Lenguaje Ensamblador sobre PIC 16F84

Transcripción

1 Lenguaje Ensamblador sobre PIC 16F84 Roberto Vargas Toledo Iván Figueroa Monsalve El presente trabajo se nos muestra la programación de ensamblador orientada a la programación de PIC 16F84, microcontrolador utilizado en diversas aplicaciones como la robótica, o aplicaciones cotidianas tanto para ingenieros como estudiantes o aficionados al tema. Profesor: Keber Flores

2 Resumen: Un microcontrolador es un circuito integrado programable que contiene los elementos necesarios para controlar un sistema. PCI significa Peripheral Interface Controler es decir un controlador de periféricos. Cuando hablamos de un circuito integrado programable que controla periféricos, estamos hablando de un sistema que contiene entre otras cosas una unidad aritmético-lógica, unas memorias de datos y programas, unos puertos de entrada y salida, es decir estamos hablando de un pequeño ordenador diseñado para realizar unas funciones específicas. Podemos encontrar microcontroladores en lavadoras, teclados, teléfonos móviles, ratones etc. Hay multitud de microcontroladores con más memoria, entradas y salidas, frecuencia de trabajo, coste, subsistemas integrados y un largo etc. dependiendo de cada tipo de microcontrolador. El presente informe está basado en el popular microcontrolador PIC 16F84 del fabricante Microchip Technology Inc. ya que es un sistema sencillo, barato y potente para muchas aplicaciones electrónicas. pequeño tamaño, gran calidad, fiabilidad y abundancia de la información. Esto lo convierte en un dispositivo fácil, cómodo y rápido de usar. Todas estas características permiten la amplia aplicación del PIC 16F84 en diferentes actividades. Como tema central, se analizará el PIC 16F84 sobre el lenguaje ensamblador, el cual tiene sus ventajas al programar la PIC, debido a que éste es el lenguaje más optimo para programar dispositivos PIC. II Estructura del PIC 16F84 El PIC 16F84 esta encapsulado en un DIL ( Dual in line o Doble en línea) de 18 pines, o En encapsulado SOIC para montaje superficial SMD, una tecnología de mayor integración que ocupa muy poco espacio, pero con un proceso de soldadura también mas difícil. También puede presentarse de otras formas dependiendo del fabricante. I Introducción En los últimos años, el microcontrolador PIC 16F84 ha sido uno de los que ha tenido mayor aceptación por parte de los usuarios debido a sus buenas características, bajo precio, reducido consumo, Diagrama ejemplo de un Microcontrolador PIC 16F84 donde se detallan los 18 pines que la componen

3 III Características de la PIC 16F84 Alimentación: Normalmente el microcontrolador PIC 16F84 se alimenta con 5 voltios aplicados entre los pines VDD (+) y VSS (-) que son la alimentación y la masa del chip respectivamente. El consumo del circuito depende de las cargas en los puertos y de la frecuencia de trabajo. Circuitería Básica: El PIC se compone de los siguientes elementos que son claves para el PIC pueda funcionar: Frecuencia de trabajo: Los PIC s 16F84 necesitan de un reloj oscilador que marcará la frecuencia de trabajo. Estos osciladores pueden ser del tipo: RC formado por una resistencia y un condensador, HS: se utiliza un cristal de cuarzo o resonador cerámico (hasta 10 MHz), XT: cristal o resonador (hasta 4 MHz), LP: bajo consumo (hasta 200 KHz). Los osciladores se colocan entre las patillas OSC1 y OSC2. R1: Resistencia 100 R2: Resistencia 10k C1 y C2: Condensadores cerámicos D1: Diodo 1N4148 XTAL: Cristal de cuarzo 4 MHz SW1: Pulsador NA Puertos de Entrada y Salida: El microcontrolador se comunica con el exterior a través de puertos, estos funcionan entre 0 y 5 voltios, se pueden ocupar como entradas de datos o bien como salidas de los mismos para gobernar otros dispositivos externos. El PIC16F84 se compone básicamente de dos puertos Puerto A: con 5 líneas, pines RA0 a RA4, y un Puerto B: con 8 líneas, de RB0 a RB7. Cabe destacar que da línea puede ser configurada de forma independiente según la necesidad del programador.

4 Memoria: Todos los programas necesitan de una memoria para su funcionamiento, en el caso de la PIC 16F84 se ocupa una memoria de tipo flash de 1 Kb (1024 posiciones) lo que permite una grabación sencilla, y cómoda, y no volátil. y está organizada en palabras de 14 bits, así, la memoria del programa comienza en la posición 000h (posición inicial de reset) y llega hasta la 3FFh. Admite hasta 1000 grabaciones, y el fabricante garantiza que la información permanece hasta decenas de años. No posee conversores analógicosdigital ni digital-analógicos. Pipe-line de 2 etapas, 1 para búsqueda de instrucción y otra para la ejecución de la instrucción (los saltos ocupan un ciclo más). Repertorio de instrucciones reducido (RISC), con tan solo 30 instrucciones distintas. 4 tipos distintos de instrucciones, orientadas a byte, orientadas a bit, operación entre registros, de salto. Resumiendo: se pueden encontrar en un PIC 16F84 las siguientes características: Memoria Flash de programa (1K x 14). Memoria EEPROM de datos (64 x 8). Memoria RAM (67 registros x 8). Un temporizador/contador (timer de 8 bits). Un divisor de frecuencia. Varios puertos de entrada-salida (13 pines en dos puertos, 5 pines el puerto A y 8 pines el puerto B). Manejo de interrupciones (de 4 fuentes). Perro guardián (watchdog). Bajo consumo. Frecuencia de reloj externa máxima 10MHz. (Hasta 20MHz en nuevas versiones). La frecuencia de reloj interna es un cuarto de la externa, lo que significa que con un reloj de 20Mhz, el reloj interno sería de 5Mhz y así pues se ejecutan 5 Millones de Instrucciones por Segundo (5 MIPS) Detalle de la memoria del microcontrolador PIC 16F84

5 IV Programación en Ensamblador Sobre PIC 16F84 Diseño de Proyecto: Ante un problema técnico, hay que buscar soluciones de forma sencillas, eficaces y a bajo costo, los microcontroladores PIC 16F84 pueden ayudarnos en esto, a continuación desarrollaremos un diagrama de flujo el cual nos servirá de guía como diseño de proyecto con micocontroladores PIC Compilar MPASM Gpasm Listado Emular Grabar Emular MIPSIM, SImuPIC, o Misim WinPicme- TR + circuito grabador, IC-Prog. Gputils, Gpsim, pikdev, Misim pikdev.hex Programación en Ensamblador PIC 16F84: Para programar una PIC necesitamos ante todo conocer las instrucciones para generar el código fuente. Algunas de las instrucciones más conocidas se detallan a continuación: Manejo de registros -clrf f: limpia el registro f, es decir, pone todos sus bits a 0. -comf f,d: complementa el registro fuente f cambia los 1 por 0 y viceversa) y el resultado lo deposita en el destino. Si d = 0 el destino es W y si d = 1, el destino es Dependiendo el tipo de plataforma en la cual se trabaje se elaboran diferentes tipos de proyecto: el registro fuente f. Manejo de bits Pasos a seguir Herramienta Windows Linux Ficheros - bcf f,b: pone a 0 el bit b del registro f. - bsf f,b: pone a 1 el bit b del registro f. Idear solución Diseñar circuitos con programas PCB PCB Salto Listar Listar el programa con EDIT, MPLab o cualquier Editores ASCII Listado en.asm - Btfsc f, b: explora el bit b del registro f y salta si vale 0 - Btfss f, b: explora el bit b del registro f y salta si vale 1 editor ASCII

6 Control y especiales - Goto etiqueta: sitúa el cursor del programa (PCL), en etiqueta Estructuras de control A continuación se detalla una tabla con las principales instrucciones de ensamblador para microcontroladores PIC EQU: Un ejemplo de esto son las etiquetas, podemos poner un nombre a un registro de memoria, esto se hace mediante la instrucción EQU. Por ejemplo: VARIABLE1 EQU 0CH A partir de ahora en lugar de escribir 0CH podemos escribir VARIABLE1 Con EQU también podemos poner nombre a constantes de la misma forma. #DEFINE: Otra instrucción para el ensamblador que usaremos será la instrucción #DEFINE. Es parecido a EQU, solo que aquí no ponemos etiquetas a un registro, podemos ponerla a una instrucción entera, Por ejemplo: #DEFINE BANCO1 BSF STATUS,5 #DEFINE BANCO0 BCF STATUS,5 A partir de ahora, cuando escribamos BANCO1 se pondrá a "1" el bit de selección de banco y pasaremos al banco 1, al escribir BANCO0 pasaremos al banco 0 ORG: Indica al ensamblador la dirección (de memoria de programa) donde se guardará la instrucción que vaya a continuación. Por ejemplo: ORG 00H CLRF VARIABLE1 La instrucción CLRF está en la dirección de memoria de programa 00H (será la primera instrucción en ser ejecutada por el pic) END: Se escribe al final del programa para indicar que ya ha acabado. (es obligatorio, si no da error).

7 Ejemplo de Programación en Ensamblador: A continuación se detalla un ejemplo de programación en ensamblador el cual será analizado paso a paso a fin de comprender las la programación del PIC List p=16f84 ; Tipo de procesador include "P16F84.INC" ; Definición de ; Registros internos Hasta aquí solo se le ha indicado al compilador que se va a utilizar un PIC 16F84 para que lo tenga en cuenta a la hora de transformar el código fuente a código maquina org 0x00 goto Inicio org 0x05 ; Vector de reset ; guarda el vector de ; interrupción Hasta aquí, hemos definido cual es el vector de reset (donde comienza a ejecutarse el programa, posición 000h de la memoria). También definimos cual es la posición de memoria a la cual debe ir el programa si se produce una interrupción, posición 0x05 de la memoria. De esta forma, en la dirección 0x00 ponemos un salto a la posición etiquetada como "INICIO", y luego empezamos en la dirección 0x05 (guardando el vector de reset) con la primera instrucción del programa. Hasta aquí hemos hecho lo siguiente: Poner a 0 la puerta B para configurarla como salida, y a 1 la puerta A para configurarla como entrada. También hemos puesto a 1 la las patillas B,0 y B,1 para que se conecte ambos motores y el bot camine hacia el frente. Bucle1 clrwdt ;Refresca el wdt btfss PORTA,0 ; va el sensor izquierdo sobre ;la línea blanca? La instrucción "btfss" explora si el bit de entrada es 1 (ON) o cero (OFF), de forma que se salta la siguiente línea del programa si es "1" (si el sensor ha detectado que continúa sobre la línea blanca, si es ON) o bien lee la siguiente línea del programa si no detecta la línea blanca, si es OFF o cero. goto Bucle2 ;Si se ha salido de la línea ir a Bucle2 Ésta es la línea del programa que leería si el valor detectado fuera cero, o sea que no detectara el color blanco (cuando se sale de la trayectoria deseada). Igualmente, se la saltaría si continuara sin salirse (valor "1") y pasaría a la siguiente línea. bsf PORTB,0 ;conecta el motor izquierdo Inicio clrf PORTB ;Borra los lacht de salida bsf STATUS,RP0 ;Selecciona el banco 1 clrf TRISB ;Puerta B salida movlw b' ' movwf TRISA ;Puerta A entrada bcf STATUS, RP0 ;Selecciona el banco 0 bsf PORTB,0 ;Conecta motor izquierdo bsf PORTB,1 ;Conecta motor derecho La instrucción "bsf" pone el bit de salida a "1", es decir, encendido (ON). btfsc PORTA,1 goto Bucle3 bsf PORTB,1 ; RA1=0??, detecta negro? (no ; detecta blanco) ; No ha detectado negro ; Conecta motor derecho

