Microcontroladores pic

UEL - DEEL - LONDRINA - PR

Introdu¸˜o aos Microcontroladores da Fam´
ca ılia
PIC

Leonimer Fl´vio de Melo
a

02/2008

1

Sum´rio
a

1 Introdu¸õ aos Microcontroladores
ca 4
1.1 Introdu¸õ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
ca . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.2 Hist´ria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.3 Microcontroladores versus Microprocessadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.4 Microcontroladores da fam´ PIC . . . . . .
ılia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.4.1 Unidade de Mem´ria . . . . . . . . . .
o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.4.2 Unidade Central de Processamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.4.3 Barramentos - Bus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.4.4 Unidade de entrada/sa´ (I/O) . . .
ıda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.4.5 Comunica¸õ s´rie . . . . . . . . . . .
ca e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.4.6 Unidade de temporiza¸õ . . . . . . .
ca . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.4.7 Watchdog timer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.4.8 Conversor anal´gico-digital (A/D) . .
o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.4.9 O microcontrolador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.5 Programa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

2 O Microcontrolador PIC16F84 13
2.1 Componentes b´sicos do PIC . . . . . . . . .
a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.2 CISC x RISC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.3 Aplica¸˜es . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
co . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.4 Rel´gio / ciclo de instru¸õ . . . . . . . . . .
o ca . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.4.1 Pipelining . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.4.2 Fluxograma das Instru¸˜es no Pipeline
co . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.5 Significado dos pinos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.6 Gerador de rel´gio – oscilador . . . . . . . . .
o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.6.1 Tipos de osciladores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.6.2 Oscilador XT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.6.3 Oscilador RC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.7 Reset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.7.1 Brown-out Reset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.8 Unidade Central de Processamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.8.1 Unidade L´gica Aritm´tica (ALU) . .
o e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.9 Registros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.9.1 Registro STATUS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.9.2 Registro OPTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.10 Portas de I/O . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.10.1 Porta A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.10.2 Porta B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.11 Organiza¸õ da mem´ria . . . . . . . . . . . .
ca o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.11.1 Mem´ria de programa . . . . . . . . .
o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.11.2 Mem´ria de dados . . . . . . . . . . .
o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.11.3 Registros SFR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.11.4 Bancos de Mem´ria . . . . . . . . . .
o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.11.5 Macro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.11.6 Contador de Programa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

2

2.11.7 Pilha . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.11.8 Programa¸õ no Sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
ca . . . . . . . . . 29
2.11.9 Modos de endere¸amento . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
c . . . . . . . . . 29
2.12 Interrup¸˜es . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
co . . . . . . . . . 31
2.12.1 Registro INTCON . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.12.2 Fontes de interrup¸õ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
ca . . . . . . . . . 32
2.12.3 Guardando os conte´dos dos registros importantes . . . . .
u . . . . . . . . . 33
2.12.4 Interrup¸õ externa no pino RB0/INT do microcontrolador
ca . . . . . . . . . 34
2.12.5 Interrup¸õ por transbordar (overflow ) o contador TMR0 .
ca . . . . . . . . . 34
2.12.6 Interrup¸õ por varia¸ao nos pinos 4, 5, 6 e 7 da porta B .
ca c˜ . . . . . . . . . 36
2.12.7 Interrup¸õ por fim de escrita na EEPROM . . . . . . . . .
ca . . . . . . . . . 36
2.12.8 Inicializa¸õ da interrup¸õ . . . . . . . . . . . . . . . . . .
ca ca . . . . . . . . . 36
2.13 Temporizador TMR0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.14 Mem´ria de dados EEPROM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
o . . . . . . . . . 41
2.14.1 Registro EECON1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
2.14.2 Lendo a Mem´ria EEPROM . . . . . . . . . . . . . . . . .
o . . . . . . . . . 42
2.14.3 Escrevendo na Mem´ria EEPROM . . . . . . . . . . . . . .
o . . . . . . . . . 42

3 Conjunto de Instru¸˜es
co 44
3.1 Conjunto de Instru¸˜es da Fam´ PIC16Fxxx de
co ılia Microcontroladores . . . . . . . 44
3.2 Transferˆncia de dados . . . . . . . . . . . . . . .
e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3.3 L´gicas e aritm´ticas . . . . . . . . . . . . . . . .
o e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3.4 Opera¸˜es sobre bits . . . . . . . . . . . . . . . .
co . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.5 Dire¸õ de execu¸õ de um programa . . . . . . .
ca ca . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.6 Per´
ıodo de execu¸õ da instru¸õ . . . . . . . . .
ca ca . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.7 Conjunto de instru¸˜es . . . . . . . . . . . . . . .
co . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

4 Programa¸õ em Linguagem Assembly
ca 48
4.1 Linguagem Assembly . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
4.1.1 Label . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
4.1.2 Instru¸˜es . . . . . . . . . . . . . . . . .
co . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
4.1.3 Operandos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
4.1.4 Coment´rios . . . . . . . . . . . . . . .
a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
4.1.5 Diretivas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
4.1.6 Exemplo de um programa em assembly . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
4.2 Macros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

3

Cap´
ıtulo 1

Introdu¸õ aos Microcontroladores
ca

1.1 Introdu¸õ
ca
As circunstˆncias que se nos deparam hoje no campo dos microcontroladores tˆm os seus prim´rdios
a e o
no desenvolvimento da tecnologia dos circuitos integrados. Este desenvolvimento tornou poss´ ıvel
armazenar centenas de milhares de transistores num unico chip. Isso constituiu um pr´-requisito
´ e
para a produ¸õ de microprocessadores e, os primeiros computadores foram constru´
ca ıdos adicio-
nando perif´ricos externos tais como mem´ria, linhas de entrada e sa´
e o ıda, temporizadores e outros.
Um crescente aumento do n´ ıvel de integra¸õ, permitiu o aparecimento de circuitos integrados
ca
contendo simultaneamente processador e perif´ricos. Foi assim que o primeiro chip contendo um
e
microcomputador e que mais tarde haveria de ser designado por microcontrolador, apareceu.

1.2 Hist´ria
o
´
E no ano de 1969 que uma equipa de engenheiros japoneses pertencentes ` companhia BUSICOM
a
chega aos Estados Unidos com a encomenda de alguns circuitos integrados para calculadoras a
serem implementados segundo os seus projetos. A proposta foi entregue ` INTEL e Marcian Hoff
a
foi o respons´vel pela sua concretiza¸õ. Como ele tinha tido experiˆncia de trabalho com um
a ca e
computador (PC) PDP8, lembrou-se de apresentar uma solu¸õ substancialmente diferente em
ca
vez da constru¸õ sugerida. Esta solu¸õ pressupunha que a fun¸õ do circuito integrado seria
ca ca ca
determinada por um programa nele armazenado. Isso significava que a configura¸õ deveria ser
ca
mais simples, mas tamb´m era preciso muito mais mem´ria que no caso do projeto proposto pelos
e o
engenheiros japoneses. Depois de algum tempo, embora os engenheiros japoneses tenham tentado
encontrar uma solu¸õ mais fćil, a idía de Marcian venceu e o primeiro microprocessador nasceu.
ca a e
Ao transformar esta idía num produto concreto, Frederico Faggin foi de uma grande utilidade
e
para a INTEL. Ele transferiu-se para a INTEL e, em somente 9 meses, teve sucesso na cria¸õ de
ca
um produto real a partir da sua primeira concep¸õ. Em 1971, a INTEL adquiriu os direitos sobre
ca
a venda deste bloco integral. Primeiro eles compraram a licen¸a ` companhia BUSICOM que nõ
c a a
tinha a m´ ınima percep¸õ do tesouro que possu´ Neste mesmo ano, apareceu no mercado um
ca ıa.
microprocessador designado por 4004. Este foi o primeiro microprocessador de 4 bits e tinha a
velocidade de 6 000 opera¸˜es por segundo. Nõ muito tempo depois, a companhia Americana
co a
CTC pediu ` INTEL e ` Texas Instruments um microprocessador de 8 bits para usar em terminais.
a a
Mesmo apesar de a CTC acabar por desistir desta idía, tanto a Intel como a Texas Instruments
e
continuaram a trabalhar no microprocessador e, em Abril de 1972, os primeiros microprocessadores
de 8 bits apareceram no mercado com o nome de 8008. Este podia endere¸ar 16KB de mem´ria,
c o
possu´ 45 instru¸˜es e tinha a velocidade de 300 000 opera¸˜es por segundo. Esse microprocessador
ıa co co
foi o pioneiro de todos os microprocessadores atuais. A Intel continuou com o desenvolvimento
do produto e, em Abril de 1974 pˆs c´ fora um processador de 8 bits com o nome de 8080 com a
o a
capacidade de endere¸ar 64KB de mem´ria, com 75 instru¸˜es e com pre¸os a come¸arem em $360.
c o co c c
Uma outra companhia Americana, a Motorola, apercebeu-se rapidamente do que estava a
acontecer e, assim, pˆs no mercado um novo microprocessador de 8 bits, o 6800. O construtor
o
chefe foi Chuck Peddle e al´m do microprocessador propriamente dito, a Motorola foi a primeira
e

4

companhia a fabricar outros perif´ricos como os 6820 e 6850. Nesta altura, muitas companhias
e
j´ se tinham apercebido da enorme importˆncia dos microprocessadores e come¸aram a introduzir
a a c
os seus pr´prios desenvolvimentos. Chuck Peddle deixa a Motorola para entrar para a MOS
o
Technology e continua a trabalhar intensivamente no desenvolvimento dos microprocessadores.
Em 1975, na exposi¸õ WESCON nos Estados Unidos, ocorreu um acontecimento cr´
ca ıtico na
hist´ria dos microprocessadores. A MOS Technology anunciou que ia pˆr no mercado micropro-
o o
cessadores 6501 e 6502 ao pre¸o de $25 cada e que podia satisfazer de imediato todas as en-
c
comendas. Isto pareceu tõ sensacional que muitos pensaram tratar-se de uma espćie de vigarice,
a e
considerando que os competidores vendiam o 8080 e o 6800 a $179 cada. Para responder a este
competidor, tanto a Intel como a Motorola baixaram os seus pre¸os por microprocessador para
c
$69,95 logo no primeiro dia da exposi¸õ. Rapidamente a Motorola pˆs uma a¸õ em tribunal
ca o ca
contra a MOS Technology e contra Chuck Peddle por viola¸õ dos direitos de autor por copiarem
ca
ao copiarem o 6800. A MOS Technology deixou de fabricar o 6501, mas continuou com o 6502. O
6502 ´ um microprocessador de 8 bits com 56 instru¸˜es e uma capacidade de endere¸amento de
e co c
64KB de mem´ria. Devido ao seu baixo custo, o 6502 torna-se muito popular e, assim, ´ instalado
o e
em computadores como KIM-1, Apple I, Apple II, Atari, Comodore, Acorn, Oric, Galeb, Orao,
Ultra e muitos outros. Cedo aparecem v´rios fabricantes do 6502 (Rockwell, Sznertek, GTE, NCR,
a
Ricoh e Comodore adquiriram a MOS Technology) que, no auge da sua prosperidade, chegou a
vender microprocessadores ` razõ de 15 milh˜es por ano !
a a o
Contudo, os outros nõ baixaram os bra¸os. Frederico Faggin deixa a Intel e funda a Zilog Inc.
a c
Em 1976, a Zilog anuncia o Z80. Durante a concep¸õ deste microprocessador, Faggin toma uma
ca
decisõ cr´
a ıtica. Sabendo que tinha sido j´ desenvolvida uma enorme quantidade de programas
a
para o 8080, Faggin conclui que muitos võ permanecer fieis a este microprocessador por causa
a
das grandes despesas que adviriam das altera¸˜es a todos estes programas. Assim, ele decide que
co
o novo microprocessador deve ser compat´ ıvel com o 8080, ou seja, deve ser capaz de executar
todos os programas que j´ tenham sido escritos para o 8080. Al´m destas caracter´
a e ısticas, outras
caracter´ısticas adicionais foram introduzidas, de tal modo que o Z80 se tornou um microprocessador
muito potente no seu tempo. Ele podia endere¸ar directamente 64KB de mem´ria, tinha 176
c o
instru¸oes, um grande n´mero de registros, uma op¸õ para refreshing de mem´ria RAM dinˆmica,
c˜ u ca o a
uma unica alimenta¸õ, maior velocidade de funcionamento, etc. O Z80 tornou-se um grande
´ ca
sucesso e toda a gente se transferiu do 8080 para o Z80. Pode dizer-se que o Z80 se constituiu
sem sombra de d´vida como o microprocessador de 8 bits com maior sucesso no seu tempo. Al´m
u e
da Zilog, outros novos fabricantes como Mostek, NEC, SHARP e SGS apareceram. O Z80 foi o
cora¸ao de muitos computadores como o Spectrum, Partner, TRS703, Z-3 e Galaxy, que foram
c˜
aqui usados.
Em 1976, a Intel apareceu com uma versõ melhorada do microprocessador de 8 bits e designada
a
por 8085. Contudo, o Z80 era tõ superior a este que, bem depressa, a Intel perdeu a batalha. Ainda
a
que mais alguns microprocessadores tenham aparecido no mercado (6809, 2650, SC/MP etc.), j´ a
tudo estava entõ decidido. J´ nõ havia mais grandes melhorias a introduzir pelos fabricantes
a a a
que fundamentassem a troca por um novo microprocessador, assim, o 6502 e o Z80, acompanhados
pelo 6800, mantiveram-se como os mais representativos microprocessadores de 8 bits desse tempo.

1.3 Microcontroladores versus Microprocessadores
Um microcontrolador difere de um microprocessador em v´rios aspectos. Primeiro e o mais impor-
a
tante, ´ a sua funcionalidade. Para que um microprocessador possa ser usado, outros componentes
e
devem-lhe ser adicionados, tais como mem´ria e componentes para receber e enviar dados. Em
o
resumo, isso significa que o microprocessador ´ o verdadeiro cora¸õ do computador. Por outro
e ca
lado, o microcontrolador foi projetado para ter tudo num s´. Nenhuns outros componentes exter-
o
nos sõ necess´rios nas aplica¸˜es, uma vez que todos os perif´ricos necess´rios j´ estõ contidos
a a co e a a a
nele. Assim, n´s poupamos tempo e espa¸o na constru¸õ dos dispositivos.
o c ca

1.4 Microcontroladores da fam´ PIC
ılia
A seguir sõ apresentas algumas das caracter´
a ısticas mais importantes a respeito da arquitetura dos
microcontroladores PIC da Microchip.

5

1.4.1 Unidade de Mem´ria
o
A mem´ria ´ a parte do microcontrolador cuja fun¸õ ´ guardar dados. A maneira mais fćil de
o e ca e a
explicar ´ descrevˆ-la como uma grande prateleira cheia de gavetas. Se supusermos que marcamos
e e
as gavetas de modo a elas nõ se confundirem umas com as outras, entõ o seu conte´do ser´
a a u a
facilmente acess´ıvel. Basta saber a designa¸õ da gaveta e o seu conte´do ser´ conhecido.
ca u a

Figura 1.1: Exemplo de unidade de mem´ria.
o

Os componentes de mem´ria sõ exatamente a mesma coisa. Para um determinado endere¸o,
o a c
n´s obtemos o conte´do desse endere¸o. Dois novos conceitos foram apresentados: endere¸amento
o u c c
e mem´ria. A mem´ria ´ o conjunto de todos os locais de mem´ria (gavetas) e endere¸amento nada
o o e o c
mais ´ que selecionar um deles. Isto significa que precisamos de selecionar o endere¸o desejado
e c
(gaveta) e esperar que o conte´do desse endere¸o nos seja apresentado (abrir a gaveta). Al´m de ler
u c e
de um local da mem´ria (ler o conte´do da gaveta), tamb´m ´ poss´ escrever num endere¸o da
o u e e ıvel c
mem´ria (introduzir um conte´do na gaveta). Isto ´ feito utilizando uma linha adicional chamada
o u e
linha de controle. N´s iremos designar esta linha por R/W (read/write) - ler/escrever. A linha de
o
controle ´ usada do seguinte modo: se r/w=1, ´ executada uma opera¸õ de leitura, caso contr´rio
e e ca a
´ executada uma opera¸õ de escrita no endere¸o de mem´ria.
e ca c o
A mem´ria ´ o primeiro elemento, mas precisamos de mais alguns para que o nosso microcon-
o e
trolador possa trabalhar.

