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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica. EL MICROCONTROLADOR PIC16F84 Y SU APLICACION EN LAS COMUNICACIONES TESIS PARA OBTENER EL GRADO DE INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRONICA PRESENTAN ALVARADO CORONA RAFAEL BOLAÑOS RODRÍGUEZ BEATRIZ ANGELICA URZUA OSORIO DAGOBERTO DIRECTOR DE TESIS DR. PRIMITIVO REYES LOPEZ México, DF. Mayo del 2004 1 INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA UNIDAD PROFESIONAL “ADOLFO LÓPEZ MATEOS” REPORTE TÉCNICO QUE PARA OBTENER EL TITULO DE POR LA OPCIÓN DE TITULACIÓN DEBERA(N) DESARROLLAR INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRONICA SEMINARIO DE TITULACIÓN C. ALVARADO CORONA RAFAEL C. BOLAÑOS RODRÍGUEZ BEATRIZ ANGELICA C. URZUA OSORIO DAGOBERTO “EL MICROCONTROLADOR PIC16F84 Y SU APLICACION EN LAS COMUNICACIONES” OBJETIVO: Mostrar el marco teórico sobre el amplio campo de aplicación de este microcontrolador y destacar sus posibilidades de uso en las Comunicaciones. 1 INTRODUCCIÓN JUSTIFICACIÓN CONCEPTOS BASICOS Y FUNDAMENTOS GENERALES 2 LOS MICROCONTROLADORES Y EL PIC 16F84. 3 PROGRAMADORES 4 DESARROLLO DE CIRCUITOS REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS 2 INTRODUCCIÓN AL MICROCONTROLADOR ¿Qué es un microcontrolador? Un microcontrolador es un dispositivo electrónico capaz de llevar a cabo procesos lógicos. Estos procesos o acciones son programados en lenguaje ensamblador por el usuario, y son introducidos en este a través de un programador. A lo largo de esta tesis veremos todos los reglas y trucos de este lenguaje complicado por su sencillez. Un poco de historia Inicialmente cuando no existían los microprocesadores las personas se ingeniaban en diseñar sus circuitos electrónicos y los resultados estaban expresados en diseños que implicaban muchos componentes electrónicos y cálculos matemáticos. Un circuito lógico básico requería de muchos elementos electrónicos basados en transistores, resistencias, etc, lo cual desembocaba en circuitos con muchos ajustes y fallos; pero en el año 1971 apareció el primer microprocesador el cual originó un cambio decisivo en las técnicas de diseño de la mayoría de los equipos. Al principio se creía que el manejo de un microprocesador era para aquellas personas con un coeficiente intelectual muy alto; por lo contrario con la aparición de este circuito integrado todo sería mucho más fácil de entender y los diseños electrónicos serian mucho más pequeños y simplificados. Entre los microprocesadores mas conocidos tenemos el popular Z-80 y el 8085. Los diseñadores de equipos electrónicos ahora tenían equipos que podían realizar mayor cantidad de tareas en menos tiempo y su tamaño se redujo considerablemente; sin embargo, después de cierto tiempo aparece una nueva tecnología llamada microcontrolador que simplifica aun mas el diseño electrónico. 3 Diferencias entre microprocesador y microcontrolador Si has tenido la oportunidad de realizar un diseño con un microprocesador pudiste observar que dependiendo del circuito se requerían algunos circuitos integrados adicionales además del microprocesador como por ejemplo: memorias RAM para almacenar los datos temporalmente y memorias ROM para almacenar el programa que se encargaría del proceso del equipo, un circuito integrado para los puertos de entrada y salida y finalmente un decodificador de direcciones. Figura 1. Estructura de un sistema abierto basado en un microprocesador. La disponibilidad de los buses en el exterior permite que se configure a la medida de la aplicación. Un microcontrolador es un solo circuito integrado que contiene todos los elementos electrónicos que se utilizaban para hacer funcionar un sistema basado con un microprocesador; es decir; contiene en un solo integrado la Unidad de Proceso, la memoria RAM, memoria ROM, puertos de entrada, salidas y otros periféricos, con la consiguiente reducción de espacio. El microcontrolador es en definitiva un circuito integrado que incluye todos los componentes de un computador. Debido a su reducido tamaño es posible montar 4 el controlador en el propio dispositivo al que gobierna. En este caso el controlador recibe el nombre de controlador empotrado (embedded controller). Figura 2. El microcontrolador es un sistema cerrado. Todas las partes del procesador están contenidas en su interior y sólo salen al exterior las líneas que gobiernan los periféricos. Ventajas de un microcontrolador frente a un microprocesador Estas ventajas son reconocidas inmediatamente para aquellas personas que han trabajado con los microprocesadores y después pasaron a trabajar con los microcontroladores. Estas son las diferencias más importantes: Por ejemplo la configuración mínima básica de un microprocesador estaba constituida por un Micro de 40 Pines, Una memoria RAM de 28 Pines, una memoria ROM de 28 Pines y un decodificador de direcciones de 18 pines; pero un microcontrolador incluye todo estos elementos en un solo Circuito Integrado por lo que implica una gran ventaja en varios factores: En el circuito impreso por su amplia simplificación de circuitería, el costo para un sistema basado en microcontrolador es mucho menor y, lo mejor de todo, el tiempo de desarrollo de su proyecto electrónico se disminuye considerablemente. 5 Los microcontroladores hoy día Los microcontroladores están conquistando el mundo. Están presentes en nuestro trabajo, en nuestra casa y en nuestra vida, en general. Se pueden encontrar controlando el funcionamiento de los ratones y teclados de los computadores, en los teléfonos, en los hornos microondas y los televisores de nuestro hogar. Pero la invasión acaba de comenzar y el nacimiento del siglo XXI será testigo de la conquista masiva de estos diminutos computadores, que gobernarán la mayor parte de los aparatos que fabricaremos y usamos los humanos. Cada vez existen más productos que incorporan un microcontrolador con el fin de aumentar sustancialmente sus prestaciones, reducir su tamaño y coste, mejorar su fiabilidad y disminuir el consumo. Algunos fabricantes de microcontroladores superan el millón de unidades de un modelo determinado producidas en una semana. Este dato puede dar una idea de la masiva utilización de estos componentes. Los microcontroladores están siendo empleados en multitud de sistemas presentes en nuestra vida diaria, como pueden ser juguetes, horno microondas, frigoríficos, televisores, computadoras, impresoras, módems, el sistema de arranque de nuestro coche, etc. Y otras aplicaciones con las que seguramente no estaremos tan familiarizados como instrumentación electrónica, control de sistemas en una nave espacial, etc. Una aplicación típica podría emplear varios microcontroladores para controlar pequeñas partes del sistema. Estos pequeños controladores podrían comunicarse entre ellos y con un procesador central, probablemente más potente, para compartir la información y coordinar sus acciones, como, de hecho, ocurre ya habitualmente en cualquier PC. 6 Objetivo. El objetivo del presente trabajo es proporcionar un panorama amplio para conocer estos dispositivos y en particular del PIC16F84 que por sus relevantes características, bajo costo y facilidad de programación nos brinda la oportunidad de crear un sinfín de aplicaciones cuyo único límite es la imaginación. Además se pretende dar un enfoque práctico, mostrando sus aplicaciones en diferentes áreas y particularmente en el área de Comunicaciones, donde se mostrará el uso del microcontrolador PIC16F84 para la modulación por ancho de pulso (PWM). Cabe hacer la aclaración que el PIC16F84 requiere de algunos mínimos componentes externos dependiendo de la aplicación que se pretenda darle. Como ejemplo podemos mencionar el uso de un cristal de cuarzo y capacitores o resistencias dependiendo del tipo de oscilador que se elija para hacerlo operar. En cuanto a las condiciones actuales se mencionan también algunos otros microcontroladores de otras empresas como los COP de NATIONAL, AVR´s de ATMEL, la serie 8031 de INTEL, etc. Para así comprarlos con el PIC16F84 de MICROCHIP y darnos cuenta de las superiores cualidades y características con respecto a sus competidores mas cercanos. Se cree conveniente que para que se pueda conocer más a fondo este dispositivo y trabajar con él primero debemos definir que es y para que sirve un microcontrolador, sus características generales, un amplio panorama de aplicaciones y mencionar el caso particular del PIC16F84 con los bloques que lo integran basándose en la familia 16X84 para así saber que es la memoria de datos, la memoria de programas, el perro guardián, el registro STATUS, etc, se aborda también el tema del diseño del conjunto de instrucciones y estos temas son presentados en el capitulo II. En el capitulo III y habiendo descrito los recursos con que cuenta el PIC16F84 en el capitulo I, son presentadas las 35 instrucciones del set RISC de esta familia, dando algunos ejemplo de uso en ciertos casos. Se hablará también de cómo 7 programar estos dispositivos y varios modelos de programadores existentes, así mismo se hablará del software empleado en su programación y de otros paquetes extras que facilitan el trabajo. En el capitulo IV se dan ejemplos de prácticos sobre circuitos reales de diferentes ramas de la ingeniería y uno de sus múltiples usos en el área de las Comunicaciones que es la modulación por ancho de pulso o PWM. En el capitulo V se presentan las conclusiones derivadas del análisis del microcontrolador PIC16F84 y sus aplicaciones en el área de las Comunicaciones, se incluyen hojas de especificaciones y costos de estos microcontroladores. 8 Planteamiento del Problema. Debido a los grandes avances tecnológicos, nosotros como ingenieros tenemos una gran participación en el desarrollo de nuevas tecnologías, esta es una razón por la cual estamos proponiendo que una solución de bajo costo, la cual sería el uso del microcontrolador, cabe señalar que este se debe seleccionar de acuerdo a la aplicación que vallamos a desarrollar ya que se puede utilizar en un sin fin de aplicaciones, esto es de vital importancia pues existen microcontroladores de mucha capacidad y de poca capacidad por lo tanto, algunos son muy económicos y otros son un poco mas caro. Como fue mencionado anteriormente existen otros modelos de microcontroladores diferentes al PIC16F84, tal es el caso por ejemplo de los COP de NATIONAL o los AVR´s de ATMEL que poseen algunos recursos similares al PIC16F84 de microchip, pero que por su alto costo y dificultad de programación, así como el tipo de tecnología empleada en su construcción, hacen decidirse por una opción más económica y con mejores prestaciones como lo es el PIC16F84. 9 ** INDICE ** INTRODUCCION CAPITULO 1.- CONCEPTOS BASICOS Y FUNDAMENTOS GENERALES 01 1.1.- LA COMPUTADORA 02 1.2.- EL PROCESADOR 04 1.3.- LAS INSTRUCCIONES 07 1.4.- DESARROLLO DE LA COMPUTACION 09 1.5.- CLASIFICACION DE LAS COMPUTADORAS 13 CAPITULO 2.- LOS MICROCONTROLADORES Y EL PIC 16F84. 15 2.1.- DEFINICIONES Y APLICACIONES DE LOS MICROCONTROLADORES. 15 2.2.- MICROCONTROLADORES MAS COMUNES. 17 2.3.- COMPETIDORES DIRECTOS DEL PIC Y SUS PRINCIPALES RECURSOS. 18 2.4.- DESCRIPCION DE LOS PINES. 19 2.5.- DESCRIPCION INTERNA. 23 2.6.- TIPOS DE ARQUITECTURA DEL CONJUNTO DE INSTRUCCIONES. 35 2.7.- CONSIDERACIONES MAS COMUNES PARA EL DISEÑO DE LA ARQUITECTURA DEL CONJUNTO DE INSTRUCCIONES. 36 2.8.- CLASIFICACION DE ISAs CON REGISTRO DE PROPOSITO GENERAL. 39 2.9.- REDUCED INSTRUCTION SET COMPUTER (RISC). 40 2.10.- CONSIDERACIONES PARA EL DISEÑO DEL CONJUNTO DE INSTRUCCIONES RISC. 43 2.11.- DISEÑO DEL CONJUNTO DE INSTRUCCIONES 44 CAPITULO 3.- PROGRAMADORES 57 CAPITULO 4.- DESARROLLO DE CIRCUITOS 70 4.1.- DESARROLLO DE UN DETECTOR DE RUIDO DE ALTA FRECUENCIA DE BAJO 70 COSTO BASADO EN EL MICROCONTROLADOR PIC16F84 4.2.- DESARROLLO DE UN CIRCUITO PARA PWM 77 4.3.- PROYECTOS CON EL PIC16F84 82 BIBLIOGRAFIA 96 10 CAPITULO I.- CONCEPTOS BASICOS Y FUNDAMENTOS GENERALES Introducción. En el campo de la electrónica existen diversos dispositivos programables, tal es el caso de los microcontroladores que están ocupando un lugar de privilegio dentro de la industria electrónica. En particular los microcontroladores de la empresa Microchip, en los cuales se puede implementar fácilmente una gran variedad de programas con un set reducido de instrucciones, y estos dispositivos son conocidos como PIC. Fundamentos de los procesadores. A través de la historia de la humanidad, los cálculos principalmente se han realizado con nuestro cerebro. Conforme la civilización ha avanzado se han desarrollado herramientas de cálculo que han ayudado a el cómputo manual. En un principio se usaron los dedos, piedras y se tallaron maderas para realizar conteos. Posteriormente apareció el ábaco y la regla de cálculo. A medida que el tamaño y complejidad de los cálculos aumentaban, aparecieron dos limitantes en cuanto al cálculo manual: La velocidad con que un humano realiza los cálculos. La vulnerabilidad a cometer errores, por causa de distracción, fatiga, etc., factores que no afectan a las máquinas. En consecuencia aparecieron las primeras máquinas de cálculo automático. 