualquier cambio de su contenido afecta directamente al funcionamiento del microcontrolador o de alguno de sus módulos. Por ejemplo, el registro ADCON0 controla el funcionamiento del convertidor A/D. Al cambiar los bits se determina qué pin del puerto se configurará como la entrada del convertidor, el momento del inicio de la conversión así como la velocidad de la conversión.

Otra característica de estas localidades de memoria es que tienen nombres (tanto los registros como sus bits), lo que simplifica considerablemente el proceso de escribir un programa. Como el lenguaje de programación de alto nivel puede utilizar la lista de todos los registros con sus direcciones exactas, basta con especificar el nombre de registro para leer o cambiar su contenido.

BANCOS DE LA MEMORIA RAM

La memoria RAM está dividida en cuatro bancos. Antes de acceder a un registro al escribir un programa (para leer o cambiar su contenido), es necesario seleccionar el banco que contiene ese registro. Más tarde vamos a tratar dos bits del registro STATUS utilizados para selección del banco. Para simplificar el funcionamiento, los SFR utilizados con más frecuencia tienen la misma dirección en todos los bancos, lo que permite accederlos con facilidad.

Trabajar con bancos puede ser difícil sólo si se escribe un programa en lenguaje ensamblador. Al utilizar el lenguaje de programación de alto nivel como es Basic y el compilador como es mikroBasic PRO for PIC, basta con escribir el nombre del registro. A partir de esa información, el compilador selecciona el banco necesario. Las instrucciones apropiadas para la selección del banco serán incorporadas en el código durante el proceso de la compilación. Hasta ahora usted ha utilizado sólo el lenguaje ensamblador y esta es la primera vez que utiliza el compilador mikroBasic PRO for PIC, verdad? Es una noticia maravillosa, no lo cree?

PILA

Una parte de la RAM utilizada como pila consiste de ocho registros de 13 bits. Antes de que el microcontrolador se ponga a ejecutar una subrutina (instrucción GOSUB) o al ocurrir una interrupción, la dirección de la primera siguiente instrucción en ser ejecutada se coloca en la pila (se apila), o sea, en uno de los registros. Gracias a eso, después de ejecutarse una subrutina o una interrupción, el microcontrolador “sabe” dónde continuar con la ejecución de programa. Esta dirección se borra (se desapila) después de volver al programa, ya que no es necesario guardarla, disponiendo automáticamente esas localidades de la pila para un uso futuro.

Cabe tener en mente que el dato se apila circularmente. Esto significa que después de que se apile ocho veces, la novena vez se sobrescribe el valor que se almacenó al apilar el dato por primera vez. La décima vez que se apile, se sobrescribe el valor que se almacenó al apilar el dato por segunda vez etc. Datos sobrescritos de esta manera no se pueden recuperar. Además, el programador no puede acceder a estos registros para hacer escritura/lectura. No hay ningún bit de estado para indicar el estado de desbordamiento o subdesbordamiento de pila. Por esta razón hay que tener un especial cuidado al escribir un programa.

Vamos a hacerlo en mikroBasic...

SISTEMAS DE INTERRUPCIONES

Al aparecer una petición de interrupción lo primero que hace el microcontrolador es ejecutar la instrucción actual después de que se detiene el proceso de ejecución de programa. Como resultado, la dirección de memoria de programa actual se apila automáticamente y la dire-cción por defecto (predefinida por el fabricante) se escribe en el contador de programa. La localidad en la que el programa continúa con la ejecución se le denomina vector de interrupción. En el caso del microcontrolador PIC16F887 esta dirección es 0x0004h. Como se muestra en la siguiente figura la localidad que contiene el vector de interrupción se omite durante la ejecución de programa regular.

Una parte de programa que se ejecutará al hacer una petición de interrupción se le denomina rutina de interrupción. Su primera instrucción se encuentra en el vector de interrupción. Cuánto tiempo tardará en ejecutar esta subrutina y cómo será depende de la destreza del programador así como de la fuente de interrupción. Algunos microcontroladores tienen más de un vector de interrupción (cada petición de interrupción tiene su vector), pero en este caso sólo hay uno. En consecuencia, la primera parte da la rutina de interrupción consiste en detectar la fuente de interrupción.

Por fin, al reconocer la fuente de interrupción y al terminar de ejecutar la rutina de inte-rrupción el microcontrolador alcanza la instrucción RETFIE, toma la dirección de la pila y continúa con la ejecución de programa desde donde se interrumpió.

MikroBasic reconoce una rutina de interrupción que se ejecutará por medio de la palabra clave interrupt. La rutina de interrupción, debe ser escrita por el usuario.

¿Cómo utilizar los registros SFR?

Supongamos que usted ha comprado ya un microcontrolador y que tiene una buena idea de cómo utilizarlo... La lista de los registros SFR así como de sus bits es muy larga. Cada uno controla algún proceso en el microcontrolador. En general, parece como una gran tabla de control con un gran número de instrumentos e interruptores. ¿Ahora está preocupado de cómo conseguir aprender acerca de todos ellos? Es poco probable, pero no se preocupe, ¡Usted no tiene que hacerlo! Los microcontroladores son tan potentes que se parecen a los supermercados: ofrecen tantas cosas a bajos precios y a usted solo le toca elegir las que necesita. Por eso, seleccione el campo en que está interesado y examine sólo lo que necesita. Cuando entienda completamente el funcionamiento de hardware, examine los registros SFR encargados de controlarlo (normalmente son unos pocos).