1.4.2 Unidade Central de Processamento
Vamos agora adicionar mais 3 locais de mem´ria a um bloco espec´
o ıfico para que possamos ter
as capacidades de multiplicar, dividir, subtrair e mover o seus conte´dos de um local de mem´ria
u o
para outro. A parte que vamos acrescentar ´ chamada “central processing unit” (CPU) ou Unidade
e
Central de Processamento. Os locais de mem´ria nela contidos chamam-se registros.
o

Figura 1.2: Unidade Central de Processamento.

6

Os registros sõ, portanto, locais de mem´ria cujo papel ´ ajudar a executar v´rias opera¸˜es
a o e a co
matem´ticas ou quaisquer outras opera¸˜es com dados, quaisquer que sejam os locais em que estes
a co
se encontrem.
Vamos olhar para a situa¸õ actual. N´s temos duas entidades independentes (mem´ria e CPU)
ca o o
que estõ interligadas, deste modo, qualquer troca de dados ´ retardada bem como a funcionalidade
a e
do sistema ´ diminu´
e ıda. Se, por exemplo, n´s desejarmos adicionar os conte´dos de dois locais
o u
de mem´ria e tornar a guardar o resultado na mem´ria, n´s necessitamos de uma liga¸õ entre
o o o ca
a mem´ria e o CPU. Dito mais simplesmente, n´s precisamos de obter um ”caminho”atrav´s do
o o e
qual os dados possam passar de um bloco para outro.

1.4.3 Barramentos - Bus
Este “caminho” designa-se por barramento (bus). Fisicamente ele corresponde a um grupo de 8,
16 ou mais fios.
Existem dois tipos de bus: bus de dados e de endere¸o. O n´mero de linhas do primeiro
c u
depende da quantidade de mem´ria que desejamos endere¸ar e o n´mero de linhas do outro de-
o c u
pende da largura da palavra de dados, no nosso caso ´ igual a oito. O primeiro bus serve para
e
transmitir endere¸os do CPU para a mem´ria e o segundo para ligar todos os blocos dentro do
c o
microcontrolador.

Figura 1.3: Barramentos do microcontrolador.

Neste momento, a funcionalidade j´ aumentou mas um novo problema apareceu: n´s temos uma
a o
unidade capaz de trabalhar sozinha, mas que nõ possui nenhum contato com o mundo exterior,
a
ou seja, conosco! De modo a remover esta deficiˆncia, vamos adicionar um bloco que cont´m v´rias
e e a
localiza¸˜es de mem´ria e que, de um lado, est´ ligado ao bus de dados e do outro `s linhas de sa´
co o a a ıda
do microcontrolador que coincidem com pinos do circuito integrado e que, portanto, n´s podemos
o
ver com os nossos pr´prios olhos.
o

1.4.4 Unidade de entrada/sa´ (I/O)
ıda
Estas localiza¸˜es que acabamos de adicionar, chamam-se portas. Existem v´rios tipos de portas:
co a
de entrada, de sa´ e de entrada/sa´
ıda ıda. Quando trabalhamos com portas primeiro de tudo ´ e
necess´rio escolher a porta com que queremos trabalhar e, em seguida, enviar ou receber dados
a
para ou dessa porta.
Quando se est´ a trabalhar com ele, a porta funciona como um local de mem´ria. Qualquer
a o
coisa de que se est´ a ler ou em que se est´ a escrever e que ´ poss´ identificar facilmente nos
a a e ıvel
pinos do microcontrolador.

1.4.5 Comunica¸õ s´rie
ca e
Anteriormente, acrescentamos ` unidade j´ existente a possibilidade de comunicar com o mundo
a a
exterior. Contudo, esta maneira de comunicar tem os seus inconvenientes. Um dos inconve-

7

Figura 1.4: Porta de entrada/sa´ de dados.
ıda

nientes b´sicos ´ o n´mero de linhas que ´ necess´rio usarmos para transferir dados. E se for
a e u e a
necess´rio transferi-los a uma distˆncia de v´rios quilˆmetros? O n´mero de linhas vezes o n´mero
a a a o u u
de quilˆmetros nõ atesta a economia do projeto. Isto leva-nos a ter que reduzir o n´mero de linhas
o a u
de modo a que a funcionalidade se mantenha. Suponha que estamos a trabalhar apenas com trˆs e
linhas e que uma linha ´ usada para enviar dados, outra para os receber e a terceira ´ usada como
e e
linha de referˆncia tanto do lado de entrada como do lado da sa´
e ıda. Para que isto trabalhe n´s pre-
o
cisamos de definir as regras para a troca de dados. A este conjunto de regras chama-se protocolo.
Este protocolo deve ser definido com antecedˆncia de modo que nõ haja mal entendidos entre as
e a
partes que estõ a comunicar entre si. Por exemplo, se um homem est´ a falar em francˆs e o outro
a a e
em inglˆs, ´ altamente improv´vel que efetivamente e rapidamente, ambos se entendam. Vamos
e e a
supor que temos o seguinte protocolo. A unidade l´gica ”1”´ colocada na linha de transmissõ at´
o e a e
que a transferˆncia se inicie. Assim que isto acontece, a linha passa para n´ l´gico ’0’ durante
e ıvel o
um certo per´ ıodo de tempo (que vamos designar por T), assim, do lado da recep¸õ ficamos a saber
ca
que existem dados para receber e, o mecanismo de recep¸õ, vai ativar-se. Regressemos agora ao
ca
lado da emissõ e comecemos a pˆr zeros e uns l´gicos na linha de transmissõ correspondentes
a o o a
aos bits, primeiro o menos significativo e finalmente o mais significativo. Vamos esperar que cada
bit permane¸a na linha durante um per´
c ıodo de tempo igual a T, e, finalmente, depois do oitavo
bit, vamos pˆr novamente na linha o n´ l´gico ”1”, o que assinala a transmissõ de um dado. O
o ıvel o a
protocolo que acabamos de descrever ´ designado na literatura profissional por NRZ (Nõ Retorno
e a
a Zero).

Figura 1.5: Comunica¸õ serial.
ca

1.4.6 Unidade de temporiza¸õ
ca
Agora que j´ temos a unidade de comunica¸õ s´rie implementada, n´s podemos receber, enviar e
a ca e o
processar dados.
Contudo, para sermos capazes de utilizar isto na ind´stria precisamos ainda de mais alguns
u
blocos. Um deles ´ o bloco de temporiza¸õ que nos interessa bastante porque pode dar-nos
e ca
informa¸˜es acerca da hora, dura¸õ, protocolo, etc. A unidade b´sica do temporizador ´ um
co ca a e
contador que ´ na realidade um registro cujo conte´do aumenta de uma unidade num intervalo
e u
de tempo fixo, assim, anotando o seu valor durante os instantes de tempo T1 e T2 e calculando

8

Figura 1.6: Temporizador (timer ).

a sua diferen¸a, n´s ficamos a saber a quantidade de tempo decorrida. Esta ´ uma parte muito
c o e
importante do microcontrolador, cujo dom´ınio vai requerer muita da nossa aten¸õ.
ca

1.4.7 Watchdog timer
Uma outra coisa que nos vai interessar ´ a fluˆncia da execu¸õ do programa pelo microcontro-
e e ca
lador durante a sua utiliza¸õ. Suponha que como resultado de qualquer interferˆncia (que ocorre
ca e
freqëntemente num ambiente industrial), o nosso microcontrolador para de executar o programa
u
ou, ainda pior, desata a trabalhar incoerentemente.

Figura 1.7: Watchdog timer.

Claro que, quando isto acontece com um computador, n´s simplesmente carregamos no botõ
o a
de reset e continuamos a trabalhar. Contudo, no caso do microcontrolador n´s nõ podemos
o a
resolver o nosso problema deste modo, porque nõ temos botõ. Para ultrapassar este obstćulo,
a a a
precisamos de introduzir no nosso modelo um novo bloco chamado watchdog (cõ de guarda). Este
a
bloco ´ de facto outro contador que est´ continuamente a contar e que o nosso programa p˜e a zero
e a o
sempre que ´ executado corretamente. No caso de o programa encravar, o zero nõ vai ser escrito
e a
e o contador, por si s´, encarregar-se-´ de fazer o reset do microcontrolador quando alcan¸ar o seu
o a c
valor m´ximo. Isto vai fazer com que o programa corra de novo e desta vez corretamente. Este ´
a e
um elemento importante para que qualquer programa se execute confiavelmente, sem precisar da
interven¸õ do ser humano.
ca

1.4.8 Conversor anal´gico-digital (A/D)
o
Como os sinais dos perif´ricos sõ substancialmente diferentes daqueles que o microcontrolador
e a
pode entender (zero e um), eles devem ser convertidos num formato que possa ser compreendido
pelo microcontrolador. Esta tarefa ´ executada por interm´dio de um bloco destinado ` conversõ
e e a a
anal´gica-digital ou com um conversor A/D. Este bloco vai ser respons´vel pela conversõ de uma
o a a
informa¸õ de valor anal´gico para um n´mero bin´rio e pelo seu trajeto atrav´s do bloco do CPU,
ca o u a e
de modo a que este o possa processar de imediato.

Figura 1.8: Conversor anal´gico-digital (A/D).
o

9

1.4.9 O microcontrolador
Neste momento, a configura¸õ do microcontrolador est´ j´ terminada, tudo o que falta ´ introduzi-
ca a a e
la dentro de um aparelho eletrˆnico que poder´ acessar aos blocos internos atrav´s dos pinos deste
o a e
componente. A Figura 1.9 ilustra o aspecto interno de um microcontrolador.

Figura 1.9: Configura¸õ f´
ca ısica do interior de um microcontrolador.

As linhas mais finas que partem do centro em dire¸õ ` periferia do microcontrolador corre-
ca a
spondem aos fios que interligam os blocos interiores aos pinos do inv´lucro do microcontrolador.
o
A Figura 1.10 representa a parte principal de um microcontrolador.
Numa aplica¸õ real, um microcontrolador, por si s´, nõ ´ suficiente. Al´m dele, n´s necessi-
ca o a e e o
tamos do programa que vai ser executado e de mais alguns elementos que constituirõ um interface
a
l´gico para outros elementos.
o

1.5 Programa
Escrever um programa ´ uma parte especial do trabalho com microcontroladores e ´ designado por
e e
programa¸~o . Vamos tentar escrever um pequeno programa numa linguagem que seremos n´s a
ca o
criar e que toda a gente ser´ capaz de compreender.
a

INICIO
REGISTRO1=LOCAL_DE_ MEMORIA_A
REGISTRO2=LOCAL_DE_ MEMORIA_B
PORTO_A=REGISTRO1+REGISTRO2
FIM

O programa adiciona os conte´dos de dois locais de mem´ria e coloca a soma destes conte´dos na
u o u
porta A. A primeira linha do programa manda mover o conte´do do local de mem´ria ”A”para um
u o
dos registros da unidade central de processamento. Como necessitamos tamb´m de outra parcela,
e
vamos colocar o outro conte´do noutro registro da unidade central de processamento (CPU). A
u
instru¸ao seguinte pede ao CPU para adicionar os conte´dos dos dois registros e enviar o resultado
c˜ u
obtido para a porta A, de modo a que o resultado desta adi¸õ seja vis´ para o mundo exterior.
ca ıvel
Para um problema mais complexo, naturalmente o programa que o resolve ser´ maior.
a
A tarefa de programa¸õ pode ser executada em v´rias linguagens tais como o Assembler, C
ca a
e Basic que sõ as linguagens normalmente mais usadas. O Assembler pertence ao grupo das
a
linguagens de baixo n´ ıvel que implicam um trabalho de programa¸õ lento, mas que oferece os
ca
melhores resultados quando se pretende poupar espa¸o de mem´ria e aumentar a velocidade de
c o
execu¸õ do programa. Como se trata da linguagem mais freqëntemente usada na programa¸õ de
ca u ca
microcontroladores, ela ser´ discutida num cap´
a ıtulo mais adiantado. Os programas na linguagem
C sõ mais fćeis de se escrever e compreender, mas, tamb´m, sõ mais lentos a serem executados
a a e a
que os programas assembler. Basic ´ a mais fćil de todas para se aprender e as suas instru¸˜es
e a co

10

Figura 1.10: Arquitetura do microcontrolador.

11

sõ semelhantes ` maneira de um ser humano se exprimir, mas tal como a linguagem C, ´ tamb´m
a a e e
de execu¸õ mais lenta que o assembler. Em qualquer caso, antes que escolha entre uma destas
ca
linguagens, precisa de examinar cuidadosamente os requisitos de velocidade de execu¸õ, de espa¸o
ca c
de mem´ria a ocupar e o tempo que vai demorar a fazer o programa em assembly.
o
Depois de o programa estar escrito, n´s necessitamos de introduzir o microcontrolador num
o
dispositivo e po-lo para trabalhar. Para que isto aconte¸a, n´s precisamos de adicionar mais alguns
c o
componentes externos. Primeiro temos que dar vida ao microcontrolador fornecendo-lhe a tensõ a
(a tensõ el´trica ´ necess´ria para que qualquer instrumento eletrˆnico funcione) e o oscilador cujo
a e e a o
papel ´ an´logo ao do cora¸õ que bate no ser humano. A execu¸õ das instru¸˜es do programa
e a ca ca co
´ regulada pelas pulsa¸˜es do oscilador. Logo que lhe ´ aplicada a tensõ, o microcontrolador
e co e a
executa uma verifica¸õ dele pr´prio, vai para o princ´
ca o ıpio do programa e come¸a a execut´-lo. O
c a
modo como o dispositivo vai trabalhar depende de muitos parˆmetros, os mais importantes dos
a
quais sõ a competˆncia da pessoa que desenvolve o hardware e do programador que, com o seu
a e
programa, deve tirar o m´ximo do dispositivo.
a

12

Cap´
ıtulo 2

O Microcontrolador PIC16F84

O PIC 16F84 pertence a uma classe de microcontroladores de 8 bits, com uma arquitetura RISC .
A estrutura gen´rica ´ a do mapa que se segue, que nos mostra os seus blocos b´sicos.
e e a

2.1 Componentes b´sicos do PIC
a
Mem´ria de programa (FLASH) - para armazenar o programa que se escreveu. Como a
o
mem´ria fabricada com tecnologia FLASH pode ser programa e limpa mais que uma vez. ela
o
torna-se adequada para o desenvolvimento de dispositivos.

EEPROM - mem´ria dos dados que necessitam de ser salvaguardados quando a alimenta¸õ ´
o ca e
desligada. Normalmente ´ usada para guardar dados importantes que nõ se podem perder quando
e a
a alimenta¸õ, de repente, “vai abaixo”. Um exemplo deste tipo de dados ´ a temperatura fixada
ca e
para os reguladores de temperatura. Se, durante uma quebra de alimenta¸õ, se perdessem dados,
ca
n´s precisar´
o ıamos de proceder a um novo ajustamento quando a alimenta¸õ fosse restabelecida.
ca
Assim, o nosso dispositivo, perderia eficćia.
a

RAM - mem´ria de dados usada por um programa, durante a sua execu¸õ. Na RAM, sõ
o ca a
guardados todos os resultados interm´dios ou dados tempor´rios durante a execu¸õ do programa
e a ca
e que nõ sõ cruciais para o dispositivo, depois de ocorrer uma falha na alimenta¸õ.
a a ca

PORTA A e PORTA B sõ liga¸˜es f´
a co ısicas entre o microcontrolador e o mundo exterior. A
porta A tem cinco pinos e a porta B oito pinos.

CONTADOR/TEMPORIZADOR ´ um registro de 8 bits no interior do microcontrolador
e
que trabalha independentemente do programa. No fim de cada conjunto de quatro ciclos de rel´gio
o
do oscilador, ele incrementa o valor armazenado, at´ atingir o valor m´ximo (255), nesta altura
e a
recome¸a a contagem a partir de zero. Como n´s sabemos o tempo exato entre dois incrementos
c o
sucessivos do conte´do do temporizador, podemos utilizar este para medir intervalos de tempo, o
u
que o torna muito util em v´rios dispositivos.
´ a

UNIDADE DE PROCESSAMENTO CENTRAL faz a conexõ com todos os outros a
blocos do microcontrolador. Ele coordena o trabalho dos outros blocos e executa o programa do
utilizador.