11 Tanto el cálculo humano o artificial, contienen los siguientes componentes: Un Procesador capaz de interpretar y ejecutar programas. Una memoria para almacenar los programas y datos a procesar. Mecanismos de entrada y salida para transferir información entre la computadora y el exterior. Unidad de Procesamiento Central Entrada Salida Memoria Principal (a) (b) Figura 1-1. Componentes principales (a) Cómputo humano (b) Cómputo de una máquina. 1.1 LA COMPUTADORA Las computadoras actuales aún siguen la filosofía y conceptos que introdujo John von Neumann, tales como el uso de una Memoria, que consiste en un lugar donde se guardan ordenadamente las instrucciones que serán realizadas por la máquina, así como los datos y resultados. De esta forma se tenía la posibilidad de alterar el programa de instrucciones, es por esto que se denominan máquinas de programa almacenado. Von Neumann también introdujo el uso del sistema binario. La máquina programada de von Neumann se compone de bloques electrónicos digitales, que reciben, guardan y procesan información binaria, comunicándose entre ellos por líneas digitales, conocidas como buses. 12 Figura 1-2. Arquitectura Von Neumann. La Unidad de Control y el Camino de Datos conforman la Unidad de Procesamiento Central, también llamado Procesador, la cual se encarga de recibir ordenadamente las instrucciones desde la Memoria Principal para interpretarlas y generar las señales de control, que se aplican sobre los componentes del sistema para llevar a cabo las instrucciones. El Generador de pulsos de reloj, se encarga de sincronizar las operaciones que se llevan a cabo en los componentes que intervienen en el manejo de los datos. La frecuencia del generador depende del diseño y tecnología de la computadora y determina la velocidad de procesamiento del mismo. La Memoria Principal almacena, tanto los datos como el conjunto ordenado de instrucciones que al ser ejecutadas, proporcionan los resultados esperados. Al conjunto ordenado de instrucciones se conoce como Programa. La máquina tiene la capacidad de romper la secuencia ordenada según los resultados parciales que se van obteniendo. La encargada de adaptar el formato de la información entre la máquina y los periféricos es la Unidad de Entrada y salida. 13 1.2 EL PROCESADOR Un procesador de propósito general es un autómata de estados finitos que ejecuta instrucciones almacenadas en una memoria. El estado del sistema esta definido por los valores almacenados en las localidades de memoria junto con los valores almacenados en ciertos registros del procesador. La evolución de las computadoras se basa en los procesadores, que han llegado a ser mucho más poderosos y han desplazado ampliamente el uso de supercomputadoras en las empresas e industria. Los procesadores también conocidos como CPU son usados en estaciones de trabajo, servidores y dispositivos periféricos como impresoras y controladores de disco. También son usados en muchas aplicaciones, incluyendo control y monitoreo de funciones. Funciones que realiza La función primaria del procesador es ejecutar secuencias de instrucciones o programas, almacenados en una memoria principal. El procesador transfiere las instrucciones y los datos de entrada, de la memoria principal a sus registros. Ejecuta las instrucciones en la secuencia almacenada, excepto cuando ésta es alterada por una instrucción de salto. Transfiere los datos de salida de sus registros a la memoria principal. El manejo eficiente del flujo de instrucciones y datos es una tarea básica que debe desarrollar el procesador. 14 Elementos que lo integran El procesador consta de los siguientes elementos: Camino de datos (datapath). Unidad de control. Figura 1-3. Componentes del procesador. Camino de datos o “datapath” Se encarga del procesamiento de los datos, el camino de datos esta compuesto por unidades funcionales y de almacenamiento que ejecutan ciertas operaciones lógicas y aritméticas contenidas en las instrucciones. El datapath esta estructurado de la siguiente forma: Archivo de registros, almacena temporalmente los operandos. Unidades funcionales, las cuales pueden ser ALUs (que ejecutan la suma, resta y operaciones lógicas), desplazadores (shifters) o multiplicadores. Multiplexores, los cuales guían a los datos a través del datapath. 15 La implementación de un “datapath” se crea en base a una tecnología de “hardware” específica, la cuál es la que dicta la duración del ciclo de reloj, y esta determinado por los circuitos más lentos que operan durante un periodo de ciclo de reloj, por lo que es el procesador quien lo determina. Además de que ocupa la mayor parte de los transistores y del área del procesador. Unidad de Control Se encarga de interpretar, coordinar, y realizar la transferencia de datos entre la unidad aritmético-lógica, memoria y dispositivos de entrada y salida. Analiza e interpreta los bits de los campos que componen a una instrucción, posteriormente genera las señales de control adecuadas para especificar al Camino de datos la operación que debe realizar, los operandos de entrada y el lugar donde debe guardar el resultado. Además determina la dirección de la siguiente instrucción a ejecutar. Existen dos métodos para el diseño de la unidad de control: Control cableado y microprogramado. Control cableado. Se basa en un circuito lógico secuencial o máquina de estado finito, que genera secuencias específicas de señales de control en respuesta a instrucciones externas. Su objetivo es minimizar el número de componentes usados y maximizar la velocidad de operación. Una vez construida la unidad de control, la única manera de implementar cambios es rediseñando totalmente la unidad, es por esta característica que se conoce como Cableado o Hardwired. Microprogramación. Se construye en torno a una unidad de almacenamiento llamada memoria de control, todas las señales de control se almacenan en un formato similar a un programa. La memoria de control almacena 16 un conjunto de microprogramas diseñadas para implementar o emular el funcionamiento de un conjunto de instrucciones en particular. Cada instrucción origina la búsqueda del microprograma correspondiente. La extracción de la información contenida en los microprogramas es muy similar a la búsqueda y ejecución de un programa almacenado en memoria principal. Este tipo de control es más sistemático al organizar las señales de control en palabras con formato (microinstrucciones), los cambios en el diseño se pueden realizar fácilmente al alterar el contenido de la memoria de control. El inconveniente es que son muy costosas y tienden a ser lentas ya que se debe emplear tiempo extra en la búsqueda de la microinstrucción dentro de la memoria de control. (a) (b) Figura 1-4. Unidad de control (a) Cableado (hardwired) 1.3 (b) Microprogramado. LAS INSTRUCCIONES Dependiendo de la estructura de la computadora, se tiene un tamaño de bits en el que se trabajan las instrucciones. Este tamaño se conoce como palabra y suele ser de 8, 16, 32 ó 64 bits. Las instrucciones como los datos pueden ser de una o varias palabras. Una instrucción especifica sus parámetros por medio de campos, los cuales suelen ser: Código de operación (codifica el tipo de operación lógica o aritmética que realizará la instrucción), Operando fuente y destino, entre otros. CÓDIGO OPERANDO 1 OPERANDO 2 OP RESULTADO Figura 1-5. Campos de una instrucción. 17 Tanto las unidades de control cableadas como microprogramadas son estructuradas como instrucciones o microinstrucciones pipelines como una manera de incrementar la ejecución. El Pipeline es un método de bajo costo para aumentar el rendimiento del procesador al descomponer su operación en una secuencia de pasos relativamente independientes. Los procesadores actuales usan el pipeline para incrementar su porcentaje efectivo de instrucciones ejecutadas. Etapas para la ejecución de una instrucción Las instrucciones pueden descomponerse por ejemplo en cinco etapas básicas, que son. 1° Etapa. Búsqueda de instrucción Se localiza el código binario de la instrucción en la Memoria Principal. El contador de Programa (PC), se encarga de depositar en el bus de direcciones la dirección de la instrucción a ejecutar. Una vez decodificada la dirección en la memoria, se lee la posición correspondiente y su contenido se transfiere por el bus de datos e instrucciones a la Unidad de Control. 2° Etapa. Búsqueda del registro/Decodificación de la instrucción La unidad de control interpreta el código binario de la instrucción que se ha recibido de la Memoria principal y accede al archivo de registros para leerlos. 3° Etapa. Ejecución La unidad de control genera las señales precisas para que el “datapath” realice la operación correspondiente a la instrucción actual. 18 4° Etapa. Acceso a memoria Es realizada únicamente por instrucciones de carga, almacenamiento, saltos y bifurcaciones. El acceso a la memoria esta determinada por el tipo de instrucción. 5° Etapa. Post-escritura (escritura del resultado) El resultado obtenido en la etapa de ejecución de la instrucción se guarda en el registro destino. 1.4 DESARROLLO DE LA COMPUTACIÓN El desarrollo de la tecnología, en especial la relacionada con la electrónica, ha afectado fuertemente la evolución de la organización de las computadoras, por lo que se identifican cuatro etapas: 1° Etapa. Es la época inicial o nacimiento de la computadora, y esta marcada por la estructura propuesta por Von Neumann. Figura 1-6. Arquitectura simplificada propuesta por Von Neumann. 19 La mayor actividad se realiza en la Unidad de Control y la Memoria Principal. La unidad de control envía a la memoria la dirección de la instrucción, recibe su código, lo interpreta y en fase de ejecución, selecciona la operación en la ALU, busca los operandos y almacena los resultados. Es un ir y venir de datos e instrucciones entre la memoria y la unidad de control. Así también las entradas y salidas que proporcionan y reciben datos. La tecnología usada en la implementación de esta estructura consistió en válvulas de vacío. La velocidad de respuesta entre ambos bloques era similar, ya que ambos estaban construidos con dichos dispositivos. En la programación de las computadoras se usaba el lenguaje máquina binario. 2° Etapa Es la época de los circuitos de pequeña y mediana escala de integración (SSI y MSI), estos son usados en la construcción del procesador, pero no en la Memoria, la cual se implementaba con tecnologías como núcleos de ferrita, cuyos tiempos de acceso eran muy elevados, esto propicio una diferencia considerable entre las tecnologías utilizadas para la construcción de esos dispositivos. La velocidad de la memoria principal es 10 veces más lenta que la unidad de control, lo que origina largos periodos de inactividad del procesador en la etapa de acceso a Memoria. Como medida para compensar la diferencia de velocidades surgen las computadoras CISC. La unidad de control, la integra una memoria de control. Por lo que el rendimiento quedaba a expensas de la velocidad de la memoria de control, que al ser pequeña y estar construida con semiconductores, era mucho más elevada que la memoria principal. 20 Figura 1-7. Arquitectura de una computadora CISC. 3° Etapa El aumento de la densidad de integración permitió construir memorias más rápidas, las cuales se incorporaron en la memoria principal, tratando de equilibrar su velocidad con la del procesador. En está etapa aparece la memoria caché, la cuál se intercala entre la memoria principal y unidad de control, esta contiene la información más utilizada por el procesador. La memoria caché alcanza velocidades de 5 a 10 veces más que la memoria principal, su capacidad es pequeña pero su efectividad consiste en que contenga las instrucciones más solicitadas por el procesador. Figura 1-8. Arquitectura que utiliza memoria caché. 21 Las computadoras de memoria caché, al momento de decodificar instrucciones complejas, hacen que el procesador se tarde más en realizar la operación que en acceder a la memoria, es por esto que el interés en las computadoras CISC ha ido disminuyendo. 4° Etapa Se han realizado modificaciones en cuanto al diseño en la organización de las computadoras, con mira al mejoramiento de la velocidad del procesador y el equilibrio con la memoria caché, algunas de estas modificaciones son las siguientes: 1.- Eliminación del microcódigo. Las instrucciones se vuelven sencillas, por lo que desaparece la memoria de control. 2.- Reducción del tiempo de ciclo de máquina. Como consecuencia de la simplificación de las instrucciones. 3.- Interpretación directa por el hardware de las instrucciones y ejecución de las mismas en un ciclo de máquina. 4.- Ampliación de la caché para contener datos e instrucciones. Los procesadores actuales dan gran importancia a la memoria caché, la cual está dedicada exclusivamente a contener instrucciones y los datos más usados. Se han establecido jerarquías entre distintos tamaños de caché, existiendo varios niveles con distintas velocidades y capacidades. También con estos criterios se realza el uso de las computadoras de conjunto de instrucciones RISC. 22 Figura 1-9. Arquitectura básica de computadoras RISC. 1.5 CLASIFICACIÓN DE LAS COMPUTADORAS Por el tipo y categorías de computadoras que se han fabricado suelen clasificarse en cinco generaciones, las cuáles tienen aproximadamente una duración de una década y que se caracterizan por un conjunto de parámetros, los cuales podemos visualizarlos en la siguiente tabla. 23 CARACTERÍSTICAS Duración Tecnología Fabricante Máquina Sistema Operativo Tipo de Memoría G Primera 1950-1960 Válvulas electrónicas IBM-UNIVAC IBM 701 E N Tambores y cintas magnéticas A C I Máquina N E S Cuarta Quinta 1960-1970 1970-1980 1980-1990 1990-2000 Transistores CI SSI-MMI CI LSI CI VLSI DIGITAL APPLE DEC-INTEL BURROUGHS NCR, CDC CDC 6600 encadenamiento. Núcleos de Ferrita PDP-8 PDP-11 Estructurados bajo multiprogramació n y multiproceso Memorias en CI Y Memorias Caché FORTRAM Lenguaje O Tercera Muy primarios Tubos de William. R Segunda Monitor de Muy rudimentario E Fujitsu M382 Cray X-MP Alpha21164 P6 SO de tiempo Multiprocesamiento compartido Memorias Virtuales Caché a varios niveles Alto Nivel. COBOL BASIC FORTRAN Lenguaje natural ALGOL PASCAL extendido “C” Conexión de los Procesador. CI en placas de Memoria circuito impreso Integrada Gran avance en Extensión de los sistemas lenguajes de operativos alto nivel PL1 Aportacion es Hardware Aportacion es Software Producto Registros Indexados Canales Mejoras en ensambladores y Fuerte impulso de macro- FORTAN ensambladores Computadora Computadora comercial Mini computadora Micro computadora CI de alta escala de integración Intento de sustituir por hardware Multiprocesador Tabla 1-1. Características principales de las computadoras es las distintas generaciones. 24 CAPITULO 2.- LOS MICROCONTROLADORES Y EL PIC 16F84 Introducción. Como fue mencionado anteriormente existen otros modelos de microcontroladores diferentes al PIC16F84, tal es el caso por ejemplo de los COP de NATIONAL o los AVR´s de ATMEL que poseen algunos recursos similares al PIC16F84 de microchip, pero que por su alto costo y dificultad de programación, así como el tipo de tecnología empleada en su construcción, hacen decidirse por una opción más económica y con mejores prestaciones como lo es el PIC16F84. A continuación se definirá el concepto de microcontrolador, sus aplicaciones en la vida cotidiana y en la industria y se presentaran los competidores más directos y conocidos del PIC16F84, para así mostrar sus características principales, sus recursos, su tecnología empleada, etc. Se presentaran también todos los recursos, características y tecnología del PIC de la empresa MICROCHIP. 2.1.- Definición y aplicaciones de los microcontroladores. El microcontrolador es un circuito integrado o chip que incluye es su interior las tres unidades funcionales de una computadora: CPU, memoria y unidades de E/S, es decir, se trata de un computador monopastilla, aunque de limitadas prestaciones y que normalmente se dedica a resolver una tarea específica. Es más pequeño que una caja de cerillos y, en ocasiones, cuesta menos, por lo que suele ir incrustado en el dispositivo que controla. Un microcontrolador es un microprocesador optimizado para ser utilizado para controlar equipos electrónicos. Los microcontroladores representan la inmensa mayoría de los chips de computadoras vendidos, sobre un 50% son controladores "simples" y otro son DSPs más especializados. En el hogar pueden existir en los electrodomésticos entre una y dos docenas de microcontroladores. 25 Pueden encontrarse en casi cualquier dispositivo eléctrico como lavadoras, horno de microondas, teléfonos, etc. Un microcontrolador difiere de una CPU normal, debido a que es más fácil convertirla en un ordenador en funcionamiento, con un mínimo de chips externos de apoyo. La idea es que el chip se coloque en el dispositivo, enganchado a la fuente de energía y de información que necesite. Un microprocesador tradicional permite hacer esto, ya que espera que todas estas tareas sean manejadas por otros chips. Por ejemplo, un microcontrolador típico tendrá un generador de reloj integrado y una pequeña cantidad de memoria RAM y ROM /EPROM/ EEPROM, significando que para hacerlo funcionar, todo lo que se necesita son unos pocos programas de control y un cristal de sincronización. Los microcontroladores disponen generalmente también de una gran variedad de dispositivos de entrada / salida, como convertidores de analógico a digital, temporizadores, UARTs y buses de interfaz serie especializados, como I2C y CAN. Frecuentemente, estos dispositivos integrados pueden ser controlados por instrucciones de procesadores especializados. Los modernos microcontroladores frecuentemente incluyen un lenguaje de programación integrado, como el BASIC, ENSAMBLADOR, NIPLE, etc, que se utilizan bastante con este propósito. Los microcontroladores negocian la velocidad y la flexibilidad para facilitar su uso. Debido a que se utiliza bastante sitio en el chip para incluir funcionalidad, como los dispositivo de E/S ( entrada / salida) o la memoria que incluye el microcontrolador, se ha de prescindir de cualquier otra circuitería. 26 2.2.- Microcontroladores más comunes. Los microcontroladores más comunes en uso son: AVR Atmel Hitachi 68HC12 H8 68HC16 Holtek 32-bit HT8 683xx Intel NEC 8-bit 78K 8XC42 ST MCS51 ST 62 8xC251 ST 7 16-bit Texas Instruments MCS96 TMS370 MXS296 Zilog National Semiconductor Z8 COP8 Z86E02 Microchip Genérico 12-bit instruction PIC 14-bit instruction PIC PIC16F84 16-bit instruction PIC Motorola 8-bit 68HC05 68HC08 68HC11 16 Bit 27 Algunas arquitecturas de microcontrolador están disponibles por tal cantidad de vendedores y en tantas variedades, que podrían tener su propia categoría. Entre ellos encontramos, principalmente, las variantes de 8051 y Z80. 2.3.- Competidores directos del PIC y sus principales recursos. Ahora se mostrarán 3 competidores directos del PIC de la gama media que ofrecen recursos similares a los del PIC pero a un costo mayor, con muchas más instrucciones, de mayores dimensiones, etc. Particularmente se presentarán primero y en el orden siguiente el microcontrolador de ATMEL AT90S2313 (AVR ) con sus principales características, después seguirá el Motorola 68HC11 y por último el 8051 de INTEL, se notará como es que estos microcontroladores requieren tarjetas para desarrollo demasiado costosas y en precio superar al PIC16F84 de MICROCHIP, presentando similares recursos y características y en algunos casos inferiores con respecto al PIC. AT90S2313 (AVR ) Es un microcontrolador de 8 bits con un encapsulado de 20 pines. Parte de estos pines tienen una función específica y no pueden ser reconfigurados (VCC, GND,RESET, XTAL1 y XTAL2). Otros, tienen un modo de trabajo totalmente configurable por programa y dependerá de la aplicación en la que se aplique. 28 2.4.- Descripción de los pines Pin 1 (RESET): (Entrada). Reinicia la ejecución de instrucciones del microcontrolador cuando está a 0 lógico. Un 1 lógico no afecta al funcionamiento del microcontrolador. Como mínimo este terminal debe estar a 0 dos ciclos de máquina para que se procese el RESET. Pines 20,10 (VCC, GND): (Alimentación). Vcc debe estar comprendido entre 2,7 y 6V. Usualmente la alimentación esta en 5V estabilizados Pines 4,5 (XTAL1,XTAL2): (Entradas de reloj). Entre estas líneas se conecta el cristal de cuarzo con la frecuencia de resonancia adecuada para la generación del reloj interno, o por el terminal XTAL1 se introduce la señal de reloj del sistema. 29 Pin 2 PD0 (RX). (Bidireccional). Este terminal puede funcionar como entrada o salida digital asociado al BIT 0 del puerto D, además puede tener la función especial de recepción de datos serie para la UART. Pin 3 PD1 (TX). (Bidireccional). Este terminal puede funcionar como entrada o salida digital asociado al BIT 1 del puerto D, también puede tener la función especial de transmisión de datos serie desde la UART. Pin 6 PD2 (INT0). (Bidireccional). Este terminal puede funcionar como entrada o salida digital asociado al BIT 2 del puerto D, además puede usarse para la generación externa de interrupción. 30 Pin 7 PD3 (INT1). (Bidireccional). Este terminal puede funcionar como entrada o salida digital asociado al BIT 3 del puerto D, además puede usarse para la atender interrupciones externas. Pin 8 PD4 (T0). (Bidireccional). Este terminal puede funcionar como entrada o salida digital asociado al BIT 4 del puerto D, además puede usarse como entrada de reloj para el temporizador/contador 0. Pin 9 PD5 (T1). (Bidireccional). Este terminal puede funcionar como entrada o salida digital asociado al BIT 5 del puerto D, además puede usarse como entrada de reloj para el temporizador/contador 1. Pin 11 PD6 (ICP). (Bidireccional). Este terminal puede funcionar como entrada o salida digital asociado al BIT 6 del puerto D, además puede usarse como entrada de captura de cuenta del temporizador/contador 0. 31 Pin 12 PB0 (AIN0). (Bidireccional). Este terminal puede funcionar como entrada o salida digital asociado al BIT 0 del puerto B, además puede usarse como una de las dos entradas analógicas del comparador analógico integrado. Pin 13 PB1 (AIN1). (Bidireccional). Este terminal puede funcionar como entrada o salida digital asociado al BIT 1 del puerto B, además puede usarse como una de las dos entradas analógicas del comparador analógico integrado. Pin 14 PB2. (Bidireccional). Este terminal puede funcionar como entrada o salida digital asociado al BIT 2 del puerto B. Pin 15 PB3 (OC1). (Bidireccional). Este terminal puede funcionar como entrada o salida digital asociado al BIT 3 del puerto B, además puede usarse como salida del temporizador/contador 1. Pin 16 PB4. (Bidireccional). Este terminal puede funcionar como entrada o salida digital asociado al BIT 4 del puerto B. Pines 16,17,18 / PB5,6,7 (MOSI,MISO,SCK). (Bidireccionales). Estos terminales pueden funcionar como entradas o salidas digitales asociadas a 32 los bits 5,6,7 del puerto B, además pueden usarse como terminales para la comunicación serie síncrona para la programación de la memoria flash interna. 2.5.- Descripción interna. En la siguiente figura muestra el diagrama en bloques de la arquitectura interna del AT90S2313 AVR (RISC) Detalles de los bloques del diagrama: Un banco de 32 registros de 8 bits de propósitos generales, sobre los que se realizan la totalidad de las operaciones de cálculo. Una ALU de 8 bits para el cálculo aritmético y lógico con los datos almacenados en el banco de registros de propósitos generales. Una RAM de 128x8 bits, para almacenamiento de datos 33 Una EEPROM interna de 128x8, para el almacenamiento de datos que deban mantenerse, aun cuando no este con alimentación del microcontrolador. Una memoria Flash EPROM de 1Kx16 bits para el almacenamiento de las instrucciones del programa. Esta memoria dispone de un bus dedicado, distinto del de datos, por el que transitan las instrucciones hacia el decodificador de instrucciones,encargado de su ejecución. Un puerto serie asíncrono o UART Un puerto serie síncrono SPI Un contador /temporizador de 8 bits Un contador /temporizador de 16 bits con funciones de PWM, generación de salida, control, etc. Un WATCHDOG o perro guardián que vigila el correcto funcionamiento del programa. Un comparador analógico 15 líneas de entrada/salida Una unidad de generación de interrupciones En la siguiente figura se muestra el mapa de memoria de programa y datos. 