Como todos los dispositivos tienen un tipo de sistema de control el microcontrolador tiene sus “palancas” con las que usted debe estar familiarizado para ser capaz de utilizarlos correctamente. Por supuesto, estamos hablando de los registros SFR desde los que el proceso de programación se inicia y en los que el mismo termina.

3.2 PRINCIPALES REGISTROS SFR

El siguiente texto describe los principales registros SFR del microcontrolador PIC16F887. Los bits de cada registro controlan los circuitos diferentes dentro del chip, así que no es posible clasificarlos en grupos especiales. Por esta razón, se describen junto con los procesos que controlan.

Registro STATUS

Leyenda: R/W - Bit de lectura/escritura, R - Bit de solo lectura, (0) - Después del reinicio, el bit se pone a cero, (1) - Después del reinicio, el bit se pone a uno, (X) - Después del reinicio, el estado de bit es desconocido

El registro STATUS contiene: el estado aritmético de datos en el registro W, el estado RESET, los bits para seleccionar el banco para los datos de la memoria.

Registro OPTION_REG

Leyenda: R/W - Bit de lectura/escritura, (1) Después del reinicio, el bit se pone a uno

El registro OPTION_REG contiene varios bits de control para configurar el pre - escalador del Timer0/WDT, el temporizador Timer0, la interrupción externa y las resistencias pull-up en el puerto PORTB.

PS2, PS1, PS0 Prescaler Rate Select bits (bit selector del valor del divisor de frecuencia)

El valor del divisor de frecuencia se selecciona al combinar estos tres bits. Como se muestra en la siguiente tabla, el valor del divisor de frecuencia se le asigna al temporizador Timer0 o al temporizador perro guardián (WDT).

Para conseguir el valor del divisor de frecuencia 1:1 cuando el temporizador Timer0 cuenta pulsos, el pre-escalador debe ser asignado al WDT. En consecuencia, el temporizador Timer0 no utiliza el pre-escalador, sino que cuenta directamente los pulsos generados por el oscilador, lo que era el objetivo.

Vamos a hacerlo en mikroBasic...

REGISTROS DEL SISTEMA DE DESARROLLO

Al llegar la petición de interrupción, no significa que una interrupción ocurrirá automáticamente, puesto que debe ser habilitada por el usuario (por el programa) también. Por esta razón, hay bits especiales utilizados para habilitar o deshabilitar interrupciones. Es fácil de reconocerlos por las letras IE contenidas en sus nombres (Interrupt Enable - Interrupción habilitada). Además, cada interrupción se asocia con otro bit denominado bandera que indica que una petición de interrupción ha llegado sin verificar si está habilitada. Asimismo, se reconocen con facilidad por las dos últimas letras contenidas en sus nombres - IF (Interrupt Flag - Bandera de interrupción).

Como hemos visto, toda la idea es muy simple y eficiente. Al llegar la petición de interrupción, primero el bit de bandera se pone a uno. Si el bit IE apropiado está a cero (0), esta condición será ignorada completamente. De lo contrario, ocurre una interrupción. Si varias fuentes de interrupción están habilitadas, es necesario detectar la activa antes de que la rutina de interrupción se ponga a ejecutar. La detección de la fuente se realiza al comprobar los bits de las banderas.

Cabe destacar que los bits de cada bandera no se ponen a cero automáticamente, sino por el software, mientras que la ejecución de la rutina de interrupción continúa ejecutándose. Si no hacemos caso a este detalle, ocurrirá otra interrupción inmediatamente después de volver al programa principal, aunque no hay más peticiones de ejecución. Simplemente, la bandera, así como el bit IE, se quedan en uno.

Todas las fuentes de interrupción típicas para el microcontrolador PIC16F887 se muestran en la siguiente página. Fíjese en lo siguiente:

El bit GIE habilita/deshabilita simultáneamente las interrupciones no enmascaradas.

El PEIE habilita/deshabilita las interrupciones no enmascaradas de periféricos. Esto no se refiere al temporizador Timer0 y a las fuentes de interrupción del puerto PORTB.

Para habilitar una interrupción causada por el cambio del estado lógico en el puerto PORTB, es necesario habilitarla para cada bit por separado. En este caso, los bits del registro IOCB se comportan como los bits IE de control.

Sistema de interrupción del microcontrolador PIC16F887

Registro INTCON

El registro OPTION_REG contiene varios bits de control para configurar el pre - escalador del Timer0/WDT, el temporizador Timer0, la interrupción externa y las resistencias pull-up en el puerto PORTB.

Leyenda: R/W - Bit de lectura/escritura, (0) Después del reinicio, el bit se pone a cero, (X) - Después del reinicio, el estado de bit es desconocido

Vamos a hacerlo en mikroBasic...

PIE1 Register

El registro PIE1 contiene los bits de habilitación de interrupciones periféricas.

