Laboratorio 6: Teclado Matricial y Comunicación Serial Asincrónica

Transcripción

1 Laboratorio 6: Teclado Matricial y Comunicación Serial Asincrónica Objetivos. Experimentar con la conexión de dispositivos externos al microcontrolador. Aprender a adquirir datos desde un teclado matricial. Aprender a manejar la comunicación serial asincrónica. Manejar puertos del microcontrolador en forma bidireccional. Preparación previa. 6.1 Teclado Matricial Una de las formas más simples de ingresar información a un micro es a través de botones. Para ahorrar pines, se conectan los botones en forma matricial. A éstos se les llama Teclados Matriciales, los cuales pueden encontrarse en diversos equipos como Teléfonos, Alarmas y Microondas. Un teclado matricial tiene típicamente 12 ó 16 botones. En esta oportunidad utilizaremos un teclado de 16 botones, conectados en una matriz de 4 x 4. Cada uno de los botones tiene un terminal conectado a una fila y el otro conectado a una columna. Para saber qué tecla está presionada, se efectúa un barrido por filas para ver si ha habido un cambio en el estado de las columnas. En la figura 6.1 se muestra la conexión del teclado matricial a un puerto de la MSP430. TEC4 TEC5 TEC6 TEC7 TEC0 TEC1 TEC2 TEC3 F1 F2 F3 F4 S? TEC_4X C1 TEC[0..7] 2 C2 3 C3 4 C4 TEC0 TEC1 TEC2 TEC3 TEC4 TEC5 TEC6 TEC U? DVcc AVcc P6.3/A3 DVss P6.4/A4 AVss P6.5/A5 P6.2/A2 P6.6/A6/DAC0 P6.1/A1 P6.7/A7/DAC1/SVSIN P6.0/A0 Vref+ RST/NMI XIN TCK XOUT/TCLK TMS Veref+ TDI/TCLK Vref-/Veref- TDO/TDI P1.0/TACKL XT2IN P1.1/TA0 XT2OUT P1.2/TA1 P5.7/TBOUTH/SVSOUT P1.3/TA2 P5.6/ACLK P1.4/SMCLK P5.5/SMCLK P1.5/TA0 P5.4/MCLK P1.6/TA1 P5.3/UCLK1 P1.7/TA2 P5.2/SOMI1 P2.0/ACLK P5.1/SIMO1 P2.1/TAINCLK P5.0/STE1 P2.2/CAOUT/TA0 P4.7/TBCLK P2.3/CA0/TA1 P4.6/TB6 P2.4/CA1/TA2 P4.5/TB5 P2.5/Rosc P4.4/TB4 P2.6/ADC12CLK/DMAE0 P4.3/TB3 P2.7/TA0 P4.2/TB2 P3.0/STE0 P4.1/TB1 P3.1/SIMO0/SDA P4.0/TB0 P3.2/SOMI0 P3.7/URXD1 P3.3/UCLK0/SCL P3.6/UTXD1 P3.4/UTXD0 P3.5/URXD0 MSP430F1612 VCC VCC Figura 6.1: Señales de Interconexión Teclado Matricial Lab. 06 / Pág. 1 de 7