34 Como podemos observar, el microcontrolador utiliza una arquitectura HARVARD, donde la memoria de datos y programa tienen buses independientes. La memoria de programa presenta 1k direcciones de 16 bits. Cada instrucción. A pesar de los diferentes modos de direccionamiento que presente, ocupa 16 bits, por lo que cada dirección de la memoria de programa contiene aproximadamente una instrucción. La memoria de datos se divide en tres regiones. La inferior, que ocupa las primeras 32 direcciones, esta ocupada por el banco de registros de propósitos generales (direcciones $00-$1F); La región central, cubre 64 direcciones en donde se ubican los registros asociados a los diferentes puertos de entrada/salida del microcontrolador, UART, comparador analógico, PUERTO B, PUERTO D, etc direcciones $20-$5F). La región más alta, ocupa 128 posiciones y está asociada a la memoria SRAM (direcciones $60-$DF). Registros de propósitos generales Todas las instrucciones que operan con los contenidos de los registros tienen acceso al conjunto del banco, salvo las instrucciones que cargan datos de forma 35 inmediata como SBCI, SUBI, CPI, ANDI, ORI y LDI que sólo acceden a la segunda mitad de los registros (R16..R31) Como ya se dijo con anterioridad, cada registro está también mapeado en memoria, así el registro r31 ocupa la dirección $1F del espacio de memoria de datos, etc. Los últimos 6 registros del banco, r26-r31, pueden tener funciones alternativas como apoyo a los modos de direccionamiento, en ese caso, se agrupan por pares para constituir los registros X,Y,Z de 16 bits cada uno. 36 La memoria de datos SRAM. La siguiente figura muestra cómo esta organizada la memoria datos Muchas instrucciones utilizan el nombre del registro (R0..R31) en lugar de la dirección que ocupa este en el espacio de direccionamiento de datos. De forma parecida ocurre con los registros de I/O. Las instrucciones de entrada y salida permiten reasignar un número a cada uno de ellos, de forma que el primer registro de este tipo que encontramos se numera como 0 (dirección $20), el siguiente, 1 (dirección $21) y así sucesivamente. 37 Modos de direccionamiento de datos y programas El AVR AT90S2313 permite 5 modos de direccionamiento de datos: Directo Indirecto Indirecto con predecremento Indirecto con postincremento Indirecto con desplazamiento Inmediato MODO DE REGISTRO DIRECTO La instrucción contiene un campo de 5 bits que permite especificar cualquier registro de los 32 registros existentes en el mapa de registros El operando es contenido en registro d (Rd). 38 MODO DE REGISTRO DIRECTO (2 REGISTROS) La instrucción contiene la dirección del operando fuente (Rr) y del destino (Rd)(ambos operandos son registros del mapa de registros). Los Operandos son contenidos en los registros r (Rr) y d (Rd). El resultado se guarda en registro d (Rd). MODO DE REGISTRO E/S DIRECTO En este caso, la instrucción contiene la dirección de 6 bits del registro de E/S. N es el registro que actúa como fuente o destino de la información 39 MODO DE DIRECCIONAMIENTO DIRECTO La instrucción viene acompañada de una palabra de 16 bits que contiene la dirección de memoria (SRAM, E/S, FILE REGISTER), además de un campo Rd/Rr que contiene el registro que será fuente o destino de la información. MODO DE DIRECCIONAMIENTO INDIRECTO CON DESPLAZAMIENTO La instrucción contiene el desplazamiento que se sumará al registro Y o Z para formar la dirección donde se encuentra el operando. 40 MODO DE DIRECCIONAMIENTO INDIRECTO La dirección del operando se encuentra en el registro X, Y o Z especificado en el código de operación de la instrucción. MODO DE DIRECCIONAMIENTO INDIRECTO CON PREDECREMENTO Es igual al modo anterior, con la diferencia que en este caso, el registro X,Y,Z previamente se decrementa en una unidad. 41 MODO DE DIRECCIONAMIENTO INDIRECTO CON POSTINCREMENTO Igual que el modo indirecto, pero al final el contenido del registro X, Y o Z se incrementa en una unidad. MODO DE DIRECCIONAMIENTO DE CONSTANTES EN MEMORIA DE PROGRAMA (instrucción LPM) Es común que los programas contengan valores constantes, estas constantes se almacenan junto con las instrucciones, en la memoria de programa. Debido a que este microcontrolador presenta una arquitectura Harvard, en donde los buses de datos y programa están separados, el acceso a estas constantes parece una tarea imposible. No obstante, existe un puente entre el bus de datos 42 de la memoria de programa y el bus de datos de la memoria de datos, que de forma controlada, sólo utiliza la instrucción LPM. Se recuerda que la memoria de programa tiene un tamaño de 1Kx16 bits, mientras que los buses de datos usan un tamaño de 8 bits. En estas condiciones, el acceso a un byte de la memoria de programa requiere que, en primer lugar, se especifique la dirección del dato en los 15 bits más significativos del registro Z. El BIT 0 de dicho registro se utiliza para seleccionar el byte alto o bajo de la constante. La ejecución de LPM vuelca el dato en el registro R0. MODO DE DIRECCIONAMIENTO DE PROGRAMA INDIRECTO (IJUMP,ICALL) Estas instrucciones permiten que la ejecución del programa salte a la posición de la memoria de programa indicada por el contenido del registro Z. 43 MODO DE DIRECCIONAMIENTO RELATIVO DE PROGRAMA (RJMP ,RCALL) La instrucción contiene un desplazamiento K que se suma al contenido del PC para encontrar la siguiente instrucción a ejecutar. Esto es, la ejecución del programa continua en la dirección PC+k+1 los valores validos de k van desde 2048 a 2047. El diseño del conjunto de instrucciones conocido también como Instruction Set Architecture (ISA) es la parte del procesador que es visible al programador o al diseñador de compiladores. El ISA es la interfaz entre el software y el hardware. Para dar órdenes al “hardware” de la computadora es necesario hablarle en su lenguaje. Las palabras de la máquina se denominan instrucciones y vocabulario se denomina al repertorio de instrucciones o conjunto de instrucciones. Es este capítulo se desarrollará el diseño de la arquitectura del conjunto de instrucciones del procesador, buscando implementar un lenguaje que haga fácil la construcción del hardware, también se desarrollaran los caminos de datos adecuados, para ejecutar las instrucciones. 44 2.6 TIPOS DE ARQUITECTURA DEL CONJUNTO DE INSTRUCCIONES Con respecto a la cantidad de instrucciones que soporta un procesador, éstos se pueden clasificar en dos tipos: CISC (complex instruction set computer) Computadoras con un conjunto de instrucciones complejo. RISC (reduced instruction set computer) Computadoras con un conjunto de instrucciones reducido. Conjunto de Instrucciones CISC Es el tipo más antiguo y común, su característica más esencial es la microprogramación. Tienen una gran cantidad de instrucciones y por tanto son muy rápidos procesando código complejo. Las instrucciones compuestas son decodificadas internamente y ejecutadas con una serie de microinstrucciones almacenadas en una ROM interna. Para esto se requieren de varios ciclos de reloj. Los procesadores CISC más populares son los de la familia 80x86 de Intel. Conjunto de Instrucciones RISC Lo tienen procesadores con un conjunto de instrucciones sencillas; permiten una ejecución más rápida de las instrucciones. El código complejo puede descomponerse en instrucciones más elementales, evitando así retardos de la memoria principal, haciendo uso de numerosos registros y memoria caché. El diseño en hardware de este tipo de procesadores es más sencillo en comparación a los CISC. Otro de los objetivos del RISC es lograr que cada instrucción se realice en un solo ciclo de reloj. 45 La ventaja que ofrece el procesador es la rapidez, pero para alcanzarla es conveniente que las instrucciones sean simples. La tendencia actual es que los procesadores contengan pocas instrucciones y que éstas sean sencillas para ejecutarlas en un ciclo de reloj. Los tipos de instrucciones en general se pueden clasificar de la siguiente forma: Instrucciones de transferencia. Mueven la información entre las localidades de Memoria Principal y los registros del procesador Instrucciones aritméticas y lógicas. Son las encargadas de efectuar básicamente la suma y resta, así como, realizar operaciones AND, OR y XOR. Instrucciones de salto. Rompen la ejecución ordenada de las instrucciones que componen un programa. Con la mayoría de las instrucciones, el contador de programa se incrementa para apuntar a la siguiente instrucción que hay en la secuencia del programa. Sin embargo, las instrucciones de salto cargan en el PC valores aleatorios que modifican el flujo ordenado de las instrucciones de un programa. Existen instrucciones de salto que son condicionales, es decir, para que se altere el PC es necesario que se cumpla alguna condición, en caso contrario continúa el flujo ordenado de las instrucciones. 2.7 CONSIDERACIONES MÁS COMUNES PARA EL DISEÑO DE LA ARQUITECTURA DEL CONJUNTO DE INSTRUCCIONES Al diseñar la arquitectura del conjunto de instrucciones de un procesador se debe tomar en cuenta, el número de instrucciones a manejar, el número de operandos que tendrán las instrucciones, los tipos y tamaños de éstos, etc. A 46 continuación se mencionan algunas características que hacen la diferencia entre las arquitecturas de conjunto de instrucciones: Operandos almacenados en la CPU. Se refiere a que algunas ISA guardan los operandos en localidades internas del CPU. Número de operandos por instrucción. Es el número de operandos que son nombrados en una instrucción. Localidad del operando. El operando puede encontrarse o localizarse en la memoria o estar guardado internamente en la CPU. Instrucciones. Las instrucciones que formaran parte del conjunto de instrucciones. Tipo y tamaño de los operandos. se definen y se especifica el tipo y tamaño de los operandos. De las características arriba mencionadas, el almacenamiento interno en la CPU es lo que hace la diferencia primordial entre los procesadores. Tipos de ISA con respecto a la forma de almacenamiento de los datos. Existen tres tipos de ISA que son las más comunes y son los siguientes: Acumulador – Se utiliza un registro llamado acumulador, ya que todas las operaciones se acumulan en éste. Por ejemplo. Instrucción add A Operación acc - acc + mem[A] 47 La instrucción 1 realiza una suma de un dato en memoria y el acumulador (acc), el resultado se almacena en el acumulador. Pila - Los operandos se encuentran en el tope de la pila. Así todas las operaciones se realizan en el tope de la pila. Por ejemplo. Instrucción add Operación top - top + next Se realiza una suma con los operandos que se encuentran en el tope de la pila y el resultado se almacena en el tope. Registros de Propósito General (GPR) – Los operandos que son mencionados explícitamente, son almacenados en cada uno de los registros o en localidades de memoria. Por ejemplo. Instrucción Operación 1 add A B A= A+B 2 add A B C A= B+C La instrucción 1 realiza la suma del registro A y B, el resultado es almacenado en en registro A. La instrucción 2 hace la suma del registro B y C , el resultado se almacena en A. Diferencias entre los Tipos de Arquitecturas de Conjunto de Instrucciones Acumulador Ventajas: Maneja instrucciones cortas. Desventajas: El acumulador es sólo un lugar de almacenamiento temporal por lo tanto el tráfico en la memoria es mayor para este método. 48 Pila Ventajas: Es un modelo simple para evaluar expresiones e instrucciones cortas. Desventajas: Una pila no puede ser accedida aleatoriamente, esto hace difícil la generación de código eficiente. La pila es accedida por una misma operación varias veces y llega a generar cuellos de botella. Registros de Propósito General Ventajas: Permite que la generación de código se realice fácilmente. Los datos pueden permanecer almacenados en los registros durante largos periodos de tiempo. Desventajas: Todos los operandos deben ser nombrados y las instrucciones son grandes. Las primeras CPUs tenían las características de los dos primeros tipos arriba mencionados, pero en los últimos 15 años todas las CPUs construidas son procesadores de Registros de Propósito General. La razoón principal es que los registros son más rápidos que la memoria, los datos pueden ser guardados internamente en la CPU y ésto se refleja en la rapidez con la que un programa corre. Otra razón es que los registros son más fáciles de usar por el compilador. 2.8.- CLASIFICACIÓN DE ISAs CON REGISTRO DE PROPÓSITO GENERAL Existen dos características principales del conjunto de instrucciones que dividen a las arquitecturas GPR, y éstas son: 49 Sí una instrucción aritmética-lógica tiene dos o tres operandos ADD R3, R1, R2 R3 <-R1 + R2 ADD or R1, R2 R1 <- R1 + R2 Tabla 2-1. Instrucción aritmética-lógica Los operandos pueden ser direcciones de memoria en instrucciones aritmético-lógicas, y éstas son las formas en que se pueden presentar: Registro - Registro ADD R3, R1, R2 (R3 <- R1 + R2) Registro - Memoria ADD R1, A (R1 <- R1 + A) Memoria - Memoria ADD C, A, B (C <- A + B) 2.9.- REDUCED INSTRUCTION SET COMPUTER (RISC) Como se mencionó anteriormente los CPUs modernos son del tipo GPR (Registro de Propósito General). Como ejemplos de estos CPUs son la IBM 360, DEC VAX, Intel 80x86 y Motorola 68xxx, sin embargo, estos CPUs fueron claramente mejores que los CPUs anteriores basados en pila y acumulador, ya que fueron mitigando inconvenientes en algunas áreas, pero presentaban los problemas que se mencionan a continuación: 1. Las instrucciones varianban en longitud de 1 byte a 6-8 bytes. Esto causa problemas con la prebúsqueda y “pipelining” de las instrucciones. 50 2. Las instrucciones aritmético-lógicas pueden tener operandos que son localidades de memoria. Porque el número de ciclos tomados para acceder a memoria varía. Esto no es bueno para los diseñadores de compiladores, “pipelining” y múltiples emisiones. 3. Muchas instrucciones aritmético-lógicas tenían sólo 2 operandos, donde uno de los operandos también es el destino. Esto significa que el operando es destruido durante la operación o se almacena antes en otro lugar. A principios de los 80’s se introdujo la idea del RISC surgiendo del proyecto SPARC iniciado en Berkeley y el proyecto MIPS en Stanford. RISC significa Computadora de Conjunto Reducido de Instrucciones. El ISA es compuesto de instrucciones donde todas tienen exactamente el mismo tamaño, usualmente de 32 bits. Por lo que puede realizar satisfactoriamente la prebúsqueda y el “pipelined”. Todas las instrucciones aritmético-lógicas tienen 3 operandos los cuáles sólo son registros. Los accesos a memoria solo se realizan a través de instrucciones explícitas de Carga / Almacenamiento. Por ejemplo el código ensamblador de A = B + C sería: LOAD R1, A LOAD R2, B ADD R3, R1, R2 STORE C, R3 A pesar de que se realizan cuatro instrucciones, podemos reutilizar los valores contenidos en los registros. 51 Conjuntos de Instrucciones Reducido La arquitectura de conjunto de instrucciones reducido, trabaja con instrucciones de una misma longitud, y el número de bits usados en el código de operación es reducido. Por lo que menos instrucciones pueden ser realizadas. Las instrucciones que son eliminadas de este tipo de conjunto de instrucciones, son las operaciones menos importantes como cadenas y BCD (binary-coded decimal). En efecto, ahora que los accesos a la memoria son restringidos, no hay muchos tipos de instrucciones MOV o ADD. Por lo que la arquitectura anterior es llamada CISC (Complete Instruction Set Computer). Las arquitecturas RISC también son conocidas como arquitecturas de LOAD/STORE. El número de registros en esta arquitectura usualmente es de 32 o más registros. El primer CPU RISC fue el MIPS 2000, que tiene 32 GPRs contrariamente a los 16 de la arquitectura 68xxx y 8 en la arquitectura 80x86. La única desventaja del RISC es el tamaño de su código. Usualmente se necesitan más instrucciones y hay una pérdida en instrucciones cortas (POP, PUSH). Sin embargo, aun se siguen desarrollando CPUs CISC, Intel sigue invirtiendo tiempo y dinero en la manufactura del Pentium II y el Pentium III, esto ocurre, porque así permite mantener la compatibilidad. La IBM PC compatible es la computadora más común en el mundo. Intel quiere una CPU que pueda correr todas las aplicaciones que están en manos de más de 100 millones de usuarios. Por otro lado Motorola construyo la serie 68xxx la cual es usada en la Macintosh para hacer la transición y conjuntamente IBM y Apple construyeron el Power PC (PPC) un CPU RISC, el cual es instalado en la nueva Power Macs. 52 2.10.- CONSIDERACIONES PARA EL DISEÑO DEL CONJUNTO DE INSTRUCCIONES RISC. Es necesario tener algunas consideraciones en el diseño del hardware, que también influyen en la arquitectura del conjunto de instrucciones, y son: 1. La simplicidad favorece la regularidad 2. Más pequeño es más rápido 3. Un buen diseño demanda compromisos 4. Hacer que el caso común sea rápido La simplicidad favorece la regularidad Esto se refiere a lograr que el hardware que obedece al conjunto de instrucciones sea sencillo, al considerar que las instrucciones son de una misma longitud y que sus formatos sean sencillos. Ya que cuando se tienen instrucciones de diferentes longitudes y muchos formatos diferentes, el hardware sea complica. Más pequeño es más rápido Se refiere al tamaño y complejidad del hardware, ya que entre mas pequeño y sencillo es más rápido. Un buen diseño demanda compromisos Existen problemas cuando una instrucción necesita campos mayores que los estipulados. Por lo que se presenta un conflicto entre el propósito de que todas las instrucciones tengan la misma longitud y de que todas las instrucciones tengan un formato sencillo. Si el interés o compromiso es que las instrucciones tengan una misma longitud, entonces será necesario manejar distintos tipos de formatos para diferentes tipos de instrucciones. 53 Hacer que el caso común sea rápido Una forma de evitar los accesos a memoria es tener diferentes instrucciones aritméticas, es común que las operaciones aritméticas contengan operadores constantes o de direccionamiento inmediato, permitiendo que estas instrucciones sean mucho más rápidas que sí se cargasen de memoria. 2.11.- DISEÑO DEL CONJUNTO DE INSTRUCCIONES En esta sección se define la arquitectura del conjunto de instrucciones del procesador que se desarrollará en este trabajo de tesis. Se determino que la arquitectura del conjunto de instrucciones será de carga – almacenamiento o RISC, por las características que posee este tipo de arquitectura. El conjunto de instrucciones contendrá operaciones básicas, el tamaño de palabra o será de 16 bits. Conjunto de Instrucciones El conjunto de instrucciones consta de 14 instrucciones, las cuales se subdividen de la siguiente manera: Instrucciones Aritmético-Lógicas. add, sub, and, or, srl, sll. Instrucciones de Acceso a Memoria. ld y st. Instrucciones de Toma de Decisión. bc, bz. Instrucciones de Salto. j Instrucciones de Control. clr_c, set_c, load_p 54 Formatos El tamaño de las instrucciones es de 16 bits y se manejan 4 tipos de formatos a los que obedecen las instrucciones, y estos son los siguientes: Instrucciones Aritméticas-Lógicas: Este tipo de instrucciones se componen de cuatro campos, los cuales representan el código de operación (op), y tres campos correspondientes a los registros operandos y destino (rf1, rf2 y rd), respectivamente. Cada operando campo es representado por 4 bits, como se muestra en el siguiente esquema. 15 12 11 op 87 rf1 43 rf2 0 rd Instrucciones de Acceso a memoria: El formato de instrucciones cuenta con tres campos, que representan el código de operación (op), un campo para denotar el registro y 8 bits para representar la dirección. A continuación se muestra el esquema de este formato. 15 12 11 op 87 0 dirección registro Instrucciones Toma de decisiones: El formato cuenta con tres campos, código de operación (op), el desplazamiento representado por 8 bits y bits no utilizados, este formato lo podemos ver a continuación. 15 12 11 op 87 xxxx 0 desplazamiento Instrucciones de Salto: En el formato se tiene un campo de 4 bits correspondiente al código de operación y el campo de dirección representado por 12 bits, como lo vemos a continuación. 15 12 11 op 0 dirección 55 Modos de Direccionamiento Para este procesador se tienen 3 modos de direccionamiento, que son los siguientes: 1. Direccionamiento de registro. El operando es un registro 15 12 11 87 op rf1 43 0 rf2 rd Registro Figura 2-1. Modo de direccionamiento de registro 2. Direccionamiento de página. La dirección efectiva se forma de la concatenación del registro de página y el campo de dirección de la instrucción, donde los bits más significativos son ocupados por el registro de página y los restantes por el campo de dirección de la instrucción. 15 12 11 op 87 registro 0 dirección Memoria 11 87 R e g. P a g. 0 Figura 2-2. Modo de direccionamiento de página 3. Direccionamiento relativo al PC. La dirección se compone al sumar el contador de programa, más el desplazamiento. 15 12 11 op 87 xxxx 0 desplazamiento Memoria P C + Figura 2-3. Modo de direccionamiento relativo al PC 56 Instrucciones add Suma con acarreo Sintaxis add rd, rf1, rf2 Suma el contenido de los registros rf1, rf2 y la bandera de acarreo, el resultado es guardado en rd. sub Resta con acarreo Sintaxis sub rd, rf1, rf2 Resta el contenido de los registros rf1, rf2 y la bandera de acarreo, guarda el resultado en rd. and Realiza la operación lógica AND Sintaxis and rd, rf1, rf2 Efectúa la operación lógica AND entre los registros rf1 y rf2, depositando el resultado en rd. or Realiza la operación lógica OR Sintaxis or rd, rf1, rf2 Realiza la operación lógica OR entre los registros rf1 y rf2, guarda el resultado en rd. srl Realiza corrimiento lógico a la derecha Sintaxis srl rd, rf1, rf2 Corrimiento lógico a la derecha, a rf1 se le aplica el número de corrimientos contenido en rf2, guarda el resultado en rd. sll Realiza corrimiento lógico a la izquierda Sintaxis sll rd, rf1, rf2 Corrimiento lógico a la izquierda, a rf1 se le aplica el número de corrimientos contenido en rf2, el resultado se coloca en rd. 57 ld Cargar palabra Sintaxis ld rd, dir El registro rd es cargado con el contenido de la dirección de memoria compuesta por el contenido del registro que almacena el número de página y la dirección estipulada en dir. st Almacenar palabra. Sintaxis st rd, dir Almacenar palabra, el contenido del registro rd es transferido a la dirección de memoria compuesta por el número de página y la dirección dir. bc Saltar si la bandera de acarro esta habilitada. Sintaxis bc desplazamiento Si la bandera de acarreo es 1, el PC se desplaza en el número de localidades denotado por desplazamiento. Si la bandera de acarreo es 0 entonces continua con la siguiente instrucción. bz Saltar si la bandera de cero esta habilitada Sintaxis bz desplazamiento Si la bandera de cero es 1, el PC se desplaza en el número de localidades denotado por desplazamiento. Si la bandera de acarreo es 0 entonces continua con la siguiente instrucción. j Salto incondicional Sintaxis j dir Salta a la dirección de memoria dir. 58 clr_c Limpiar bandera de acarreo. Sintaxis clr_c La bandera de acarreo es puesta a cero. set_c Establece bandera de acarreo. Sintaxis set_c La bandera de acarreo es puesta a uno. load_p Cargar página Sintaxis load_p pagina El registro de página es cargado para usarlo con posteriores direccionamientos. Elementos necesarios para la implementación del conjunto de instrucciones. El diseño de la implementación del “datapath” o camino de datos de un procesador esta determinado en gran parte por la arquitectura del conjunto de instrucciones que se tenga, por lo que es importante agrupar las instrucciones y analizar que elementos electrónicos se necesitan para que éstas se lleven a cabo, una vez realizado esto es importante identificar elementos que son comunes en los diferentes tipos instrucciones que se tiene. Posteriormente, se determinara el tipo de camino de datos a implementar, basándose en la frecuencia de reloj y el número de instrucciones por ciclo (CPI), que se requiera. A continuación analizaremos los elementos que se necesitan para que las instrucciones del ISA propuesto se lleven acabo. Así también realizaremos la implementación de cada uno de los elementos en el lenguaje de descripción en Hardware Verilog. 59 Búsqueda de instrucciones El primer elemento necesario es un elemento o dispositivo que almacene las instrucciones de un programa, para lo cual se hace uso de una unidad de memoria que almacene y proporcione las instrucciones en base a una dirección dada. También se necesita un elemento que contenga la dirección de la instrucción, conocido como contador de programa (PC), para poder ejecutar el programa almacenado en la memoria es necesario leer cada una de las instrucciones del programa, por lo que es necesario un elemento que realice el incremento necesario de la dirección de memoria, esto puede hacerse a través de un sumador que incremente la dirección actual en un determinado número de localidades para ir a la siguiente instrucción. El datapath necesario para realizar lo anteriormente dicho se ilustra a continuación. Incremento Add P C Memroira de Instrucciones Instrucción Figura 2-4. Datapath para la búsqueda de instrucción. El PC es de 12 bits con lo que se podrán direccionar hasta 212 localidades de memoria. A continuación se muestra el diagrama y código en verilog. 60 module PC(clk_PC, reset, direccion, PC_E, direccion_PC); PC_E input clk_PC, PC_E, reset; input [11:0] direccion; output [11:0] direccion_PC; reg [11:0] direccion_PC; always @(posedge clk_PC) begin if(reset) direccion_PC = 12'b000000000000; else if (PC_E) direccion_PC = direccion; end Direccion P C Direccion_PC clk_PC reset endmodule Figura 2-5. Código Verilog y Diagrama del Contador de programa PC. La memoria de instrucciones tiene un tamaño de 212 localidades de 16 bits cada una. En seguida vemos segmento del código de una memoria de instrucciones y su diagrama. module Memo_Instr (pc, rst, instruccion); input [11:0] pc ; input rst; output [15:0] instruccion ; reg [15:0] instruccion ; always @(pc) begin if (rst) instruccion = 16'b0; else begin case (pc) 12'b000000000000 : instruccion = 16'b0111000000001100 ; 12'b000000000001 : instruccion = 16'b1100001100100000 ; 12'b000000000010 : instruccion = 16'b1110010001010001 ; . . . endcase end end endmodule pc Memoria De Instrucciones Instruccion rst Figura 2-6. Código Verilog y Diagrama de la Memoria de Instrucciones. El sumador es de 14 bits y su código y representación gráfica se ilustra enseguida. 61 module sumador_PC(dir_PC, PC_incrementado); INC parameter INC=1'b1; Sumador PC input [11:0] dir_PC; output [11:0] PC_incrementado; dir_PC PC incrementado assign PC_incrementado = dir_PC + INC ; endmodule Figura 2-7. Código Verilog y Diagrama del Sumador. Instrucciones Aritmético-Lógicas Las instrucciones que se encuentran dentro de esta agrupación son: la suma (add), resta (sub), la operación and (and), or (or), corrimiento a la derecha (srl), y corrimiento a la izquierda (sll). Para ejecutar las instrucciones se necesita primeramente obtener los datos a procesar del banco de registros e introducirlos a una unidad lógica aritmética, para que realice la operación. El datapath correspondiente se representa de la siguiente manera. escribir Reg1 Reg2 EscReg EscDato Banco de Registros operacion ALU Resultado Figura 2-8. Diagrama del datapath de Instrucciones aritmético-lógicas. Banco de registros El ISA propuesto realiza las operaciones a través del uso de registros, por lo que es necesario contar con un banco de registros. El banco de registros, permite leer o escribir un dato especificando el número de registro. 62 Considerando el formato de las instrucciones aritmético-lógicas, se requieren de tres operandos de registros, dos para leer los datos del banco de registros y uno para escribir el resultado en un registro. Por lo que es necesario que el banco de registros cuente con dos entradas para indicar los registros a leer y dos salidas para leer el dato contenido en los registros respectivos. Para escribir un dato es necesario tener una señal que indique cuando se realizará una escritura, así como una entrada para indicar el registro a escribir y otra para proporcionar el dato. El banco de registros cuenta con 16 registros de 16 bits, ya que es el número de registros que permite al procesador realizar de forma eficientemente los programas que se propongan, cada registro tiene un ancho de 16 bits, puesto que el tamaño de los datos estipulados en el diseño de la arquitectura fue de 16 bits. Las entradas para leer o escribir registro deben ser de 4 bits para poder direccionar los registros del cero al quince (16 registro). Las salidas y la entrada para el dato a escribir son de 16 bits. Esto se representa en el diagrama que se muestra enseguida, así como parte del código de implementación en Verilog. module Registros (clk, rst, we, wr, r1, r2, wd, d1, d2); input clk, rst; ... output [15:0] d1; ... reg [15:0] ram [15:0]; always @(posedge clk or posedge rst) begin if (rst) begin ram[0] <= 5; ram[1] <= 1; ....... ram[14] <= 14; ram[15] <= 15; end end assign d1 = ram[r1]; assign d2 = ram[r2]; endmodule we r1 r2 wr Banco de d1 Registros wd d2 Figura 2-9. Código Verilog y diagrama del Banco de registros. 63 Unidad aritmético-logica (ALU) Realiza operaciones de suma, resta, and, or, corrimientos a la derecha e izquierda. La ALU es de 16 bits y realiza las operaciones para números sin signo. Tiene dos entradas para los datos a procesar y 3 salidas, una para el resultado y dos para señales de acarreo y cero. A continuación se muestra el diagrama e implementación en Verilog de la ALU. module ALU(ctrl_ALU, A, B, c_en, c_sal, cero, R); input [2:0] ctrl_ALU; input [15:0] A, B; input c_en; output c_sal, cero; output [15:0] R; reg [15:0] Raux, R; ........ always @( ctrl_ALU or A or B or c_en) begin case (ctrl_ALU) suma: begin {c_sal,R} = A + B + c_en; cero = (R == 1'b0) ? 1'b1: 1'b0; end resta: begin {c_sal,Raux} = A - B - c_en; if (c_sal == 1) R=(~Raux)+1; else R=Raux; cero = (R == 1'b0) ? 1'b1: 1'b0; end op_and: begin R = A & B; c_sal = 1'b0; cero = 1'b0; end ....... endcase end endmodule ctrl_ALU c_en A ALU c_sal c_en R B Figura 2-10. Código Verilog y Diagrama de la ALU Instrucciones de acceso a memoria Las instrucciones de acceso a memoria son: carga (ld) y almacenamiento (st) de dato. Almacenar o cargar un dato de memoria, implica leer o escribir en un registro del banco de registro y escribir o leer un dato en una localidad de la memoria de datos. Para direccionar la memoria se hace uso de la paginación, para lo cual es necesario un registro de pagina, que es de 4 bits. La dirección de la memoria esta compuesta en los primeros 4 bits por la página y enseguida por la dirección estipulada en la dirección. A continuación se ilustra el datapath correspondiente a este tipo de instrucciones. 64 escribir Reg1 Reg2 EscReg Banco de Registros Memoria de datos Dato EscDato Página Direccion Figura 2-11. Diagrama del datapath para ejecutar instrucciones de toma de decisiones. La memoria de datos puede direccionar hasta 212 localidades, cada localidad tiene un ancho de 16 bits, un segmento de código y el diagrama de ésta, podemos verlo enseguida. module Memo_Datos(clk, rst_memo, esc_memo, dir, dato_e, dato_s); esc_memo input [15:0] dato_e; .... output [15:0] dato_s; reg [15:0] ram[31:0]; always @(posedge clk or posedge rst_memo) begin if (rst_memo) begin ram [0] <= 1; ram [1] <= 2; ram [2] <= 3; .... ram[30] <= 31; ram[31] <= 31; end else if (esc_memo) ram [dir] <= dato_e; end assign dato_s = ram[dir]; endmodule dato_e dir Memoria de Datos dato_s clk rst_memo Figura 2-12. Código Verilog y diagrama de la memoria de datos. El registro de página, contiene el número de página en el que se direccionará, este registro es de 4 bits que se concatena con la dirección representada en la instrucción. El código y diagrama se ilustran enseguida. 65 module Pagina (pag_E,, pag, s_Pag); input pag_E; input [3:0] pag; output [3:0] s_Pag; pag_E Pagina s_Pag assign s_Pag = pag_E ? pag : 0; endmodule Figura 2-13. Código Verilog y diagrama del registro de página. Instrucciones de Toma de decisiones y Salto La instrucciones de toma de decisiones y salto, son: saltar si la señal de acarreo esta activa (bc), saltar si la señal de cero esta activa (bz) y saltar a cierta dirección (j). Para ejecutar estas instrucciones se necesita modificar el datapath de la búsqueda de instrucciones, ya que es allí donde se almacena la dirección de la siguiente instrucción, por lo que se agregaría un multiplexor para decidir que dirección será la siguiente: si la estipulada en el salto condicional, la secuencia normal del programa o será otra dirección, la decisión sobre que dirección se ejecutará, la proporciona el control del procesador. Instrucciones de Control Las instrucciones de limpiar señal de acarreo (clr_c), establecer bandera de acarreo (set_c), cargar página (load_p), no necesitan un hardware especial, ya que éstas pueden ser ejecutadas por líneas de control. Una vez que ya conocemos los caminos de datos o “datapath” necesarios para realizar las instrucciones, podemos combinarlos en un sólo datapath y realizar el control necesario para que las instrucciones se lleven a cabo. Para realizar el datapath del conjunto de instrucciones, es necesario determinar el tipo de datapath mas adecuado para la implementación. Esto lo veremos en el capítulo cuatro. 66 En el siguiente capítulo hablaremos de las herramientas que se utilizaran para el diseño, simulación e implementación del camino de datos o datapath. CAPITULO 3.- PROGRAMADORES En este capitulo se tratarán los programadores existentes. NOPPP, the "No-Parts" PIC Programmer NOPPP es un sencillo programador para los microcontroladores PIC16C84, PIC16F83 y PIC16F84. Se conecta al puerto paralelo del PC. Un extenso artículo con los planos y descripción fué publicado en Electronics Now Magazine, Septiembre de 1998. El NOPPP es inusualmente simple y utiliza componentes fácilmente localizables.Probablemente ya tendrás todos los componentes necesarios. Aquí tienes el circuito (modificado ligeramente respecto al diseño original para mayor fiabilidad): En el PIC, la patilla MCLR se pone a +5V para el funcionamiento normal (no se usa aquí), a +12V para grabación, y a 0V para resetear. Realmente los +12V no "queman una EPROM" -- el voltaje superior es meramente una señal para activar 67 el circuito interno de programación de la memoria flash. Debe ser mayor de 12.0 volts. La salida D0 del PC controla esta señal. No hay peligro para el chip si se aplica esta señal en un momento inadecuado. El PIC se comunica mediante protocolo serie síncrono de dos líneas (mas masa).El Pin B6 es la señal de strobel; los pulsos en este pin le indican al PIC cuando debe recibir o transmitir cada bit de datos. El Pin B7 se utiliza como entrada y salida. Cuando el PIC está recibiendo datos desde el PC, la señal SLCTIN es mantenida a nivel bajo y por lo tanto D2 no conduce por lo que D1 y R1 no se utilizan en este momento y el PIC recibe los datos mediante la señal AUTOFD. Cuando el PIC está enviando datos, las señales SLCTIN y AUTOFD están a nivel alto, D1 no conduce y D2 y R1 proporcionan la polarización (pull-up). La resistencia R2 mas la resistencia interna de la línea AUTOFD (dentro del puerto del PC normalmente 4.7k, auque a veces mucho menos en los nuevos puertos paralelos CMOS) proporcionan algo de Pull-up adiciona. El PC lee la información através de la línea BUSY, que es 0.6V mayor que la salida del PIC debido al diodo D2. El puerto paralelo del Pc tiene (o debería tener) entradas CMOS o Schmitt y no debería necesitar verdaderos niveles lógicos TTL. R2 y R3 ayudan a reducir las interferencias aislando la capacidad de entrada del PIC, de modo que circule menos corriente durante transiciones bruscas.El PIC tiene entradas del tipo Schmitt, que no impiden la reducción del tiempo de subida (rise tiem). R4 proteje la base de Q1 El circuito original publicado en Electronics Now es suficientemente fiable. Sin embargo, revisando una revista me encontre un circuito con algunas modificaciones, me tome la molestia de armarlo y con la novedad de que funciona perfectamente y aqui te lo muestro. Novedades del circuito, usa diodos 1n4148, transistores bc548 y se omiten algunas resistencias . 68 Para alimentar el circuito se requieren dos fuentes de alimentacion reguladas una de 5 volts y una de 12 volts. El software original para este programador esta desarrollado en c y funciona perfectamente bajo una ventana de ms-dos, pero eso no es todo tambien hay una version adaptada del noppp para windows que de igual manera ya la he probado y funciona muy bien y aqui te las presento un mano a mano. El circuito. Este programador, basado en el Ludipipo, está adaptado a la programación de PICs, es simple y barato (2 euros), pero permite programar a través del puerto serie de cualquier PC de sobremesa (en los portátiles da problemas) una cantidad nada despreciable de PICs distintos, y todo ello utilizando software de programación estándar, como ICPROG 1.4. 69 Se ha probado con éxito a programar los siguientes PICs: 16F627, 16F628. 16C84, 16F83, 16F84. 16F873, 16F874, 16F876, 16F877. 18F242, 18F252, 18F258, 18F442, 18F452, 18F458. Y, al menos en teoría (no los he probado) debería funcionar correctamente con los siguientes: 16C62, 16C63, 16C64, 16C65, 16C66, 16C67. 16C71, 16C72, 16C73, 16C74, 16C75, 16C76, 16C77, 16C715. 16C620, 16C621, 16C622, 16C623, 16C624, 16C625. 16F870, 16F871, 16F872. 16C923, 16C924. Teniendo en cuenta el costo en tiempo y dinero que requiere la construcción de este programador, no se puede pedir más. Sin entrar en detalles sobre el funcionamiento del circuito, decir sólo que se basa en principios muy parecidos a los del JDM2, pero con ciertos retoques en la temporización y la estabilidad de las señales. En este caso, se utiliza como alimentación de +5V el condensador C2, que se carga mediante D2, D3 y D4 en los momentos en que las señales DTR, RTS y TXD del puerto serie son negativas, y su tensión queda estabilizada mediante D7. D5 fija la tensión de programación en 12V y D6 limita la tensión de la señal CLOCK a 5V. 70 Figura 3.1 Realización práctica. El diseño final aparece en la figura 3.2. El trazado se ha hecho sobre un grid de una décima de pulgada para que se pueda construir sobre una placa board. La construcción de este circuito es bastante simple, así que sólo queda aclarar que el conector CON1 es de los que se utilizan para fabricar cables serie, y se debe montar de forma que la placa encaje entre sus dos filas de patitas, quedando cinco patitas en la cara de cobre y 4 en la cara de componentes (ver figuras 3 y 4). 71 Figura 3.2 Figura 3.3 72 Figura 3.4 Para conectar el programador al PC hará falta también un cable serie transparente (cableado pin a pin) que tenga cableados al menos los pines que se indican en la figura 3.5. Este cable se puede fabricar o comprarlo ya hecho (es el tipo de cable que se utiliza para conectar un modem al PC). Figura 3.5 Utilización. Lo primero que hay que tener claro a la hora de utilizar este programador es el orden en que se deben hacer las cosas para no estropear ni el 73 programador, ni el PIC, ni el puerto serie del PC. Siempre que queramos insertar o extraer un PIC del zócalo hay que desconectar el programador del puerto serie, ya que, al extraer la alimentación del puerto serie, mientras esté conectado estará alimentado. Por tanto, el proceso a seguir consta de los siguientes pasos: 1º.-Con el programador desconectado insertar el PIC en el zócalo en la posición correcta (figura 6). 2º.-Conectar el programador al cable que viene del puerto serie del PC. 3º.-Llevar a cabo las operaciones de grabación o lectura necesarias. 4º.-Desconectar el programador del cable que viene del puerto serie del PC. 5º.-Extraer el PIC del zócalo. Figura 3.6 Como software de grabación recomiendo ICPROG 1.05A, que ha sido probado y funciona perfectamente con este programador. Se puede bajar de su website. Una vez instalado, en el menú SETTINGS – OPTIONS, en la sección LANGUAGE elegimos ESPAÑOL. A continuación, en el menú AJUSTES escogemos TIPO HARDWARE (se puede hacer directamente pulsando F3) y aparece la ventana de la figura 3.7. Todas las opciones deben quedar como en la figura 3.7, salvo el puerto, en el que habrá que marcar el que hayamos utilizado, pulsando OK para finalizar. 74 Figura 3.7 Existe una prestación en este software que permite ver la posición en la que habría que insertar el PIC en el zócalo, pero sólo es válida para el JDM original, así que no hagáis caso de ella. Sólo queda seleccionar el modelo de PIC que vamos a grabar o leer, y llevar a cabo las acciones deseadas. El programa trabaja igual con ficheros .BIN ó .HEX. Para grabar un PIC, abrimos el fichero mediante el menú ARCHIVO y seleccionamos PROGRAMAR TODO en el menú COMANDO (o pulsamos F5). Para leer un PIC, seleccionamos LEER TODO en el menú COMANDO (o pulsamos F8) y luego podemos salvarlo a un fichero mediante el menú ARCHIVO. En la página de ICPROG hay instrucciones sobre el programa. PROGRAMADOR TIPO IN-CIRCUIT JDM Presentamos ahora, el popular programador in-circuit, llamado JDM; que es compatible con el popular programa para programar pics de la webb llamado ICPROG, este puede programar el nuevo y economico procesador tipo pic 16F628 y ahora se esta usando mucho, parece que rapidamente desplazara a su antecesor; 75 PIC16F84A. Se diseñó sobre un circuito impreso de 2x4 cm. con el programa tango.pcb, lo usaremos en nuestras practicas del curso de procesadores y sera herramienta de desarrollo para el grupo Mekatrun en la Universidad Nacional de Colombia. Apartir de aca, no usaremos mas el popular programa Pony Prog por considerar JDM mucho mejor, sin embargo es compatible con el programador incircuit de pony-prog, ademas es mas pequeño funciona mejor y hace un mejor uso de la energia del puerto serial de tu PC. Estas son vistas del programador JDM tipo in-circuit tiene cinco pines que se insertan en tu protoboard para programar cualquier PIC debes cablear los pines VPP,VCC,GND,RB7,RB6. y !...............listo..................! Para que el programa IC-PROG lo pueda detectar, se debe configurar el hardware asi como muestra el grafico siguiente (invierte Vcc). 76 Se debe construir un cable para el puerto serial, de la forma que muestra la figura siguiente; note que la resistencia de 2.2K se ha instalado sobre el mismo conector; esto permite ahorrar un hilo y poder usar un popular y economico cable telefonico de cuatro hilos, con su respectivos conectores tipo RJ-11 para circuito impreso y cable. 77 Este es el diseño electronico; en el se realizo una modificacion en algunas componentes del diseño original, para mejorar su desempeño. los diodos 1N4148 se remplazaron por diodos tipo shottky que presentan una caida de tension directa menor y se le puede robar mas energía al puerto serial de su P.C. 78 Dos transistores son 2N2222, Zener de 5.1/0.5W Zener de 8.2/0.5W Condensador de 100uF/16v y otro de 100uF/6.3v Resistencia de 10k y de 2.2k , 1/8W. Cuatro diodos tipo shottky de pequeña señal El circuito impreso presenta este aspecto y asi como indica el grafico debe cablearse en el protoboard, te sirve para muchos pics tipo flash o inclusive los que no lo son, si se cablean los cinco pines; RB7,RB6,Vcc,Gnd,Vpp. Las uniones de superficie conectan pistas por el lado de las soldaduras, las puedes obtener de unidades de diskette malas. o circuitos de desecho que tengan componentes de montaje superficial. 79 CAPITULO 4.- DESARROLLO DE CIRCUITOS En este capitulo abordaremos el tema del desarrollo de varios circuitos prácticos basados en el uso del microcontrolador PIC16F84. 4.1.- DESARROLLO DE UN DETECTOR DE RUIDO DE ALTA FRECUENCIA DE BAJO COSTE BASADO EN EL MICROCONTROLADOR PIC16F84. RUIDO DE ALTA FRECUENCIA. Señal no deseada presente en la onda de tensión del terminal de alimentación. Las frecuencias a las que afecta son superiores a la del armónico 50 de la señal fundamental (2500 o 3000 Hz). CAUSAS: –ASDs, PWMs, convertidores y conmutadores de señal . –Otros. EFECTOS: –Errores de comunicación y control. –Problemas con equipos sensibles: ordenadores, sensores, etc. 80 OBJETIVO: Diseñar y construir un detector de ruido de alta frecuencia que permita: Medir y detectar una presencia de ruido de al menos el 40% de la señal fundamental. Seleccionar el nivel de ruido máximo para realizar la detección. Seleccionar la banda de frecuencias en la que se mide y detecta el ruido. DECISIONES: Selección de las bandas de estudio: Filtro de capacidades conmutadas. Selección del umbral de detección: Tensión de referencia ajustable. Presentación de medida y modo de trabajo: Pantalla de cristal líquido. 81 PARA EL HARDWARE USAREMOS: FILTRO MF10. Filtro de capacidades conmutadas de frecuencia de corte proporcional a la frecuencia de reloj. Permite configuración paso alto. Máximo 4º orden. Frecuencia máxima de corte 20kHz para una frecuencia máxima de reloj de 1MHz. Banda de trabajo mínima hasta 200kHz. Bajo precio. SELECCIÓN Y GENERACIÓN DE FRECUENCIAS. Selección mediante un interruptor binario triple. Desestimación del microcontrolador como generador. Circuito oscilador con cristal e inversor. Subfrecuencias con contador y multiplexor. Nota: Buffer de aislamiento. 82 CIRCUITO DE FRECUENCIA.- VCC GND 9 7 6 5 3 2 4 13 12 14 15 1 4 3 2 1 15 14 13 12 11 10 9 7 74'151 I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 S0 S1 S2 E /Z Z 6 5 FREC FRECUENCIA AL FILTRO I17005 16 820pF 8 820pF Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8 Q9 Q10 Q11 Q12 VCC 2MHz 2 1 1 1 2 2 22K CLR 2 2 1 1 4K7 74'4040 CLK GND 11 VCC+ 16 10 8 1 2 3 4 5 6 7 I1 O1 I2 O2 I3 O3 GND VCC I6 O6 74'04 I5 O5 I4 O4 14 13 12 11 10 9 8 VCC+ VCC+ RB2 RB6 RB7 1 2 3 4 5 6 7 E1 VCC D1 E4 O1 74'126 D4 E2 O4 D2 E3 O2 D3 GND O3 14 13 12 11 10 9 8 VCC+ RB5 12K 1 VCC+ 2 1 S2 12K 2 1 12K 2 1 2 3 4 8 7 6 5 SW DIP-4 FILTRADO.- Eliminamos las componentes de baja frecuencia: configuración paso alto. Su frecuencia de corte es proporcional a la frecuencia seleccionada. Se diseña con ganancia unidad para mantener el mayor ancho de banda posible. Máximo orden (4) mediante dos etapas en cascada, para mayor pendiente de caída. Butterworth para banda de paso máximamente plana. 83 UMBRAL. Generación mediante un divisor con un potenciómetro variable. Selección de precisión mediante un interruptor de dos posiciones: Rango hasta 20%. Rango hasta 50%. CONEXIONADO DEL MICROCONTROLADOR- 84 PLACAS DE CIRCUITO IMPRESO.- SOFTWARE.- EL PROGRAMA: Limitado a 1k de memoria. Tareas: Controlar y leer el ADC. Leer la selección de frecuencia. Permitir y atender la interrupción. Tratar los datos. Controlar el LCD y mostrar los datos. 85 EL CIRCUITO Y UN EJEMPLO DE DETECCIÓN.- LINEAS FUTURAS DE ACCION. Bajar los límites de detección y eliminar el error para porcentajes de ruido menores del 8%: Amplificación antes de la conversión. Ganancia mayor de filtrado (menor ancho). Adaptar para terminales trifásicos. Comunicación con el PC. Mejorar prestaciones: Filtro más potente (LTC1068, LMF100). Microcontrolador más avanzado (PIC16F87,...). 86 4.2.- DESARROLLO DE UN CIRCUITO PARA PWM En esta sección hablaremos sobre PWM y sus antecedentes básicos para una mejor comprensión. Con PAM, las muestras de una señal mensaje son utilizadas para modular la amplitud de un tren de pulsos. El resultado es una señal consistente en pulsos de ancho constante regularmente espaciados, cuyas amplitudes varían en proporción a la señal mensaje. (Figura 1(a)). Otro tipo de modulación de pulsos es la modulación por tiempo de pulsos (PTM). Con PTM, las muestras de la señal mensaje son utilizadas para variar un parámetro de la sincronización de los pulsos (un parámetro directamente relacionado con el tiempo, tal como la duración o la posición de los pulsos). Un parámetro de tiempo que puede variarse es la duración o ancho del pulso. Con PWM (o PDM) las muestras de la señal mensaje son utilizadas para modular el ancho o duración del pulso. El resultado es la señal consistente de pulsos de amplitud constante cuyo ancho varia en proporción a la señal mensaje (ver Figura 1(b)). PWM también es llamada modulación por duración de pulsos: PDM. 87 La posición de los pulsos es otro parámetro de tiempo que puede ser utilizado en PTM. Con PPM, las muestras de la señal mensaje se utilizan para modular las posiciones de pulsos de ancho y amplitud constantes (ver Figura 1(c)). PWM y PPM están estrechamente relacionadas. Las señales PPM son usualmente generadas a partir de señales PWM como lo muestra la Figura 1(b) y (c). La señales PTM tienen algunas características en común con señales PAM. Ambas requieren que la tasa de muestreo sea más grande que la tasa Nyquist. Aunque los espectros de señales PTM son complejos, estos contienen el espectro de la señal mensaje origina, tal como las señales PAM. 88 Sin embargo, hay importantes diferencias entre señales PTM y señales PAM. La información en las señales PTM es llevada en el sincronismo de los pulsos (en las posiciones de los flancos de los pulsos), en lugar de las amplitudes como en PAM. Cuando el ancho de banda de canal es grande, los flancos de los pulsos son casi verticales. Como resultado de esto, las señales PTM son menos sensitivas al ruido que las señales PAM. Reduciendo el ancho de banda del canal se incrementa el tiempo de subida (Tr) de los pulsos y el ruido tiene efecto en la precisión del sincronismo de los pulsos. PWM se utiliza a menudo donde se requiere un control remoto proporcional a una posición. El valor promedio de señales PWM varia directamente con la señal mensaje y puede, por ejemplo, ser usado para controlar la velocidad de un motor. Debido a que los pulsos en señales PPM pueden ser muy estrechos, y por lo tanto se requiere muy baja potencia para transmitirlos, la transmisión PPM puede ser muy eficiente. PPM es frecuentemente utilizada en sistemas ópticos de comunicación. La Figura 2 muestra la forma de generar señales PWM y PPT. La Figura 2 (b) muestra las formas de onda en el generador PWM/PPM. La señal mensaje es comparada con una señal rampa (señal de muestreo) para producir la salida PWM. Si el nivel de voltaje de la señal mensaje es mayor que el de la señal rampa, la salida del comparador es alta (TTL, 5V). Si la señal mensaje es menor que la señal rampa, la salida del comparador es baja (TTL, 0V). La salida del comparador es por tanto una señal PWM, puesto que el ancho de los pulsos depende del nivel de la señal mensaje. La señal PWM es aplicada a un circuito generador de pulsos, el cual general un pulso de ancho y amplitud fijos con cada flanco de caída de los pulsos de la señal PWM. La salida del generador de pulsos es por tanto la señal PPM, puesto 89 que la posición de los pulsos con respecto a una señal de reloj (una señal cuadrada de igual frecuencia que la señal rampa) depende del nivel de la señal mensaje. Tanto PWM como PPM pueden ser demoduladas directamente utilizando un filtro pasabajo, como se muestra en la Figura 3 (a). Sin embargo, el filtro es incapaz de detectar el sincronismo de los pulsos y por lo tanto promedia la señal con ruido incluido, para demodularla. Por lo tanto, antes del filtrar se suele utilizar un limitador que reconstruye los pulsos; así la demodulación es más eficaz (ver Figura 3(b)). 