Leyenda: (-) Bit no implementado, (R/W) - Bit de lectura/escritura, (0) Después del reinicio, el bit se pone a cero

Vamos a hacerlo en mikroBasic...

Registro PIE2

El registro PIE2 también contiene varios bits de habilitación de interrupciones.

Leyenda: (-) Bit no implementado, (R/W) - Bit de lectura/escritura, (0) Después del reinicio, el bit se pone a cero

Vamos a hacerlo en mikroBasic...

Registro PIR1

El registro PIE2 también contiene varios bits de habilitación de interrupciones.

Leyenda: (-) Bit no implementado, (R/W) - Bit de lectura/escritura, (R) - Bit de lectura (0), Después del reinicio, el bit se pone a cero

Registro PIR2

El registro PIR2 contiene los bits de banderas da la interrupción.

Leyenda: (-) Bit no implementado, (R/W) - Bit de lectura/escritura, (0) Después del reinicio, el bit se pone a cero

Vamos a hacerlo en mikroBasic...

Registro PCON

El registro PCON contiene solamente dos bits de banderas utilizados para diferenciar entre un Power-on reset (POR), un Brown-out reset (BOR), un reinicio por el temporizador perro guardián (WDT) y un reinicio externo por el pin MCLR.

Leyenda: (-) Bit no implementado, (R/W) - Bit de lectura/escritura, (1) - Después del reinicio, el bit se pone a uno, (0) Después del reinicio, el bit se pone a cero

Registros PCL y PCLATH

La memoria de programa del PIC16F887 es de 8K y tiene 8192 localidades para el almace-namiento de programa. Por esta razón, el contador de programa (PC) debe de ser de 13 bits de anchura (213 = 8192). Para habilitar el acceso a una localidad de memoria de programa durante el funcionamiento del microcontrolador, es necesario acceder a su dirección por medio de los registros SFR. Como todos los registros SFR son de 8 bits de anchura, este registro de direccionamiento es creado al combinar dos registros independientes: el byte bajo (de 8 bits) del contador de programa ocupa el registro PCL, mientras que el byte alto (5 bits) ocupa el registro PCLATH. Si la ejecución de programa no afecta al contador de programa, el valor de este registro (PCL y PCLATH) va incrementándose automática y constantemente: +1, +1, +1, +1... De esta manera, el programa se ejecuta como está escrito - instrucción a instrucción, seguido por un incremento de dirección constante.

Si el contador de programa ha sido cambiado por software, debe tomar en cuenta lo siguiente:

La siguiente figura muestra el salto a la dirección del subprograma PP1. Sin embargo, si una subrutina o una dirección de salto no está en la misma página que la localidad de salto, se deben proporcionar dos bits superiores que faltan al escribir en el registro PCLATH. La siguiente figura muestra el salto a la dirección de la subrutina PP2.

En ambos casos, cuando la subrutina llega a las instrucciones RETURN, RETLW o RETFIE (vuelta al programa principal), el microcontrolador continuará con la ejecución de programa desde donde se interrumpió, ya que la dirección de retorno se empuja y se guarda en la pila que consiste en registros de 13 bits, como hemos mencionado.

DIRECCIONAMIENTO INDIRECTO

Además del direccionamiento directo, que es lógico y claro (basta con especificar la dirección de un registro para leer su contenido), este microcontrolador es capaz de realizar el direccionamiento indirecto por los registros INDF y FSR. A veces esto facilita el proceso de escribir un programa. El procedimiento entero está habilitado ya que el registro INDF no es real (no existe físicamente), sino que solamente especifica el registro cuya dirección está situada en el registro FSR. Por esta razón, escribir o leer los datos del registro INDF realmente significa escribir o leer del registro cuya dirección está situada en el registro FSR. En otras palabras, direcciones de registros se especifican en el registro FSR, y su contenido se almacena en el registro INDF. La diferencia entre el direccionamiento directo e indirecto se muestra en la siguiente figura:

Como hemos visto, el problema con “los bits de direccionamiento que faltan” se soluciona con un “préstamo” del otro registro. Esta vez, es el séptimo bit, denominado bit IRP del registro STATUS.

3.3 PUERTOS DE ENTRADA/SALIDA

Una de las características más importantes del microcontrolador es el número de los pines de entrada/salida, que permite conectarlo con los periféricos. El PIC16F887 tiene en total 35 pines de E/S de propósito general, lo que es suficiente para la mayoría de las aplicaciones.

Con el propósito de sincronizar el funcionamiento de los puertos de E/S con la organización interna del microcontrolador de 8 bits, ellos se agrupan, de manera similar a los registros, en cinco puertos denotados con A, B, C, D y E. Todos ellos tienen las siguientes características en común:

Registros PORTA y TRISA

El puerto PORTA es un puerto bidireccional, de 8 bits de anchura. Los bits del registro TRISA controlan los pines del puerto PORTA, o sea si se comportan como entradas o salidas digitales:

Similar a que los bits del registro TRISA determinan cuáles pines serán configurados como entradas y cuáles serán configurados como salidas, los bits apropiados del registro ANSEL determinan si los pines serán configurados como entradas analógicas o entradas/salidas digitales.

