Unidade III - O Hardware de um Microcontrolador

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Microprocessadores
Material Teórico
Responsável pelo Conteúdo:
Prof. Me. Massaki de Oliveira Igarashi
Revisão Textual:
Prof.ª Dr.ª Selma Aparecida Cesarin
O Hardware de um Microcontrolador
• Capítulo 1 – Conceitos Básicos;
• Capítulo 2 – PWM/COM.SERIAL/AD.
 · Abordar conceitos relacionados aos hardwares de microcontrolado-
res e microprocessadores. Por isso, foi escolhido, para exemplificar, 
um microcontrolador típico e fácil de programar, o PIC12F675, da 
Microchip®. Este microcontrolador utiliza tecnologia CMOS com base 
em Flash de 8 bits e possui 4 canais de conversão Analógico/Digital 
10 bits, 1 comparador e 128 bytes de Memória de dados EEPROM. 
Por isso, ele é facilmente adaptado para aplicações automotivas, in-
dustriais, de eletrodomésticos e de produtos de nível de consumidor 
que exigem reprogramação no campo.
OBJETIVO DE APRENDIZADO
O Hardware de um Microcontrolador
Orientações de estudo
Para que o conteúdo desta Disciplina seja bem 
aproveitado e haja maior aplicabilidade na sua 
formação acadêmica e atuação profissional, siga 
algumas recomendações básicas: 
Assim:
Organize seus estudos de maneira que passem a fazer parte 
da sua rotina. Por exemplo, você poderá determinar um dia e 
horário fixos como seu “momento do estudo”;
Procure se alimentar e se hidratar quando for estudar; lembre-se de que uma 
alimentação saudável pode proporcionar melhor aproveitamento do estudo;
No material de cada Unidade, há leituras indicadas e, entre elas, artigos científicos, livros, vídeos 
e sites para aprofundar os conhecimentos adquiridos ao longo da Unidade. Além disso, você 
também encontrará sugestões de conteúdo extra no item Material Complementar, que ampliarão 
sua interpretação e auxiliarão no pleno entendimento dos temas abordados;
Após o contato com o conteúdo proposto, participe dos debates mediados em fóruns de discus-
são, pois irão auxiliar a verificar o quanto você absorveu de conhecimento, além de propiciar o 
contato com seus colegas e tutores, o que se apresenta como rico espaço de troca de ideias e 
de aprendizagem.
Organize seus estudos de maneira que passem a fazer parte 
Mantenha o foco! 
Evite se distrair com 
as redes sociais.
Mantenha o foco! 
Evite se distrair com 
as redes sociais.
Determine um 
horário fixo 
para estudar.
Aproveite as 
indicações 
de Material 
Complementar.
Procure se alimentar e se hidratar quando for estudar; lembre-se de que uma 
Não se esqueça 
de se alimentar 
e de se manter 
hidratado.
Aproveite as 
Conserve seu 
material e local de 
estudos sempre 
organizados.
Procure manter 
contato com seus 
colegas e tutores 
para trocar ideias! 
Isso amplia a 
aprendizagem.
Seja original! 
Nunca plagie 
trabalhos.
UNIDADE O Hardware de um Microcontrolador
Capítulo 1 – Conceitos Básicos
Neste capítulo, você conhecerá a pinagem do microcontrolador PIC12F675 e 
aprenderá sobre Memória, registradores internos e temporizadores desse micro-
controlador, cuja simbologia e pinagem está descrita a seguir, na Figura 1.
VDD VSS
GP0/AN0/CIN+*ICSPDAT
GP1/AN1/CIN-/VREF/ICSPCLK
GP2/AN2/T0CKI/INT/COUT
PI
C1
2F
67
5
GP5/T1CKI/OSC1/CLKIN 2
3
4
1
7
6
5
8
GP4/AN3/T1G/OSC2/CLKOUT
GP3/MCLR/VPP
Figura 1 – Descrição da pinagem do microcontrolador PIC12F675
Descrição dos Pinos
A Figura 1, acima, apresenta a pinagem do microcontrolador PIC12F675, con-
forme descrição e funcionalidades contidas na Tabela 1.
Tabela 1 – Pinagem e funcionalidades do microcontrolador PIC12F675
PINO FUNCIONALIDADE
1 Entrada de alimentação positiva de +5 V.
2 Pode assumir as configurações de: entrada e saída (configurável) geral (GP5), clock do timer 1 (T1CK), entrada1 do circuito externo de oscilador de clock (OSC1) ou, ainda, entrada de sinal externo de clock.
3 Pode assumir as seguintes configurações: entrada e saída (configurável) geral (GP4), quarta entrada analógica (AN3), entrada2 do circuito externo de oscilador de clock (OSC2) ou, ainda, saída de sinal externo de clock.
4 Pode assumir as seguintes configurações: entrada (configurável) geral (GP3), masterclear (baixo ativo) ou tensão de programação (VPP).
5 Pode assumir as seguintes configurações: entrada e saída (configurável) geral (GP2), terceira entrada analógica (AN2), clock do timer 0, interrupção externa (INT) ou, ainda, saída do comparador interno (COUT).
6
Pode assumir as seguintes configurações: entrada e saída (configurável) geral (GP1), segunda entrada analógica 
(AN1), entrada inversora do comparador interno (CIN-), tensão de referência do comparador interno (VREF) ou, ainda, 
clock da programação in-circuit (ICSPCLK).
7 Pode assumir as seguintes configurações: entrada e saída (configurável) geral (GP0), primeira entrada analógica (AN0), entrada não inversora do comparador interno (CIN+) ou, ainda, dados da programação in-circuit (ICSPDAT).
8 É o terra da alimentação.
Memória
O microcontrolador PIC12F675, assim como outros microcontroladores, é um 
chip monolítico, cuja organização é dividida em 2 tipos de Memórias: Memória de 
Programa e Memória de Dados; além de ter 128 bytes de EEPROM (PENIDO, 2013).
No caso do PIC12F675, a Memória de Programa tem capacidade de 1024 
palavras de 8 bits, e a Memória de dados, 64 bytes de RAM estática e 128 bytes 
de EEPROM.
8
9
A Memória de Programa é aquela em que se armazena o programa gravado no 
microcontrolador e que será executado tão logo ele seja energizado. Na Memória 
de Dados, armazenam-se as variáveis do Programa, ou até 128 bytes de dados 
na Memória EEPROM, que serão mantidos mesmo que o circuito seja desligado 
da alimentação.
Os microprocessadores que, geralmente, estão numa Placa Mãe de computa-
dores, geralmente, necessitam que seja anexadas ao circuito dessa Placa Mãe Me-
mórias voláteis, que guardam a informação temporariamente; portanto, o que está 
armazenado nelas tem de ser constantemente atualizado para não se perder e essa 
atualização é feita por pulsos elétricos.
A Memória RAM é um tipo de Memória volátil; sua sigla remete ao termo em 
inglês Randon Acess Memory – RAM. Ou seja, Memória de Acesso Randômico, 
também conhecida como primária. Ela é um conjunto de chips semicondutores, 
em que os dados podem ser acessados ou guardados, temporariamente, pelo 
computador; por isso, diz-se que é uma Memória de leitura e gravação, pois o 
computador tanto lê, quanto utiliza o que está armazenado nela.
A Memória RAM poder ser do tipo estática ou dinâmica. Nela, encontram-
se informações sobre os Dados, Programas e Sistema Operacional exigidos pelo 
computador enquanto em uso, ou seja, enquanto ele está ligado.
Quando você abre qualquer programa no seu computador ou dispositivo e co-
meça a operá-lo, está usando constantemente a Memória RAM.
Em contrapartida, a Memória ROM, que remete ao termo em inglês Read Only 
Memory – ROM, ou Memória somente de leitura, pois não permite apagar a 
informação que vem gravada nela. É uma Memória não volátil, ou seja, não perde 
seus dados se houver interrupção de energia e não precisa que o computador esteja 
ligado à energia elétrica para manter seus dados.
Ela está presente, principalmente, em um microcontrolador fixado à Placa 
Mãe, que traz informações gravadas de fábrica, que não podem ser alteradas pelo 
usuário, e um programa chamado BIOS (Basic Input/Output System), Sistema 
Básico de Entrada/Saída.
Ele é um software, ou melhor, firmware, gravado na Memória ROM e é o 
primeiro software que é executado quando o computador é ligado. Outro programa 
gravado na Memória ROM é o POST, que é executado toda vez que se liga o 
computador para checagem e contagem da Memória.
Registradores
Os registradores SFR (cuja sigla advém do termo em inglês Special Function 
Registers – SFR) são posições da Memória que recebem nomes específicos e têm 
função bem definidas: guardar a configuração e o estado de funcionamento atual 
do microcontrolador.
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UNIDADE O Hardware de um Microcontrolador
Normalmente, cada bit do registrador tem uma função específica. Assim,tem- 
-se um registrador para definir se as portas são de entrada ou de saída, ativar e 
desativar interrupções, apresentar o estado da CPU etc.
Os principais registradores do microcontrolador PIC12F675 e seus respectivos 
endereços, em hexadecimal, são:
Tabela 2 – Principais registradores, seus endereços e funcionalidades
PINO ENDEREÇO FUNCIONALIDADE
TMR0 01H Armazena a contagem do timer. Sempre que esse contador chegar a zero e o INTCON estiver ativado, a interrupção de timer 0 será ativada.
STATUS 03H Exibe o estado interno da CPU.
GPIO 05H Apresenta o estado dos pinos de entrada/saída.
INTCON 0BH Ativa/desativa o conjunto de todas as interrupções e cada uma delas de forma independente.
CMCON 19H Apresenta o estado das entradas e da saída do comparador interno.
ADCON 1FH Apresenta o estado do conversor A/D.
TRISIO 85H Define se os pinos de entrada/saída atuarão como entrada ou como saída (individualmente).
ANSEL 9FH Seleciona o estado de cada um dos pinos de entrada/saídaquanto à sua operação como pino analógico ou digital.
Demais informações e Tabelas sobre os registradores do microcontrolador 
PIC12F675 podem ser obtidas na folha de dados do fabricante (datasheet).
Pinos de I/O
O microcontrolador PIC12F675 possui seis pinos de entrada e saída de dados 
(Input/Output).
Tabela 3 – Denominações e funcionalidades dos pinos de entrada e saída de dados
PINO DENOMINAÇÃO FUNCIONALIDADE
8 GND Terra da fonte de alimentação.
7 GP0 Entrada ou Saída, analógica ou digital, configurado por meio Registradores TRISIO e ANSEL, respectivamente.
6 GP1 Entrada ou saída, analógica ou digital, configurado nosRegistradores TRISIO e ANSEL, respectivamente.
5 GP2 Entrada ou saída, analógica ou digital, configurado nosregistradores TRISIO e ANSEL, respectivamente.
4 GP3 Apenas entrada, analógica ou digital, configurado nosregistradores TRISIO e ANSEL, respectivamente.
3 GP4 Entrada ou saída, analógica ou digital, configurado nosregistradores TRISIO e ANSEL, respectivamente.
2 GP5 Entrada ou saída, analógica ou digital, configurado nosregistradores TRISIO e ANSEL, respectivamente.
1 +Vcc Positivo da fonte de alimentação.
Temporizadores
Os temporizadores permitem a marcação precisa de intervalos de tempo. No 
caso do PIC12F675, existem dois temporizadores: um de 8 bits (timer 0) e um de 
16 bits (timer 1).
10
11
O timer 0 realiza uma contagem de 0 a 255 (8 bits) e o timer 1, de 0 a 65535 
(16 bits). Sempre que o timer atingir sua contagem máxima e se adicionar mais 
uma unidade, ele retornará a zero; quando isso acontece, diz-se que houve um 
estouro ou transbordamento do timer. Nesse momento, a interrupção associada 
ao timer é acionada, caso ela esteja habilitada.
Cada incremento do timer gasta um Ciclo de Máquina; por isso, é possível 
inicializar o timer com o valor adequado a fim de produzir a contagem de tempo 
que se deseja.
Por exemplo, se o objetivo for contar 100 μs, inicializa-se o timer 0 com 156 
(256 - 100) para um ciclo de máquina de 1 μs. Quando o timer 0 atingir 255 e 
tentar passar para 256, ele retornará a zero e terão se passado exatamente 100 
incrementos de 1 μs, totalizando 100 μs.
Capítulo 2 – PWM/COM.SERIAL/AD
Neste capítulo, você conhecerá a utilização do comparador interno, da Modulação 
por Largura de Pulso (PWM), do conversor A/D e da comunicação serial.
Comparadores
Em qualquer microcontrolador, o Módulo comparador consiste em um Circuito 
de Comparador Analógico (Figura 1), que pode ter suas entradas e sua saída 
acessadas pelos pinos do microcontrolador; e controlado pelo registrador CMCON 
que permite desligar ou ligar os pinos do comparador aos pinos externos (no caso, 
pinos 5, 6 e 7).
Por meio do registrador VRCON, podemos ajustar o nível de tensão de referência 
a ser aplicada à entrada inversora do comparador (Figura 2).