2 Existen 2 técnicas principales para hacer la lectura de cualquier tipo de botones: por interrupción y por encuesta: Por Interrupción: Consiste en que, al presionar el botón se cambia el estado del pin conectado, lo que es entendido por el MSP como una interrupción. El problema con esta técnica consiste en que los botones tienen rebotes, lo que el microcontrolador puede interpretar como si se hubiese presionado el botón varias veces seguidas. Además, al soltar el botón el ruido puede generar nuevas interrupciones obteniendo por lo tanto una nueva lectura errónea. Por esta razón, se necesita eliminar el rebote ya sea por hardware ó por software. Por Encuesta: Consiste en una encuesta (pooling) del estado de los pines asociados a los botones entre 5 y 20 [ms], comparando en cada ciclo, el estado de activación de los pines con el ciclo anterior. Esta técnica tiene la ventaja de ser inmune al rebote de los botones, cuando el tiempo del rebote es menor al tiempo entre lecturas. En la figura 6.1 los 4 bits menos significativos (lsb) del puerto 1 son entradas, mientras que los 4 bits más significativos (msb) son salidas. Normalmente el estado de los 4 pines de salida es alto y las resistencias de pull-up conectadas a los 4 bits menos significativos se encargan de mantener en un estado alto las columnas cuyos botones no se encuentran presionados. Como realizar la encuesta: Se parte poniendo en 0 el primer bit de salida (TBC4) correspondiente a la primera fila (F1) y se comprueba el estado de los 4 bits de entrada (TBC0-TBC3/C1-C4). Si hay algún botón de la primera fila que esté presionado, se pondrá en 0 el estado de su respectiva columna. Por el contrario, si ningún botón está presionado, se vuelve a dejar la fila en 1 y se continúa con el mismo procedimiento en la fila siguiente (TBC5 ó F2) hasta barrer todas las filas. Luego de obtener la posición del botón presionado, debe comparar éste con el botón presionado en la lectura anterior. Si es el mismo, entonces no se ejecuta ninguna acción, puesto que el botón TODAVÍA se encuentra presionado. Se puede incluir una variable que cuente el tiempo que se encuentra presionado el botón, con esto, si lleva presionado más de alguna cantidad de segundos, se asume como si el botón se volviese a presionar. Regla similar a la utilizada en un PC al dejar presionado cualquier botón del teclado por más de 1 segundo. Luego de reconocerse que se acaba de presionar un nuevo botón, se debe traducir al caracter o acción asociado al botón. Por ejemplo, al presionar la letra A o el signo #, el programa deberá entrar a un menú y desplegarlo en el LCD, ó al presionar uno de los dígitos del 0 al 9, éste deberá ser impreso por pantalla. Analice los programas button_matrix.c y tic.c que se entregan como ayuda para la captura de datos desde el teclado matricial (se encuentran en la página de la asignatura). Lab. 06 / Pág. 2 de 7

3 Programa 6.1 Cree un programa que vaya mostrando en el display LCD un menú de 4 líneas: 1.- Leer Mensajes 2.- Enviar Mensaje 3.- Configurar baudios 4.- Tiempo de conexión Este menú será recorrido con las teclas A (subir lista del menú) y B (bajar lista de menú). Para ingresar a las opciones del menú, la MSP debe reconocer SOLO el número de las opciones del menú ( 1, 2, 3 o 4), a través de teclado matricial. Una vez que se escoja una opción, proceder como sigue: 1. Leer Mensajes: Se leerán los caracteres contenidos en una variable RX (de 16 caracteres de largo), inicialmente con "Cero mensajes". Si se presiona la tecla # (Enter), la MSP deberá volver al menú. 2. Enviar Mensaje: Leer y escribir en LCD 2x16 el texto ingresado por teclado matricial. Si se presiona la tecla # (Enter), la MSP deberá copiar el texto en la variable RX y volver al menú. 3. Configurar baudios: Se deben mostrar dos opciones A y B las que podrán ser seleccionadas con los caracteres del teclado matricial, respectivamente. Al seleccionar una opción vuelve automáticamente al menú de inicio. 4. Tiempo de conexión: Se debe mostrar el tiempo que el programa lleva corriendo en pantalla en formato mm:ss, actualizando dicho valor cada un segundo. En cualquiera de las opciones anteriores, al presionar la tecla "*" se cancelará cualquier acción y se volverá al menú de inicio. Al ingresar texto, en el display deberá aparecer el cursor parpadeando, mientras que al ingresar el valor de una opción en el menú no deberá aparecer el cursor. Recomendación: Utilice un Timer para generar un barrido periódico del teclado matricial. 6.2 Comunicación Serial En la MSP430 existe por lo menos un módulo USART. En el caso específico de los modelos MSP430F149 y MSP430F1612, se cuenta con dos módulos. Este módulo se puede utilizar en dos tipos de comunicación serial: como UART (comunicación asincrónica) o como USART (comunicación sincrónica) en modo SPI ó I 2 C. Toda la documentación necesaria para su utilización se encuentra en el manual del usuario. Es imprescindible su lectura. Lab. 06 / Pág. 3 de 7

4 En comunicación UART, un frame de datos comienza cuando ocurre un canto de bajada, luego se envía un bit de start, con nivel bajo. Luego los bits de datos, con el menos significativo (lsb) primero; y el más significativo (msb) al final. Luego termina el frame con un bit de stop en nivel alto. En la figura 6.2 se muestra un frame de transmisión serial lsb 1 msb 8 start Figura 6.2: Frame de una comunicación Serial Asincrónica Puede programarse un frame con uno, 1.5 ó 2 bits de stop. La paridad de la comunicación también puede ser programada. La velocidad de transmisión se mide en baudios, que está definido como el número de símbolos (en este caso 1 símbolo = 1 bit ) por segundo. Las velocidades usuales son: 300, 1200, 2400, 4800, 9600, , hasta en algunas puertas seriales. Estudie el programa 6.2 y responda las siguientes preguntas: a) Qué valor deben tener los registros U0BR1 y U0BR0? Cuál es el máximo error de bit configurando sólo estos 2 registros? b) Para qué sirve el registro U0MCTL? Es necesario configurarlo para este caso? c) Qué hace el registro U0TXBUF? Cómo se sabe si está vacío u ocupado? d) Cuál es la diferencia entre el flag UTXIFG0 (registro IFG1) y el flag TXEPT (registro U0TCTL)? stop Lab. 06 / Pág. 4 de 7