RA0 = AN0 (determinado por el bit ANS0 del registro ANSEL)

RA1 = AN1 (determinado por el bit ANS1 del registro ANSEL)

RA2 = AN2 (determinado por el bit ANS2 del registro ANSEL)

RA3 = AN3 (determinado por el bit ANS3 del registro ANSEL)

RA5 = AN4 (determinado por el bit ANS4 del registro ANSEL)

Cada bit de este puerto tiene una función adicional relacionada a algunas unidades periféricas integradas. Este capítulo cubre sólo la función adicional del pin RA0, puesto que está relacionado al puerto PORTA y a la unidad ULPWU. En los siguientes capítulos vamos a describir las funciones adicionales de los otros pines.

Vamos a hacerlo en mikroBasic...

UNIDAD ULPWU

El microcontrolador se utiliza generalmente en los dispositivos que funcionan periódicamente y completamente independiente utilizando una fuente de alimentación de batería. En tal caso, el consumo de corriente mínimo es una de las prioridades. Los ejemplos típicos de tales aplicaciones son: termómetros, sensores de detección del fuego y similar. Es conocido que al reducir frecuencia de reloj se reduce el consumo de corriente, pues una de las soluciones más convenientes a este problema es bajar la frecuencia de reloj, o sea utilizar el cristal de cuarzo de 32KHz en vez de el de 20MHz.

Al poner el microcontrolador en el modo de reposo es otro paso en la misma dirección. Aún ha quedado el problema de salir de este modo y poner el microcontrolador en modo normal de funcionamiento. Es obviamente necesario tener una señal externa en alguno de los pines. Esta señal

debe ser generada por componentes electrónicos adicionales, lo que resulta en un consumo de energía más alto del dispositivo completo...

La solución perfecta sería que el microcontrolador saliera del modo de reposo periódicamente por si mismo, lo que no es imposible. El circuito que lo habilita se muestra en la figura a la izquierda.

El principio de funcionamiento es simple:

Un pin se configura como salida y se le lleva un uno lógico (1). Esto causa una carga del capacitor. Inmediatamente después, el mismo pin se configura como entrada. El cambio de estado lógico habilita una interrupción y el microcontrolador entra en modo de reposo. Sólo ha quedado esperar que se descargue el capacitor por la corriente de fuga fluyendo por el pin de entrada. Después de la descarga, se produce una interrupción y el microcontrolador continúa con la ejecución de programa en modo normal. Todo el procedimiento se repite.

En teoría, esto es una solución perfecta. El problema es que todos los pines capaces de causar una interrupción son digitales y tienen una corriente de fuga relativamente alta cuando el voltaje sobre ellos no está cerca de los valores límites de Vdd (1) o VSS (0). En este caso, el condensador se descarga en poco tiempo ya que la corriente es de varias centenas de microamperios. Por esta razón se diseñó el circuito ULPWU, capaz de indicar una lenta caída de voltaje con un consumo de corriente mínimo. La salida genera una interrupción, mientras que la entrada está conectada al pin RA0 del microcontrolador. Refiriéndose a la Figura (R=200 ohms, C=1nF), el tiempo de descarga es aproximadamente 30mS, mientras que un consumo total de corriente del microcontrolador es 1000 veces más bajo (de varias centenas de nanoamperios).

Registros PORTB y TRISB

El puerto PORTB es un puerto bidireccional, de 8 bits de anchura. Los bits del registro TRISB determinan la función de sus pines.

Similar al puerto PORTA, un uno lógico (1) en el registro TRISB configura el pin apropiado en el puerto PORTB y al revés. Los seis pines de este puerto se pueden comportar como las entradas analógicas (AN). Los bits del registro ANSELH determinan si estos pines serán configurados como entradas analógicas o entradas/salidas digitales:

RB0 = AN12 (determinado por el bit ANS12 del registro ANSELH)

RB1 = AN10 (determinado por el bit ANS10 del registro ANSELH)

RB2 = AN8 (determinado por el bit ANS8 del registro ANSELH)

RB3 = AN9 (determinado por el bit ANS9 del registro ANSELH)

RB4 = AN11(determinado por el bit ANS11 del registro ANSELH)

RB5 = AN13 (determinado por el bit ANS13 del registro ANSELH)

Cada bit de este puerto tiene una función adicional relacionada a algunos módulos periféricos integrados, que vamos a describir en los siguientes capítulos.

Este puerto dispone de varias características por las que se distingue de otros puertos y por las que sus pines se utilizan con frecuencia:

Al tener un alto nivel de resistencia (varias decenas de kiloohmios), estas resistencias “virtuales” no afectan a los pines configurados como salidas, sino que sirven de un complemento útil a los pines configurados como entradas. De lo contrario, se comportarían como si fueran flotantes gracias a su alta resistencia de entrada.

* Además de los bits del registro WPUB, hay otro bit que afecta a la instalación de las resistencias pull-up. Es el bit RBPU del registro OPTION_REG.

