In clu ye CD-ROM
Diseño
práctico
de
aplicaciones
José María Angulo Usategui Aritza Etxebarría Ruiz Ignacio Angulo Martínez Iván Trueba Parra
dsPIC Diseño Práctico de Aplicaciones
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dsPIC Diseño Práctico de Aplicaciones José M.a Angulo Usatcgui Dr. Ingeniero Industrial Catedrático de A rquitectura de Com putadores Universidad de D eusto
Aritza Etxebarría Ruiz Licenciado en Inform ática Jefe del D epartam ento d e Inform ática C olegio Vizcaya
Ignacio Angulo Martínez Licenciado en Inform ática Profesor del D epartam ento de A rquitectura de Com putadores U niversidad de D eusto
Iván Trueba Parra Ingeniero en A utom ática y E lectrónica Industrial e Ingeniero en O rganización Industrial Profesor del D epartam ento de A rquitectura de Com putadores U niversidad de D eusto
MADRID * BOGOTÁ • BUENOS AIRES • CARACAS • GUATEMALA • LISBOA * MÉXICO NUEVA YORK * PANAMÁ • SAN JUAN • SANTIAGO • SAO PAULO
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Contenido
Prólogo
xv
Primera parte: ARQUITECTURA, FUNCIONAMIENTO Y REPERTORIO DE INSTRUCCIONES Capítulo 1. 1.1. 1.2. 1.3. 1.4. 1.5.
EL M UNDO DE LOS D S P .....................................................................................
3
El procesamiento digital de señales................................................................................ 1.1.1. Muestreo de las señales analógicas................................................................ . DSP. Definición y características principales.............................................................. Microcontroladores y D S P ................................................................................................ DSP y D SC........................................................................................................................... Mercado y aplicaciones.....................................................................................................
3 5 7 8 9 10
Capítulo 2. 2.1. 2.2. 2.3.
2.4. 2.5.
CONTROLADORES DIGITALES DE SEÑALES (DSC)............................
17
El concepto D S C ................................................................................................................ Características generales de los dsPIC30F..................................................................... Los modelos de la familia dsPIC 30F ............................................................................. 2.3.1. Dispositivos dsPIC30F de propósito general................................................. 2.3.2. Dispositivos dsPIC30F para el control de sensores....................................... 2.3.3. Dispositivos dsPIC30F para el control de motores y sistemas de alimentación................................................................................................... Encapsulados y diagramas de conexiones.................................................................... La familia dsPIC 33F............................................................................................... .......... 2.5.1. M odelos de la familia d sP IC 3 3 F ..................................................................... 2.5.2. Dispositivos dsPIC33F de propósito general................................................. 2.5.3. Dispositivos dsPIC33F de control de motores y sistemas de alimentación................................................................................................... 2.5.4. Diferencias entre dsPIC30F y dsPIC33F.......................................................
17 18 20 20 22 23 23 27 28 28 28 31 v
vi
CONTENIDO
2.6. 2.7. 2.8.
Herramientas de desarrollo software............................................................................. Herramientas de desarrollo hardware............................................................................ Aplicaciones recom endadas............................................................................................
Capítulo 3. 3 .1. 3.2. 3.3. 3.4. 3.5. 3.6.
31 32 34
A R Q U ITEC TU R A DE LA C P U ...........................................................................
39
Descripción del diagrama por bloques.......................................................................... Las m em orias.................................................................................................................... El Camino de D ato s......................................................................................................... Pueitas de E/S multifunción............................................................................................ Periféricos integrados....................................................................................................... Gestión del sistema y de la energía...............................................................................
39 41 43 44 45 46
C ap ítu lo 4.
E L C A M IN O DE D A T O S ...................................................................................
49
4.1. 4.2. 4.3. 4.4.
Introducción................................................. ..................................................................... El banco de registros W .................................................................................................. La ALU de 16 bits............................................................................................................ El M otor D SP.................................................................................................................... 4.4.1. M ultiplicador....................................................................................................... 4.4.1.1. Representación en modo entero y en modo fraccional.............. 4.4.2. Acumuladores A y B .......................................................................................... 4.4.3. Sumador/Restador de 40 bits............................................................................. 4.4.4. Registro de Desplazamiento.............................................................................. 4.4.5. Unidad de D ivisión.............................................................................................
49 49 50 52 53 54 56 56 58 58
A nexo.
M A N IP U L A C IÓ N D E DATOS EN E L M O T O R D S P .....................................
60
Representación de datos.................................................................................... *............. Saturación de los acum uladores..................................................................................... A.2.1. Saturación norm al............................................................................................... A.2.2. Súper saturación.................................................................................................. A.2.3. Saturación de escritura..................................................................................... R edondeo....................................................*......................................................................
60 60 61 62 63 63
A. 1. A.2.
A.3.
C apítulo 5. 5.1. 5.2. 5.3. 5.4. 5.5. 5.6. 5.6.
M O D E L O D EL PR O C E SA D O R PARA E L P R O G R A M A D O R .............
65
Los registros del program ador....................................................................................... El banco de registros de trabajo..................................................................................... Registros som bra............................................................................................................... Punteros de la cima de la pila y del marco de la p ila ................................................. El registro de estado (S R )............................................................................................... El registro de control del núcleo (CORCON)............................................................. Otros registros de control.................................................................................................
65 67 67 68 69 70 71
CONTENIDO
C apítulo 6. 6.1. 6.2. 6.3. 6.4. 6.5.
LA M E M O R IA D E D A TO S.................................................................................
73
Los espacios de la memoria de d ato s.............................................................................. Direccionamiento de la memoria de datos..................................................................... Mapeado del espacio de datos en la memoria de program a....................................... Direccionamiento modular o circular............................................................................... Direccionamiento por inversión de acarreo o “bit reverse” ........................................
73 75 75 76 79
C apítulo 7. 7.1. 7.2. 7.3. 7.4. 7.5. 7.6. 7.7.
LA M E M O R IA D E P R O G R A M A ................. :...................................................
83
Estructura y distribución................................................................................................... Direccionamiento mediante el PC ................................................................................... Transferencia de datos desde la memoria de program a.............................................. Las instrucciones de T ab la............................................................................................... Visibilidad del Espacio de Programa (P S V )................................................................. Grabación de las memorias FLASH y E E PR O M ........................................................ 7.6.1. Autograbación en tiempo de ejecución (R TSP).............................................. Grabación serie en circuito (IC PSIM) ..............................................................................
83 84 84 85 87 87 88 91
C apítulo 8. 8.1. 8.2. 8.3. 8.4. 8.5. 8.6.
8.7. 8.8.
IN T E R R U P C IO N E S Y E X C E P C IO N E S .........................................................
93
Introducción........................................................................................................................ Tabla de vectores IVT y A1VT de los dsP IC 30F ......................................................... Tabla de vectores IVT y AIVT de los dsP IC 33F ......................................................... Nivel de prioridad de la C P U ........................................................................................... Nivel de prioridad de las interrupciones........................................................................ Nivel de prioridad para las excepciones......................................................................... 8.6.1. Excepción por Error A ritm ético...................................................................... 8.6.2. Excepción por Error de P ila .............................................................................. 8.6.3. Excepciones por Error de Direccionamiento y Fallo del O scilador......... Procesamiento de las interrupciones.............................................................................. Registros de control y estado para las interrupciones.................................................
93 93 96 99 100 100 101 101 101 102 104
C apítulo 9.
9.1. 9.2. 9.3. 9.4. 9.5.
VÜ
CARA C T E R ÍST IC A S DE LA S IN ST R U C C IO N E S Y M OD O S D E D IR E C C IO N A M IE N T O ...............................................................................
109
Características generales de las instrucciones.............................................................. Formato de las instrucciones................................................................................... *...... Tiempo de ejecución de las instrucciones..................................................................... Modos de direccionamiento de la memoria de program a.......................................... 9.4.1. PSV: Visibilidad del Espacio de Programa (Program Space Visibility).... Modos de direccionamiento de los d ato s...................................................................... 9.5.1. Direccionamiento directo.................................................................................. 9.5.2. Direccionamiento directo por registro.............................................................
109 110 112 113 114 114 114 115
v iii
CONTENIDO
9.5.3.
9.6.