8 Hasta aquí el procedimiento es más o menos el mismo (sólo que al contrario), "btfsc" analiza si el bit de entrada es 0 (se salió de la línea blanca) y por tanto se salta la siguiente línea del programa, o bien si el valor es "1" (no se ha salido de su trayectoria) y lee la siguiente línea del programa. goto Bucle1 ;detecta blanco y negro, conectados ;ambos motores Si todo va bien, volvemos al Bucle1, y vuelta a empezar... (mientras tanto el microbot sigue su camino). A este bucle saltábamos cuando el sensor que debía ir fuera de la línea blanca (OFF o cero) pisaba la misma, entonces, se paraba el motor derecho para que el "bot" girara a la derecha. Tras esta operación volvíamos al bucle principal (Bucle1) y el proceso comenzaba de nuevo una y otra vez hasta que cada sensor volviera a su situación "normal" (el izquierdo sobre la línea blanca y el derecho sobre el fondo negro). Stop nop nop end Bucle2 clrwdt Bcf PORTB,0 goto Bucle1 ;Refresca el wdt ;Desconecta (pone a cero) el motor ;izquierdo ;Vuelve al bucle principal A este bucle saltábamos cuando el sensor que debía ir sobre la línea blanca (ON ó "1") se salía de la misma, entonces, se paraba el motor izquierdo para que el "bot" girara a la izquierda. Tras esta operación volvíamos al bucle principal (Bucle1) y el proceso comenzaba de nuevo una y otra vez hasta que cada sensor volviera a su situación "normal" (el izquierdo sobre la línea blanca y el derecho sobre el fondo negro). Bucle3 clrwdt bcf PORTB,1 goto Bucle1 ;Refresca el wdt ;desconecta (pone a cero) el motor ;derecho ;Vuelve al bucle principal Con estas instrucciones le decimos al compilador que el programa ha finalizado. El programa completo se detalla a continuación: ;Programa para robot que consiste en seguir por la derecha una línea blanca sobre un fondo negro ;Consta de dos detectores, el izquierdo (entrada por ; RA0) sobre la línea blanca su estado "normal" es 1 ;el detector derecho (entrada por RA1) sobre el ;fondo negro, su estado "normal" es 0 ;El motor izquierdo tiene salida por PortB0 ;El motor derecho tiene salida por PortB1 ;-----COMIENZO DEL PROGRAMA---- List p=16f84 ;Tipo de procesador include "P16F84.INC" ;Definición de registros ;internos org 0x00 ;Vector de reset goto Inicio org 0x05 ;Salva el vector de interrupción Inicio clrf PORTB ;Borra los lacht de salida bsf STATUS,RP0 ;Selecciona el banco 1 clrf TRISB ;puerta B salida movlw b' ' movwf TRISA ;puerta A entrada bcf STATUS, RP0 ;Selecciona el banco 0 bsf PORTB,0 ;conecta motor izquierdo bsf PORTB,1 ;Conecta motor derecho Bucle1 clrwdt ;Refresca el wdt

9 btfss PORTA,0 ; Va el sensor izquierdo ;sobre la línea blanca? Goto Bucle2 ;Si se ha salido de la línea ir a ;Bucle2 bsf PORTB,0 ;Conecta el motor izquierdo btfsc PORTA,1 ;RA1=0??, detecta negro? ;(no detecta blanco) goto Bucle3 ;No ha detectado negro bsf PORTB,1 ;Conecta motor derecho goto Bucle1 ;Detecta blanco y negro, ;conectados ambos motores Bucle2 clrwdt ;Refresca el wdt bcf PORTB,0 ;desconecta (pone a cero) ;el motor izquierdo goto Bucle1 ;Vuelve al bucle principal Bucle3 clrwdt ;Refresca el wdt bcf PORTB,1 ;Desconecta (pone a cero) ;el motor derecho goto Bucle1 ;Vuelve al bucle principal Stop nop nop end V Conclusiones y Agradecimientos Las microcontroladoras revolucionaron gran parte de lo que es la computación hoy en día, sin ir más lejos, varios autores catalogan este invento como uno de los más importantes del siglo XX. Dada su importancia en los procesos que se realizan hoy por hoy, hacen imprescindible la existencia de estos como soportes básicos para diferentes aplicaciones en las numerosas áreas de la informática. VI Referencias Se deja a exposición una breve referencia bibliográfica del proyecto realizado. [1] Enrique Palacios, Fernando Remiro, Lucas J. López. Microcontrolador 16F84, Desarrollo de Proyectos. Primera edición 2004, Alfaomega. [2] webquimera/ programación en Ensamblador sobre PIC 16F84 [3] ronico/tutoriales/tutopic16f84/p6. html Programación de Ensamblador en ficheros.hex [4] PICs3.asp Características del PIC [5] PICs4.asp Instrucciones de Ensamblador para PIC 16F84 Agradecemos en primera instancia al Profesor Keber Flores por ayudarnos en nuestro aprendizaje y formarnos como futuros Analistas en Computación, y a nuestra universidad como institución que nos brinda las herramientas para adquirir el conocimiento necesario.