Gracias a estas características, los pines del puerto PORTB se utilizan con frecuencia para comprobar los botones de presión en el teclado ya que detectan cada apretón de botón infaliblemente. Por eso, no es necesario examinar todas las entradas una y otra vez.Cuando los pines X,Y y Z se configuran como entradas de puesta a uno (1), sólo se necesita esperar una petición de interrupción que aparece al apretar un botón. Más tarde, se comprueba cuál botón fue activado al combinar ceros y unos en las entradas.

Vamos a hacerlo en mikroBasic...

PIN RB0/INT

El pin RB0/INT es la única fuente “verdadera” de la interrupción externa. Se puede confi-gurar de manera que responda al borde ascendente de señal (transición de cero a uno) o al borde descendente de señal (transición de uno a cero). El bit INTEDG del registro OPTION_REG selecciona la señal apropriada.

Pines RB6 y RB7

El PIC16F887 no dispone de ningún pin especial para la programación. Esta función se les asigna a los pines de E/S. Más concretamente son los pines del puerto PORTB utilizados para la transmisión de señal de reloj (RB6) y de datos (RB7) durante la programación. Además, es necesario suministrar el voltaje de alimentación Vdd (5V) así como el voltaje apropiado Vpp (12-14V) para la programación de memoria FLASH. El pin MCLR se utiliza para este propósito. No se preocupe de los detalles relacionados a este proceso, tampoco se preocupe de cuál voltaje se aplica primero puesto que el programador se encargan de eso. Se habilita cargar el programa en el microcontrolador aún después de haber sido soldado en el dispositivo destino. Por supuesto, el programa cargado se puede cambiar de la misma manera. Esta función se le denomina ICSP (In-Circuit Serial Programming - Programación serial en circuito). Para utilizarlo correctamente es necesario planificar con antelación.

Sólo es necesario instalar un conector miniatura de 5 pines en el dispositivo destino para suministrar al microcontrolador un voltaje de programación necesario. Para evitar la interferencia entre los voltajes y el funcionamiento de los otros módulos conectados a los pines del microcontrolador, es necesario aislarlos de la placa durante la programación utilizando las resistencias o los puentes.

Como hemos visto, los voltajes aplicados a los pines del zócalo del programador son los mismos que los utilizados durante la programación ICSP.

Registros PORTC y TRISC

El puerto PORTC es un puerto bidireccional, de 8 bits de anchura. Los bits del registro TRISC determinan la función de sus pines. Similar a otros puertos, un uno lógico (1) en el registro TRISC configura el pin apropiado del puerto PORTC como entrada.

Todas las funciones adicionales del puerto PORTC se describen en los siguientes capítulos.

Registros PORTD y TRISD

El puerto PORTD es un puerto bidireccional de 8 bits de anchura. Los bits del registro TRISD determinan la función de sus pines. Similar a otros puertos, un uno lógico (1) en el registro TRISD configura el pin apropiado del puerto PORTD como entrada

Registros PORTE y TRISE

El puerto PORTE es un puerto bidireccional, de 4 bits de anchura.

Los bits del registro TRISE determinan la función de sus pines. Similar a otros puertos, un uno lógico (1) en el registro TRISE configura el pin apropiado del puerto PORTE como entrada.

La excepción es el pin RE3, que siempre está configurado como entrada.

Similar a los puertos PORTA y PORTB, en este caso los tres pines se pueden configurar como entradas analógicas. Los bits del registro ANSEL determinan si estos pines serán configurados como entradas analógicas (AN) o entradas/salidas digitales:

RE0 = AN5 (determinado por el bit ANS5 del registro ANSEL);

RE1 = AN6 (determinado por el bit ANS6 del registro ANSEL); y

RE2 = AN7 (determinado por el bit ANS7 del registro ANSEL).

Vamos a hacerlo en mikroBasic...

Registros ANSEL y ANSELH

Los registros ANSEL y ANSELH se utilizan para configurar el modo de entrada de un pin de E/S como analógico o como digital.

La regla es la siguiente:

Para configurar un pin como una entrada analógica, el bit apropiado de los registros ANSEL o ANSELH se debe poner a uno (1). Para configurar un pin como una entrada/salida digital, el bit apropiado se debe poner a cero (0).

El estado lógico de los bits del registro ANSEL no tiene influencia en las funciones de salidas digitales. Al intentar a leer un pin de puerto configurado como una entrada analógica, el resultado es siempre 0.

En breve

Es probable que usted nunca vaya a escribir un programa que no utilice puertos, así que el esfuerzo para aprender todo sobre ellos en definitiva vale la pena. De todos modos, los puertos son probablemente los módulos más simples dentro del microcontrolador. Se utilizan de la siguiente manera:

3.4 TEMPORIZADOR TIMER0

El microcontrolador PIC16F887 dispone de tres temporizadores/contadores independientes, denominados Timer0, Timer1 y Timer2. En este capítulo se presenta una descripción detallada de los mismos.

El temporizador Timer0 tiene una amplia gama de aplicaciones en la práctica. Sólo unos pocos programas no lo utilizan de alguna forma. Es muy conveniente y fácil de utilizar en programas o subrutinas para generar pulsos de duración arbitraria, en medir tiempo o en contar los pulsos externos (eventos) casi sin limitaciones.