Direccionamiento indirecto por registro....................................................... 9.5.3.1. Representación en modo entero y enmodo fraccional............... 9.5.4. Direccionamiento inm ediato........................................................................... Detección de dependencias............................................................................................
C apítulo 10.
115 117 117 118
E L R E P E R T O R IO DE IN STRU CC IO N ES. IN STR U C C IO N ES M CU...
119
10.1. Clasificación de las instrucciones................................................................................. 10.2. Instrucciones de m ovim iento.............................. .......................................................... 10.3. Instrucciones lógicas....................................................................................................... 10.4. Instrucciones m atem áticas............................................................................................. 10.5. Instrucciones de rotación y desplazamiento................................................................ 10.6. Instrucciones de b i t .......................................................................................................... 10.7. Instrucciones de comparación y brinco......................................................... .............. 10.8. Instrucciones de control del flujo del program a......................................................... 10.9. Instrucciones de pila y registros som bra..................................................................... 10.10. Instrucciones de control...................................................................................................
119 119 122 123 125 127 129 131 133 135
C apítulo
11.
LA S IN ST R U C C IO N ES D S P ...........................................................................
139
Características específicas.............................................................................................. Operaciones básicas con los acumuladores................................................................. 11.2.1. Suma de acumuladores (ADD)........................................................................ 11.2.2. Resta de acumuladores (SUB)......................................................................... 11.2.3. Borrado de los acumuladores (CLR)............................................................. 11.2.4. Negación del acumulador (N E G )................................................................... 11.2.5. Multiplicación de registros y carga al acumulador (MPY y M PY.N)).... 11.2.6. La distancia euclídea (ED y E D A C )............................................................. 11.2.7. Multiplicación de registros y resta al acumulador (M S C )........................ 11.3. Instrucciones de carga y almacenamiento de los acum uladores............................... 11.3.1. Carga del acumulador (L A C )......................................................................... 11.3.2. Almacenamiento del acumulador (S A C )..................................... ............... 11.3.3. Prebúsqueda de operandos y almacenamiento del acumulador (M O V SA C )............................................................................ 11.4. Desplazamiento de los acum uladores.......................................................................... 11.5. Instrucciones tipo “MAC” .............................................................................................
139 140 142 143 144 145 145 145 146 147 147 148
11.1. 11.2.
C apítulo
12.
148 148 149
P E R IF É R IC O S Y R EC U R SO S IN T E G R A D O S ......................................
151
12.1. El mundo que rodea a los D S C ..................................................................................... 12.2. Patitas de E /S .................................................................................................................... 12.3. Tem porizadores................................................................................................................ 12.4. Conversores A D ...................................... .......................................................................... 12.5. M ódulo de cap tu ra............................................................................................................
151 151 156 157 158
CONTENIDO
12.6. Módulo de com paración/PW M ....................................................................................... 12.7. M ódulo PW M para el control de m otores..................................................................... 12.8. M ódulo U A R T ................................................................................................................... 12.9. Módulo S P I ........................................................................................................................ 12.10. Módulo 12C .......................................................................................................................... 12.11. Módulo D C I....................................................................................................................... 12.12. Módulo C A N ...................................................................................................................... 12.13. Módulo Q E I....................................................................................................................... 12.14. El Perro Guardián (WDT) y los modos de bajo con su m o ......................................... 12.15.El controlador D M A .....................................................'...................................................
ÍX
159 160 161 162 163 164 164 165 167 167
S e g u n d a p a r te : P R O G R A M A C IÓ N Y S IM U L A C IÓ N D E A P L IC A C IO N E S A plicación 0.
LAS H ERRA M IEN TA S DE D E S A R R O L L O .............................................
175
A0.1. Introducción....................................................................................................................... A0.2. Descripción del dsPIC30F4013 ...................................................................................... A 0.2.1. Diagrama de conexionado................................................................................ AO.2.2. Características principales................................................................................ A0.3. Herramientas de software utilizadas.............................................................................. AO.3.1. El entorno de desarrollo MPLAB ID E............................................................. AO.3.2. El compilador de C MPLAB C 30.................................................................... A0.3.3. Herramienta de diseño de filtros dsPICFdLite................................................ A0.3.4. Herramienta para el tratamiento de algoritmos de tratamiento de señales dsPICworks..................................................................... .................. A utoe valuación..............................................................................................................................
175 175 176 176 177 177 178 178
A plicación 1.
179 179
D ISEÑ A N D O F I L T R O S ....................................................................................
181
A 1.1. Introducción....................................................................................................................... A l .2. El plan de trab ajo .............................................................................................................. A 1.3. El problem a........................................................................................................................ A 1.4. Analizando la señ al........................................................................................................... A l.5. Filtrando la señal............................................................................................................... A 1.6. Generando la señal sin ruido........................................................................................... A utoevaluación..............................................................................................................................
181 181 181 182 186 190 196
A plicación 2.
E L E N TO R N O D E D E S A R R O L L O M PLA B I D E ...................................
197
A 2.1. Introducción....................................................................................................................... A2.2. Trabajando con proyectos................................................................................................ A2.3. Un vistazo ráp id o .............................................................................................................. A2.4. Primer proyecto en ensamblador.................................................................................... A2.5. Primer proyecto en lenguaje C ........................................................................................ Autoevaluación..............................................................................................................................
197 197 197 201 209 212
X
CONTENIDO
A plicación 3.
P O N IE N D O EN M A R C H A E L S IM U L A D O R .........................................
215
A3.1. Introducción....................................................................................................................... A3.2. Simulando el primer programa en ensam blador......................................................... A3.2. L. Explorando la memoria de program a............................................................. A3.2.2. Estableciendo puntos de ruptura y ventanas de inspección........................ A3.2.3. Resolviendo el ejercicio del tema anterior.................................................... A3.3. Características del sim ulador.......................................................................................... A3.3.1. Configurando el simulador y contando el tiem p o ....................................... A utoevaluación.................................................................. ...........................................................
215 215 216 217 219 220 221 224
Aplicación 4.
M A N EJA N D O LAS IN ST R U C C IO N ES TÍPIC A S DE LOS dsP IC ....
225
A 4.1. Introducción....................................................................................................................... A4.2. Manejo de instrucciones de salto en ensam blador...................................................... A4.3. Manejo de instrucciones DSP. Inicial ¡¿aciones............................................................ A4.3.1. Otras formas de inicializar los program as..................................................... A utoevaluación..............................................................................................................................
225 225 226 231 232
Aplicación 5.
LEY EN D O Y ESC R IB IEN D O LAS M EM O R IA S FLA SH Y E E P R O M ...........................................................................................................
233
A5.1. Manej ando la memoria de programa FL A SH .............................................................. A5.2. M anejando la memoria de datos EEPR O M ................................................................. Autoevaluación..............................................................................................................................
233 237 241
Aplicación 6.
PR O G R A M A N D O LOS P E R IF É R IC O S CO N VISUAL IN IT IA L IZ E R ......................................................................................................
243
A 6.L Introducción....................................................................................................................... A6.2. Visual Initializer................................................................................................................ A6.3. Controlando el mundo exterior. Puertas de E /S .......................................................... A6.4. M anejo de temporizadores. El semáforo....................................................................... A6.5. M anejo de interrupciones. El semáforo con pulsador................................................ Autoevaluación..............................................................................................................................
243 243 247 250 255 258
A plicación 7.
P E R IF É R IC O S A V A N ZA D O S........................................................................
259
A7.1. Introducción....................................................................................................................... A7.2. El Motor D SP..................................................................................................................... A7.3. Conversor analógico digital............................................................................................ A 7.3.L Descripción del módulo de Conversión Analógico Digital de 12 b its .............................................................................................................
259 259 261 261
CONTENIDO
A7.3.2. Trabajando con el m ódulo................................................................................ A7.4. Comunicaciones U A R T ................................................................................................... A7.5. M ódulo de captura de entrada......................................................................................... A7.6. Módulo de comparación de sa lid a ................................................................................. A7.7. Consideraciones finales.................................................................................................... A utoevaluación..............................................................................................................................
xi
262 266 269 271 274 274
A péndice A.
C O N T E N ID O D EL CD E IN STA LA C IÓ N D E LAS H ER R A M IEN TA S DE T R A B A JO ........................................................................................................ 275
A péndice B.
