Файл: Учимся программировать микроконтроллеры Pic на языке PicBasicPro (В.В. Хилинский, 2007).pdf

инструкциями, а командами естественного языка (точнее, командами, напоминающими естественный язык), например:

если ускорение равно 0 то вычислить расстояние = скорость * время;

Эти команды с помощью специальных программ автоматически переводятся в машинный код.

Для того чтобы в дальнейшем избежать любых недоразумений в тексте, я должен разъяснить несколько терминов, которые будут использоваться часто в этой книге:

Программа это некоторый текст, который состоит из последовательности команд, написанных на языке программирования. Эти команды микроконтроллер выполняет последовательно одна за другой, либо осуществляет переходы, определенные правилами языка. В главе 2 детально рассматривается структура выбранного языка.

Компилятор - программа, выполняемая на компьютере, и её задача состоит в том, чтобы транслировать первоначальную (или исходную) программу в машинный код, который затем может быть записан в микроконтроллер. Процесс трансляции BASIC - программы в исполняемую программу показан на рисунке ниже. Программа, написанная на языке BASIC и сохраненная как файл c расширением *.bas, преобразуется компилятором в ассемблерный код и сохраняется как файл программы на языке ассемблера - *.asm. Сгенерированный таким образом ассемблерный код далее будет оттранслирован в файл с расширением - *.hex или загрузочный файл. Этот файл предназначен для непосредственной загрузки в память микроконтроллера.

Программатор - устройство, которое используется, для записи файлов программ в память микроконтроллера.

Составлять программу на языке высокого уровня, конечно, удобно. Набрал текст в редакторе, записал команды в соответствии с алгоритмом решения задачи

— и все. Затем запускаем программу - компилятор, которая автоматически переведет текст Вашей высокоуровневой программы в шестнадцатеричный файл. Затем этот файл можно записать с помощью программатора в микроконтроллер. При этом еще будет создан файл на языке ассемблера. Весь этот процесс представлен на рисунке 1.

9

Для подключения PIC-микроконтроллеров к источнику питания необходимы фильтрующие конденсаторы емкостью от 0,01 до 0,1 мкФ между выводами VSS и VDD. Следует отметить, что этот конденсатор должен иметь малые потери. Обычно для этих целей рекомендуется использовать керамические и танталовые конденсаторы.

Основная масса PIC-микроконтроллеров питается от напряжений 4,0 - 6,0 В, а некоторые типы могут работать и от 2,0 В. Они отличаются от типовых только тем, что были специально испытаны предприятием-изготовителем на функционирование при таком низковольтном напряжении питания. Для обозначения PIC-микроконтроллеров с низковольтным питанием перед буквами C или F добавляется буква L. И если Вы не проектируете какие-то специальные автономные устройства, где важен вес и объем изделия, то лучше остановить свой выбор на источнике питания +5 В. Тем более, что большинство микросхем, которые Вы будете подключать к микроконтроллеру, требуют именно такого напряжения питания. Для этих целей удобно использовать микросхему 7805 (российский аналог 142ЕН5), либо стабилитрон на 5.1 В. На рисунке 2 представлены схемы подключения таких источников.

Рис. 2. Варианты схем источников питания микроконтроллеров.

Для выбора номинала токозадающего резистора можно воспользоваться формулой

R = (Uвх –Uст)/(Iвых +Iст),

где R – сопротивление токозадающего резистора,

Uвх – нестабилизированное входное напряжение,

Uст – необходимое выходное стабилизированное напряжение, Iвых – необходимый ток питания,

Iст – номинальный ток стабилизации используемого стабилитрона.

Мощность резистора должна быть не меньше чем:

P = (Uвх –Uст)*(Iвых +Iст).

11

Рис.4. Схема подключения цепи MCLR для осуществления внешнего автоматического сброса при включении напряжения питания.

И, наконец, если напряжение питания может снижаться, до уровней способных нарушить нормальную работу микроконтроллера, целесообразно использовать схему, инициирующую сброс, когда напряжение падает ниже определенного порога. Две схемы внешнего сброса, предлагаемые фирмой Microchip, представлены на рис 5. Схема со стабилитроном, обладающая большей точностью, обеспечивает сброс как только питание опускается ниже VZ+0,7 В, в то время как схема без стабилитрона – при снижении напряжения до уровня 0,7*(1+R2/R1). В последнее время широкое распространение получили интегральные мониторы питания. Микросхемы данного типа предназначены для точного формирования сигнала сброса (RESET) в микропроцессорных системах. Принцип действия этих приборов следующий: в момент включения системы устройство тестирует величину напряжения питания и выдает сигнал сброса только тогда, когда напряжение питания достигает своей номинальной величины. Также эти микросхемы могут выполнять ряд дополнительных функций.

1.Это функция сторожевого таймера, позволяющая микросхеме отслеживать активность микроконтроллера и в случае отсутствия таковой (микроконтроллер «завис») производить принудительный сброс.

2.И другая функция это переключение на батарею, которая позволяет в случае отказа основного источника питания запитать слаботочные цепи микропроцессора (ОЗУ) от внешней резервной батареи.

В качестве примеров таких микросхем можно назвать: ADM709, DS1233, MAX809, КР1171СП47.

Следует отметить, что схемы сброса при понижении напряжения питания в современных PIC-микроконтроллерах активизируются при напряжениях ниже 4,5 В. Поэтому они, как правило, не применяются в микроконтроллерах с низковольтным питанием, за исключением специальных типов, которые имеют программируемые схемы сброса при понижении напряжения питания

13

Рис 5. Схемы подключения цепи MCLR для осуществления внешнего автоматического сброса при снижении напряжения питания ниже определённого уровня.

Регистры конфигурации.