El módulo del temporizador Timer0 es un temporizador/contador de 8 bits con las siguientes características:

La siguiente figura muestra el esquema del temporizador Timer0 con todos los bits que determinan su funcionamiento. Estos bits se almacenan en el registro OPTION_REG.

Registro OPTION_REG

Cuando el bit PSA está a 0, el pre-escalador se le asigna al temporizador/contador Timer0, como se muestra en la siguiente figura:

Vamos a hecerlo en mikroBasic...

Cuando el bit PSA está a 1, el pre-escalador se le asigna al temporizador perro guardián como se muestra en la siguiente figura:

Vamos a hacerlo en mikroBasic...

Aparte de lo dicho anteriormente, cabe destacar lo siguiente:

En breve

Para utilizar el Timer0 apropiadamente, es necesario:

Paso 1: Seleccionar el modo:

Paso 2: Medir y contar

Para medir tiempo:

Para contar pulsos:

3.5 TEMPORIZADOR TIMER1

El módulo del temporizador Timer1 es un temporizador/contador de 16 bits, lo que significa que consiste en dos registros (TMR1L y TMR1H). Puede contar hasta 65535 pulsos en un solo ciclo, o sea, antes de que el conteo se inicie desde cero.

Similar al temporizador Timer0, estos registros se pueden leer o se puede escribir en ellos en cualquier momento. En caso de que ocurra un desbordamiento, se genera una interrupción si está habilitada.

El módulo del temporizador Timer1 puede funcionar en uno o dos modos básicos, eso es como un temporizador o como un contador. A diferencia del temporizador Timer0, cada uno de estos dos modos tiene funciones adicionales.

El temporizador Timer1 tiene las siguientes características:

Esquema simplificado del temporizador Timer1

SELECCIÓN DE LA FUENTE DE RELOJ DEL TEMPORIZADOR TIMER1

El bit TMR1CS del registro T1CON se utiliza para seleccionar la fuente de reloj para este temporizador:

Al seleccionar la fuente de reloj interna, el par de registros TMR1H-TMR1L será incrementado con varios pulsos Fosc como es determinado por el pre-escalador.

Al seleccionar la fuente de reloj externa, este temporizador puede funcionar como un temporizador o un contador. Los pulsos en el modo temporizador pueden estar sincronizados con el reloj interno del microcontrolador o funcionar asíncronamente.

PRE-ESCALADOR DEL TEMPORIZADOR TIMER1

El temporizador Timer1 tiene un escalador completamente separado que permite dividir la frecuencia de entrada de reloj por 1, 2, 4 o 8. No es posible leer el pre-escalador o escribir en él directamente. De todas formas, el contador del pre-escalador se pone a 0 automáticamente después de escribir en los registros TMR1H o TMR1L.

OSCILADOR DEL TIMER1

Los pines RC0/T1OSO y RC1/T1OSI se utilizan para registrar los pulsos que vienen de los dispositivos periféricos, pero también tienen una función adicional. Como se puede ver en la siguiente figura, se configuran simultáneamente como entrada (pin RC1) y salida (pin RC0) del oscilador de cuarzo LP (Low Power - de bajo consumo) adicional. Este circuito está principalmente diseñado para funcionar a bajas frecuencias (hasta 200 KHz), exactamente para el uso de cristal de cuarzo de 32.768 KHz. Este cristal se utiliza en los relojes de cristal puesto que es fácil de obtener un pulso de duración de un segundo al dividir esta frecuencia. Como el oscilador no depende del reloj interno, puede funcionar incluso en el modo de reposo. Se habilita al poner a uno el bit de control T1OSCEN del registro T1CON. El usuario debe proporcionar tiempo muerto por medio de software (unos pocos milisegundos) para habilitar que el oscilador se inicie apropiadamente.

La siguiente tabla muestra los valores recomendados de los capacitores convenientes con el oscilador de cuarzo. No es necesario que estos valores sean exactos. De todas formas, la regla general es: cuánto más alta sea la capacidad, tanto más alta será la estabilidad, lo que a la vez prolonga el tiempo necesario para la estabilización del oscilador.

El consumo de corriente del microcontrolador se reduce a nivel más bajo en el modo de reposo ya que el consumidor de corriente principal - el oscilador - no funciona. Es fácil de poner al microcontrolador en este modo - al ejecutar la instrucción SLEEP. El problema es cómo despertar al microcontrolador, o sea cómo generar una interrupción para “despertarlo”. Como el microcontrolador “duerme”, se debe usar una interrupción causada por dispositivos periféricos para despertarlo. Se pone muy complicado si es necesario despertar al microcontrolador a intervalos de tiempo regulares...

Para resolver el problema, un oscilador de cuarzo LP (de bajo consumo de corriente) completamente independiente, capaz de funcionar en el modo de reposo, está integrado en el microcontrolador PIC16F887. Simplemente, un circuito anteriormente separado ahora está integrado en el microcontrolador y asignado al temporizador Timer1. El oscilador está habilitado al poner a 1 el bit T1OSCEN del registro T1CON. El bit TMR1CS del mismo re-gistro se utiliza para habilitar que el temporizador Timer1 utilice secuencias de pulsos de ese oscilador.