S O L U C IO N E S A LO S E JE R C IC IO S DE AUTOEVA LU ACIÓ N .........
T e rc e ra p a r te : L aboratorio 0.
281
L A B O R A T O R IO E X P E R IM E N T A L E L SISTEM A DE D ESA R R O LLO P IC S c h o o l......................................
299
L0.1. Introducción....................................................................................................................... L0.2. El fabuloso liPlC School” ................................................................................................ L0.3. Arquitectura de PIC School............................................................................................ L0.3.1. Fuente de alimentación...................................................................................... LO.3.2. El oscilador.......................................................................................................... L0.3.3. Los microcontroladores..................................................................................... LO.3.4. Entradas analógicas........................................................................................... LO.3.5. Entradas digitales............................................................................................... LO.3.6. El generador ló g ico ........................................................................................... LO.3.7. El teclado............................................................................................................. L0.3.8. Salidas digitales.................................................................................................. L0.3.9. Salidas digitales de alta corriente.................................................................... L0.3.10. Interfaz serie RS-232......................................................................................... LO.3.11. Interfaz bus CAN................................................................................................ L0.3.12. Pantalla L C D ....................................................................................................... L0.3.13.Conectores para interfaz R J11 y U S B ............................................................ LO.3.14. Sección de grabación......................................................................................... LOA El módulo dsPIC para la PIC School............................................................................. L0.5. Descripción del software............................................................................................ . L0.5.1. Software W IN PIC 800.......................................................................................
299 300 302 302 303 304 304 305 306 307 309 310 310 312 313 314 315 316 317 318
L aboratorio 1.
L l .l. L1.2. L1.3. L1.4. L1.5.
A P L IC A C IÓ N DE IN ST R U C C IO N E S DSP CO N ENTRADAS Y SA LIDA S D IG ITA LES ..............................................................................
323
O bjetivos............................................................................................................................. Descripción del laboratorio.............................................................................................. Esquema electrónico......................................................................................................... Construcción del program a............................................................................................. Conexión de los periféricos.............................................................................................
323 324 326 326 329
x ii
CONTENIDO
L1.6. Grabación y ejecución...................................................................................................... L1.7. Librería m atem ática..........................................................................................................
L ab o ra to rio 2.
L 2.1. L2.2. L2.3. L2.4. L2.5. L2.6.
M A N EJA N D O A FO N D O L O S T E M P O R IZ A D O R E S D E 32 B IT S ..........................................................................................................
333
O bjetivos............................................................................................................................ Descripción del laboratorio............................................................................ ................ Esquema electrónico............................................. J........................................................... Construcción del program a............................................................................................. Conexión de los periféricos............................................................................................. Grabación y ejecución......................................................................................................
333 333 334 335 340 340
Laboratorio 3.
L3.1. L3.2. L3.3. L3.4. L3.5. L3.6.
OPTIMIZANDO LA CONVERSIÓN ANALÓGICO/DIGITAL DE ALTA PR EC ISIÓ N ....................................................................................
343
O bjetivos............................................................................................................................. Descripción del laboratorio............................................................................................. Esquema electrónico........................................................................................................ Construcción del program a............................................................................................. Conexión de los periféricos............................................................................................. Grabación y ejecución......................................................................................................
343 344 345 346 348 348
L ab o ra to rio 4. L4.1. L4.2. L4.3. L4.4. L4.5. L4.6.
C O M U N IC A C IÓ N EN CRIPTA DA CON E L U SA R T ...........................
351
O bjetivos............................................................................................................................. Descripción del laboratorio............................................................................................. Esquema electrónico......................................................................................................... Construcción del program a............................................................................................. Conexión de los periféricos.............................................................................................. Grabación y ejecución......................................................................................................
351 352 353 353 355 355
L ab o rato rio 5. L5.1. L5.2. L5.3. L5.4. L5.5. L5.6.
330 331
C O N T R O L DE UN M O T O R DE CC M ED IA N TE P W M ...................
359
O bjetivos............................................................................................................................. Descripción del laboratorio............................................................................................. Esquem a electrónico......................................................................................................... Conexión de los periféricos............................................................................................. Creación del program a..................................................................................................... Grabación y ejecución del p ro g ram a.............................................................................
359 360 360 362 362 364
CONTENIDO
L aboratorio 6. L6.1. L6.2. L63 . L6.4. L6.5. L6.6.
D ISEÑ A N D O F IL T R O S .................................................................................
367
O bjetivos............................................................................................................................. Descripción del laboratorio.............................................................................................. Esquema electrónico......................................................................................................... Conexión de los periféricos.............................................................................................. Creación del program a..................................................................................................... Grabación y ejecución del program a.............................................................................
367 367 368 369 369 371
L aboratorio 7.
L7.1. L7.2. L7.3. L7.4. L7.5. L7.6.
G RA B A N D O LA M E M O R IA F L A S H DE PR O G R A M A C O N UN B O O T L O A D E R ..............................................................................
375
O bjetivos............................................................................................................................. Descripción del laboratorio............................................................................................. Esquema electrónico......................................................................................................... Conexión de los periféricos............................................................................................. Construcción del program a.............................................................................................. Grabación y ejecución del program a.............................................................................
375 375 377 377 377 381
L aboratorio 8. L8.1. L8.2. L8.3. L8.4. L8.5. L8.6.
Xlll
M A N EJA N D O A FON D O LA S IN T E R R U P C IO N E S ..........................
385
O bjetivos............................................................................................................................. Descripción del laboratorio.............................................................................................. Esquema electrónico......................................................................................................... Conexión de los periféricos.............................................................................................. Construcción del program a.............................................................................................. Grabación y ejecución del program a.............................................................................
385 385 386 387 387 390
L ab o rato rio 9.
P n .O T A N D O UN FÓ R M U LA 1 ...................................................................
393
O bjetivos............................................................................................................................. Descripción del laboratorio.............................................................................................. Esquema electrónico......................................................................................................... Conexión de los periféricos.............................................................................................. Construcción del program a............................................................................................. Grabación y ejecución del program a.............................................................................
393 394 395 395 396 403
ín d ic e ......................................................................................................................................................
405
L9.1. L9.2. L9.3. L9.4. L9.5. L9.6.