2.2 CISC x RISC
J´ foi dito que o PIC16F84 tem uma arquitetura RISC. Este termo ´ encontrado, muitas vezes, na
a e
literatura sobre computadores e necessita de ser explicada aqui, mais detalhadamente. A arquite-
tura de Harvard ´ um conceito mais recente que a de von-Neumann. Ela adveio da necessidade
e
de pˆr o microcontrolador a trabalhar mais rapidamente. Na arquitetura de Harvard, a mem´ria
o o
de dados est´ separada da mem´ria de programa. Assim, ´ poss´ uma maior fluˆncia de dados
a o e ıvel e

13

Figura 2.1: Esquema do microcontrolador PIC16F84.

Figura 2.2: Arquiteturas Harvard versus von Neumann.

atrav´s da unidade central de processamento e, claro, uma maior velocidade de funcionamento. A
e
separa¸õ da mem´ria de dados da mem´ria de programa, faz com que as instru¸˜es possam ser
ca o o co
representadas por palavras de mais que 8 bits. O PIC16F84, usa 14 bits para cada instru¸õ, o
ca
o ca ´
que permite que que todas as instru¸˜es ocupem uma s´ palavra de instru¸õ. E tamb´m t´
co e ıpico da
arquitetura Harvard ter um repert´rio com menos instru¸˜es que a de von-Neumann’s, instru¸˜es
o co co
essas, geralmente executadas apenas num unico ciclo de rel´gio.
´ o
Os microcontroladores com a arquitetura Harvard, sõ tamb´m designados por microcontroladores
a e
RISC. RISC prov´m de Computador com um Conjunto Reduzido de Instru¸˜es (Reduced Instruc-
e co
tion Set Computer). Os microcontroladores com uma arquitetura von-Neumann sõ designados
a
por microcontroladores CISC. O nome CISC deriva de Computador com um Conjunto Complexo
de Instru¸oes (Complex Instruction Set Computer).
c˜
Como o PIC16F84 ´ um microcontrolador RISC, disso resulta que possui um n´mero reduzido
e u
de instru¸oes, mais precisamente 35 (por exemplo, os microcontroladores da Intel e da Motorola
c˜
tˆm mais de cem instru¸˜es). Todas estas instru¸˜es sõ executadas num unico ciclo, exceto no caso
e co co a ´
de instru¸˜es de salto e de ramifica¸õ. De acordo com o que o seu fabricante refere, o PIC16F84
co ca
geralmente atinge resultados de 2 para 1 na compressõ de c´digo e 4 para 1 na velocidade, em
a o
rela¸õ aos outros microcontroladores de 8 bits da sua classe.
ca

2.3 Aplica¸˜es
co
O PIC16F84, ´ perfeitamente adequado para muitas variedades de aplica¸˜es, como a ind´stria
e co u
e c ´
autom´vel, sensores remotos, fechaduras el´tricas e dispositivos de seguran¸a. E tamb´m um
o e
dispositivo ideal para cart˜es inteligentes, bem como para dispositivos alimentados por baterias,
o
por causa do seu baixo consumo.
A mem´ria EEPROM, faz com que se torne mais fćil usar microcontroladores em dispositivos
o a
onde o armazenamento permanente de v´rios parˆmetros, seja necess´rio (c´digos para transmis-
a a a o
sores, velocidade de um motor, freq¨ˆncias de recep¸õ, etc.). O baixo custo, baixo consumo,
ue ca
facilidade de manuseamento e flexibilidade fazem com que o PIC16F84 se possa utilizar em ´reas
a
em que os microcontroladores nõ eram anteriormente empregues (exemplo: fun¸˜es de tempo-
a co

14

riza¸õ, substitui¸õ de interfaces em sistemas de grande porte, aplica¸˜es de coprocessamento,
ca ca co
etc.).
A possibilidade deste chip de ser program´vel no sistema (usando somente dois pinos para a
a
transferˆncia de dados), dõ flexibilidade do produto, mesmo depois de a sua montagem e teste
e a
estarem completos.
Esta capacidade, pode ser usada para criar linhas de produ¸õ e montagem, para armazenar
ca
dados de calibragem dispon´ ıveis apenas quando se proceder ao teste final ou, ainda, para aperfei¸oar
c
os programas presentes em produtos acabados.

2.4 Rel´gio / ciclo de instru¸õ
o ca
O rel´gio (clock), ´ quem d´ o sinal de partida para o microcontrolador e ´ obtido a partir de
o e a e
um componente externo chamado oscilador. Se considerasse-mos que um microcontrolador era
um rel´gio de sala, o nosso clock corresponderia ao pˆndulo e emitiria um ru´ correspondente
o e ıdo
ao deslocar do pˆndulo. Tamb´m, a for¸a usada para dar corda ao rel´gio, podia comparar-se `
e e c o a
alimenta¸õ el´trica.
ca e
O clock do oscilador, ´ ligado ao microcontrolador atrav´s do pino OSC1, aqui, o circuito
e e
interno do microcontrolador divide o sinal de clock em quatro fases, Q1, Q2, Q3 e Q4 que nõ a
se sobrep˜em. Estas quatro pulsa¸˜es perfazem um ciclo de instru¸õ (tamb´m chamado ciclo de
o co ca e
m´quina) e durante o qual uma instru¸õ ´ executada. A execu¸õ de uma instru¸õ, ´ antecedida
a ca e ca ca e
pela extra¸õ da instru¸õ que est´ na linha seguinte. O c´digo da instru¸õ ´ extra´ da mem´ria
ca ca a o ca e ıdo o
de programa em Q1 e ´ escrito no registro de instru¸õ em Q4.
e ca
A decodifica¸õ e execu¸õ dessa mesma instru¸õ, faz-se entre as fases Q1 e Q4 seguintes. Na
ca ca ca
Figura 2.3 podemos observar a rela¸õ entre o ciclo de instru¸õ e o clock do oscilador (OSC1)
ca ca
assim como as fases Q1-Q4. O contador de programa (Program Counter ou PC) guarda o endere¸o c
da pr´xima instru¸õ a ser executada.
o ca

Figura 2.3: Ciclo de instru¸õ e o clock.
ca

2.4.1 Pipelining
Cada ciclo de instru¸õ inclui as fases Q1, Q2, Q3 e Q4. A extra¸õ do c´digo de uma instru¸õ
ca ca o ca
da mem´ria de programa, ´ feita num ciclo de instru¸õ, enquanto que a sua decodifica¸õ e
o e ca ca
execu¸ao, sõ feitos no ciclo de instru¸õ seguinte. Contudo, devido ` sobreposi¸õ – pipelining (o
c˜ a ca a ca
microcontrolador ao mesmo tempo que executa uma instru¸õ extrai simultaneamente da mem´ria
ca o
o c´digo da instru¸õ seguinte), podemos considerar que, para efeitos pr´ticos, cada instru¸õ
o ca a ca
demora um ciclo de instru¸õ a ser executada. No entanto, se a instru¸õ provocar uma mudan¸a
ca ca c
no conte´do do contador de programa (PC), ou seja, se o PC nõ tiver que apontar para o endere¸o
u a c
seguinte na mem´ria de programa, mas sim para outro (como no caso de saltos ou de chamadas
o
de subrotinas), entõ dever´ considerar-se que a execu¸õ desta instru¸õ demora dois ciclos. Isto
a a ca ca
acontece, porque a instru¸õ vai ter que ser processada de novo, mas, desta vez, a partir do endere¸o
ca c

15

correto. O ciclo de chamada come¸a na fase Q1, escrevendo a instru¸õ no registro de instru¸õ
c ca ca
(Instruction Register - IR). A decodifica¸õ e execu¸õ continua nas fases Q2, Q3 e Q4 do clock.
ca ca

Figura 2.4: Pipeline.

2.4.2 Fluxograma das Instru¸˜es no Pipeline
co
TCY0 ´ lido da mem´ria o c´digo da instru¸õ MOVLW 55h (nõ nos interessa a instru¸õ que
e o o ca a ca
foi executada, por isso nõ est´ representada por retˆngulo).
a a a
TCY1 ´ executada a instru¸õ MOVLW 55h e ´ lida da mem´ria a instru¸õ MOVWF PORTB.
e ca e o ca
TCY2 ´ executada a instru¸õ MOVWF PORTB e lida a instru¸õ CALL SUB1.
e ca ca
TCY3 ´ executada a chamada (call) de um subrotina CALL SUB1 e ´ lida a instru¸õ BSF
e e ca
PORTA,BIT3. Como esta instru¸õ nõ ´ a que nos interessa, ou seja, nõ ´ a primeira instru¸õ
ca a e a e ca
da subrotina SUB1, cuja execu¸õ ´ o que vem a seguir, a leitura de uma instru¸õ tem que ser
ca e ca
feita de novo. Este ´ um bom exemplo de uma instru¸õ a precisar de mais que um ciclo.
e ca
TCY4 este ciclo de instru¸õ ´ totalmente usado para ler a primeira instru¸õ da subrotina
ca e ca
no endere¸o SUB1.
c
TCY5 ´ executada a primeira instru¸õ da subrotina SUB1 e lida a instru¸õ seguinte.
e ca ca

2.5 Significado dos pinos
´
O PIC16F84 tem um total de 18 pinos. E mais freqëntemente encontrado num tipo de encap-
u
sulamento DIP18, mas, tamb´m pode ser encontrado numa c´psula SMD de menores dimens˜es
e a o
que a DIP. DIP ´ uma abreviatura para Dual In Package (Empacotamento em duas linhas). SMD
e
´ uma abreviatura para Surface Mount Devices (Dispositivos de Montagem em Superf´
e ıcie), o que
sugere que os pinos nõ precisam de passar pelos orif´
a ıcios da placa em que sõ inseridos, quando
a
se solda este tipo de componente.

Figura 2.5: Pinagem do PIC16F84.

Os pinos no microcontrolador PIC16F84, tˆm o seguinte significado:
e

16

• Pino no 1, RA2 Segundo pino da porta A. Nõ tem nenhuma fun¸õ adicional.
a ca
• Pino no 2, RA3 Terceiro pino da porta A. Nõ tem nenhuma fun¸õ adicional.
a ca
• Pino no 3, RA4 Quarto pino da porta A. O TOCK1 que funciona como entrada do tempo-
rizador, tamb´m utiliza este pino.
e
• Pino no 4, MCLR Entrada de reset e entrada da tensõ de programa¸õ Vpp do microcon-
a ca
trolador .
• Pino no 5, Vss massa da alimenta¸õ.
ca
• Pino no 6, RB0, bit 0 da porta B. Tem uma fun¸õ adicional que ´ a de entrada de interrup¸õ.
ca e ca
• Pino no 7, RB1 bit 1da porta B. Nõ tem nenhuma fun¸õ adicional.
a ca
• Pino no 8, RB2 bit 2 da porta B. Nõ tem nenhuma fun¸õ adicional.
a ca
a ca
a ca
a ca
• Pino no 12, RB6 bit 6 da porta B. No modo de programa ´ a linha de clock
e
• Pino no 13, RB7 bit 7 da porta B. Linha de dados no modo de programa
• Pino no 14, Vdd p´lo positivo da tensõ de alimenta¸õ.
o a ca
• Pino no 15, OSC2 para ser ligado a um oscilador.
• Pino no 16, OSC1 para ser ligado a um oscilador.
• Pino no 17, RA0 bit 0 da porta A. Sem fun¸õ adicional.
ca
• Pino no 18, RA1 bit 1 da porta A. Sem fun¸õ adicional.
ca

2.6 Gerador de rel´gio – oscilador
o
O circuito do oscilador ´ usado para fornecer um rel´gio (clock), ao microcontrolador. O clock
e o
´ necess´rio para que o microcontrolador possa executar um programa ou as instru¸˜es de um
e a co
programa.

2.6.1 Tipos de osciladores
O PIC16F84 pode trabalhar com quatro configura¸˜es de oscilador. Uma vez que as configura¸˜es
co co
com um oscilador de cristal e resistˆncia-condensador (RC) sõ aquelas mais freqëntemente us-
e a u
adas, elas sõ as unicas que vamos mencionar aqui.
a ´
Quando o oscilador ´ de cristal, a designa¸õ da configura¸õ ´ de XT, se o oscilador for uma
e ca ca e
resistˆncia em s´rie com um condensador, tem a designa¸õ RC. Isto ´ importante, porque h´
e e ca e a
necessidade de optar entre os diversos tipos de oscilador, quando se escolhe um microcontrolador.

Figura 2.6: Clock de um microcontrolador com um ressonador.

17

2.6.2 Oscilador XT
O oscilador de cristal est´ contido num inv´lucro de metal com dois pinos onde foi escrita a
a o
freq¨ˆncia a que o cristal oscila. Dois condensadores cerˆmicos devem ligar cada um dos pinos do
ue a
cristal ` massa. Casos h´ em que cristal e condensadores estõ contidos no mesmo encapsulamento,
a a a
´ tamb´m o caso do ressonador cerˆmico ao lado representado. Este elemento tem trˆs pinos
e e a e
com o pino central ligado ` massa e os outros dois pinos ligados aos pinos OSC1 e OSC2 do
a
microcontrolador. Quando projetamos um dispositivo, a regra ´ colocar o oscilador tõ perto
e a
quanto poss´ do microcontrolador, de modo a evitar qualquer interferˆncia nas linhas que ligam
ıvel e
o oscilador ao microcontrolador.

Figura 2.7: Clock de um microcontrolador a partir de um cristal de quartzo.

2.6.3 Oscilador RC
Em aplica¸˜es em que a precisõ da temporiza¸õ nõ ´ um factor cr´
co a ca a e ıtico, o oscilador RC torna-se
mais econˆmico. A freq¨ˆncia de ressonˆncia do oscilador RC depende da tensõ de alimenta¸õ,
o ue a a ca
da resistˆncia R, capacitˆncia C e da temperatura de funcionamento.
e a

Figura 2.8: Oscilador RC.

A Figura 2.8 mostra como um oscilador RC deve ser ligado a um PIC16F84. Com um valor
para a resistˆncia R abaixo de 2,2kΩ, o oscilador pode tornar-se inst´vel ou pode mesmo parar de
e a
oscilar. Para um valor muito grande R (1M por exemplo), o oscilador torna-se muito sens´ ıvel `
a
umidade e ao ru´ ´
ıdo. E recomendado que o valor da resistˆncia R esteja compreendido entre 3kΩ e
e
100kΩ. Apesar de o oscilador poder trabalhar sem condensador externo (C = 0pF), ´ conveniente,
e
ainda assim, usar um condensador acima de 20pF para evitar o ru´ e aumentar a estabilidade.
ıdo
Qualquer que seja o oscilador que se est´ a utilizar, a freq¨ˆncia de trabalho do microcontrolador ´
a ue e
a do oscilador dividida por 4. A freq¨ˆncia de oscila¸õ dividida por 4 tamb´m ´ fornecida no pino
ue ca e e
OSC2/CLKOUT e, pode ser usada, para testar ou sincronizar outros circuitos l´gicos pertencentes
o
ao sistema.
Ao ligar a alimenta¸õ do circuito, o oscilador come¸a a oscilar. Primeiro com um per´
ca c ıodo de
oscila¸õ e uma amplitude inst´veis, mas, depois de algum tempo, tudo estabiliza.
ca a
Para evitar que esta instabilidade inicial do clock afete o funcionamento do microcontrolador,
n´s necessitamos de manter o microcontrolador no estado de reset enquanto o clock do oscilador
o
nõ estabiliza. A Figura 2.10 mostra uma forma t´
a ıpica do sinal fornecido por um oscilador de
cristal de quartzo ao microcontrolador quando se liga a alimenta¸õ.ca

18

Figura 2.9: Rela¸õ entre o sinal de clock e os ciclos de instru¸õ.
ca ca

Figura 2.10: Sinal de clock do oscilador do microcontrolador depois de ser ligada a alimenta¸õ.
ca

2.7 Reset
O reset ´ usado para pˆr o microcontrolador num estado conhecido. Na pr´tica isto significa
e o a
que `s vezes o microcontrolador pode comportar-se de um modo inadequado em determinadas
a
condi¸˜es indesej´veis. De modo a que o seu funcionamento normal seja restabelecido, ´ preciso
co a e
fazer o reset do microcontrolador, isto significa que todos os seus registros võ conter valores iniciais
a
pr´-definidos, correspondentes a uma posi¸õ inicial. O reset nõ ´ usado somente quando o micro-
e ca a e
controlador nõ se comporta da maneira que n´s queremos, mas, tamb´m pode ser usado, quando
a o e
ocorre uma interrup¸õ por parte de outro dispositivo, ou quando se quer que o microcontrolador
ca
esteja pronto para executar um programa .
De modo a prevenir a ocorrˆncia de um zero l´gico acidental no pino MCLR (a linha por cima
e o
de MCLR significa o sinal de reset ´ ativado por n´
e ıvel l´gico baixo), o pino MCLR tem que ser
o
ligado atrav´s de uma resistˆncia ao lado positivo da alimenta¸õ. Esta resistˆncia deve ter um
e e ca e
valor entre 5kΩ e 10kΩ. Uma resistˆncia como esta, cuja fun¸õ ´ conservar uma determinada
e ca e
linha a n´ l´gico alto, ´ chamada resist^ncia de pull up.
ıvel o e e

Figura 2.11: Utiliza¸õ do circuito interno de reset.
ca

O microcontrolador PIC16F84, admite v´rias formas de reset:
a

19

1. Reset quando se liga a alimenta¸õ, POR (Power-On Reset)
ca
2. Reset durante o funcionamento normal, quando se p˜e a n´ l´gico baixo o pino MCLR do
o ıvel o
microcontrolador.
3. Reset durante o regime de SLEEP (dormir).
4. Reset quando o temporizador do watchdog (WDT) transborda (passa para 0 depois de atingir
o valor m´ximo).
a
5. Reset quando o temporizador do watchdog (WDT) transborda estando no regime de SLEEP.
Os reset mais importantes sõ o primeiro e o segundo. O primeiro, ocorre sempre que ´ ligada
a e
a alimenta¸õ do microcontrolador e serve para trazer todos os registros para um estado inicial. O
ca
segundo que resulta da aplica¸õ de um valor l´gico baixo ao pino MCLR durante o funcionamento
ca o
normal do microcontrolador e, ´ usado muitas vezes, durante o desenvolvimento de um programa.
e
Durante um reset, os locais de mem´ria da RAM (registros) nõ sõ alterados. Ou seja, os
o a a
conte´dos destes registros, sõ desconhecidos durante o restabelecimento da alimenta¸õ, mas
u a ca
mant´m-se inalterados durante qualquer outro reset. Ao contr´rio dos registros normais, os SFR
e a
(registros com fun¸˜es especiais) sõ reiniciados com um valor inicial pr´-definido. Um dos mais
co a e
importantes efeitos de um reset, ´ introduzir no contador de programa (PC), o valor zero (0000),
e
o que faz com que o programa comece a ser executado a partir da primeira instru¸õ deste.
ca

2.7.1 Brown-out Reset
Reset quando o valor da alimenta¸õ desce abaixo do limite permitido ´ chamado de Brown-out
ca e
Reset.
O impulso que provoca o reset durante o estabelecimento da alimenta¸õ (power-up), ´ gerado
ca e
pelo pr´prio microcontrolador quando detecta um aumento na tensõ Vdd (numa faixa entre 1,2V
o a
e 1,8V). Esse impulso perdura durante 72ms, o que, em princ´ ıpio, ´ tempo suficiente para que
e
o oscilador estabilize. Esse intervalo de tempo de 72ms ´ definido por um temporizador interno
e
PWRT, com um oscilador RC pr´prio. Enquanto PWRT estiver actio, o microcontrolador mant´m-
o e
se no estado de reset. Contudo, quando o dispositivo est´ a trabalhar, pode surgir um problema
a
nõ resultante de uma queda da tensõ para 0 volts, mas sim de uma queda de tensõ para um
a a a
valor abaixo do limite que garante o correto funcionamento do microcontrolador. Trata-se de
um facto muito prov´vel de ocorrer na pr´tica, especialmente em ambientes industriais onde as
a a
perturba¸˜es e instabilidade da alimenta¸õ ocorrem freqëntemente. Para resolver este problema,
co ca u
n´s precisamos de estar certos de que o microcontrolador entra no estado de reset de cada vez que
o
a alimenta¸õ desce abaixo do limite aprovado.
ca

Figura 2.12: Exemplos de quedas na alimenta¸õ abaixo do limite.
ca

Se, de acordo com as especifica¸˜es el´tricas, o circuito interno de reset de um microcontrolador
co e
nõ satisfizer as necessidades, entõ, deverõ ser usados componentes electronics especiais, capazes
a a a

20

de gerarem o sinal de reset desejado. Al´m desta fun¸õ, estes componentes, podem tamb´m
e ca e
cumprir o papel de vigiarem as quedas de tensõ para um valor abaixo de um n´ especificado.
a ıvel
Quando isto ocorre, aparece um zero l´gico no pino MCLR, que mant´m o microcontrolador
o e
no estado de reset, enquanto a tensõ
a nõ estiver dentro dos limites que garantem um correto
a
funcionamento.

2.8 Unidade Central de Processamento
A unidade central de processamento (CPU) ´ o c´rebro de um microcontrolador. Essa parte ´
e e e
respons´vel por extrair a instru¸õ, decodificar essa instru¸õ e, finalmente, execut´-la.
a ca ca a

Figura 2.13: Esquema da unidade central de processamento - CPU.

A unidade central de processamento, interliga todas as partes do microcontrolador de modo
a que este se comporte como um todo. Uma das sua fun¸˜es mais importante ´, seguramente,
co e
decodificar as instru¸˜es do programa. Quando o programador escreve um programa, as instru¸˜es
co co
assumem um claro significado como ´ o caso por exemplo de MOVLW 0x20. Contudo, para
e
que um microcontrolador possa entendˆ-las, esta forma escrita de uma instru¸õ tem que ser
e ca
traduzida numa s´rie de zeros e uns que ´ o opcode (operation code ou c´digo da opera¸õ).
e e o ca
Esta passagem de uma palavra escrita para a forma bin´ria ´ executada por tradutores assembler
a e
(ou simplesmente assembler). O c´digo da instru¸õ extra´ da mem´ria de programa, tem
o ca ıdo o
que ser decodificado pela unidade central de processamento (CPU). A cada uma das instru¸˜es co
do repert´rio do microcontrolador, corresponde um conjunto de a¸˜es para a concretizar. Estas
o co
a¸˜es, podem envolver transferˆncias de dados de um local de mem´ria para outro, de um local de
co e o
mem´ria para os portos, e diversos c´lculos, pelo que, se conclui que, o CPU, tem que estar ligado
o a
a todas as partes do microcontrolador. Os bus de de dados e o de endere¸o permitem-nos fazer
c
isso.

2.8.1 Unidade L´gica Aritm´tica (ALU)
o e
A unidade l´gica aritm´tica (ALU – Arithmetic Logic Unit), ´ respons´vel pela execu¸õ de
o e e a ca
opera¸˜es de adi¸õ, subtra¸õ, deslocamento (para a esquerda ou para a direita dentro de um
co ca ca
registro) e opera¸˜es l´gicas. O PIC16F84 cont´m uma unidade l´gica aritm´tica de 8 bits e
co o e o e
registros de uso gen´rico tamb´m de 8 bits.
e e

2.9 Registros
Por operando n´s designamos o conte´do sobre o qual uma opera¸õ incide. Nas instru¸˜es com
o u ca co
dois operados, geralmente um operando est´ contido no registro de trabalho W (working register)
a
e o outro operando ou ´ uma constante ou entõ est´ contido num dos outros registros. Esses
e a a

21

Figura 2.14: Unidade l´gica-aritm´tica.
o e

Figura 2.15: Diagrama bloco mais detalhado do microcontrolador PIC16F84.

22

registros podem ser Registros de Uso Gen´rico (General Purpose Registers – GPR) ou Registros
e
com fun¸oes especiais (Special Function Registers – SFR). Nas instru¸˜es s´ com um operando,
c˜ co o
um dos operandos ´ o conte´do do registro W ou o conte´do de um dos outros registros. Quando
e u u
sõ executadas opera¸˜es l´gicas ou aritm´ticas como ´ o caso da adi¸õ, a ALU controla o estado
a co o e e ca
dos bits (que constam do registro de estado – STATUS). Dependendo da instru¸õ a ser executada,
ca
a ALU, pode modificar os valores bits do Carry (C), Carry de d´ ıgito (DC) e Z (zero) no registro
de estado – STATUS.

2.9.1 Registro STATUS
O registro de estado (STATUS), cont´m o estado da ALU (C, DC, Z), estado de RESET (TO, PD)
e
e os bits para sele¸õ do banco de mem´ria (IRP, RP1, RP0). Considerando que a sele¸õ do banco
ca o ca
de mem´ria ´ controlada atrav´s deste registro, ele tem que estar presente em todos os bancos.
o e e
Os bancos de mem´ria serõ discutidos com mais detalhe no cap´
o a ıtulo que trata da Organiza¸õ
ca
da Mem´ria. Se o registro STATUS for o registro de destino para instru¸˜es que afetem os bits Z,
o co
DC ou C, entõ nõ ´ poss´ escrever nestes trˆs bits.
a a e ıvel e

Figura 2.16: Registrador STATUS.

bit 0 C (Carry) Transporte. Este bit ´ afetado pelas opera¸˜es de adi¸õ, subtra¸õ e desloca-
e co ca ca
mento. Toma o valor 1 (set), quando um valor mais pequeno ´ subtra´ de um valor maior
e ıdo
e toma o valor 0 (reset) quando um valor maior ´ subtra´ de um menor. 1= Ocorreu um
e ıdo
transporte no bit mais significativo 0= Nõ ocorreu transporte no bit mais significativo O
a
bit C ´ afetado pelas instru¸˜es ADDWF, ADDLW, SUBLW e SUBWF.
e co
bit 1 DC (Digit Carry) Transporte de d´ ıgito. Este bit ´ afetado pelas opera¸˜es de adi¸õ,
e co ca
subtra¸õ. Ao contr´rio do anterior, DC assinala um transporte do bit 3 para o bit 4 do
ca a
resultado. Este bit toma o valor 1, quando um valor mais pequeno ´ subtra´ de um valor
e ıdo
maior e toma o valor 0 quando um valor maior ´ subtra´ de um menor.
e ıdo
1= Ocorreu um transporte no quarto bit mais significativo
0= Nõ ocorreu transporte nesse bit
a
O bit DC ´ afetado pelas instru¸˜es ADDWF, ADDLW, SUBLW e SUBWF.
e co
bit 2 Z (bit Zero) Indica¸õ de resultado igual a zero. Este bit toma o valor 1 quando o resul-
ca
tado da opera¸õ l´gica ou aritm´tica executada ´ igual a 0.
ca o e e
1= resultado igual a zero
0= resultado diferente de zero
bit 3 PD (Bit de baixa de tensõ – Power Down). Este bit ´ posto a 1 quando o microcontro-
a e
lador ´ alimentado e come¸a a trabalhar, depois de um reset normal e depois da execu¸õ da
e c ca
instru¸õ CLRWDT. A instru¸õ SLEEP p˜e este bit a 0 ou seja, quando o microcontrolador
ca ca o
entra no regime de baixo consumo / pouco trabalho. Este bit pode tamb´m ser posto a 1,
e
no caso de ocorrer um impulso no pino RB0/INT, uma varia¸õ nos quatro bits mais signi-
ca
ficativos da porta B, ou quando ´ completada uma opera¸õ de escrita na DATA EEPROM
e ca
ou ainda pelo watchdog.
1 = depois de ter sido ligada a alimenta¸õ
ca
0 = depois da execu¸õ de uma instru¸õ SLEEP
ca ca
bit 4 TO Time-out transbordo do Watchdog. Este bit ´ posto a 1, depois de a alimenta¸õ ser
e ca
ligada e depois da execu¸õ das instru¸˜es CLRWDT e SLEEP. O bit ´ posto a 0 quando
ca co e

23

o watchdog consegue chegar ao fim da sua contagem (overflow = transbordar), o que indica
que qualquer coisa nõ esteve bem.
a
1 = nõ ocorreu transbordo
a
0 = ocorreu transbordo
bits 5 e 6 RP1:RP0 (bits de sele¸õ de banco de registros). Estes dois bits sõ a parte mais
ca a
significativa do endere¸o utilizado para endere¸amento direto. Como as instru¸˜es que en-
c c co
dere¸am directamente a mem´ria, disp˜em somente de sete bits para este efeito, ´ preciso
c o o e
mais um bit para poder endere¸ar todos os 256 registros do PIC16F84. No caso do PIC16F84,
c
RP1, nõ ´ usado, mas pode ser necess´rio no caso de outros microcontroladores PIC, de
a e a
maior capacidade.
01 = banco de registros 1
00 = banco de registros 0
bit 7 IRP (Bit de sele¸õ de banco de registros). Este bit ´ utilizado no endere¸amento indireto
ca e c
da RAM interna, como oitavo bit.
1 = bancos 2 e 3
0 = bancos 0 e 1 (endere¸os de 00h a FFh)
c

2.9.2 Registro OPTION

Figura 2.17: Registrador OPTION.

bits 0 a 2 PS0, PS1, PS2 (bits de sele¸õ do divisor Prescaler). Estes trˆs bits definem o factor
ca e
de divisõ do prescaler. Aquilo que ´ o prescaler e o modo como o valor destes trˆs bits
a e e
afectam o funcionamento do microcontrolador ser´ estudado na se¸õ referente a TMR0.
a ca

Figura 2.18: Prescaler.

bit 3 PSA (Bit de Atribui¸õ do Prescaler). Bit que atribui o prescaler ao TMR0 ou ao watchdog.
ca
1 = prescaler atribu´ ao watchdog
ıdo
0 = prescaler atribu´ ao temporizador TMR0
ıdo
bit 4 T0SE (bit de sele¸õ de bordo actio em TMR0). Se for permitido aplicar impulsos em
ca
TMR0, a partir do pino RA4/TOCK1, este bit determina se os impulsos activos sõ os
a
impulsos ascendentes ou os impulsos descendentes.
1 = bordo descendente
0 = bordo ascendente
bit 5 TOCS (bit de sele¸õ de fonte de clock em TMR0). Este pino escolhe a fonte de impulsos
ca
que vai ligar ao temporizador. Esta fonte pode ser o clock do microcontrolador (freq¨ˆncia
ue

24

de clock a dividir por 4) ou impulsos externos no pino RA4/TOCKI.
1 = impulsos externos
0 = 1 do clock interno
4

bit 6 INTEDG (bit de sele¸õ de bordo de interrup¸õ). Se esta interrup¸õ estiver habilitada,
ca ca ca
´ poss´ definir o bordo que vai ativar a interrup¸õ no pino RB0/INT.
e ıvel ca
1 = bordo ascendente
0 = bordo descendente
bit 7 RBPU (Habilita¸õ dos pull-up nos bits da porta B). Este bit introduz ou retira as re-
ca
sistˆncias internas de pull-up da porta B.
e
1 = resistˆncias de pull-up desligadas
e
0 = resistˆncias de pull-up ligadas
e

2.10 Portas de I/O
Porta, ´ um grupo de pinos num microcontrolador que podem ser acessados simultaneamente,
e
e, no qual n´s podemos colocar uma combina¸õ de zeros e uns ou ler dele o estado existente.
o ca
Fisicamente, porta ´ um registro dentro de um microcontrolador que est´ ligado por fios aos pinos
e a
do microcontrolador. Os portas representam a conexõ f´
a ısica da Unidade Central de Processamento
(CPU) com o mundo exterior. O microcontrolador usa-os para observar ou comandar outros
componentes ou dispositivos. Para aumentar a sua funcionalidade, os mesmos pinos podem ter
duas aplica¸˜es distintas, como, por exemplo, RA4/TOCKI, que ´ simultaneamente o bit 4 da
co e
porta A e uma entrada externa para o contador/temporizador TMR0. A escolha de uma destas
duas fun¸˜es ´ feita atrav´s dos registros de configura¸õ. Um exemplo disto ´ o TOCS, quinto bit
co e e ca e
do registro OPTION. Ao selecionar uma das fun¸˜es, a outra ´ automaticamente inibida.
co e

Figura 2.19: Rela¸õ entre os registros TRISA e PORTA A.
ca

Todos os pinos das portas podem ser definidos como de entrada ou de sa´ ıda, de acordo com as
necessidades do dispositivo que se est´ a projetar. Para definir um pino como entrada ou como
a
sa´
ıda, ´ preciso, em primeiro lugar, escrever no registro TRIS, a combina¸õ apropriada de zeros e
e ca
uns. Se no local apropriado de um registro TRIS for escrito o valor l´gico 1, entõ o correspondente
o a
pino da porta ´ definido como entrada, se suceder o contr´rio, o pino ´ definido como sa´
e a e ıda. Todos
as portas, tˆm um registro TRIS associado. Assim, para a porta A, existe o registro TRISA no
e
endere¸o 85h e, para a porta B existe o registro TRISB, no endere¸o 86h.
c c

2.10.1 Porta A
A porta A (PORTA) est´ associado a 5 pinos. O registro de dire¸õ de dados correspondente ´ o
a ca e
TRISA, no endere¸o 85h. Tal como no caso da porta B, pˆr a 1 um bit do registro TRISA, equivale
c o
a definir o correspondente pino da porta A, como entrada e pˆr a 0 um bit do mesmo registro,
o
equivale a definir o correspondente pino da porta A, como sa´
ıda.

25

O quinto pino da porta A tem uma fun¸õ dupla. Nesse pino est´ tamb´m situada a entrada
ca a e
externa do temporizador TMR0. Cada uma destas op¸˜es ´ escolhida pondo a 1 ou pondo a
co e
0 o bit TOCS (bit de sele¸õ de fonte de clock de TMR0). Conforme o valor deste bit, assim
ca
o temporizador TMR0 incrementa o seu valor por causa de um impulso do oscilador interno ou
devido a um impulso externo aplicado ao pino RA4/TOCKI.

Figura 2.20: Exemplo de inicializa¸õ da PORTA A.
ca

O exemplo da Figura 2.20 mostra como os pinos 0, 1, 2, 3 e 4 sõ declarados como entradas e
a
os pinos 5, 6 e 7 como pinos de sa´
ıda.

2.10.2 Porta B
A porta B tem 8 pinos associados a ele. O respectivo registro de dire¸õ de dados chama-se TRISB
ca
e tem o endere¸o 86h. Ao pˆr a 1 um bit do registro TRISB, define-se o correspondente pino da
c o
porta como entrada e se pusermos a 0 um bit do registro TRISB, o pino correspondente vai ser
uma sa´ ıda. Cada pino da porta B possui uma pequena resistˆncia de pull-up (resistˆncia que
e e
define a linha como tendo o valor l´gico 1). As resistˆncias de pull-up sõ ativadas pondo a 0 o
o e a
bit RBPU, que ´ o bit 7 do registro OPTION. Estas resistˆncias de pull-up sõ automaticamente
e e a
desligadas quando os pinos da porta sõ configurados como sa´
a ıdas. Quando a alimenta¸õ do
ca
microcontrolador ´ ligada, as resistˆncias de pull-up sõ tamb´m desativadas.
e e a e
Quatro pinos da porta B, RB4 a RB7 podem causar uma interrup¸õ, que ocorre quando
ca
qualquer deles varia do valor l´gico zero para valor l´gico um ou o contr´rio. Esta forma de
o o a
interrup¸õ s´ pode ocorrer se estes pinos forem configurados como entradas (se qualquer um
ca o
destes 4 pinos for configurado como sa´ ıda, nõ ser´ gerada uma interrup¸õ quando h´ varia¸õ
a a ca a ca
de estado). Esta modalidade de interrup¸õ, acompanhada da existˆncia de resistˆncias de pull-
ca e e
up internas, torna poss´ resolver mais facilmente problemas freqëntes que podemos encontrar
ıvel u
na pr´tica, como por exemplo a liga¸õ de um teclado matricial. Se as linhas de um teclado
a ca
ficarem ligadas a estes pinos, sempre que se prime uma tecla, ir-se-´ provocar uma interrup¸õ.
a ca
Ao processar a interrup¸õ, o microcontrolador ter´ que identificar a tecla que a produziu. Nõ ´
ca a a e
recomend´vel utilizar a porta B, ao mesmo tempo que esta interrup¸õ est´ a ser processada.
a ca a

Figura 2.21: Exemplo de inicializa¸õ da PORTA B.
ca

O exemplo da Figura 2.21 mostra como os pinos 0, 1, 2 e 3 sõ definidos como entradas e 4, 5,
a
6 e 7 como sa´
ıdas.

2.11 Organiza¸õ da mem´ria
ca o
O PIC16F84 tem dois blocos de mem´ria separados, um para dados e o outro para o programa.
o
A mem´ria EEPROM e os registros de uso gen´rico (GPR) na mem´ria RAM constituem o bloco
o e o

26

para dados e a mem´ria FLASH constitui o bloco de programa.
o

2.11.1 Mem´ria de programa
o
A mem´ria de programa ´ implementada usando tecnologia FLASH, o que torna poss´ programar
o e ıvel
o microcontrolador muitas vezes antes de este ser instalado num dispositivo, e, mesmo depois da
sua instala¸õ, podemos alterar o programa e parˆmetros contidos. O tamanho da mem´ria de
ca a o
programa ´ de 1024 endere¸os de palavras de 14 bits, destes, os endere¸os zero e quatro estõ
e c c a
reservados respectivamente para o reset e para o vector de interrup¸õ.
ca

2.11.2 Mem´ria de dados
o
A mem´ria de dados compreende mem´ria EEPROM e mem´ria RAM. A mem´ria EEPROM
o o o o
consiste em 64 posi¸˜es para palavras de oito bits e cujos conte´dos nõ se perdem durante uma
co u a
falha na alimenta¸õ. A mem´ria EEPROM nõ faz parte diretamente do espa¸o de mem´ria mas
ca o a c o
´ acessada indiretamente atrav´s dos registros EEADR e EEDATA. Como a mem´ria EEPROM
e e o
serve usualmente para guardar parˆmetros importantes (por exemplo, de uma dada temperatura
a
em reguladores de temperatura), existe um procedimento estrito para escrever na EEPROM que
tem que ser seguido de modo a evitar uma escrita acidental. A mem´ria RAM para dados, ocupa um
o
espa¸o no mapa de mem´ria desde o endere¸o 0x0C at´ 0x4F, o que corresponde a 68 localiza¸˜es.
c o c e co
Os locais da mem´ria RAM sõ tamb´m chamados registros GPR (General Purpose Registers =
o a e
Registros de uso gen´rico). Os registros GPR podem ser acessados sem ter em aten¸õ o banco
e ca
em que nos encontramos de momento.

2.11.3 Registros SFR
Os registros que ocupam as 12 primeiras localiza¸˜es nos bancos 0 e 1 sõ registros especiais e tˆm
co a e
a ver com a manipula¸õ de certos blocos do microcontrolador. Estes registros sõ os SFR (Special
ca a
Function Registers ou Registros de Fun¸˜es Especiais).
co

2.11.4 Bancos de Mem´ria
o
Al´m da divisõ em comprimento entre registros SFR e GPR, o mapa de mem´ria est´ tamb´m
e a o a e
dividido em largura (ver mapa anterior) em duas ´reas chamadas bancos. A sele¸õ de um dos
a ca
bancos ´ feita por interm´dio dos bits RP0 e RP1 do registro STATUS.
e e

Exemplo: bcf STATUS, RP0

A instru¸õ BCF “limpa” o bit RP0 (RP0 = 0) do registro STATUS e, assim, coloca-nos no
ca
banco 0.

bsf STATUS, RP0

A instru¸õ BSF p˜e a um, o bit RP0 (RP0 = 1) do registro STATUS e, assim, coloca-nos no
ca o
banco 1.

2.11.5 Macro
Normalmente, os grupos de instru¸˜es muito usados sõ ligados numa unica unidade que pode ser
co a ´
facilmente invocada por diversas vezes num programa, uma unidade desse tipo chama-se gener-
icamente Macro e, normalmente, essa unidade ´ designada por um nome especifico facilmente
e
compreens´ıvel. Com a sua utiliza¸õ, a sele¸õ entre os dois bancos torna-se mais clara e o pr´prio
ca ca o
programa fica mais leg´ıvel.

BANK0 macro
Bcf STATUS, RP0 ;Selecionar o banco 0 da mem´ria
o
Endm

27

Figura 2.22: Organiza¸˜o da mem´ria no microcontrolador PIC16F84.
ca o

28

BANK1 macro
Bsf STATUS, RP0 ;Selecionar o banco 1 da mem´ria
o
Endm

Os locais de mem´ria 0Ch–4Fh sõ registros de uso gen´rico (GPR) e sõ usados como mem´ria
o a e a o
RAM. Quando os endere¸os 8Ch–CFh sõ acessados, n´s acessamos tamb´m `s mesmas localiza¸˜es
c a o e a co
do banco 0. Por outras palavras, quando estamos a trabalhar com os registros de uso gen´rico,
e
nõ precisamos de nos preocupar com o banco em que nos encontramos!
a

2.11.6 Contador de Programa
O contador de programa (PC = Program Counter ), ´ um registro de 13 bits que cont´m o endere¸o
e e c
da instru¸ao que vai ser executada. Ao incrementar ou alterar (por exemplo no caso de saltos) o
c˜
conte´do do PC, o microcontrolador consegue executar as todas as instru¸˜es do programa, uma
u co
ap´s outra.
o

2.11.7 Pilha
O PIC16F84 tem uma pilha (stack ) de 13 bits e 8 n´ ıveis de profundidade, o que corresponde a
8 locais de mem´ria com 13 bits de largura. O seu papel b´sico ´ guardar o valor do contador
o a e
de programa quando ocorre um salto do programa principal para o endere¸o de um subrotina a
c
ser executado. Depois de ter executado a subrotina, para que o microcontrolador possa continuar
com o programa principal a partir do ponto em que o deixou, ele tem que ir buscar ` pilha esse
a
endere¸o e carreg´-lo no contador de programa. Quando nos movemos de um programa para um
c a
subrotina, o conte´do do contador de programa ´ empurrado para o interior da pilha (um exemplo
u e
disto ´ a instru¸õ CALL). Quando sõ executadas instru¸˜es tais como RETURN, RETLW ou
e ca a co
RETFIE no fim de um subrotina, o contador de programa ´ retirado da pilha, de modo a que o
e
programa possa continuar a partir do ponto em que a seq¨ˆncia foi interrompida. Estas opera¸˜es
ue co
de colocar e extrair da pilha o contador de programa, sõ designadas por PUSH (colocar na pilha)
a
e POP (tirar da pilha), estes dois nomes prov´m de instru¸˜es com estas designa¸˜es, existentes
e co co
nalguns microcontroladores de maior porte.

2.11.8 Programa¸õ no Sistema
ca
Para programar a mem´ria de programa, o microcontrolador tem que entrar num modo especial
o
de funcionamento no qual o pino MCLR ´ posto a 13,5V e a tensõ da alimenta¸õ Vdd deve
e a ca
permanecer est´vel entre 4,5V e 5,5V. A mem´ria de programa pode ser programada em s´rie,
a o e
usando dois pinos data/clock que devem ser previamente separados do dispositivo em que o micro-
controlador est´ inserido, de modo a que nõ possam ocorrer erros durante a programa¸õ.
a a ca

2.11.9 Modos de endere¸amento
c
Os locais da mem´ria RAM podem ser acessados direta ou indiretamente.
o

Endere¸amento Direto
c
O endere¸amento direto ´ feito atrav´s de um endere¸o de 9 bits. Este endere¸o obt´m-se juntando
c e e c c e
aos sete bits do endere¸o direto de uma instru¸õ, mais dois bits (RP1 e RP0) do registro STATUS,
c ca
como se mostra na figura que se segue. Qualquer acesso aos registros especiais (SFR), pode ser
um exemplo de endere¸amento direto (Fig. 2.23).
c

Bsf STATUS, RP0 ;Banco 1
movlw 0xFF ;w = 0xFF
movwf TRISA ;o endere¸o do registro TRISA ´ tirado
c e
;do c´digo da instru¸~o movwf TRISA
o ca

29

Figura 2.23: Endere¸amento Direto.
c

Endere¸amento Indireto
c
O endere¸amento indireto, ao contr´rio do direto, nõ tira um endere¸o do c´digo instru¸õ, mas
c a a c o ca
f´-lo com a ajuda do bit IRP do registro STATUS e do registro FSR. O local endere¸ado ´ acessado
a c e
atrav´s do registro INDF e coincide com o endere¸o contido em FSR. Por outras palavras, qualquer
e c
instru¸ao que use INDF como registro, na realidade acessa aos dados apontados pelo registro FSR.
c˜
Vamos supor, por exemplo, que o registro de uso gen´rico de endere¸o 0Fh cont´m o valor 20.
e c e
Escrevendo o valor de 0Fh no registro FSR, n´s vamos obter um ponteiro para o registro 0Fh e, ao
o
ler o registro INDF, n´s iremos obter o valor 20, o que significa que lemos o conte´do do registro
o u
0Fh, sem o mencionar explicitamente (mas atrav´s de FSR e INDF). Pode parecer que este tipo de
e
endere¸amento nõ tem quaisquer vantagens sobre o endere¸amento direto, mas existem problemas
c a c
que s´ podem ser resolvidos de uma forma simples, atrav´s do endere¸amento indireto (Fig. 2.24).
o e c

Figura 2.24: Endere¸amento indireto.
c

Um exemplo pode ser enviar um conjunto de dados atrav´s de uma comunica¸õ s´rie, usando
e ca e
buffers e indicadores, outro exemplo ´ limpar os registros da mem´ria RAM (16 endere¸os neste
e o c
caso) como ser visto na Figura 2.25.
Quando o conte´do do registro FSR ´ igual a zero, ler dados do registro INDF resulta no valor
u e

30

Figura 2.25: Exemplo de endere¸amento indireto.
c

0 e escrever em INDF resulta na instru¸õ NOP (no operation = nenhuma opera¸õ).
ca ca

2.12 Interrup¸oes
c˜
As interrup¸˜es sõ um mecanismo que o microcontrolador possui e que torna poss´ responder
co a ıvel
a alguns acontecimentos no momento em que eles ocorrem, qualquer que seja a tarefa que o
microcontrolador esteja a executar no momento. Esta ´ uma parte muito importante, porque
e
fornece a liga¸õ entre um microcontrolador e o mundo real que nos rodeia. Geralmente, cada
ca
interrup¸õ muda a dire¸ao de execu¸õ do programa, suspendendo a sua execu¸õ, enquanto o
ca c˜ ca ca
microcontrolador corre um subrotina que ´ a rotina de atendimento de interrup¸õ. Depois de este
e ca
subrotina ter sido executado, o microcontrolador continua com o programa principal, a partir do
local em que o tinha abandonado.

Figura 2.26: Uma das poss´
ıveis fontes de interrup¸õ e como afeta o programa principal.
ca

2.12.1 Registro INTCON
O registro que controla as interrup¸˜es ´ chamado INTCON e tem o endere¸o 0Bh. O papel do
co e c
INTCON ´ permitir ou impedir as interrup¸˜es e, mesmo no caso de elas nõ serem permitidas,
e co a
ele toma nota de pedidos espec´ıficos, alterando o n´ l´gico de alguns dos seus bits.
ıvel o

bit 0 RBIF (flag que indica varia¸õ na porta B). Bit que informa que houve mudan¸a nos n´
ca c ıveis
l´gicos nos pinos 4, 5, 6 e 7 da porta B.
o
1= pelo menos um destes pinos mudou de n´ l´gico
ıvel o
0= nõ ocorreu nenhuma varia¸õ nestes pinos
a ca
bit 1 INTF (flag de interrup¸õ externa INT). Ocorrˆncia de uma interrup¸õ externa.
ca e ca
1= ocorreu uma interrup¸õ externa
ca

31

Figura 2.27: Registro INTCON.