COMPUERTA DEL TEMPORIZADOR TIMER1

El pin TG1 o la salida del comparador C2 pueden ser una fuente de los pulsos que pasan por la compuerta del temporizador Timer1. Se configuran por software. Esta compuerta permite que el temporizador mida directamente la duración de los eventos externos al utilizar el pin T1G o las señales analógicas al utilizar la salida del comparador C2. Refiérase a la Figura en la página 163. Para medir duración de señal, basta con habilitar esta compuerta y contar los pulsos en el registro TMR1.

TIMER1 EN EL MODO CONTADOR

El temporizador Timer1 se pone a funcionar como un contador al poner a 1 el bit TMR1CS. Este bit cuenta los pulsos llevados al pin PC0/T1CKI y se incrementa en el flanco ascendente de la entrada del reloj externo T1CKI. Si el bit de control T1SYNC del registro T1CON se pone a 0, las entradas del reloj externo se sincronizarán antes de llegar al par del registro TMR1. En otras palabras, el temporizador Timer1 se sincroniza con el reloj interno del microcontrolador y se le denomina contador síncrono.

Al poner en modo de reposo el microcontrolador que funciona en el modo contador, los registros del temporizador TMR1H y TMR1L no serán incrementados aunque los pulsos de reloj aparezcan en los pines de entrada. Como el reloj interno del microcontrolador no funciona en este modo, no hay entradas de reloj que se utilicen para la sincronización. De todas formas, el pre-escalador sigue funcionando siempre que haya pulsos de reloj en los pines, porque es un simple divisor de frecuencias.

Este contador detecta un uno lógico (1) en los pines de entrada. Cabe destacar que al menos un flanco ascendente debe ser detectado antes de empezar a contar los pulsos. Refiérase a la Figura a la izquierda. Las flechas en la figura indican los incrementos del contador.

TIMER1 EN EL MODO TEMPORIZADOR

Para seleccionar este modo, es necesario poner a 0 el bit TMR1CS. Después de eso, el re-gistro de 16 bits será incrementado con cada pulso generado por el oscilador interno. Si se utiliza el cristal de cuarzo de 4 MHZ, el registro será incrementado cada microsegundo.

En este modo, el bit T1SYNC no afecta al temporizador porque cuenta los pulsos de reloj interno. Como todos los dispositivos utilizan estos pulsos, no hace falta sincronizarlos.

El oscilador de reloj del microcontrolador no funciona durante el modo de reposo así que el desbordamiento en el registro del temporizador no puede causar interrupción en este modo.

Vamos a hacerlo en mikroBasic...

Registro T1CON

Los bits del registro T1CON están en control del funcionamiento del temporizador Timer1.

T1GINV - (Bit inversor de la compuerta del temporizador1) se comporta como un inversor del estado lógico en la compuerta formada por el pin T1G o la salida (C2OUT) del comparador C2. Este bit habilita al temporizador para contar los pulsos cuando la compuerta esté a alto o a bajo.

TMR1GE - (Bit de habilitación de la compuerta del temporizador Timer1) determina si la compuerta formada por el pin T1G o salida del comparador C2 (C2OUT) estará activa o no. Este bit es funcional sólo en caso de que el temporizador Timer1 esté encendido (el bit TMR1ON = 1). De lo contrario, este bit se ignora.

T1CKPS1, T1CKPS0 - (Bits de selección del pre-escalador de señal de reloj del Temporizador1) determina el valor del divisor de frecuencias asignada al temporizador Timer1.

T1OSCEN - (bit de habilitación del oscilador LP del Timer1)

T1SYNC - (Bit de control de sincronización de la señal de entrada) habilita la sincronización de la entrada del oscilador LP o de la entrada del pin T1CKI con el reloj interno del microcontrolador. Este bit se ignora al contar los pulsos desde el oscilador principal (el bit TMR1CS = 0).

TMR1CS - (bit de selección de la fuente de reloj del temporizador Timer1)

TMR1ON - (TMR activo, hace entrar o no en funcionamiento el Timer1).

En breve

Para utilizar el Timer1 apropiadamente, es necesario hacer lo siguiente:

3.6 TEMPORIZADOR TIMER2

El temporizador Timer2 es un temporizador de 8 bits.

Los pulsos que vienen del oscilador de cuarzo primero pasan por el pre-escalador cuyo valor puede ser modificado al combinar los bits T2CKPS1 y T2CKPS0. La salida del pre-escalador se utiliza para incrementar el registro TMR2 empezando por 00h. Los valores del TMR2 y del PR2 se comparan constantemente y el registro TMR2 va incrementándose hasta alcanzar el valor del registro PR2. Cuando se igualan los valores de los registros, lo que será registrado por el comparador, el Timer2 se reinicia automáticamente. El post-escalador del temporizador Timer2 se incrementa con cada igualdad de valores y su salida se utiliza para generar una interrupción si está habilitada.

Los ambos registros TMR y PR2 son de lectura y escritura. El conteo se puede detener al poner a 0 el bit TMR2ON, lo que resulta en un ahorro de energía.

El momento de reinicio del TMR2 se puede utilizar para determinar la velocidad de transmisión en baudios de la comunicación serie síncrona.