Prólogo
dsPic es un nombre genérico que se utiliza para referirse a los Controladores Digitales de Seña les (DSC) que ha diseñado Microchip Technology Inc. para facilitar a los usuarios de sus microcontroladores PTC la transición al campo de las aplicaciones de los Procesadores Digitales de Se ñales (DSP), que van a propiciar en los próximos años un crecimiento espectacular en áreas como las comunicaciones, los sensores, el procesamiento de la imagen y el sonido, el tratamiento mate mático de señales* los sistemas de alimentación, el control de motores, la electro medicina, los sis temas multimedia, la automoción e Internet. Los DSC son unos dispositivos que combinan la arquitectura y la programación de los microcontroladores PIC de 16 bits con los recursos hardware y software necesarios para soportar las pres taciones fundamentales de los DSP. Microchip ha prestado una gran atención al mantenimiento de la compatibilidad entre sus microcontroladores clásicos y los DSC. El medio centenar aproximado de modelos de DSC que se comercializan en la actualidad se re parten entre dos familias, llamadas dsPIC30F y dsPIC33F. Los autores de este libro, experimentados pedagogos de la Universidad de Deusto, han intenta do construir una herramienta sencilla y eficaz para poner en manos de todos los que conocen y ma nejan los microcontroladores clásicos, y especialmente los PIC, que les permita dominar en el mí nimo tiempo a los dsPlC y así poderse introducir en las nuevas aplicaciones cuyos proyectos son más exigentes y complejos. Por eso han escrito esta obra intentando que fuese la que a ellos les hu biese gustado encontrar cuando comenzaron el estudio de los dsPIC. El contenido se ha estructurado en tres partes: Primera Parte: Arquitectura, funcionam iento y repertorio de instrucciones Segunda Parte: Programación y simulación de aplicaciones Tercera Parte: Laboratorio experimental En la Primera Parte que consta de 12 capítulos se hace una descripción de las características, es tructura y funcionamiento de los bloques principales de la arquitectura del procesador, haciendo én fasis en las partes nuevas que se añaden a los dsPIC como el M otor DSP, las especiales organiza ciones de las memorias, los nuevos modos de direccionamiento, las instrucciones DSP, etc. También se explican los periféricos y el manejo básico del repertorio de instrucciones. Los conceptos teóri cos comprenden a las familias dsPIC30F y dsPIC33F. xv
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PRÓLOGO
El objetivo de la Segunda Parte es adiestrar al lector a programar aplicaciones en Ensamblador y en C empleando únicamente las herramientas software que facilita libremente el fabricante y que pueden encontrarse, al igual que los archivos de los ejercicios, en el CD que incluye este libro. To do el conjunto de trabajos y prácticas que se proponen se desarrollan alrededor del entorno MPLAB IDE y con los programas de ayuda de Microchip, tales como el dsPICWork, VD1, dsPIC FD Lite, etcétera. Esta parte se distribuye en 7 Aplicaciones que van recorriendo desde la instalación y ma nejo de todo el software de desarrollo hasta la descripción detallada de numerosos ejercicios y pro gramas. Al final de cada una de dichas aplicaciones el lector puede comprobar el nivel de asimila ción de los conceptos estudiados a través de varios ejercicios de autoevaluación. Esta parte incluye 2 apéndices en los que el lector encontrará las soluciones a Jos ejercicios de autoevaluación de ca da aplicación y el contenido del CD con las instrucciones de instalación de los programas. La tercera y última parte de la obra, que a los autores les parece la más eficaz e interesante, ofre ce una colección de 9 proyectos de complejidad progresiva en los que desarrolla íntegramente el hardware y el software que los configuran. En todos se usa el dsPIC30F4013 y para su grabación y conexionado con los periféricos que manejan las experiencias se ha escogido el sistema de desarro llo PIC School de Ingeniería de Microsistemas Programados (www.microcontroladorcs.com) dado su excelente diseño técnico, su facilidad de manejo, su flexibilidad, el soporte técnico que lo garan tiza y su bajo precio. Los proyectos que se resuelven son los recomendados para los dsPIC, como el encriptado de datos, el diseño de filtros, el tratamiento matemático, el control de motores, el manejo y procesado de señales con potentes conversores AD, las comunicaciones con diversos protocolos, el gobierno de pantallas LCD, la simulación de un bólido de Fórmula 1, etc. Los programas de todas estas experiencias se desarrollan en Ensamblador y en C y se incluyen en el CD. Microchip nos ha brindado toda la información y colaboración que hemos precisado y muy es pecialmente D. Juan Gutiérrez desde la sede central en Chandler (Arizona). También el Sr. Bustamante de Sagitron nos ha aclarado y enseñado m uchos conceptos y peculiaridades. La ayuda de D. Mikel Echevarría de Ingeniería de M icrosistemas Programados ha sido valiosísim a para la puesta a punto de los proyectos realizados sobre la PIC School. Desde la empresa Biltron nos han ayudado a encontrar todos los componentes que hemos necesitado. Los excelentes alumnos de las asignaturas de Arquitectura e Ingeniería de Computadores y de Arquitectura de Computadores de la Facultad de Ingeniería ESI DE de la Universidad de Deusto nos han servido para probar y co rregir la estructura y el contenido del libro y nos han ayudado a revisar algunos tem as y mejorar esquemas, figuras y fotos de varios capítulos. También agradecemos la aportación de Francisco Bcnach que es el creador del software libre WinPICSOO que se emplea en la PIC School. Los autores se han esforzado en crear el libro que a ellos les hubiese gustado encontrar cuando comenzaron el estudio y manejo de los dsPIC.
Marcas registradas El nombre y logo de M icrochip, dsPIC, PIC, PICmicro, PICSTART, PICMASTER, PRO MATE y MPLAB son marcas registradas p or Microchip Technology Incorporated en EE. UU. y otros países. dsPICDEM , dsPIC.net, ICSP.Tn-Circuit Serial Programming (Programación Serie En Circuito), ICEPIC, MPASM, MPLIB, MPL1NK, MPSIM, PICC, PlCkit, PIC DEM y PICDEM .net son marcas registradas p or Microchip Technology Incorporated en EE. UU. y otros países. Determinados materiales e informaciones contenidos en esta obra y en el CD que le acompaña han sido reproducidos con el permiso de Microchip Technology Incorporated. No se pueden reprodu cir ni reeditar dichos materiales sin el previo consentimiento escrito de Microchip Technology Inc. Las restantes m arcas, logos y productos m encionados en este libro están registrados p o r sus respect i vos propietarios.
Primera parte Arquitectura, funcionamiento y repertorio de instrucciones
Capítulo 1 .
EL M U N D O DE LOS DSP.............................................................................................. 3
Capítulo 2.
CONTROLADORES DIGITALES DE SEÑALES (DSC)........................................
17
Capítulo 3.
ARQUITECTURA DE LA CPU................................................................................
39
Capítulo 4.
EL C A M IN O DE DATOS.......................................................................................
49
Anexo.
M ANIPULACIÓN DE DATOS EN EL MOTOR DSP........................................
60
Capítulo 5.
MODELO DEL PROCESADOR PARA EL PROGRAMADOR............................
65
Capítulo 6.
LA MEMORIA DE DATOS.....................................................................................
73
Capítulo 7.
LA MEMORIA DE PROGRAMA............................................................................
83
Capítulo 8.
INTERRUPCIONES Y EXCEPCIONES..................................................................
93
Capítulo 9.
CARACTERÍSTICAS DE LAS INSTRUCCIONES Y M ODOS DE DIRECCIO NAM IENTO ...................................................................................... 109
Capítulo 10.
EL REPERTORIO DE INSTRUCCIONES. INSTRUCCIONES M C U .................... 119
Capítulo 11.
LAS INSTRUCCIONES DSP..................................................................................... 139
Capítulo 12.
PERIFÉRICOS Y RECURSOS INTEGRADOS.......................................................... 151
1.1. EL PROCESAMIENTO DIGITAL DE SEÑALES
El mundo que nos rodea está caracterizado por contar con un gran número de señales analógicas o continuas que varían entre un valor mínimo y otro máximo pasando por infinitos valores. La tem peratura, la luz, la presión atmosférica, la humedad relativa y la concentración de C 0 2 en el aire son algunos ejemplos de magnitudes analógicas típicas en nuestro entorno. El correcto tratamiento de estas señales tiene una gran importancia para el control de procesos y dispositivos. Hasta mediados del siglo XX se utilizaron recursos y técnicas analógicas, cuyo esquema fundamental se muestra en la Figura'1.1. Las enormes expectativas de aplicación en el manejo de esas señales en un futuro in mediato ha desembocado en una optimización de las técnicas y recursos para su tratamiento.
' EN TRAD A
O
V l ---------------- ^ SEÑAL a n a ló g ic a
.7 SALIDA
v:;> .
^
SISTEMA DE PROCESAMIENTO ANALÓGICO
< ] ACTUADOR
SENSOR
Ié M Figura 1 .1 .
SEÑAL ‘ ANALÓGICA-
m
í
En una fase inicial se utilizaron técnicas y dispositivos analógicos para el tratamiento de las señales.
En el esquema de la Figura 1.1 el sensor de entrada es el encargado de medir el valor instantá neo de la señal a procesar, como podría ser la temperatura. El sistema de procesamiento analógico recibe dicha señal y la manipula para transformarla en otra del mismo tipo que se aplica a un actuador, que podría ser una válvula que regula el paso de combustible a una caldera. Cuando aumenta la temperatura, disminuye la señal analógica de salida que se aplica a la válvula para reducir el pa so de combustible e intentar mantener el valor de la señal de entrada. En este caso, el sistema de pro cesamiento de la señal está compuesto por dispositivos y circuitos analógicos.
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dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
Desde que en 1971 Intel comercializó el primer microprocesador, las posibilidades y ventajas del procesamiento digital se incrementaron de forma exponencial. Un microprocesador es la pane más compleja e importante de un computador digital. En nuestros días, existe una gran variedad de cir cuitos integrados con millones de transistores y otros elementos repartidos en pocos mm^ de silicio que configuran potentísimos computadores digitales a un coste asequible. (Figura 1.2.)
Figura 1.2.
Los microprocesadorcs actuales contienen decenas de millones de transistores alcan zando elevadas cotas de rendimiento en el procesamiento digital.
Los avances tecnológicos en microelectrónica, así como el desarrollo de métodos matemáticos eficientes facilitó el análisis y tratamiento de las señales continuas. Así, la serie básica de Fourier es una extraordinaria herramienta para el procesamiento de señales periódicas, mientras que la Trans formada de Fourier lo es para las señales aperiódicas. Con la Transformada Discreta de Fourier (DFT) y la Transformada Rápida de Fourier (FFT) se consiguió reducir drásticamente el número de multiplicaciones necesarias en los cálculos, lo que unido a la aplicación de la Transformada de Laplace y especialmente su evolución a la Transformada Z constituyeron excelentes métodos mate máticos muy propicios para su resolución mediante potentes computadores digitales. Así comienza una nueva etapa en el mundo del tratamiento de señales, la del procesamiento di gital de las señales. Se puede definir un procesador digital de señales o DSP como un procesador monochip diseñado para resolver un conjunto de operaciones matemáticas sobre una señal continua o analógica expresada digitalmente como corresponde al sistema representado en la Figura l .3. Este procesador de señales se ha convertido en una de las más poderosas herramientas tecnológicas en las que se sustentarán la ciencia y la ingeniería del siglo XXI. El diseño de procesadores digitales orien tados a soportar los algoritmos matemáticos para el análisis y tratamiento de las señales continuas en tiempo real supuso la utilización de los mismos en sistemas de procesado de señales.
SALIDA
ENTRADA
> SENSOR
Figura 1.3.
DIGITAL
—
SEÑAL D IGITAL
DIGITAL
;
•:! C D A
■
SEÑAL ANALÓGICA
■ - 0 ACTUADOR
El procesamiento digital de señales básicamente se descompone en tres etapas: la conversión de la señal analógica en digital (CAO), el procesamiento de Ja señal digital y, finalmente, la conversión de la señal procesada a una forma analógica (CDA).
EL M U N D O DE LOS DSP
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En el esquema de la Figura 1.3 existe un Conversor de Analógico a Digital delante del procesa dor digital y otro Conversor de Digital a Analógico detrás. El inconveniente de incluir los conversores AD y DA queda compensado por las innumerables ventajas que aporta el procesamiento di gital de las señales respecto al procesamiento analógico. Se citan las ventajas más relevantes. ■■
•
1á La información digital se almacena y se transfiere con seguridad y rapidez posibilitando la realización de cálculos matemáticos complejos con gran exactitud y mínimo tiempo. 2 * La tolerancia de los componentes activos y pasivos que conforman los circuitos electrónicos ana lógicos (resistenpias, condensadores, transistores, etc.) unida a la variación de sus valores y de su comportamiento ante las condiciones ambientales externas y su edad, suponen una grave falta de precisión que afecta ai funcionamiento general de dichos circuitos. Estas alteraciones contrastan con la exactitud de los resultados obtenidos en los procesadores digitales que dependen exclusi vamente del programa ejecutado. 3 a La modificación de un parámetro o una operación en un circuito electrónico analógico supone el rediseño completo del mismo, mientras que esta misma situación se resuelve rápidamente en el procesamiento digital alterando el programa y manteniendo intacto el equipo físico. 4.a El menor coste y volumen que caracterizan los sistemas digitales son otros factores clave en su uti lización.
...........................•> :
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Un claro ejemplo de procesamiento digital de señales en nuestro entorno es el tratamiento de la señal de sonido captada por un micrófono, el cual queda ilustrado en la Figura 1.4.
Figura 1.4.
El micrófono transforma en una señal analógica las presiones acústicas de la voz. Dicha señal se aplica a un CAD, cuya salida se trata en un procesador digital do señales según el algoritmo implementado en el programa con el fin de eliminar ruido de la señal obte nida del micrófono. El resultado de este procesamiento se aplica a un CDA para obtener de nuevo una señal analógica que se reproduce en un altavoz.
No obstante, existen situaciones en las que el requerimiento de trabajar en tiempo real impide la aplicación del procesamiento digital debido a los retardos de los conversores, a la distorsión produ cida en la toma de muestras y a la exigencia de gran precisión en los cálculos. Debido a que en ta les casos hay que generar una respuesta a gran velocidad, se opta por utilizar sistemas analógicos pa ra el procesamiento de señales.
1.1.1. Muestreo de las señales analógicas
El sistema típico de aplicación de un DSP dispone de un sensor como entrada que capta una señal analógica correspondiente a la magnitud a tratar. Dicha señal analógica se muestrea para ir pasando
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dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
estas muestras a un Conversor Analógico Digital (CAD) que las convierte a un formato digital pa ra introducirlas al procesador. Una vez obtenidos los resultados digitales, nuevamente se convierten los mismos en una señal analógica (CDA) de salida que puede transformarse de nuevo en una mag nitud física por medio de un actuador. (Figura 1.5.)
CAPTURA Y MANTENIMIENTO
SALIDA SEÑAL D IG IT A L
CDA
SEÑAL . A N A L Ó G IC A 1
ACTUADOR
MUESTREO
Figura 1.5.
Esquema general p o r bloques de un sistema de procesamiento digital de señales.
La señal analógica generada por el sensor se muestrea mediante un circuito de Captura y M an tenimiento o Sample-and-Hold (S&H) que va tomando cada cierto tiempo (t) una muestra que car ga y mantiene su valor en el condensador mientras el CAD realiza su conversión a digital. El tiem po entre cada muestra se denomina período de muestreo (TM=1/Frecuencia de muestrea). Un gran inconveniente del proceso de muestreo de la señal analógica es la pérdida de información entre muestras. (Figura 1.6.)
AMPLITUD
AMPLITUD MUESTRAS
TIEMPO
Figura 1.6.
Muestreo de una señal analógica. La señal analógica inicial se convierte en muestras dis cretas tomadas cada cierto tiempo(t) en el circuito S&H.
La frecuencia de muestreo es el número de muestras que se realizan por segundo. Cuanto mayor sea esta frecuencia, más parecido será el resultado obtenido a la señal original. Para representar con precisión una señal analógica, el Teorema de Muestreo (Nyquist-Shannon) establece que la fre cuencia de muestreo debe ser igual o mayor que dos veces la máxima componente de frecuencia de la señal original {ancho de banda de la señal a muestrear), según la fórmula: Fmuestreo ^ 2 * Fmáx.. Tanto el CAD como el procesador digital deben disponer del tiempo suficiente entre cada dos muestras para llevar a cabo las labores que tienen asignadas. Muy frecuentemente el procesa miento de las señales digitales exige la aplicación de las transformadas de Fourier y Laplace, las cuales hacen un uso intensivo de la función “suma de productos” (LCi • F(x)). Por esta razón, los procesadores especializados en trabajar en el cam po de las señales deben disponer de un conjunto
EL M U N D O DE LOS DSP
7
de instrucciones muy potentes y rápidas, siendo la multiplicación la operación más importante que deben soportar de form a óptima, ya que en caso contrario, supondría un verdadero cuello de bote lla en el cálculo de la mayoría de los algoritmos. Existen varias formas de medir la velocidad de un procesador digital de señales, aunque el pa rámetro de medida más usual es el tiempo de ciclo de instrucción, que es el tiempo necesario para ejecutar la instrucción más rápida del procesador. Su inverso dividido por un millón da lugar al ren dimiento del procesador en millones de instrucciones por segundo o MIPS.
1.2. DSP. D E FIN IC IÓ N Y CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES
Recibe el nombre de DSP (Procesador Digital de Señales) un circuito integrado que contiene un pro cesador digital y un conjunto de recursos complementarios capaces de manejar digitalmente las se ñales analógicas del mundo real, como los sonidos y las imágenes. A principios de la década de los 80 del siglo pasado ya se comercializaban varios modelos de DSP, siendo pioneros los fabricantes Texas Instruments, NEC e Intel. En la actualidad Texas Ins truments mantiene el liderazgo en el mercado de DSP, fabricando modelos cada vez más potentes para acoplarse a las aplicaciones más complejas y cambiantes. Los DSP pueden asemejarse a los clásicos microcontroladores, pero incorporando arquitecturas y recursos especiales para poder controlar de form a óptima los requerimientos específicos y los al goritmos manejados en el procesamiento digital de señales analógicas. Se destacan las siguientes prestaciones de los DSP:
a) Las procesadores preferentemente son RISC; con un reducido juego de instrucciones que se eje cutan, generalmente, en un solo ciclo. b) Utilizan la arquitectura Harvard y disponen de dos memorias independientes, una dedicada a con tener las instrucciones y otra los datos, posibilitando el acceso simultáneo a ambas informaciones. Además, la memoria de datos suele dividirse en dos espacios independientes que aportan el ac ceso paralelo. (Figura 1.7.) c) Disponen de recursos físicos complejos para soportar las operaciones específicas de los algorit mos DSP. Son imprescindibles un multiplicador rápido y un flexible registro de desplazamiento. Una operación DSP típica es la de *multiplicar y acumular" ( x = a ■b + x) y que la suele implementar ¡a instrucción de nemónico MAC, ejecutándose en un solo ciclo. Se realizan varios accesos a memoria en un solo ciclo, para que el procesador pueda buscar una instrucción mientras reali za la búsqueda de operandos y/o almacena el resultado de la instrucción anterior. Esto es posible gracias a que fa memoria de datos se divide en dos partes para posibilitar el acceso simultáneo de datos d) El repertorio de instrucciones contiene algunas específicas para resolver los algoritmos matemáti cos habituales en el procesamiento de señales. e) Los modos de direccionamiento son muy sofisticados, ya que localizan los datos y almacenan los resultados de forma óptima para los algoritmos empleados. f) Disponen de un conjunto de interrupciones muy amplio y veloz, con niveles de prioridad. g) En el DSP se integran numerosos recursos y periféricos que minimizan el tamaño y simplifican el diseño del sistema. h) Poseen módulos para el control y optimización del consumo de energía.
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dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
Figura 1.7.
La arquitectura Harvard dispone de buses independientes para instrucciones y datos.
1.3. M ICROCONTROLADORES Y DSP
Los microcontroladores clásicos, denominados de forma resumida MCU, son circuitos integrados que contienen un procesador digital completo junto a diversos periféricos auxiliares que facilitan el desarrollo de las aplicaciones a las que se dedican. Su parecido con los DSP es muy grande, pero las diferencias que los distinguen hacen que sus campos de aplicación sean diferentes. De forma resum ida puede decirse que los DSP son microcontroladores dotados de los recursos físicos y lógicos necesarios para poder soportar las aplicaciones específicas del procesamiento di gital de señales. Las instrucciones aritméticas complejas de los M CU se ejecutan en varios ciclos, mientras que las de los DSP sólo precisan uno. En los DSP siempre se dispone de conversores AD rápidos y pre cisos. Dado el carácter marcadamente matemático de los programas para DSP, éstos están prepara dos para ser programados con lenguajes de alto nivel, como el C. La velocidad y el rendimiento de los DSP son muy superiores a los habituales en los MCU. En el momento que la expansión de las aplicaciones de los MCU ha alcanzado cotas extraordi narias y se fabrica un sin fin de productos y sistemas que llevan embebidos uno o varios, el nivel científico y los avances tecnológicos han logrado fabricar DSP que añaden al MCU los recursos ne cesarios para soportar el procesamiento digital de las señales y cubrir así todo el cam po de posibi lidades y aplicaciones que envuelve. (Figura 1.8.)
Figura 1.8.
Fotografía de un m icrocontrolador convencional o M CU a la izquierda y de un DSP a la derecha. Detrás del parecido de ambos dispositivos existen diferencias que les orien tan hacia aplicaciones diferentes.
EL M U N D O DE LOS DSP
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Al analizar el comportamiento del MCU se espera que ejecute la secuencia de instrucciones tal como la especifica el programa, siendo las interrupciones la única causa que puede apartarle de La misma. Su funcionamiento es claramente previsible y su actuación determinística. Por el con trario, en muchas aplicaciones con DSP los resultados son consecuencia inmediata del flujo de da ros que suministra la señal muestreada y la ejecución es dependiente de los datos obtenidos en nempo real.
1.4. DSP Y DSC
La empresa Microchip Technology Inc.® ocupa el prim er puesto en el ranking mundial de microcontroladores de 8 bits desde el año 2003; sus modelos son conocidos popularmente con el nombre genérico de PIC®. Tras el exitoso lanzamiento de las familias de microcontroladorcs de 16 bits -IC24FXXX y PTC24HXXX, los usuarios necesitan nuevos dispositivos que soporten funciones de procesamiento digital de señales para atender las nuevas tendencias del mercado orientadas al au mento de la conectividad por Internet, las mejoras relacionadas con la imagen y el sonido, el con trol de motores, etc. Las aplicaciones modernas mezclan las funciones típicas MCU con las de procesamiento digide señales (DSP). Esta situación ha im pulsado a M icrochip a fabricar un circuito híbrido NICU/DSP, cuyo manejo es similar a los clásicos microcontroladores pero que incluye las principa les prestaciones de los DSP. Así ha nacido el Controlador Digital de Señales, abreviadamente DSC® (Digital Signal Controller), que reúne las características de un microcontrolador PIC de 16 bits y las de un DSP de gama baja. En base a este controlador digital de señales, M icrochip consi gue reunir lo mejor de ambos mundos, marcando el comienzo de una nueva era en el mercado de controladores. (Figura 1.9.)
—
LU
----------► PRECIO
Figura 1.9.
Los controladores digitales de señales (DSC) comparten áreas de aplicación de los M CU de 32 bits y DSP.
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dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
La primera generación de DSC, denominada dsPIC30F, constituyó un intento por parte de Microchip de facilitar el acercamiento al mundo del procesamiento digital de señales a sus usuarios de MCU de 8 y 16 bits. Con esta intención se ha mantenido el entorno de la arquitectura y juego de ins trucciones de los MCU tradicionales, pero añadiendo la funcionalidad y los principales requisitos de los DSP, para facilitar la transición a sus clientes habituales. Posteriormente, la segunda generación de DSC, llamada dsPIC33F, ha potenciado las capacidades, el número de periféricos y el rendi miento, permitiendo acceder a campos de aplicación más complejos.
1.5. MERCADO Y APLICACIONES
Las ventas de DSP en el mercado mundial crecen a un ritmo aproximado al 30 por lü ü anual, ocu pando el prim er puesto del escalafón el fabricante Texas Instruments que consigue casi la mitad de las ventas totales. En la Figura 1.10 se muestra la distribución porcentual de las ventas de DSP en el mundo, según EE Times durante el año 2004. TEXAS INSTRUMENTS
OTROS FABRICANTES
FREESCALE S E M IC O N D U C T O R S
PHILIPS SEMICONDUCTOR AGERE SYSTEMS
ANALOG DEVICES
Figura 1.10. Distribución porcentual de las ventas mundiales de DSP en 2004.
En el año 2005 se alcanzó un total de 1,3 billones de unidades DSP vendidas, lo que supone un volumen de ventas de 7,8 billones de dólares, que se incrementará notablemente en un futuro in mediato. El sector de las comunicaciones será el principal responsable de este crecimiento. La cuota en volumen de ventas de los sectores más importantes en el mercado DSP fue de 6,4 billones de dólares en el sector de comunicaciones, 414 millones de dólares en el de computadores y 312 millones de dólares en el sector del automóvil, según IC InSights durante el año 2005. En cuanto a la distribución de las aplicaciones de DSP en el mercado global, Forward Concepta las ha dividido en seis secciones (2004). (Figura 1.11.) En lo que respecta a la fabricación de DSP sobresale Asia que abarca un 52 por 100, destacan do China, Taiwán y Corea del Sur. Seguidamente Europa posee una cuota del 20 por 100 del total y luego se sitúan Japón y Estados Unidos con un 17,3 por 100 y 10,7 por 100, respectivamente. Esta dos Unidos está a la cabeza en lo que se refiere a consumo de DSP. Dentro de los campos de aplicación de los D SP destacan las Telecomunicaciones, la M ultime dia y el Control de Motores. Esto incluye una am plia variedad de soluciones como la mejora de
EL M U N D O DE LOS DSP
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«TECNOLOGÍA INALÁMBRICA 71,4 ■ GRAN CONSUMO 8,4 MULTIPROPÓSITO 7 ■TECNOLOGÍA NO INALÁMBRICA 5,7 COMPONENTES Y PERIFÉRICOS 4,7 ■AUTOMOCIÓN 2,8
Figura 1.11. Distribución porcentual del mercado en las aplicaciones en las que están presentes los DSP.
imágenes, el reconocimiento y la generación de voz, la compresión de datos para el almacena miento y transmisión, etc. A continuación se describen algunas aplicaciones concretas en las que se pueden encontrar DSP como dispositivos imprescindibles de las mismas.
GRAN C O N S U M O ¡ i ' ; : - ! El uso cada vez más extendido de DSP en aplicaciones portátiles como la telefonía celular hace que el consumo de energía sea un factor a tener muy en cuenta en el momento de decidirse por un DSP u olro. Otros productos de consumo con DSP son televisores, radios, reproductores de música digital, reproductores de -CD, órganos y sintetizadores musicales, frigoríficos, lavadoras y equipos de aire acondicionado.
M E D IC IN A
Aparatos como los equipos destinados a la monitorización de pacientes, MNR, scanner, electrocar diogramas.. electroencefalogramas y tomografías, han logrado que sus imágenes sean mostradas con mucho más detalle que las técnicas convencionales gracias a los DSP, permitiendo un diagnóstico y tratamiento significativamente mejor. Hay otros aparatos destinados al diagnóstico asistido, las ecografías y la resonancia magnética, que pueden proporcionar información acerca de la fisiología y del flujo de sangre a través de las arterias.
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dsPIC DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
INDUSTRIA
Él DSP ha revolucionado áreas como la exploración petrolera, minera, submarina y espacial, el control de motores, la instrumentación y la robótica. (Figura 1.12.)
Figura 1.12. La placa de la fotografía corresponde a un radar para tiburones y contiene un DSP ADSP-TS2105 cuya función es optim izar su detección.
CONTROL DE MOTORES
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El control de motores es un campo al que los fabricantes de DSP se están dedicando ampliamente ya que al estar presentes en casi todos los procesos industriales el desarrollo de módulos de control de po tencia es una inversión segura. De este modo se emplean DSP en sistemas como controladores de mo tores, inversores de potencia, controladores de posición, impresoras y fotocopiadoras, compresores de alta potencia, etc. Los DSP presentan excelentes características debido a su potencia en el cálculo nu mérico, permitiendo implementar controles de velocidad, de sistemas de energía magnetizante, de fac tor de potencia y otros, con niveles de eficiencia nunca alcanzados anteriormente.
•
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A U T O M O C IÓ N
La introducción de DSP en esta área ha supuesto un incremento de las prestaciones de los automóvi les. Se aplican en los activadores de airbag, sistemas de chequeo, control de velocidad de crucero, suspensión activa, control del motor, ordenador de a bordo, ABS y control de la combustión. General Motors, por ejemplo, utiliza un DSP en su sistema de rastreo de automóviles aprovechando la red glo bal de satélites GPS para establecer su ubicación precisa.
EL M U N D O DE LOS DSP
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MILITAR
El sonar, el radar, el piloto automático y el guiado automático de misiles son algunos de los ejemplos de la utilización DSP en el ámbito militar.
TELECOMUNICACIONES
El DSP ha revolucionado la industria de las telecomunicaciones en muchas áreas como la generación y detección de tonos, filtrado para eliminar el ruido de la linea eléctrica, multiplexado, compresión, con trol de eco, etc. y en productos como son los teléfonos móviles e inalámbricos, módems, emisoras, vi deoconferencia, GPS, PDA, cámaras digitales, fax, RDSI, redes de sensores, receptores DRM y encriptadores de datos entre muchos otros. Utilizando un teléfono móvil en una habitación ruidosa, muy poco de ese ruido Jlegará a la persona que esté al otro lado del teléfono, ya que el DSP emplea com plejos algoritmos matemáticos que realzan la diferencia entre el ruido de fondo y la voz del usuario.
Figura 1.13. Cámara estabilizador de imagen con GPS para helicópteros. El cometido del DSP es gra bar las imágenes absorbiendo la vibración del helicóptero además de disponer de un complejo sistema CPS incorporado.
Figura 1.14. Receptor de DRM. El receptor está basado en DSP y puede conectarse directamente a un PC para visualizar los parámetros de la emisión. Tiene la posibilidad do recibir texto, imágenes y hasta pequeños videoclips ju n to con la señal de audio.
14
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
Figura 1.15. La emisora de la fotografía contiene un DSP cuya función es eliminar la interferencia de señales de emisoras adyacentes y reducir al mínimo la distorsión de sonido causada por una mala recepción.
IM A G E N Y S O N ID O
EÍDSP puede realizar muchas funciones importantes durante el procesado del sonido y las imágenes. Permite añadir ecos, soportar la visión artificial, ef reconocimiento de patrones, la compresión/des compresión de imágenes, el reconocimiento y la generación de audio, la cancelación de ruido, la can celación de eco, el encriptado y la síntesis de voz.
Figura 1.16. Dskc.am. Cámara c.on TCP/IP Ethernet, que gracias a un DSP soporta la videoconferencia, el reconocimiento de imágenes, además de disponer de filtros y compresión.
EL M U N D O DF LOS DSP
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Figura 1.17. M ó d ulo de vídeo "5¡g DM 642 m ultichannel". Soporta diversos formatos de. vídeo y codifica y decodifica vídeo. Tiene un DSP que perm ite convertir las señales de vídeo y audio analógicas en archivos digitales con calidad de vídeo DVD.
Figura 1.18. Placa PCI. Contiene un DSP y capacidades de grabación y reproducción a gran calidad.
CAPÍTULO
2 } ■
I
Controladores Digitales de Señales (DSC) "
*' ■■ :;.' ? v/*, .v "
2.1. EL CONCEPTO DSC
Mkrrochip ha unido toda la potencia y posibilidades de sus microcontroladores de 16 bits (MCU) ; x i las prestaciones más interesantes de los DSP para fabricar un nuevo circuito integrado denom i n o DSC, que intenta ser una respuesta eficaz a las necesidades de las modernas aplicaciones que : >mbinan las funciones típicas de los microcontroladores con las del procesamiento digital de ser¿Ies de los DSP. Dada la similitud del DSC con los MCU en cuanto arquitectura y repertorio de instrucciones, los _' _arios dé las familias de microcontroladores PÍC no encuentran dificultades para introducirse en ei fabuloso campo del procesamiento digital de señales.
- D S C esiríuy parecido a un microcontrolador MCU de 16 bits en cuanto a la arquitectura, repertorio ce instrucciones y precio, pero con el rendimiento y las prestaciones de un DSP.
Estos dispositivos se caracterizan por alcanzar un rendimiento de 40 MIPS e integrar memoria FLASH de alta calidad junto a novedosos recursos hardware, apoyándose en herramientas de desa rrollo muy fáciles de manejar y manteniendo la compatibilidad de los diversos modelos con encap azados de diferente patillaje. (Figura 2.1.)
cebrado en estados y e.ec>jción predociblc Uso intensivo de interrupciones í3a¡e coí'.e Menwria FLASH Periféricos robuetc>3 -•se frecuente de Ht-il para programas grandes
^igura 2.1.
Variedad de periféricos Rendimiento DSP ¡ntecrupaones avanzadas Memoria FLASH robus« Encapsu’ados con pocas patitas Optimizado para «enguaje C Manejo parecido a MCU
Flujo centrado en datos Contrarios a interrupciones Orientado ai rendimiento Uso de memona FLASH Periféricos brollados Poco frecuente uso de HLL
Los DSC reúnen lo mejor de los mundos M C U y DSP. 17
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dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DF APLICACIONES
Los DSC se comercializan en la actualidad en diferentes dispositivos agrupados en dos familias:
1.a Familia dsPIC30F 2.“ Familia dsPIC33F
2.2. CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LOS DSPIC30F
Inicialmenle M icrochip fabricó la familia dsPIC30F de la que se ofrece en la tabla de la Figura 2.2 sus características más destacables.