Регистры конфигурации, в которых содержатся конфигурационные слова, предназначены для задания самых общих параметров работы PICмикроконтроллеров. Они позволяют указать:

•Режим работы генераторов;

•Режим защиты памяти программ;

•Параметры системы перезапуска микроконтроллеров;

•Запуск сторожевого таймера;

•Режим отладки микроконтроллеров PIC16F87x.

Биты слова конфигурации индивидуальны для каждого подсемейства PICмикроконтроллеров.

Генераторы тактовых импульсов.

Тактовый генератор задает периоды времени (или дисктреты), в течение которых происходит выполнение инструкций. Внутренний машинный цикл PICмикроконтроллера (TCY) состоит из четырех периодов тактового сигнала. Для формирования тактового сигнала в PIC-микроконтроллерах предусмотрен внутренний генератор.

В зависимости от типа и расположения времязадающих элементов могут использоваться следующие типы генераторов тактовых импульсов:

•встроенные генераторы;

•RC-генераторы;

•генераторы с кварцевыми резонаторами;

•генераторы с керамическими резонаторами;

•внешние генераторы.

Встроенные генераторы применяются во многих разработанных в последнее время PIC-микроконтроллерах. Понятно, что стоимость такого генератора минимальна. Этот генератор построен на основе конденсатора и программируемого резистора.

Вторым по стоимости является генератор с внешней RC-цепочкой. На рисунке 6.а показана схема подключения такого генератора. Его активным элементом является неинвертирующий буфер, который выполнен на основе триггера Шмидта и служит для открывания или запирания ключа на МОП транзисторе с N- каналом. Величины емкости конденсатора и сопротивления резистора определяются по спецификациям фирмы Microchip. Необходимо заметить, что

14

для сопротивлений меньше 2.2 кОм частота тактового генератора может быть нестабильной или вообще генерация может срываться. А для сопротивлений больших 1 Мом генератор становится чувствительным к внешним помехам, токам утечки и влажности. Поэтому свой выбор Вы должны осуществлять в диапазоне от 3 кОм до 100 кОм. Такой генератор может работать и без внешнего конденсатора (С=0). Но для стабильности все же рекомендуется ставить конденсатор емкостью более 20 пФ. В этом случае уменьшается влияние емкости печатных проводников.

Рис 6. Схемы подключения различных типов тактовых генераторов к PICмикроконтроллерам

Схемы генераторов с кварцевым и керамическим резонаторами практически не отличаются друг от друга. Подключение кварцевого или керамического резонатора производится согласно схеме, показанной на рисунке 6.б. При этом для нормального функционирования резонатора предусматривается подключение двух дополнительных конденсаторов. Емкость этих конденсаторов оговаривается в спецификациях фирмы Microchip.

Для каждого микроконтроллера существует три диапазона рабочих частот, каждому из которых соответствует определенный режим работы кварцевого резонатора. Частотные диапазоны кварцевых генераторов PICмикроконтроллеров и обозначения режимов указаны в таблице 2 и задаются с помощью регистра конфигурации.

Режимы работы тактовых генераторов PIC-контролеров и их частотные диапазоны

Таблица 2.

15

названию порта, которым он управляет. То есть, портом PORTB управляет регистр TRISB, а портом PORTC управляет регистр TRISC.

При записи 1 в какой либо разряд регистра TRIS соответствующий вывод одноименного порта переводится в состояние входа. Если же записать в этот разряд 0 то вывод порта переводится в состояние выход. Запомнить это можно, если обратить внимание на то, что 1 (единица) похожа на латинскую букву I (Input – вход), а 0 (ноль) похож на букву O (Output – выход). Таким образом, запись команды: TRISC=%01100111 означает, что разряды порта С – 0, 1, 2, 5, 6 установлены как выходы, а разряды – 3, 4, 7 установлены как входы. Следует отметить, что команду TRIS не рекомендуется использовать при программировании PIC-микроконтроллеров среднего и старшего подсемейства, поскольку она обеспечивает доступ лишь к портам PORTA, PORTB и PORTC, тогда как порты PORTD и PORTE не могут управляться с её помощью. В этих случаях лучше использовать команды BASIC - INPUT или OUTPUT.

Разряд 4 порта PORTA (RA4) в PIC-микроконтроллерах среднего подсемейства выполняется в виде выхода с открытым стоком. Этот вывод не может самостоятельно обеспечить выдачу логической единицы без подключения резисторов к напряжению питания (подтягивающих резисторов).

Выполнение операции, связанной с «подтяжкой» входов порта PORTB к напряжению питания (PORTB weak pull-up), разрешается с помощью бита _RPBU регистра опций – OPTION. Подобное разрешение дается при сбросе этого бита.

Величина внутреннего сопротивления переключателя, используемого для реализации режима «подтяжки», составляет приблизительно 50 кОм. Наличие подобного переключателя упрощает взаимодействие с клавиатурой и исключает необходимость в использовании внешних резисторов.

Замечание. В некоторых микроконтроллерах младшего подсемейства

(PIC12C50X, PIC12C67x, 12CE67x и 12F675) названия портов изменены. Вместо

PORTA он называется GPIO соответствующий этому порту регистр - TRISA. Для уточнения всегда смотрите справочные листы на используемое устройство.

Глава 2. Компилятор PicBasic Pro.

BASIC или Beginner's all purpose Symbolic Instruction Code (многоцелевой символический код для начинающих) был разработан в начале 60 годов в Дартмутском колледже для учебных целей. Благодаря своей простоте, он быстро завоевал популярность и был реализован для множества тогдашних компьютеров. Очередная компьютерная революция совершилась в середине 1970 годов, когда на свет появились первые микрокомпьютеры для домашнего использования, по своим возможностям напоминавшие современные программируемые

17