0= nõ ocorreu uma interrup¸õ externa
a ca
Se um impulso ascendente ou descendente for detectado no pino RB0/INT, o bit INTF ´ posto
e
a 1 (o tipo de sensibilidade, ascendente ou descendente ´ definida atrav´s do bit INTEDG
e e
do registro OPTION). A subrotina de atendimento desta interrup¸õ, deve repor este bit a
ca
0, afim de que a pr´xima interrup¸õ possa ser detectado.
o ca
bit 2 TOIF (Flag de interrup¸õ por transbordo de TMR0). O contador TMR0, transbordou.
ca
1= o contador mudou a contagem de FFh para 00h
0= o contador nõ transbordou
a
Para que esta interrup¸õ seja detectado, o programa deve pˆr este bit a 0.
ca o
bit 3 RBIE (bit de habilita¸õ de interrup¸õ por varia¸õ na porta B). Permite que a interrup¸õ
ca ca ca ca
por varia¸õ dos n´
ca ıveis l´gicos nos pinos 4, 5, 6 e 7 da porta B, ocorra.
o
1= habilita a interrup¸õ por varia¸õ dos n´
ca ca ıveis l´gicos
o
0= inibe a interrup¸ao por varia¸õ dos n´
c˜ ca ıveis l´gicos
o
A interrup¸õ s´ pode ocorrer se RBIE e RBIF estiverem simultaneamente a 1 l´gico.
ca o o
bit 4 INTE (bit de habilita¸õ da interrup¸õ externa INT). bit que permite uma interrup¸õ
ca ca ca
externa no bit RB0/INT.
1= interrup¸õ externa habilitada
ca
0= interrup¸õ externa impedida
ca
A interrup¸õ s´ pode ocorrer se INTE e INTF estiverem simultaneamente a 1 l´gico.
ca o o
bit 5 TOIE (bit de habilita¸õ de interrup¸õ por transbordo de TMR0). bit que autoriza a
ca ca
interrup¸õ por transbordo do contador TMR0.
ca
1= interrup¸õ autorizada
ca
0= interrup¸õ impedida
ca
A interrup¸õ s´ pode ocorrer se TOIE e TOIF estiverem simultaneamente a 1 l´gico.
ca o o
bit 6 EEIE (bit de habilita¸õ de interrup¸õ por escrita completa, na EEPROM). bit que ha-
ca ca
bilita uma interrup¸õ quando uma opera¸õ de escrita na EEPROM termina.
ca ca
1= interrup¸õ habilitada
ca
0= interrup¸õ inibida
ca
Se EEIE e EEIF (que pertence ao registro EECON1) estiverem simultaneamente a 1, a
interrup¸õ pode ocorrer.
ca
bit 7 GIE (bit de habilita¸õ global de interrup¸õ). bit que permite ou impede todas as inter-
ca ca
rup¸˜es.
co
1= todas as interrup¸˜es sõ permitidas
co a
0= todas as interrup¸˜es impedidas
co

2.12.2 Fontes de interrup¸õ
ca
O PIC16F84 possui quatro fontes de interrup¸õ:
ca
1. Fim de escrita na EEPROM;
2. Interrup¸õ em TMR0 causada por transbordo do temporizador;
ca
3. Interrup¸õ por altera¸õ nos pinos RB4, RB5, RB6 e RB7 da porta B;
ca ca
4. Interrup¸õ externa no pino RB0/INT do microcontrolador.
ca

32

De um modo geral, cada fonte de interrup¸õ tem dois bits associados. Um habilita a inter-
ca
rup¸ao e o outro assinala quando a interrup¸õ ocorre. Existe um bit comum a todas as interrup¸˜es
c˜ ca co
chamado GIE que pode ser usado para impedir ou habilitar todas as interrup¸˜es, simultaneamente.
co
Este bit ´ muito util quando se est´ a escrever um programa porque permite que todas as inter-
e ´ a
rup¸oes sejam impedidas durante um per´
c˜ ıodo de tempo, de tal maneira que a execu¸õ de uma
ca
parte cr´
ıtica do programa nõ possa ser interrompida. Quando a instru¸õ que faz GIE= 0 ´ exe-
a ca e
cutada (GIE= 0 impede todas as interrup¸˜es), todas os pedidos de interrup¸õ pendentes, serõ
co ca a
ignorados.

Figura 2.28: Esquema das interrup¸˜es no microcontrolador PIC16F84.
co

As interrup¸˜es que estõ pendentes e que sõ ignoradas, sõ processadas quando o bit GIE
co a a a
´ posto a 1 (GIE= 1, todas as interrup¸˜es permitidas). Quando a interrup¸õ ´ atendida, o bit
e co ca e
GIE ´ posto a 0, de tal modo que, quaisquer interrup¸˜es adicionais sejam inibidas, o endere¸o de
e co c
retorno ´ guardado na pilha e, no contador de programa, ´ escrito 0004h – somente depois disto,
e e
´ que a resposta a uma interrup¸õ come¸a!
e ca c
Depois de a interrup¸õ ser processada, o bit que por ter sido posto a 1 permitiu a interrup¸õ,
ca ca
deve agora ser reposto a 0, senõ, a rotina de interrup¸õ ir´ ser automaticamente processada
a ca a
novamente, mal se efetue o regresso ao programa principal.

2.12.3 Guardando os conte´ dos dos registros importantes
u
A unica coisa que ´ guardada na pilha durante uma interrup¸õ ´ o valor de retorno do contador
´ e ca e
de programa (por valor de retorno do contador de programa entende-se o endere¸o da instru¸õ
c ca
que estava para ser executada, mas que nõ foi, por causa de ter ocorrido a interrup¸õ). Guardar
a ca
apenas o valor do contador de programa nõ ´, muitas vezes, suficiente. Alguns registros que j´
a e a
foram usados no programa principal, podem tamb´m vir a ser usados na rotina de interrup¸õ. Se
e ca
n´s nõ salvaguardamos os seus valores, quando acontece o regresso da subrotina para o programa
o a
principal os conte´dos dos registros podem ser inteiramente diferentes, o que causaria um erro no
u
programa. Um exemplo para este caso ´ o conte´do do registro de trabalho W (work register ).
e u
Se supormos que o programa principal estava a usar o registro de trabalho W nalgumas das suas
opera¸˜es e se ele contiver algum valor que seja importante para a instru¸õ seguinte, entõ a
co ca a
interrup¸õ que ocorre antes desta instru¸õ vai alterar o valor do registro de trabalho W, indo
ca ca
influenciar diretamente o programa principal.
O procedimento para a grava¸õ de registros importantes antes de ir para a subrotina de inter-
ca
rup¸ao, designa-se por PUSH, enquanto que o procedimento que recupera esses valores, ´ chamado
c˜ e
POP. PUSH e POP sõ instru¸˜es provenientes de outros microcontroladores (da Intel), agora esses
a co
nomes sõ aceites para designar estes dois processos de salvaguarda e recupera¸õ de dados. Como
a ca
o PIC16F84 nõ possui instru¸˜es compar´veis, elas tˆm que ser programadas.
a co a e
Devido ` sua simplicidade e uso freqënte, estas partes do programa podem ser implementadas
a u
com macros. O conceito de Macro ´ explicado em Programa¸õ em linguagem Assembly. No
e ca
exemplo que se segue, os conte´dos de W e do registro STATUS sõ guardados nas vari´veis
u a a
W TEMP e STATUS TEMP antes de correr a rotina de interrup¸õ. No in´ da rotina PUSH, n´s
ca ıcio o
precisamos de verificar qual o banco que est´ a ser selecionado porque W TEMP e STATUS TEMP
a

33

Figura 2.29: Uma das poss´ıveis causas de erros ´ nõ salvaguardar dados antes de executar uma
e a
subrotina de interrup¸õ.
ca

estõ situados no banco 0. Para troca de dados entre estes dois registros, ´ usada a instru¸õ
a e ca
SWAPF em vez de MOVF, pois a primeira nõ afeta os bits do registro STATUS.
a
O exemplo ´ um programa assembler com os seguintes passos:
e
1. Verificar em que banco nos encontramos;
2. Guardar o registro W qualquer que seja o banco em que nos encontramos;
3. Guardar o registro STATUS no banco 0;
4. Executar a rotina de servi¸o de interrup¸õ ISR (Interrupt Service Routine);
c ca
5. Recupera¸õ do registro STATUS;
ca
6. Restaurar o valor do registro W.
Se existirem mais vari´veis ou registros que necessitem de ser salvaguardados, entõ, precisamos
a a
de os guardar depois de guardar o registro STATUS (passo 3) e recuper´-los depois de restaurar o
a
registro STATUS (passo 5)(Fig. 2.30).
A mesma opera¸õ pode ser realizada usando macros, desta maneira obtemos um programa
ca
mais leg´ıvel. Os macros que j´ estõ definidos podem ser usados para escrever novos macros. Os
a a
macros BANK1 e BANK0 que sõ explicados no cap´
a ıtulo Organiza¸õ da mem´ria sõ usados nos
ca o a
macros push e pop (Fig. 2.31).

2.12.4 Interrup¸õ externa no pino RB0/INT do microcontrolador
ca
A interrup¸õ externa no pino RB0/ INT ´ desencadeada por um impulso ascendente (se o bit
ca e
INTEDG = 1 no registro OPTION 6), ou por um impulso descendente (se INTEDG = 0). Quando
o sinal correto surge no pino INT, o bit INTF do registro INTCON ´ posto a 1. O bit INTF
e
(INTCON 1) tem que ser reposto a 0 na rotina de interrup¸õ, afim de que a interrup¸õ nõ
ca ca a
possa voltar a ocorrer de novo, no regresso ao programa principal. Esta ´ uma parte importante
e
do programa e que o programador nõ pode esquecer, caso contr´rio o programa ir´ constantemente
a a a
saltar para a rotina de interrup¸õ. A interrup¸õ pode ser inibida, pondo a 0 o bit de controle
ca ca
INTE (INTCON 4).

2.12.5 Interrup¸õ por transbordar (overflow ) o contador TMR0
ca
O transbordar do contador TMR0 (passagem de FFh para 00h) vai pˆr a 1 o bit TOIF (INTCON
o
2), Esta ´ uma interrup¸õ muito importante, uma vez que, muitos problemas da vida real podem
e ca
ser resolvidos utilizando esta interrup¸õ. Um exemplo ´ o da medi¸õ de tempo. Se soubermos
ca e ca
de quanto tempo o contador precisa para completar um ciclo de 00h a FFh, entõ, o n´mero de
a u

34

Figura 2.30: Guardando os conte´dos dos registros importantes.
u

Figura 2.31: Subrotinas PUSH e POP.

35

interrup¸˜es multiplicado por esse intervalo de tempo, d´-nos o tempo total decorrido. Na rotina
co a
de interrup¸õ uma vari´vel guardada na mem´ria RAM vai sendo incrementada, o valor dessa
ca a o
vari´vel multiplicado pelo tempo que o contador precisa para um ciclo completo de contagem, vai
a
dar o tempo gasto. Esta interrup¸õ pode ser habilitada ou inibida, pondo a 1 ou a 0 o bit TOIE
ca
(INTCON 5).

2.12.6 Interrup¸õ por varia¸õ nos pinos 4, 5, 6 e 7 da porta B
ca ca
Uma varia¸õ em 4 bits de entrada da porta B (bits 4 a 7), p˜e a 1 o bit RBIF (INTCON 0).
ca o
A interrup¸õ ocorre, portanto, quando os n´
ca ıveis l´gicos em RB7, RB6, RB5 e RB4 da porta
o
B, mudam do valor l´gico 1 para o valor l´gico 0 ou vice-versa. Para que estes pinos detectem
o o
as varia¸˜es, eles devem ser definidos como entradas. Se qualquer deles for definido como sa´
co ıda,
nenhuma interrup¸õ ser´ gerada quando surgir uma varia¸õ do n´ l´gico. Se estes pinos forem
ca a ca ıvel o
definidos como entradas, o seu valor actual ´ comparado com o valor anterior, que foi guardado
e
quando se fez a leitura anterior da porta B. Esta interrup¸õ pode ser habilitada/inibida pondo a
ca
1 ou a 0, o bit RBIE do registro INTCON.

2.12.7 Interrup¸õ por fim de escrita na EEPROM
ca
Esta interrup¸õ ´ apenas de natureza pr´tica. Como escrever num endere¸o da EEPROM leva
ca e a c
cerca de 10ms (o que representa muito tempo quando se fala de um microcontrolador), nõ ´ a e
recomend´vel que se deixe o microcontrolador um grande intervalo de tempo sem fazer nada, `
a a
espera do fim da opera¸õ da escrita. Assim, dispomos de um mecanismo de interrup¸õ que
ca ca
permite ao microcontrolador continuar a executar o programa principal, enquanto, em simultˆneo,
a
procede ` escrita na EEPROM. Quando esta opera¸õ de escrita se completa, uma interrup¸õ
a ca ca
informa o microcontrolador deste facto. O bit EEIF, atrav´s do qual esta informa¸õ ´ dada,
e ca e
pertence ao registro EECON1. A ocorrˆncia desta interrup¸õ pode ser impedida, pondo a 0 o bit
e ca
EEIE do registro INTCON.

2.12.8 Inicializa¸õ da interrup¸õ
ca ca
Para que num microcontrolador se possa usar um mecanismo de interrup¸õ, ´ preciso proceder
ca e
a algumas tarefas preliminares. Estes procedimentos sõ designados resumidamente por inicial-
a
iza¸õ. Na inicializa¸õ, n´s estabelecemos a que interrup¸˜es deve o microcontrolador responder
ca ca o co
e as que deve ignorar. Se nõ pusermos a 1 o bit que permite uma certa interrup¸õ, o programa
a ca
vai ignorar a correspondente subrotina de interrup¸õ. Por este meio, n´s podemos controlar a
ca o
ocorrˆncia das interrup¸˜es, o que ´ muito util.
e co e ´

Figura 2.32: Inicializa¸õ da interrup¸õ.
ca ca

O exemplo da Figura 2.32 mostra a inicializa¸õ da interrup¸õ externa no pino RB0 de um
ca ca
microcontrolador. No BIT em que vemos 1, isso significa que essa interrup¸õ est´ habilitada.
ca a
A ocorrˆncia de outras interrup¸˜es nõ ´ permitida, e todas as interrup¸˜es em conjunto estõ
e co a e co a
mascaradas at´ que o bit GIE seja posto a 1.
e
O exemplo da Figura 2.33 ilustra uma maneira t´ıpica de lidar com as interrup¸˜es. O PIC16F84
co
tem somente um endere¸o para a rotina de interrup¸õ. Isto significa que, primeiro, ´ necess´rio
c ca e a
identificar qual a origem da interrup¸õ (se mais que uma fonte de interrup¸õ estiver habilitada),
ca ca
e a seguir deve executar-se apenas a parte da subrotina que se refere ` interrup¸õ em causa.
a ca
O regresso de uma rotina de interrup¸õ pode efetuar-se com as instru¸˜es RETURN, RETLW
ca co
e RETFIE. Recomenda-se que seja usada a instru¸õ RETFIE porque, essa instru¸õ ´ a unica
ca ca e ´
que automaticamente p˜e a 1 o bit GIE, permitindo assim que novas interrup¸˜es possam ocorrer.
o co

36

Figura 2.33: Maneira t´
ıpica de se lidar com as interrup¸˜es.
co

37

2.13 Temporizador TMR0
Os temporizadores sõ normalmente as partes mais complicadas de um microcontrolador, assim, ´
a e
necess´rio gastar mais tempo a explic´-los. Servindo-nos deles, ´ poss´ relacionar uma dimensõ
a a e ıvel a
real que ´ o tempo, com uma vari´vel que representa o estado de um temporizador dentro de um
e a
microcontrolador. Fisicamente, o temporizador ´ um registro cujo valor est´ continuamente a ser
e a
incrementado at´ 255, chegado a este n´mero, ele come¸a outra vez de novo: 0, 1, 2, 3, 4, ..., 255,
e u c
0, 1, 2, 3,..., etc.

Figura 2.34: Rela¸õ entre o temporizador TMR0 e o prescaler.
ca

O incremento do temporizador ´ feito em simultˆneo com tudo o que o microcontrolador faz.
e a
Compete ao programador arranjar maneira de tirar partido desta caracter´ ıstica. Uma das maneiras
´ incrementar uma vari´vel sempre que o microcontrolador transborda (overflow - passa de 255
e a
para 0). Se soubermos de quanto tempo um temporizador precisa para perfazer uma contagem
completa (de 0 a 255), entõ, se multiplicarmos o valor da vari´vel por esse tempo, n´s obteremos
a a o
o tempo total decorrido.
O PIC16F84, possui um temporizador de 8 bits. O n´mero de bits determina a quantidade
u
de valores diferentes que a contagem pode assumir, antes de voltar novamente para zero. No
caso de um temporizador de 8 bits esse valor ´ 256. Um esquema simplificado da rela¸õ entre um
e ca
temporizador e um prescaler est´ representado no diagrama anterior. Prescaler ´ a designa¸õ para
a e ca
a parte do microcontrolador que divide a freq¨ˆncia de oscila¸õ do clock antes que os respectivos
ue ca
impulsos possam incrementar o temporizador. O n´mero pelo qual a freq¨ˆncia de clock ´ dividida,
u ue e
est´ definido nos trˆs primeiros bits do registro OPTION. O maior divisor poss´ ´ 256. Neste
a e ıvel e
caso, significa que s´ ap´s 256 impulsos de clock ´ que o conte´do do temporizador ´ incrementado
o o e u e
de uma unidade. Isto permite-nos medir grandes intervalos de tempo.
Quando a contagem ultrapassa 255, o temporizador volta de novo a zero e come¸a um novo
c
ciclo de contagem at´ 255. Sempre que ocorre uma transi¸õ de 255 para 0, o bit TOIF do
e ca
registro INTCON ´ posto a 1. Se as interrup¸˜es estiverem habilitadas, ´ poss´
e co e ıvel tirar partido
das interrup¸˜es geradas e da rotina de servi¸o de interrup¸õ. Cabe ao programador voltar a
co c ca
pˆr a 0 o bit TOIF na rotina de interrup¸õ, para que uma nova interrup¸õ possa ser detetada.
o ca ca
Al´m do oscilador de clock do microcontrolador, o conte´do do temporizador pode tamb´m ser
e u e
incrementado atrav´s de um clock externo ligado ao pino RA4/TOCKI. A escolha entre uma destas
e
op¸˜es ´ feita no bit TOCS, pertencente ao registro OPTION. Se for selecionado o clock externo,
co e

38

Figura 2.35: Diagrama temporal de uma interrup¸õ causada pelo temporizador TMR0.
ca

´ poss´ definir o bordo ativo do sinal (ascendente ou descendente), que vai incrementar o valor
e ıvel
do temporizador.

Figura 2.36: Utiliza¸õ do temporizador TMR0 na determina¸õ do n´mero de rota¸˜es completas
ca ca u co
do eixo de um motor.

Na pr´tica, um exemplo t´
a ıpico que ´ resolvido atrav´s de um clock externo e um temporizador,
e e
´ a contagem do n´mero de rota¸˜es completas do eixo de uma m´quina, como por exemplo um
e u co a
enrolador de espiras para transformadores (Fig. 2.36). Vamos considerar que o rotor do motor do
enrolador, cont´m quatro polos ou saliˆncias. Vamos colocar o sensor indutivo ` distˆncia de 5mm
e e a a
do topo da saliˆncia. O sensor indutivo ir´ gerar um impulso descendente sempre que a saliˆncia se
e a e
encontre alinhada com a cabe¸a do sensor. Cada sinal vai representar um quarto de uma rota¸õ
c ca
completa e, a soma de todas as rota¸˜es completas, ficar´ registado no temporizador TMR0. O
co a
programa pode ler facilmente estes dados do temporizador atrav´s do bus de dados.
e
O exemplo da Figura 2.37 mostra como iniciar o temporizador para contar os impulsos descen-
dentes provenientes de uma fonte de clock externa com um prescaler 1:4.
O mesmo exemplo pode ser implementado atrav´s de uma interrup¸õ como visto da Figura
e ca
2.38.
O prescaler tanto pode ser atribu´ ao temporizador TMR0, como ao watchdog. O watchdog
ıdo
´ um mecanismo que o microcontrolador usa para se defender contra estouros do programa. Como
e
qualquer circuito el´trico, tamb´m os microcontroladores podem ter uma falha ou algum percal¸o
e e c
no seu funcionamento. Infelizmente, o microcontrolador tamb´m pode ter problemas com o seu
e
programa. Quando isto acontece, o microcontrolador para de trabalhar e mant´m-se nesse estado
e
at´ que algu´m fa¸a o reset. Por causa disto, foi introduzido o mecanismo de watchdog (cõ de
e e c a
guarda). Depois de um certo per´ ıodo de tempo, o watchdog faz o reset do microcontrolador (o
que realmente acontece, ´ que o microcontrolador executa o reset de si pr´prio). O watchdog
e o

39

Figura 2.37: Programa do temporizador TMR0.

Figura 2.38: Exemplo de utiliza¸˜o de interrup¸˜o.
ca ca

40

trabalha na base de um princ´ ıpio simples: se o seu temporizador transbordar, ´ feito o reset do
e
microcontrolador e este come¸a a executar de novo o programa a partir do princ´
c ıpio. Deste modo,
o reset poder´ ocorrer tanto no caso de funcionamento correto como no caso de funcionamento
a
incorreto. O pr´ximo passo ´ evitar o reset no caso de funcionamento correto, isso ´ feito escrevendo
o e e
zero no registro WDT (instru¸õ CLRWDT) sempre que este est´ pr´ximo de transbordar. Assim,
ca a o
o programa ir´ evitar um reset enquanto est´ a funcionar corretamente. Se ocorrer o estouro do
a a
programa, este zero nõ ser´ escrito, haver´ transbordo do temporizador WDT e ir´ ocorrer um
a a a a
reset que vai fazer com que o microcontrolador comece de novo a trabalhar corretamente.
O prescaler pode ser atribu´ ao temporizador TMR0, ou ao temporizador do watchdog,
ıdo
isso ´ feito atrav´s do bit PSA no registro OPTION. Fazendo o bit PSA igual a 0, o prescaler
e e
´ atribu´ ao temporizador TMR0. Quando o prescaler ´ atribu´ ao temporizador TMR0,
e ıdo e ıdo
todas as instru¸˜es de escrita no registro TMR0 (CLRF TMR0, MOVWF TMR0, BSF TMR0,...)
co
võ limpar o prescaler. Quando o prescaler ´ atribu´ ao temporizador do watchdog, somente
a e ıdo
a instru¸ao CLRWDT ir´ limpar o prescaler e o temporizador do watchdog ao mesmo tempo. A
c˜ a
mudan¸a do prescaler est´ completamente sob o controle do programador e pode ser executada
c a
enquanto o programa est´ sendo executado.
a
Existe apenas um prescaler com o seu temporizador. Dependendo das necessidades, pode ser
atribu´ ao temporizador TMR0 ou ao watchdog, mas nunca aos dois em simultˆneo.
ıdo a

2.14 Mem´ria de dados EEPROM
o
O PIC16F84 tem 64 bytes de localiza¸˜es de mem´ria EEPROM, correspondentes aos endere¸os
co o c
de 00h a 63h e onde podemos ler e escrever. A caracter´ıstica mais importante desta mem´ria ´ de
o e
nõ perder o seu conte´do quando a alimenta¸õ ´ desligada. Na pr´tica, isso significa que o que
a u ca e a
l´ foi escrito permanece no microcontrolador, mesmo quando a alimenta¸õ ´ desligada. Sem ali-
a ca e
menta¸õ, estes dados permanecem no microcontrolador durante mais de 40 anos (especifica¸˜es do
ca co
fabricante do microcontrolador PIC16F84), al´m disso, esta mem´ria suporta at´ 10000 opera¸˜es
e o e co
de escrita.
Na pr´tica, a mem´ria EEPROM ´ usada para guardar dados importantes ou alguns parˆmetros
a o e a
de processamento. Um parˆmetro deste tipo, ´ uma dada temperatura, atribu´ quando ajus-
a e ıda
tamos um regulador de temperatura para um processo. Se esse valor se perder, seria necess´rio
a
reintroduzi-lo sempre que houvesse uma falha na alimenta¸õ. Como isto ´ impratic´vel (e mesmo
ca e a
perigoso), os fabricantes de microcontroladores come¸aram a instalar nestes uma pequena quanti-
c
dade de mem´ria EEPROM.
o
A mem´ria EEPROM ´ colocada num espa¸o de mem´ria especial e pode ser acessada atrav´s
o e c o e
de registros especiais. Estes registros sõ:
a

• EEDATA no endere¸o 08h, que cont´m o dado lido ou aquele que se quer escrever.
c e
• EEADR no endere¸o 09h, que cont´m o endere¸o do local da EEPROM que vai ser acessado.
c e c
• EECON1 no endere¸o 88h, que cont´m os bits de controle.
c e
• EECON2 no endere¸o 89h. Este registro nõ existe fisicamente e serve para proteger a
c a
EEPROM de uma escrita acidental.

O registro EECON1 ocupa o endere¸o 88h e ´ um registro de controle com cinco bits imple-
c e
mentados. Os bits 5, 6 e 7 nõ sõ usados e, se forem lidos, sõ sempre iguais a zero. Os bits do
a a a
registro EECON1, devem ser interpretados do modo que se segue.

2.14.1 Registro EECON1
bit 0 RD (bit de controle de leitura). Ao pˆr este bit a 1, tem in´ a transferˆncia do dado do
o ıcio e
endere¸o definido em EEADR para o registro EEDATA. Como o tempo nõ ´ essencial, tanto
c a e
na leitura como na escrita, o dado de EEDATA pode j´ ser usado na instru¸õ seguinte.
a ca
1 = inicia a leitura
0 = nõ inicia a leitura
a

41

Figura 2.39: Registro EECON1.

bit 1 WR (bit de controle de escrita). Pˆr este bit a 1 faz iniciar-se a escrita do dado a partir do
o
registro EEDATA para o endere¸o especificado no registro EEADR.
c
1 = inicia a escrita
0 = nõ inicia a escrita
a
bit 2 WREN (bit de habilita¸õ de escrita na EEPROM). Permite a escrita na EEPROM. Se
ca
este bit nõ estiver a um, o microcontrolador nõ permite a escrita na EEPROM.
a a
1 = a escrita ´ permitida
e
0 = nõ se pode escrever
a
bit 3 WRERR ( Erro de escrita na EEPROM). Erro durante a escrita na EEPROM Este bit ´ e
posto a 1 s´ em casos em que a escrita na EEPROM tenha sido interrompida por um sinal
o
de reset ou por um transbordo no temporizador do watchdog (no caso de este estar actio).
1 = ocorreu um erro
0 = nõ houve erros
a

bit 4 EEIF (bit de interrup¸õ por opera¸õ de escrita na EEPROM completa). Bit usado para
ca ca
informar que a escrita do dadoo na EEPROM, terminou. Quando a escrita tiver terminado,
este bit ´ automaticamente posto a 1. O programador tem que repˆr a 0 o bit EEIF no seu
e o
programa, para que possa detectar o fim de uma nova opera¸õ de escrita.
ca
1 = escrita terminada
0 = a escrita ainda nõ terminou ou nõ come¸ou.
a a c

2.14.2 Lendo a Mem´ria EEPROM
o
Pondo a 1 o bit RD inicia-se a transferˆncia do dado do endere¸o guardado no registro EEADR
e c
para o registro EEDATA. Como para ler os dados nõ ´ preciso tanto tempo como a escrevˆ-los,
a e e
os dados extra´ ıdos do registro EEDATA podem j´ ser usados na instru¸õ seguinte.
a ca
Uma por¸õ de um programa que leia um dado da EEPROM, pode ser semelhante ao visto na
ca
Figura 2.40.

Figura 2.40: Lendo a Mem´ria EEPROM.
o

Depois da ultima instru¸õ do programa, o conte´do do endere¸o 0 da EEPROM pode ser
´ ca u c
encontrado no registro de trabalho w.

2.14.3 Escrevendo na Mem´ria EEPROM
o
Para escrever dados num local da EEPROM, o programador tem primeiro que endere¸ar o registro
c
EEADR e introduzir a palavra de dados no registro EEDATA. A seguir, deve colocar-se o bit WR
a 1, o que faz desencadear o processo. O bit WR dever´ ser posto a 0 e o bit EEIF ser´ posto
a a
a 1 a seguir ` opera¸õ de escrita, o que pode ser usado no processamento de interrup¸˜es. Os
a ca co

42

valores 55h e AAh sõ as primeira e segunda chaves que tornam imposs´ que ocorra uma escrita
a ıvel
acidental na EEPROM. Estes dois valores sõ escritos em EECON2 que serve apenas para isto,
a
ou seja, para receber estes dois valores e assim prevenir contra uma escrita acidental na mem´ria
o
EEPROM. As linhas do programa marcadas como 1, 2, 3 e 4 tˆm que ser executadas por esta
e
ordem em intervalos de tempo certos. Portanto, ´ muito importante desativar as interrup¸˜es
e co
que possam interferir com a temporiza¸õ necess´ria para executar estas instru¸˜es. Depois da
ca a co
opera¸õ de escrita, as interrup¸˜es podem, finalmente, ser de novo habilitadas.
ca co
A Figura 2.41 ilustra um exemplo da por¸õ de programa que escreve a palavra 0xEE no
ca
primeiro endere¸o da mem´ria EEPROM.
c o

Figura 2.41: Escrevendo na Mem´ria EEPROM.
o

Recomenda-se que WREN esteja sempre inativo, exceto quando se est´ a escrever uma palavra
a
de dados na EEPROM, deste modo, a possibilidade de uma escrita acidental ´ m´
e ınima. Todas as
opera¸˜es de escrita na EEPROM limpam automaticamente o local de mem´ria, antes de escrever
co o
de novo nela!

43

Cap´
ıtulo 3

Conjunto de Instru¸˜es
co

J´ dissemos que um microcontrolador nõ ´ como qualquer outro circuito integrado. Quando saem
a a e
da cadeia de produ¸õ, a maioria dos circuitos integrados, estõ prontos para serem introduzi-
ca a
dos nos dispositivos, o que nõ ´ o caso dos microcontroladores. Para que um microcontrolador
a e
cumpra a sua tarefa, n´s temos que lhe dizer exatamente o que fazer, ou, por outras palavras,
o
n´s temos que escrever o programa que o microcontrolador vai executar. Neste cap´
o ıtulo iremos
descrever as instru¸˜es que constituem o assembler, ou seja, a linguagem de baixo n´
co ıvel para os
microcontroladores PIC.

3.1 Conjunto de Instru¸˜es da Fam´ PIC16Fxxx de Mi-
co ılia
crocontroladores
O conjunto completo compreende 35 instru¸˜es e mostra-se na tabela que se segue. Uma razõ
co a
para este pequeno n´mero de instru¸˜es resulta principalmente do facto de estarmos a falar de
u co
um microcontrolador RISC cujas instru¸˜es foram otimizadas tendo em vista a rapidez de fun-
co
cionamento, simplicidade de arquitetura e compacidade de c´digo. O unico inconveniente, ´ que
o ´ e
o programador tem que dominar a tćnica desconfort´vel de fazer o programa com apenas 35
e a
instru¸˜es!
co

3.2 Transferˆncia de dados
e
A transferˆncia de dados num microcontrolador, ocorre entre o registro de trabalho (W) e um
e
registro f que representa um qualquer local de mem´ria na RAM interna (quer se trate de um
o
registro especial ou de um registro de uso gen´rico).
e
As primeiras trˆs instru¸˜es (observe a tabela seguinte) referem-se ` escrita de uma constante
e co a
no registro W (MOVLW ´ uma abreviatura para MOVa Literal para W), ` c´pia de um dado do
e a o
registro W na RAM e ` c´pia de um dado de um registro da RAM no registro W (ou nele pr´prio,
a o o
caso em que apenas a flag do zero ´ afetada). A instru¸õ CLRF escreve a constante 0 no registro
e ca
f e CLRW escreve a constante 0 no registro W. A instru¸õ SWAPF troca o nibble (conjunto de 4
ca
bits) mais significativo com o nibble menos significativo de um registro, passando o primeiro a ser
o menos significativo e o outro o mais significativo do registro.

3.3 L´gicas e aritm´ticas
o e
De todas as opera¸˜es aritm´ticas poss´
co e ıveis, os microcontroladores PIC, tal como a grande maioria
dos outros microcontroladores, apenas suportam a subtra¸õ e a adi¸õ. Os bits ou flags C, DC
ca ca
e Z, sõ afetados conforme o resultado da adi¸õ ou da subtra¸õ, com uma unica exce¸õ: uma
a ca ca ´ ca
vez que a subtra¸õ ´ executada como uma adi¸õ com um n´mero negativo, a flag C (Carry),
ca e ca u
comporta-se inversamente no que diz respeito ` subtra¸õ. Por outras palavras, ´ posta a 1 se a
a ca e
opera¸õ ´ poss´ e posta a 0 se um n´mero maior tiver que ser subtra´ de outro mais pequeno.
ca e ıvel u ıdo

44

A l´gica dentro do PIC tem a capacidade de executar as opera¸˜es AND, OR, EX-OR, comple-
o co
mento (COMF) e rota¸˜es (RLF e RRF). Estas ultimas instru¸˜es, rodam o conte´do do registro
co ´ co u
atrav´s desse registro e da flag C de uma casa para a esquerda (na dire¸õ do bit 7), ou para a
e ca
direita (na dire¸õ do bit 0). O bit que sai do registro ´ escrito na flag C e o conte´do anterior
ca e u
desta flag, ´ escrito no bit situado do lado oposto no registro.
e

3.4 Opera¸˜es sobre bits
co
As instru¸˜es BCF e BSF p˜em a 0 ou a 1 qualquer bit de qualquer s´ da mem´ria. Apesar
co o ıtio o
de parecer uma opera¸õ simples, ela ´ executada do seguinte modo, o CPU primeiro lˆ o byte
ca e e
completo, altera o valor de um bit e, a seguir, escreve o byte completo no mesmo registrador.

3.5 Dire¸õ de execu¸õ de um programa
ca ca
As instru¸˜es GOTO, CALL e RETURN sõ executadas do mesmo modo que em todos os outros
co a
microcontroladores, a diferen¸a ´ que a pilha ´ independente da RAM interna e ´ limitada a
c e e e
oito n´
ıveis. A instru¸õ RETLW k ´ idˆntica ` instru¸õ RETURN, exceto que, ao regressar de
ca e e a ca
um subrotina, ´ escrita no registro W uma constante definida pelo operando da instru¸õ. Esta
e ca
instru¸ao, permite-nos implementar facilmente listagens (tamb´m chamadas tabelas de lookup). A
c˜ e
maior parte das vezes, usamo-las determinando a posi¸õ do dado na nossa tabela adicionando-a ao
ca
endere¸o em que a tabela come¸a e, entõ, ´ lido o dado nesse local (que est´ situado normalmente
c c a e a
na mem´ria de programa).
o
A tabela pode apresentar-se como um subrotina que consiste numa s´rie de instru¸˜es RETLW
e co
k onde as constantes k, sõ membros da tabela.
a

Figura 3.1: Dire¸õ de execu¸õ de um programa.
ca ca

N´s escrevemos a posi¸õ de um membro da nossa tabela no registro W e, usando a instru¸õ
o ca ca
CALL, n´s chamamos o subrotina que cont´m a tabela. A primeira linha do subrotina ADDWF
o e
PCL, f, adiciona a posi¸õ na tabela e que est´ escrita em W, ao endere¸o do in´ da tabela e
ca a c ıcio
que est´ no registro PCL, assim, n´s obtemos o endere¸o real do dado da tabela na mem´ria de
a o c o
programa. Quando regressamos do subrotina, n´s vamos ter no registro W o conte´do do membro
o u
da tabela endere¸ado. No exemplo anterior, a constante k2 estar´ no registro W, ap´s o retorno
c a o
do subrotina.
RETFIE (RETurn From Interrupt – Interrupt Enable ou regresso da rotina de interrup¸õ comca
as interrup¸˜es habilitadas) ´ um regresso da rotina de interrup¸õ e difere de RETURN apenas
co e ca
em que, automaticamente, p˜e a 1 o bit GIE (habilita¸õ global das interrup¸˜es). Quando a
o ca co
interrup¸õ come¸a, este bit ´ automaticamente reposto a 0. Tamb´m quando a interrup¸õ tem
ca c e e ca
in´
ıcio, somente o valor do contador de programa ´ posto no cimo da pilha. Nõ ´ fornecida uma
e a e
capacidade autom´tica de armazenamento do registro de estado.
a
Os saltos condicionais estõ sintetizados em duas instru¸˜es: BTFSC e BTFSS. Consoante o
a co
estado l´gico do bit do registro f que est´ a ser testado, a instru¸õ seguinte no programa ´ ou nõ
o a ca e a
executada.

3.6 Per´
ıodo de execu¸õ da instru¸õ
ca ca
Todas as instru¸˜es sõ executadas num unico ciclo, exceto as instru¸˜es de ramifica¸õ condicional
co a ´ co ca
se a condi¸õ for verdadeira, ou se o conte´do do contador de programa for alterado pela instru¸õ.
ca u ca

45

Nestes casos, a execu¸õ requer dois ciclos de instru¸õ e o segundo ciclo ´ executado como sendo
ca ca e
um NOP (Nenhuma Opera¸õ). Quatro oscila¸˜es de clock perfazem um ciclo de instru¸õ. Se
ca co ca
estivermos a usar um oscilador com 4MHz de freq¨ˆncia, o tempo normal de execu¸õ de uma
ue ca
instru¸ao ser´ de 1ms e, no caso de uma ramifica¸õ condicional de 2ms.
c˜ a ca

3.7 Conjunto de instru¸oes
c˜
Significado de alguns s´
ımbolos:

f qualquer local de mem´ria num microcontrolador
o
W registro de trabalho
b posi¸õ de bit no registro f
ca
d registro de destino
label grupo de oito caracteres que marca o in´ de uma parte do programa (r´tulo)
ıcio o
TOS topo da pilha
[ ] opcional
<> grupo de bits num registro

Figura 3.2: Mnemˆnicos Assembly.
o

Resumo das notas da Figura 3.2:
1. Se a porta de entrada/sa´ for o operando origem, ´ lido o estado dos pinos do microcon-
ıda e
trolador.

46

2. Se esta instru¸õ for executada no registro TMR0 e se d=1, o prescaler atribu´ a esse
ca ıdo
temporizador ´ automaticamente limpo.
e
3. Se o PC for modificado ou se resultado do teste for verdadeiro, a instru¸õ ´ executada em
ca e
dois ciclos.

47

Cap´
ıtulo 4

Programa¸õ em Linguagem
ca
Assembly

A capacidade de comunicar ´ da maior importˆncia nesta ´rea. Contudo, isso s´ ´ poss´ se ambas
e a a oe ıvel
as partes usarem a mesma linguagem, ou seja, se seguirem as mesmas regras para comunicarem.
Isto mesmo se aplica ` comunica¸õ entre os microcontroladores e o homem. A linguagem que o
a ca
microcontrolador e o homem usam para comunicar entre si ´ designada por linguagem assembly.
e
O pr´prio t´
o ıtulo nõ tem um significado profundo, trata-se de apenas um nome como por exemplo
a
inglˆs ou francˆs. Mais precisamente, linguagem assembly ´ apenas uma solu¸õ transit´ria. Os
e e e ca o
programas escritos em linguagem assembly devem ser traduzidos para uma linguagem de zeros e
uns de modo a que um microcontrolador a possa receber. Linguagem assembly e assembler sõ a
coisas diferentes. A primeira, representa um conjunto de regras usadas para escrever um programa
para um microcontrolador e a outra, ´ um programa que corre num computador pessoal que traduz
e
a linguagem assembly para uma linguagem de zeros e uns. Um programa escrito em zeros e uns
diz-se que est´ escrito em linguagem de m´quina.
a a

Figura 4.1: O processo de comunica¸õ entre o homem e o microcontrolador.
ca

Fisicamente, “Programa” representa um arquivo num disco de computador (ou na mem´ria o
se estivermos a ler de um microcontrolador) e ´ escrito de acordo com as regras do assembly ou
e
qualquer outra linguagem de programa¸õ de microcontroladores. O homem pode entender a lin-
ca
guagem assembly j´ que ela ´ constitu´ por s´
a e ıda ımbolos alfab´ticos e palavras. Ao escrever um
e
programa, certas regras devem ser seguidas para alcan¸ar o efeito desejado. Um Tradutor inter-
c
preta cada instru¸õ escrita em linguagem assembly como uma s´rie de zeros e uns com significado
ca e
para a l´gica interna do microcontrolador. Consideremos, por exemplo, a instru¸õ RETURN que
o ca
um microcontrolador utiliza para regressar de uma subrotina. Quando o assembler a traduz, n´s o
obtemos uma s´rie de uns e zeros correspondentes a 14 bits que o microcontrolador sabe como
e
interpretar.

Exemplo: RETURN 00 0000 0000 1000

48

Analogamente ao exemplo anterior, cada instru¸õ assembly ´ interpretada na s´rie de zeros
ca e e
e uns correspondente. O resultado desta tradu¸õ da linguagem assembly, ´ designado por um
ca e
arquivo de execu¸õ. Muitas vezes encontramos o nome de arquivo HEX. Este nome prov´m de
ca e
uma representa¸õ hexadecimal desse arquivo, bem como o sufixo hex no t´
ca ıtulo, por exemplo
correr.hex. Uma vez produzido, o arquivo de execu¸õ ´ inserido no microcontrolador atrav´s de
ca e e
um programador.
Um programa em Linguagem Assembly ´ escrito por interm´dio de um processador de texto
e e
(editor) e ´ capaz de produzir um arquivo ASCII no disco de um computador ou em ambientes
e
pr´prios como o MPLAB1 .
o

4.1 Linguagem Assembly
Os elementos b´sicos da linguagem assembly sõ:
a a

• Labels (r´tulos)
o
• Instru¸˜es
co
• Operandos
• Diretivas

• Coment´rios
a

4.1.1 Label
Um Label (r´tulo) ´ uma designa¸õ textual (geralmente de fćil leitura) de uma linha num pro-
o e ca a
grama ou de uma se¸õ de um programa para onde um microcontrolador deve saltar ou, ainda,
ca
o in´ de um conjunto de linhas de um programa. Tamb´m pode ser usado para executar uma
ıcio e
ramifica¸õ de um programa (tal como Goto....), o programa pode ainda conter uma condi¸õ que
ca ca
ca ´
deve ser satisfeita, para que uma instru¸õ Goto seja executada. E importante que um r´tulo
o
(label) seja iniciado com uma letra do alfabeto ou com um tra¸o baixo “ ”. O comprimento de um
c
e ´
r´tulo pode ir at´ 32 caracteres. E tamb´m importante que o r´tulo comece na primeira coluna.
o e o

Figura 4.2: Exemplo de labels.

4.1.2 Instru¸˜es
co
As instru¸˜es sõ espec´
co a ıficas para cada microcontrolador, assim, se quisermos utilizar a linguagem
assembly temos que estudar as instru¸˜es desse microcontrolador. O modo como se escreve uma
co
instru¸ao ´ designado por sintaxe. No exemplo da Figura 4.3 ´ poss´ reconhecer erros de escrita,
c˜ e e ıvel
dado que as instru¸˜es movlp e gotto nõ existem no microcontrolador PIC16F84.
co a
1 Programa da Microchip utilizado para editar e programar microcontroladores

49

Figura 4.3: Exemplo de instru¸˜es.
co

4.1.3 Operandos
Operandos sõ os elementos da instru¸õ necess´rios para que a instru¸õ possa ser executada.
a ca a ca
Normalmente sõ registros, vari´veis e constantes. As constantes sõ designadas por literais. A
a a a
palavra literal significa n´mero.
u

Figura 4.4: Exemplo de Operandos.

4.1.4 Coment´rios
a
Coment´rio ´ um texto que o programador escreve no programa afim de tornar este mais claro e
a e
leg´ ´
ıvel. E colocado logo a seguir a uma instru¸õ e deve come¸ar com um ponto-e-v´
ca c ırgula “;”.

4.1.5 Diretivas
Uma diretiva ´ parecida com uma instru¸õ mas, ao contr´rio desta, ´ independente do tipo
e ca a e
de microcontrolador e ´ uma caracter´
e ıstica inerente ` pr´pria linguagem assembly. As diretivas
a o
servem-se de vari´veis ou registros para satisfazer determinados prop´sitos. Por exemplo, NIVEL,
a o
pode ser uma designa¸õ para uma vari´vel localizada no endere¸o 0Dh da mem´ria RAM. Deste
ca a c o
a c ´
modo, a vari´vel que reside nesse endere¸o, pode ser acessada pela palavra NIVEL. E muito mais
fćil a um programador recordar a palavra NIVEL, que lembrar-se que o endere¸o 0Dh cont´m
a c e
informa¸õ sobre o n´
ca ıvel.

Figura 4.5: Exemplo de diretivas.

4.1.6 Exemplo de um programa em assembly
O exemplo da Figura 4.6 mostra como um programa simples pode ser escrito em linguagem as-
sembly, respeitando regras b´sicas.
a

50

Quando se escreve um programa, al´m das regras fundamentais, existem princ´
e ıpios que, emb-
ora nõ obrigat´rios ´ conveniente, serem seguidos. Um deles, ´ escrever no seu in´
a o e e ıcio, o nome do
programa, aquilo que o programa faz, a versõ deste, a data em que foi escrito, tipo de microcon-
a
trolador para o qual foi escrito e o nome do programador.

Figura 4.6: Exemplo de como se escreve um programa

Uma vez que estes dados nõ interessam ao tradutor de assembly, sõ escritos na forma de
a a
coment´rios. Deve ter-se em aten¸õ que um coment´rio come¸a sempre com ponto e v´
a ca a c ırgula e
pode ser colocado na linha seguinte ou logo a seguir ` instru¸õ. Depois deste coment´rio inicial
a ca a
ter sido escrito, devem incluir-se as directivas. Isto mostra-se no exemplo de cima.
Para que o seu funcionamento seja correto, ´ preciso definir v´rios parˆmetros para o micro-
e a a
controlador, tais como:
• tipo de oscilador
• quando o temporizador do watchdog est´ ligado e
a
• quando o circuito interno de reset est´ habilitado.
a
Tudo isto ´ definido na diretiva seguinte:
e

__CONFIG _CP_OFF & _WDT_OFF & _PWRTE_ON & _XT_OSC

Logo que todos os elementos de que precisamos tenham sido definidos, podemos come¸ar a c
escrever o programa. Primeiro, ´ necess´rio definir o endere¸o para que o microcontrolador deve
e a c
ca ´
ir quando se liga a alimenta¸õ. E esta a finalidade de (org 0x00). O endere¸o para onde um
c
programa salta se ocorrer uma interrup¸õ ´ (org 0x04). Como este ´ um programa simples, ´
ca e e e
suficiente dirigir o microcontrolador para o in´ de um programa com uma instru¸õ goto Main
ıcio ca
(Main = programa principal).
As instru¸˜es encontradas em Main, selecionam o banco 1 (BANK1) de modo a poder acessar o
co
registro TRISB, afim de que a porta B seja definido como uma sa´ (movlw 0x00, movwf TRISB).
ıda
O pr´ximo passo ´ selecionar o banco de mem´ria 0 e colocar os bits da porta B no estado l´gico
o e o o
´
1 e, assim, o programa principal fica terminado. E preciso, no entanto, um outro ciclo (loop), onde

51

o microcontrolador possa permanecer sem que ocorram erros. Trata-se de um loop infinito que
´ executado continuamente, enquanto a alimenta¸õ nõ for desligada. Finalmente, ´ necess´rio
e ca a e a
colocar a palavra end no fim de cada programa, de modo a informar o tradutor de assembly de
que o programa nõ cont´m mais instru¸˜es.
a e co

4.2 Macros
As macros sõ elementos muito uteis em linguagem assembly. Uma macro pode ser descrita em
a ´
poucas palavras como um grupo de instru¸˜es definido pelo utilizador que ´ acrescentado ao pro-
co e
´
grama pelo assembler, sempre que a macro for invocada. E poss´ ıvel escrever um programa sem
usar macros. Mas, se as utilizarmos, o programa torna-se muito mais leg´ ıvel, especialmente se
estiverem v´rios programadores a trabalhar no mesmo programa. As macros tˆm afinidades com
a e
as fun¸˜es nas linguagens de alto n´
co ıvel.

Como as escrever:

<r´tulo> macro
o
[<argumento1>,<argumento2>,.....,<argumentoN>]
.........
.........
endm

Pelo modo como sõ escritas, vemos que as macros podem aceitar argumentos, o que tamb´m
a e
´ muito util em programa¸õ. Quando o argumento ´ invocado no interior de uma macro, ele vai
e ´ ca e
ser substitu´ pelo valor argumentoN.
ıdo

Figura 4.7: Exemplo de uma macro.

O exemplo da Figura 4.7 mostra uma macro cujo prop´sito ´ enviar para o porto B, o argumento
o e
ARG1, definido quando a macro foi invocada. Para a utilizarmos num programa, basta escrever
uma unica linha: ON PORTB 0xFF e, assim, colocamos o valor 0xFF no porto B. Para utilizar uma
´
macro no programa, ´ necess´rio incluir o arquivo macro no programa principal, por interm´dio
e a e
da instru¸õ include nome da macro.inc. O conte´do da macro ´ automaticamente copiado para
ca u e
o local em que esta macro est´ escrita. Isto pode ver-se melhor no arquivo lst visto atr´s, onde a
a a
macro ´ copiada por baixo da linha include bank.inc.
e

52

Referˆncias Bibliogr´ﬁcas
e a

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