90 Las señales PPM demoduladas sólo por filtrado pasabajo, pueden producir una señal reconstruida de muy baja amplitud, si los pulsos son muy estrechos. Por tanto, se suele recuperar el sincronismo antes del filtrado, como se ve en la Figura 3(c). El biestable (FLIP-FLOP) entrega una señal PWM la cual es demodulada según se dijo anteriormente. 91 La Figura 4, finalmente muestra las señales en un receptor PPM. 4.3.- PROYECTOS CON EL PIC 16F84 Si bien el clásico de todos los tiempos es el PONG, el TETRIS es clásico, pero es contemporáneo al mismo tiempo. Hoy día se lo puede encontrar en versiones 3D para potentes PC's, versiones para Macintosh, reducidas versiones para Palm Pilots e incluso en sistemas del tipo GameBoy. Todo un pionero de la multiplataforma. 92 El juego funciona en un PIC16F84 a 12MHz, generando el vídeo en tiempo real con sólo dos resistencias. La única diferencia electrónica, comparado con el PONG, es que PONG puede correr en un µC PIC16C84, pero TETRIS requiere mas memoria RAM (68 bytes, adicionales a los disponibles) por lo que sólo funciona en un µC PIC16F84. EL circuito electrónico en si es el mismo, por lo que puede emplearse la misma placa que para el PONG. El joystick 2 no actual en este juego. El juego es muy simple. Es posible desplazar el bloque hacia los costados usando para ello las teclas IZQUIERDA y DERECHA, puede hacer caer el bloque bruscamente presionando la tecla ABAJO. Presionando el botón FUEGO hará rotar el bloque. Los bloques están cayendo todo el tiempo, primero parece lento, pero, mientras pasa el tiempo de juego, la velocidad de caída de los bloques se acelera. Y la música se acelera al ritmo de los bloques, SI!!!, escucho bien, hay música en el juego !, pero no espere gran cosa, porque no hay tanto tiempo de CPU para dedicar al sonido. Un amigo, Carl Henrik Grunditz, me ha ayudado 93 mucho con el audio del juego. Actualmente él está pensando hacer el juego "Boulder Dash" con la misma electrónica del tetris y el pong. La música es una vieja melodía Rusa llamada "Karaboschka", que es una de las que sonaban en el tetris del gameboy. El puntaje es mostrado en el ángulo inferior derecho de la pantalla, y el próximo bloque que vendrá se ve en el ángulo superior izquierdo. Sólo es posible obtener 999 puntos, luego de ello el juego termina. Es posible que hayan algunos "bugs" en el sistema, pero los iremos corrigiendo al tiempo. list p=16F84,r=hex w equ 0 f equ 1 pcl equ 0x02 status equ 0x03 porta equ 0x05 portb equ 0x06 indf equ 0x00 fsr equ 0x04 eedata equ 0x08 eeadr equ 0x09 eecon1 equ 0x08 rd equ 0 rp0 equ 5 startspeed equ 0x18 movespeed equ 0x06 94 up1b equ 3 down1b equ 2 left1b equ 5 right1b equ 4 fire1b equ 1 up2b equ 7 down2b equ 6 left2b equ 2 right2b equ 3 fire2b equ 1 up1p equ portb down1p equ portb left1p equ portb right1p equ portb fire1p equ portb up2p equ portb down2p equ portb left2p equ porta right2p equ porta fire2p equ porta counter0 equ 0x0C counter1 equ 0x0D counter2 equ 0x0E counter3 equ 0x0F nextblocktyp equ 0x10 blockx equ 0x11 blocky equ 0x12 blocktyp equ line x 0x13 equ equ 0x14 0x15 95 y equ 0x16 delaycnt equ 0x17 angle blockstuff equ equ 0x18 0x19 fallcnt equ 0x1A points equ 0x1B random equ 0x1E stuff equ 0x1F m_freq equ 0x20 m_cnt equ 0x21 m_songcnt equ 0x22 buffer equ 0x24 currbl equ 0x44 x0 equ 0x4C y0 equ 0x4D movecnt equ 0x4E remline equ 0x4F hsfall equ 0 rotate equ 1 goleft equ 2 goright equ 3 drop equ 4 rotat equ 5 gameover equ 5 delay MACRO LOCAL label movwf delaycnt label decfsz delaycnt goto label 96 ENDM dnop MACRO LOCAL label label goto label+1 ENDM org 0x000 goto inittetris ;------------ This table contains the 3 note lengthes for the 5 speeds -------- getlength addwf pcl retlw 0x0B retlw 0x16 retlw 0x1D retlw 0x09 retlw 0x12 retlw 0x19 retlw 0x07 retlw 0x0D retlw 0x11 retlw 0x04 retlw 0x08 retlw 0x0C retlw 0x02 retlw 0x04 retlw 0x06 ;------------------------ set bit in the gamefield ---------------------------- 97 setbit call getbit iorwf indf ;get bitbyte and bitmask 20 cycles ;set bit return ;----------------------- clear bit in the gamefield --------------------------- clrbit call getbit ;get bitbyte and bitmask 21 cycles xorlw 0xff ;invert bitmask andwf indf ;clear bit return ;-------------------- point at byte, and return bitmask ----------------------- getbit movlw buffer btfsc ;15 cycles x,3 movlw buffer+1 clrc rlf y addwf y,w movwf fsr ;fsr = 2*y + x< Contador de 4 dígitos con PIC Quizás una de las aplicaciones mas usual para un micro controlador sea la elaboración de un contador de turnos o de personas atendidas. En este caso decidimos diseñar un circuito que requiera la menor cantidad posible de componentes y que cumpla con las prestaciones típicas de estas aplicaciones. 98 Como se ve en el diagrama el circuito está estructurado alrededor del PICmicro el cual en su interior lleva la cuenta de las pulsaciones sobre el pulsador 'I' y, a su vez, genera los dígitos a ser mostrados sobre los displays de 7 segmentos de LED's. Para reducir la cantidad de circuitos integrados a sólo uno hemos optado por generar los dígitos por soft dentro del mismo micro, evitando así tener que recurrir a decodificadores de BCD, que si bien no representan costo alguno para adquirirlos, el hecho de colocarlos en el circuito impreso implica mayor tamaño, mayor cantidad de pistas y perforaciones. El funcionamiento es por demás simple. Los cuatro dígitos del display se encuentran en paralelo. Esto significa que el segmento A del primero está cableado junto con el del segundo, el tercero y el cuarto. Y lo mismo sucede con los demás segmentos. Para que no se encienda sobre los cuatro dígitos el mismo número se multiplexa el encendido por medio de los cuatro transistores. Para que el display se ilumine no solo tiene que haber un uno lógico en el segmento a encender, sino que también se requiere que el transistor este en conducción para lograr la masa. De esta forma, conmutando los transistores secuencialmente y a velocidad suficiente se logra hacer parecer al ojo humano que los cuatro displays 99 están iluminados simultáneamente, cuando en realidad sólo uno se ilumina por vez. Por ejemplo, para hacer aparecer en los displays la secuencia 1 2 3 4 habría que hacer la siguiente rutina: 1. Generar el dígito 1 2. Encender el primer display 3. Generar el dígito 2 4. Encender el segundo display 5. Generar el dígito 3 6. Encender el tercer display 7. Generar el dígito 4 8. Encender el cuarto display 9. Repetir la secuencia a velocidad suficiente. Esto es el concepto básico. Para entender mejor el sistema será necesario consultar el archivo en assembler que contiene el código fuente del programa a cargar en el micro, que lo puede obtener del link de mas abajo. Para evitar que la velocidad del micro haga avanzar el conteo a mas de una unidad por pulsación se ha implementado un retardo de 100mS luego de la pulsación del interruptor marcado como 'I'. Si se quiere hacer avanzar el conteo hasta una posición no es necesario presionar y soltar el pulsador repetitivamente, bastará con mantenerlo presionado y el conteo avanzará rápidamente. Para volver la cuenta a cero basta con resetear el micro, presionando la tecla marcada como 'R'. Si bien nosotros empleamos un cristal de 4MHz para el generador de reloj, también se puede emplear una red RC, porque en este proyecto no se requiere gran precisión de clock. 100 Los transistores pueden ser reemplazados sin problema por cualquiera de uso general como el BC548 o similar. Los displays utilizados son de LED's con cátodo común. Se pueden emplear displays pequeños y medianos sin problema. Para el uso de displays grandes deberá emplear algún driver de corriente como el ULN2803A o similar. La alimentación puede ser tanto 5 como 6 voltios. No se requiere que esté estabilizada y se puede emplear un adaptador universal, siempre que sea de calidad aceptable. La corriente requerida es de 300mA. ;Contador de 4 digitos. indo equ 00h ;registro de indireccion pc equ 02h ;contador de programa status equ fsr equ 03h 04h ;registro de estado ;registro de seleccion ptoa equ 05h ;puerto a ptob equ 06h ;puerto b rota equ 0fh ;variable para desplazamiento de display trisa equ 85h ;configuracion puerto a trisb equ 86h ;configuracion puerto b dig1 equ 10h ;acumulador miles dig2 equ 11h ;acumulador centenas dig3 equ 12h ;acumulador decenas dig4 equ 13h ;acumulador unidades loops equ 1dh ;variables usadas en retardos loops2 equ 1eh z ram equ equ 02h 05h ;flag de cero ;bit de seleccion de pagina de memoria c equ 00h ;flag de acarreo w equ 00h ;bit de destino a variable de trabajo 101 reset org 00 goto inicio org 05h retardo ;subrutina de retardo movwf loops top2 movlw d'110' ;la variable de trabajo contiene la cant. ;de ms a demorar movwf loops2 top nop nop nop nop nop nop decfsz loops2 goto ;controla si termina 1mS top decfsz loops goto ;controla si termina el retardo completo top2 retlw 0 s1000 ;rutina de incremento x 1000 clrf dig2 ;pone a cero las centenas incf dig1 ;incrementa el contador de miles movf dig1, w ;carga en work el conteo de los miles xorlw 0ah ;si work era 10, entonces quedara en cero btfsc status, z ;si es cero, el flag z queda alto clrf dig1 ;inicializa los miles return s100 ;rutina de incremento x 100 clrf dig3 ;pone a cero las decenas 102 incf dig2 movf ;incrementa el contador de centenas dig2, w ;carga en work el conteo de las centenas xorlw 0ah ;si work era 10, entonces quedara en cero btfsc status, z ;si es cero, el flag z queda alto call ;incrementa los miles s1000 return s10 ;rutina de incremento x 10 clrf dig4 ;pone a cero las unidades incf dig3 ;incrementa el contador de decenas movf dig3, w ;carga en work el conteo de las decenas xorlw 0ah ;si work era 10, entonces quedara en cero btfsc status, z ;si es cero, el flag z queda alto call s100 ;incrementa las centenas return subir ;rutina de incremento incf dig4 movf ;incrementa el contador de unidades dig4, w ;carga en work el conteo de las unidades xorlw 0ah ;si work era 10, entonces quedara en cero btfsc status, z ;si es cero, el flag z queda alto call s10 ;incrementa las decenas movlw d'250' ;retardo de 100ms call retardo return tabla ;genera los numeros sobre el display addwf pc ;agrega al cont. programa el valor de work retlw b'00111111' ;genera el 0 retlw b'00011000' ;genera el 1 retlw b'01110110' ;genera el 2 103 retlw b'01111100' ;genera el 3 retlw b'01011001' ;genera el 4 retlw b'01101101' ;genera el 5 retlw b'01101111' ;genera el 6 retlw b'00111000' ;genera el 7 retlw b'01111111' ;genera el 8 retlw b'01111101' ;genera el 9 inicio ;programa principal bsf status, ram ;selecciona el banco de memoria alto movlw b'00010000' ;configura el puerto a movwf trisa ;bit 4 entrada, demas bits salidas. movlw 00h ;configura el puerto b movwf trisb ;como salidas bcf status, ram clrf dig1 clrf dig2 clrf dig3 clrf dig4 movlw 00 movwf ptoa empe btfss ptoa, 4 call subir movlw 08h ;selecciona el banco de memoria bajo ;inicializa acumuladores ;envia ceros a los transistores para apagar ;todos los displays ;chequea el pulsador ;llama la rutina de incremento ;iniciar un 1 en el registro de rotacion movwf rota movlw dig1 movwf fsr disp movlw 00h ;con el registro selector (fsr) se apunta ;al primer dato que se va a mostrar ;colocar en cero el dato del display movwf ptob ;para apagarlos movf ;pasa rotacion del 1 a la variable work rota, w 104 movwf ptoa ;enciende el transistor (display) movf ;lee el dato del registro apuntado por fsr call indo, w tabla ;genera el digito de 7 segmentos movwf ptob ;envia el digito al puerto b movlw 03h ;retardo de 3ms para visualizacion call retardo btfsc rota, 0 goto bcf rrf incf goto empe status, c rota fsr disp ;controla si terminaron las cuatro rotaciones ;si termino, vuelve desde el comienzo ;carry en cero para no afectar las rotaciones ;desplaza el 1 que enciende los displays ;incrementa el puntero. Apunta el proximo ;digito a mostrar end 105