Varios bits del registro T2CON están en control del temporizador Timer2.

Registro T2CON

TOUTPS3 - TOUTPS0 - (bits de selección del rango del divisor del post-escalador para el Timer2) se utilizan para determinar el valor del post-escalador según la siguiente tabla:

TMR2ON - (bit de activación del TIMR2) hace entrar en funcionamiento el temporizador Timer2.

T2CKPS1, T2CKPS0 - (selección del rango del divisor del pre-escalador del Timer2) determina el valor del divisor de frecuencias:

En breve

Al utilizar el temporizador Timer2 hay que saber varios detalles relacionados con sus registros:

3.7 MÓDULOS CCP

Los módulos CCP pueden funcionar en muchos modos diferentes, por lo que se consideran los más complicados. Si usted intenta analizar su funcionamiento a base de tablas que describen las funciones de bits, comprenderá mejor de lo qué le estamos hablando. Si utiliza alguno de los módulos CCP, primero seleccione el modo que necesita, analice la figura apropiada y entonces póngase a modificar los bits de registros. Si no...

El módulo CCP (Captura/Comparación/PWM) es un periférico que le permite medir y controlar diferentes eventos. Como indica su nombre, puede funcionar en tres modos diferentes:

El modo de captura proporciona el acceso al estado actual de un registro que cambia su valor constantemente. En este caso, es el registro del temporizador Timer1.

El modo de comparación compara constantemente valores de dos registros. Uno de ellos es el registro del temporizador Timer1.

PWM (Pulse Width Modulation - modulación por ancho de pulsos) puede generar señales de frecuencia y de ciclo de trabajo variados por uno o más pines de salida.

El microcontrolador PIC16F887 dispone de dos módulos CCP - CCP1 y CCP2. Ambos son idénticos en modo normal de funcionamiento, mientras que las características del PWM mejorado están disponibles sólo en el modo CCP1. Ésta es la razón por la que en este capítulo se describe detalladamente el funcionamiento del módulo CCP1. Con respecto al CCP2, se presentarán sólo las características que lo distinguen del CCP1.

MÓDULO CP1

Una parte central de este circuito es un registro CCPR1 de 16 bits que consiste en registros CCPR1L y CCOR1H. Se utiliza para capturar los números binarios desde el registro del temporizador TMR1(TMR1H y TMR1L) o para comparar los números binarios almacenados en los registros CCPR1 y TMR1.

Si está habilitado por software, puede ocurrir el reinicio del temporizador Timer1 al igualarse los valores en modo de Comparación. Además, el módulo CCP1 puede generar señales PWM de frecuencia y de ciclo de trabajo variados.

Los bits del registro CCP1CON están en control del módulo CCP1.

CCP1 EN MODO DE CAPTURA

En este modo, registro CCP1 (que consiste en los registros CCPR1H y CCPR1L) captura el valor de 16 bits del registro del temporizador TMR1 (que consiste en los registros TMR1H y TMR1L) en las siguientes situaciones:

Al combinar cuatro bits (CCP1M3, CCP1M2, CCP1M1 y CCP1M0) del registro de control se determina cuál de estos eventos causará la captura de dato de 16 bits. Además, se deben cumplir los siguientes requisitos:

El bit de bandera CCP1IF se pone a uno después de acabar la captura. Si se pone a 1 el bit CCP1IE del registro PIE1, se producirá una interrupción.

Cuando el módulo CCP1 sale del modo de captura, puede producirse una interrupción de captura no deseada. Para evitarlo, antes de que ocurra un cambio en el registro de control CCP1CON se deben poner a 0 tanto el bit que habilita la interrupción CCP1IE, como el bit de bandera CCP1IF.

Las interrupciones no deseadas pueden producirse al cambiar el valor del pre-escalador. Para evitarlo, el módulo CCP1 debe estar apagado temporalmente antes de cambiar el valor del pre-escalador. Se recomienda la siguiente secuencia de programa, escrita en ensamblador:

Vamos a hacerlo en mikroBasic...

CCP1 EN MODO DE COMPARACIÓN

En este modo, el valor almacenado en el registro CCP1 se compara constantemente al valor almacenado en el registro del temporizador TMR1. Al igualarse los valores, el estado lógico en el pin de salida RC2/CCP1 puede ser cambiado, lo que depende del estado de bits en el registro de control (CCP1M3 - CCP1M0). El bit de bandera CCP1IF se pone a uno simultáneamente.

Para poner el módulo CCP1 en este modo de funcionamiento, se deben cumplir dos condiciones:

CCP1 EN MODO PWM

Las señales de frecuencia y de ciclo de trabajo variados tienen una amplia gama de aplicaciones en automatización. Un ejemplo típico es un circuito de control de potencia. Refiérase a la siguiente figura. Si un cero lógico (0) indica un interruptor abierto y un uno lógico (1) indica un interruptor cerrado, la potencia eléctrica que se transmite a los consumidores será directamente proporcional a la duración del pulso. Esta relación se le denomina Ciclo de Trabajo.

El otro ejemplo, común en la práctica, es el uso de señales PWM en un circuito para generar señales de forma de onda arbitraria como una onda sinusoidal. Vea la siguiente figura: