SENAI_Microcontroladores_Aula_01

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Aula 1
Prof. Ricardo Teixeira
Tecnologia em Mecatrônica Industrial
SENAI
Modelo da disciplina
Aulas teórica e práticas em hardware e simuladas.
Programação em C
Microcontrolador PIC18F4550
Kit didático Mac Master 2
Como está o nível do C da turma?
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Modelo da disciplina
Avaliação 1:
5 atividades ao longo das 10 primeiras aulas. 
Todas devem ser entregues na data especificada.
Todas as atividades deverão conter os arquivos para simulação e execução do projeto.
Avaliação 2:
Projeto em grupo.
Descrição do projeto (o que vai ser feito).
Pode compor com outras disciplinas (ex.: controlar um motor em eletrônica de potência etc.).
Esquema elétrico e código fonte.
Apresentação funcionando no kit didático.
Os códigos das atividades deverão ser compreensíveis. Se algum cálculo for realizado código deve ter os comentários explicando como se chegou ao resultado.
A descrição do projeto deve ser apresentada e aprovada.
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Modelo da disciplina
Avaliação Final:
Prova teórica aberta com 5 questões.
Tipo de questão:
Criar um código dado um problema.
Criar um circuito dado o código.
Questões discursivas.
Prova sem consulta e individual realizada em papel pautado.
Diferença para os microprocessadores.
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Introdução
O microcontrolador é pequeno computador em um único chip.
Neste mesmo chip temos o core de processamento, memória e periféricos de E/S programáveis.
Os modelos mais novos não necessitam de outros componentes para funcionar, são autossuficientes.
Estão disponíveis em diversos encapsulamentos, variadas famílias e modelos com características próprias (conversores AD, USB, tipo de arquitetura etc.).
Diferença para os microprocessadores.
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Introdução
Diagrama em blocos do microcontrolador PIC16F877. Fonte: http://www.mikroe.com/
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Aplicações
Processos Industriais;
Automóveis;
Dispositivos eletrônicos (smartphones, brinquedos, eletrodomésticos etc.);
Aplicações médicas;
Redes de Sensores Sem Fio (RSSF);
Robótica etc.
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Aplicações
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Aplicações
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Modelos
Diversos fabricantes:
Microchip (PIC e dsPIC);
ATMEL (8051, AVR);
ARM (série Cortex);
Texas Instruments (série MSP)
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Dúvida
E onde fica o Arduino nessa história?
Trata-se de uma plataforma de desenvolvimento opensource.
Utiliza microcontroladores ATMEL (ex.: Arduino Uno utiliza ATMEGA328).
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Microcontroladores PIC
Microcontroladores PIC
Desenvolvidos pela Microchip
Chips com características semelhantes mesmo em famílias diferentes (ex. PIC16F877A e PIC18F4550).
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Alguns Chips
PIC16F628A 
 8 bits, 2 KB de FLASH, 20 MHz, USART.
PIC 16F877A
8 bits, 8 KB de FLASH, 20 MHz, SPI, I²C.
PIC 18F4550
8 bits, 32 KB de FLASH, 48 MHz, USB.
dsPIC30F4013 
16 bits, 48 KB de FLASH, 40 MHz, CAN BUS, DSP.
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PIC 16F877A
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PIC 18F4550
16
PIC18F4550
Clock de até 48 MHz
32 KB de memória FLASH
35 E/S, 
13 canais A/D 10 bits, 
Protocolos de comunicação USB, UART, SPI e I²C,
1 PWM
4 Timers
SPI, I²C, USART
Boot-loader, necessita de gravador apenas na primeira gravação
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PIC18F4550
5 portas digitais de entrada e saída: A, B, C, D, E – cada uma com capacidades diferentes.
USB 2.0 – HID (Human Interface Device): é reconhecido como um novo dispositivo no Windows por exemplo.
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Arquitetura
PIC18F4550
Arquitetura Harvard (memórias separadas com barramentos independentes);
Porta A e B: 8 bits;
Porta C: 7 bits, RC3 não está disponível;
Porta D e E: 4 bits;
Apenas um barramento de dados;
Circuito de geração de clock interno.
 
dsPIC tem 2 barramentos de dados, X e Y.
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Ferramentas de Desenvolvimento
CCS – compilador para a linguagem C
MPLAB – gratuito para download em www.micrcochip.com 
Permite programação em assembly e C, além da gravação dos dispositivos
Pode ser usado para programação em C por meio de plugins
Também podem ser usados para programação o PicKit 2 Programmer, PICKit 3 Programmer entre outros.
Mikro C – compilador para a linguagem C com diversas ferramentas integradas
Proteus – simulador de circuito elétrico e código digital de microcontroladores
Possui limitações de simulação importantes que podem inviabilizar a simulação ou não prever completamente o funcionamento do circuito real.
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Material de Estudo
Materiais de aula no site www.ricardoteix.com
Livros:
Dogan Ibrahim, ADVANCED PIC MICROCONTROLLER PROJECTS IN C: From USB to RTOS with the PIC18F Series, Newnes, 2008. (mikroC)
David José de Souza, Desbravando o PIC, ed. Érica – 12ª Ed, 2009. (Assembly)
D. J. de Souza e Nicolás Cesar Lavinia, Conectando o PIC, recursos avançados. Ed Érica, 4ª Ed., 2007. 
Fábio Pereira, Microcontroladores PIC, programação em C (CCS). ed Érica, 7ª Ed, 2007.
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Material de Estudo
Outros materiais:
Datasheet do PIC18F4550.
PIC18F4XXX Family Programming Specification
Microchip website
Manual do compilador utilizado (F1)
Apostilas e tutoriais em geral na internet sobre microcontroladores PIC em C e Proteus.
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Kit Didático MacMaster 2
Displays 7 segmentos
LCD
LEDs
Teclado matricial
Memória serial (I²C)
RTC etc.
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Kit Didático McMaster 2
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Kit Didático McMaster 2
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Um pouco do Proteus
Entradas:
1: botão pressionado gera zero
2: botão pressionado gera 1
3: Arranjo com barra de resistor e dip switch (repare no uso da ferramenta label)
4: gerador lógico apenas para simulação (logic state)
5: botão de três terminais
1
2
3
4
5
Um pouco do Proteus
Saídas:
1: Controlando o LED
2: Arranjo com barra de LEDs
3: mostrador lógico apenas para simulação (logc probe)
1
2
3
Um pouco do Proteus
Teste seus códigos
Hardware de teste – disponível no material de aulas
Atenção:
à velocidade, 
ao arquivo .hex,
ao relógio da simulação
à sinalização de níveis lógicos: 
vermelho = 1
Azul = 0
Amarelo = curto circuito
Cinza = desconectado ou indefinido (zona proibida)
Dica importante - 1
O arquivo de configuração 18F4550.h possui a sintaxe as configurações de várias funcionalidades do controlador.
Para visualizar quais as opções disponíveis:
Abra o projeto (Exemplo_01),
Compile (F9)
Botão direito sobre #include<PIC164550.h>
Opção: open file at cursor
Ou apenas na aba Files dê duplo clique no arquivo.
Dica importante - 2
O arquivo .lst que mostra o código em assembly permite a visualização da área de código.
Para visualizar o arquivo .lst:
Abra o programa (Exemplo_01)
Compile (F9)
Clique na aba Files
Output/Exemplo_01.lst
Dica importante - 3
Ao abrir e compilar um programa no CCS é criado automaticamente um projeto associado.
Caso você abra um segundo programa e tente compilar, o projeto aberto (com o primeiro programa aberto) é o que será compilado.
Dica importante - 4
A diretiva #use delay (clock = 20M) apenas informa ao compilador qual a velocidade do clock que será implementado em hardware
Se houver diferença entre o cristal escolhido no Proteus ou na placa e o informado na diretiva as temporizações serão erradas.
Programação em C
Compilador CCS
ANSI C mais as especificações do uC
Ver arquivo 18F4550.h
Atenção aos tipos de dados
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Programação em C
Cada tipo comporta uma quantidade de bits
O estouro do valor pode acarretar em perda dos dados
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Programação em C
Alguns tipos são equivalentes
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Estrutura básica
#include <18F4550.h> // inclui arquivo de bibliotecas do dispositivo
#use delay (clock = 20000000)// Isso apenas informa para o compilador
 // qual a frequencia do clock será utilizada
 // para os calculos de tempo do compilador
// bits de configuração 
#fuses HS, NOWDT, NOPROTECT, NOPUT, NOBROWNOUT, NOLVP
void main () {// rotina principal
 //instruções que irão ser executadas apenas uma vez 
 
 while(true) { // loop infinito
 // Área de código em loop que será executada indefinidamente
 }
}
Os bits de configuração
XT,HS,INTRC – Selecionam a velocidade do cristal – datasheet página 121
NOWDT,WDT – Watchdog Timer (cão de guarda) - datasheet página 131
NOPUT,PUT – Power-up timer – datasheet página 124PROTECT, NOPROTECT – Protege o código, não permite a sua leitura (tem na internet como quebrar de algumas famílias)
DEBUG,NODEBUG
Os bits de configuração
NOBROWNOUT,BROWNOUT – Reset com tensão baixa
LVP,NOLVP – Programação em baixa tensão
Principais arquivos gerados pelo compilador
Xxx.cof 
código em linguagem de máquina para ser carregado no controlador ou no Proteus – permite debug no Proteus
Xxx.hex
código em linguagem de máquina para ser carregado no controlador ou no Proteus
Xxx.lst
código em assembly 
Para visualizar os arquivos, acesse a aba files após compilar. 
Configurando o simulador proteus
Clique com o botão direito sobre o controlador – propriedades
Carregue o programa .hex ou .cof e configure a velocidade
Primeiro Programa em C
Leitura e escrita de portas
input_x () 
output_x ()
Manual de referência pág. vii (via sumário)
value = input_a () //lê a porta A e carrega na variável value (byte ou inteiro)
output_a (value) //escreve a variável value na porta a.
Exemplo 01
#include <18F4550.h>
#FUSES NOWDT //No Watch Dog Timer
#FUSES INTRC //Internal osc 
#FUSES NOMCLR //Master Clear pin desabled
#use delay(crystal=4MHz)
#define LED PIN_B0
#define DELAY 1000
void main() {
 while(true){
 output_low(LED);
 delay_ms(DELAY);
 output_high(LED);
 delay_ms(DELAY);
 }
}
VDD
R10
1k
SW9
SW-SPST-MOM
VDD
SW10
SW-SPST-MOM
R11
1k
l
a
b
e
l
label
12345678
1
6
1
5
1
4
1
3
1
2
1
1
1
0
9
SW11
SW-DIP8
234567891
RP2
RESPACK-8
VDD
0
SW1
SW-SPDT
R10
560
D1
LED-RED
Pino de saida
?
12345678
2
0
1
9
1
8
1
7
1
6
1
5
1
4
1
3
91
0
1
2
1
1
U3
LED-BARGRAPH-GRN
R12
470R
R13
470R
R14
470R
R15
470R
R16
470R
R17
470R
R18
470R
R19
470R