VIN+
VIN-
+
-
VIN-
Output
VIN+
Output
Figura 2 – Circuito Comparador
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UNIDADE O Hardware de um Microcontrolador
Modulação por Largura de Pulso (PWM)
O Módulo de Modulação por Largura de Pulso, ou PWM (do termo em in-
glês Pulse-Width Modulation) (BARR, 2001) não existe no microcontrolador 
PIC12F675, mas existe em outros microcontroladores, como, por exemplo, o 
PIC18F455,; ou seja, em PICs de maior número de pinos e maior complexidade. 
O módulo PWM consiste em um oscilador de onda retangular no qual se fixa a 
frequência e se alterna o ciclo ativo de meia onda (duty cycle), conforme ilustrado 
na Figura 3.
Normalmente, os PICs possuem o PWM com ajuste da Largura de Pulso de 10 
bits (210 = 1023), ou seja, pode-se ajustar o nível alto, desde zero (saída desligada) 
até 1023 que representa o máximo do sinal (saída ligada continuamente).
Por meio do PWM é possível gerar um sinal contínuo (pela filtragem ou pela 
integração) a partir de um sinal digital pulsado (Figura 3).
0% Duty Cycle
0v
5v
25% Duty Cycle
0v
5v
50% Duty Cycle
0v
5v
75% Duty Cycle
0v
5v
100% Duty Cycle
0v
5v
Figura 3 – Modulação por largura de pulso (PWM)
Conversor A/D
O Conversor Analógico-Digital (A/D) efetua a conversão de um Sinal Analógico 
para a sua representação digital de 10 bits, no caso do microcontrolador PIC12F675, 
que possui quatro entradas analógicas (GP0 a GP3) e que são multiplexadas para 
um circuito de amostragem e retenção, conforme ilustrado na Figura 4.
A saída do circuito de amostragem e retenção é ligada à entrada do conversor 
A/D de 10 bits. O conversor A/D gera um resultado binário por meio de um 
processo de aproximação sucessiva e armazena o resultado em um registrador de 
10 bits. A tensão de referência utilizada pelo conversor pode ser selecionada por 
software, entre a tensão de alimentação ou a tensão aplicada ao pino “Vref”.
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VDD
VCFG=0
VCFG=1VREF
GP0/AN0
CHS1:CHS0
ADON
GP1/AN1/VREF
GP2/AN2
GP3/AN3
ADC
ADFM
10
10
VSS
GO/DONE
ADRESH ADRESL
Figura 4 – Diagrama de blocos do conversor A/D
USART
O Módulo Transmissor/Receptor Universal Síncrono e Assíncrono, ou simples-
mente USART (do termo em inglês Universal Synchronous Asynchronous Recei-
ver Transmitter), utilizado para a comunicação serial, também não está presente 
no PIC12F675 (nesse caso, implementa-se a comunicação serial por software); 
porém, o assunto será abordado devido à sua importância e à sua existência em 
vários microcontroladores.
Esse módulo implementa todo o Protocolo Lógico de Comunicação pela porta 
serial RS-232 com o microcomputador. Para o protocolo físico, devemos utilizar um 
conversor de níveis (como o MAX232), vez que o PIC fornecerá níveis de tensão 
de 0 V a 5 V e a RS-232 trabalha com níveis de +15 V a -15 V (PENIDO, 2013).
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UNIDADE O Hardware de um Microcontrolador
Material Complementar
Indicações para saber mais sobre os assuntos abordados nesta Unidade:
 Livros
Desbravando o PIC: Ampliado e Atualizado para PIC16F628A
SOUZA, David José. Desbravando o PIC: Ampliado e Atualizado para PIC16F628A, 
Érica, 2005.
Microcontroller and Microcomputers
CADY, Frederick. Microcontroller and Microcomputers, Oxford: 1997. 
 Vídeos
Home Appliance
https://goo.gl/oyCeLG
Medical and Fitness Applications Design Center
https://goo.gl/MYAbnp
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Referências
BARR, Michael. Pulse Width Modulation. Embedded Systems Programming, 
v. 14, n. 10, p. 103-104, 2001.
MICROCHIP Technology Inc. Website Disponível em: <http://www.microchip.
com>. Acesso em: 1 dez. 2017. 
PENIDO, Édilus de Carvalho Castro. Microcontroladores. Ouro Preto: Instituto 
Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Minas Gerais/Santa Maria: 
Universidade Federal de Santa Maria, Colégio Técnico Industrial de Santa Maria; 
Rede e-Tec Brasil, 2013.
SANCHEZ, Julio; CANTON, Maria P. Microcontroller programming: the 
microchip PIC. CRC Press, 2006.
TOCCI, Ronald J. et al. Sistemas Digitais: Princípios e Aplicações. 11.ed. São 
Paulo: Pearson Prentice Hall, 2011.
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