5 Programa 6.2 UNIVERSIDAD TECNICA FEDERICO SANTA MARIA #include <msp430x16x.h> // Depende del uc que Ud. esté ocupando. char mensaje[10] = "Hola Mundo"; int i = 0,j = 0; void main(void) WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; P5SEL = 0x70; // Se dispone de los 3 relojes del sistema P5DIR = 0x70; // en los bits 4, 5 y 6 de la puerta 5 // (MCLK, SMCLK y ACLK) P3SEL = 0x30; ME1 = UTXE0 + URXE0; UCTL0 = CHAR; //UTCTL0 = SSEL1; UTCTL0 = 0x10; UBR00 = 0x03; UBR10 = 0x00; UMCTL0 = 0x4A; UCTL0 &= ~SWRST; while(1) while (!(IFG1 & UTXIFG0)); TXBUF0 = mensaje[i++]; while (j < 1000) j++; j = 0; if (i >= 10) i = 0; Analice el programa 6.3 que permite capturar la recepción de datos vía una rutina de servicio de interrupción. Programa 6.3 #include <msp430x16x.h> #include <stdio.h> char t = 0x0; void main(void) WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; _EINT(); P1DIR = 0x01; P2DIR = 0x01; P3SEL = 0x30; ME1 = UTXE0 + URXE0; UCTL0 = CHAR; UTCTL0 = SSEL0; UBR00 = 0x0D; UBR10 = 0x00; UMCTL0 = 0x6B; UCTL0 &= ~SWRST; Lab. 06 / Pág. 5 de 7

6 IE1 = URXIE0; UNIVERSIDAD TECNICA FEDERICO SANTA MARIA while (!(IFG1 & UTXIFG0)); TXBUF0 = t; for (;;) t = getchar(); while (!(IFG1 & UTXIFG0)); TXBUF0 = t; #pragma vector=uart0rx_vector interrupt void usart0_rx (void) /*Completar*/ Lab. 06 / Pág. 6 de 7

7 En el Laboratorio. 6.1 Muestre el funcionamiento del programa Utilizando el programa 6.2: Cambie el programa de manera de poder transmitir a 4800 y a 9600 bps. Mida con osciloscopio. Cambie el programa de manera de utilizar dos bits de stop. Cambie el programa para transmitir caracteres de 7 bits sin paridad a 2400 bps. Mida con osciloscopio. 6.3 Considerando el programa 6.3, complete la rutina de servicio de interrupción serial de tal modo de retransmitir el carácter ingresado por consola, indicando en el display la tecla presionada y la cantidad de retransmisiones. Obs.: Las retransmisiones ocurren solamente mientras un pin de control (a elección) se encuentre en alto, en caso contrario deben cesar. El display muestra siempre, el último estado de las retransmisiones. Considere para esto un funcionamiento con: i. Un loopback vía software. ii. Un loopback físico. 6.4 Diseñe un programa que captura la entrada del teclado matricial de acuerdo al programa de la sección 6.1, y la envía por el puerto serie. Agregue la funcionalidad de que, al presionar la tecla 0 se borre el último carácter ingresado. Configure para 4800 bps o 9600 bps dependiendo de la configuración hecha en la opción 3 del menú. Use paridad par y 1 bit de stop. Habilite la rutina de recepción de datos seriales e interprete los datos como si fueran introducidos por el teclado matricial accediendo a su lectura con la opción 1 del menú de inicio (programa 6.1). OBS: Defina el tamaño del buffer de RX en 16 caracteres, para poder visualizar el mensaje en el display, y luego continuar con la recepción. Para las pruebas conecte el pin RX con el TX, siendo el texto enviado por el pin TX el accedido mediante la opción 2 del programa 6.1. Conecte su circuito con el de otro grupo y pruebe el programa. Compruebe que ambos están utilizando la misma configuración para la UART. Lab. 06 / Pág. 7 de 7