\
RECU RSO Memoria de Programa FLASH
12K b- 1 4 4 Kb
Memoria de Datos RAM
512 Bytes - 8 Kb
Memoria de Datos EEPROM Patillaje
de Encapsulado
1Kb - 4 Kb 18 - 80 patitas
Temporizadores de 16 bils
Hasta 5
M ódulo de Captura
Hasta 8 entradas
M ódulo Comparador / PVVM
Hasta 8 salidas
M ódulo PVVM de Control de Motores
De 6 a 8
Conversor A/D de 10 bits
500 kbps, hasta 1f> canales
Conversor A /D de 12 bits
100 kbps, hasta 16 canales
UART
1 -2
SPI™ (ñ —16 bits)
i2c 1M
Figura 2.2.
R A N G O DE VALORES
1-2 1 M ódulo
QEI
1
Interfaz CODEC
1
CAN
1-2
Tabla que presenta las características más importantes de la familia dsPIC30F.
El voltaje de alimentación admite un rango com prendido entre 2,5 y 5,5 VDC. Se tolera una temperatura interna entre -4 0 ° y 85° C y una externa entre -4 0 ° y 125° C. El rendim iento alcanza los 30 MIPS cuando el voltaje de alimentación tiene un valor entre 4,5 y 5,5 VDC. En cuanto a la arquitectura de la CPU los dsPIC 30F se sustentan en un núcleo RISC con ar quitectura Harvard mejorada. Actuando como soporte central de información existe un banco de 16 registros de 16 bits cada uno; se dispone de un bus de datos de 16 líneas y otro de instruccio nes de 24. Para potenciar la velocidad de las operaciones aritm éticas com plejas existe un “M o tor DSP” que contiene un m ultiplicador hardw are rápido de 17 x 17 bits, dos acum uladores de 40 bits y un robusto registro de desplazamiento. La memoria de programa, tipo FLA SH, puede al canzar un tam año de 4 M instrucciones de 24 bits cada una, aunque actualm ente sólo hay m ode los con una capacidad máxima de 256 K bytes. La memoria de datos SRAM puede alcanzar 32 K posiciones de 16 bits, aunque en los modelos actuales sólo se llega a la mitad. La memoria de datos se divide en dos espacios, X e Y, que pueden ser accedidos sim ultáneam ente en las opera ciones m atem áticas DSP. Toda esta estructura adm ite operaciones M CU y operaciones DSP con
CONTROLADORES DIGITALES DE SEÑALES (DSC)
19
repertorio de 84 instrucciones, la m ayoría de 24 bits de longitud y ejecutables en un ciclo de instrucción. (Figura 2.3.) jü
Figura 2.3.
Arquitectura básica de ia CPU de los dsPICJOF.
Las secciones M CU y DSP cooperan en el funcionamiento general y comparten el flujo de insrucciones de los DSC. Los recursos específicos del M otor DSP, además de soportar las operacio nes DSP, permiten implementar nuevas y potentes instrucciones MCU. Para reducir el tiempo de ejecución de algunas instrucciones DSP la memoria de datos SRAM se divide en dos espacios X e Y que pueden ser accedidos a la vez. Otra característica im portante en los dsPTC30F es la de admitir hasta 45 fuentes distintas de petición de interrupción con 7 niveles de prioridad, de las cuales 5 son externas. Hay modelos dsPIC30F que disponen de hasta 54 patitas de E/S programables y con otras funciones multiplexadas con un consum o de 25 mA cada una. Los dispositivos dsPIC.33F como disponen de más periféricos también admiten más causas de interrupción. Se puede encontrar una gran variedad de periféricos en la familia dsPIC30F como temporizadores. conversores AD, módulos de captura y comparación, módulos PWM para el control de moto res, módulos de comunicación PC, SPI, CAN, UART, DCT, etc. Los dsPIC33F además contienen un Controlador de DMA. También disponen de potentes herramientas para la gestión del sistema (Perro Guardián, Moni:?t de fallo de reloj, temporizadores para la estabilización del voltaje de alimentación y la frecuen t a . etc.), así como dispositivos para controlar el consumo de energía (modos de bajo consumo Idie y Sleep, detección de voltaje bajo, etc.). En la tabla de la Figura 2.4 se presenta una comparativa sobre el rendimiento de diversas fami lias de MCU de varios fabricantes según los programas de prueba sobre análisis de frecuencia de instrucciones de EEM BC Automotive. En el gráfico de la Figura 2.5 se compara la reducción en el tamaño del código con lenguaje C que generan los dsPIC30F frente al de otros competidores según los benchmark de EEM BC Automotive.
20
dsPIC DISFÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
FAM ILIA M CU
C IC L O IN S TR U C C IÓ N (M Hz)
INFINEON MICROCHIP II M O TO R O IA HITACHI INFINEON ST MICRO MITSUBISHI MOTOROLA
Figura 2.4.
XC161/166 dsPO O F 320LF240X 56F8ÖX H8S/26XX C16x ST10F269 M 16 C MC9S12D
C IC L O S POR IN STR U C C IÓ N 1-6 1 -2 1-4 1-8 1 -7 2 -4 1-8
40 30 40 40 33 25 20 20 25
1-8 2 -6
MIPS 29 28 21 19 15 12 9 9 6
Tabla de diversos fabricantes sobre algunos de sus modelos M CU usando los programas de prueba basados en el análisis de frecuencia de instrucciones de EEMBC Automotive. 221%
100%
Figura 2.5.
Se muestra ¡a reducción del código en lenguaje C que supone el uso de los dsPIC30F fren te a otros según los benchmark de EEMBC Automotive para un tamaño de 50 Kbytes.
2.3. LOS MODELOS DE LA FAMILIA DSPIC30F
M icrochip ha clasificado a los 19 modelos de la familia dsP!C30F que actualmente fabrica y co mercializa en tres categorías atendiendo a su aplicación más apropiada. 1: Dispositivos dsPIC30F de proposito general. 2 a Dispositivos dsPIC30F para el control de sensores. 3 ° Dispositivos dsPIC30F para el control de motores y sistemas de alimentación.
2.3.1 Dispositivos dsPIC30F de propósito general
Este grupo consta de 8 modelos diferentes que se orientan especialmente a las aplicaciones avanzadas de MCU de 16 bits embebidos y para las de audio que precisen interfaces CODEC. (Figura 2.6.)
.
M O D ELO
FLASH M Ó D U LO A/D PATITAS M EMORIA SRAM EEPROM TIMER M Ó D U LO INTERFAZ C Ó D IG O PATITAS 12-BIT UART SPI™ r e ™ CAN COM PARADO R E/S PROGRAMA BYTES BYTES 16-BITS CAPTURA CO D EC EN CAPSULADO PWM STANDAR 100KBPS (MÁX) KBYTES 24
2048
1024
3
2
2
-
13 ch
2
2
i
-
30
P,PT,ML
dsPIC 30F4013
40/44
48
2048
1024
5
4
4
AC97, |2S
13ch
2
2
i
1
30
P,PT,ML
dsPIC 30F5011
64
66
4096
1024
5
8
8
AC97, |2S
16 ch
2
2
i
2
52
PTC
dsPIC 30F6011
64
132
6144
2048
5
8
8
-
16 ch
2
2
i
2
52
PF PT
64
144
8192
4096
5
8
8
AC97, |2S
16 ch
2
2
i
2
52
PF I5T
80
66
4096
1024
5
8
8
AC97, |2s
16ch
2
2
i ' : 2
68
PT
80
132
6144
2048
5
8
8
-
16 ch
2
2
i
2
68
PF PT
8
8
AC97, |2S
16 ch
2
2
i
2
68
PF PT
dsPIC 30F60122 dsPIC 30F6012A dsPIC 30F5013 dsPIC 30F6013 dsPIC 30F6013A
....
dsPIC 30F6Ü14 dsPIC 30F6014A
Figura 2.6.
90
144
8192
4096
5
Principales características de los 8 modelos que componen el conjunto de dispositivos dsPIC30F de propósito general.
DIGITALES DE SEÑALES (DSC)
40/44
CONTROLADORES
dsPIC 30F3014
21
22
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DF APLICACIONES
2.3.1. Dispositivos dsPIC30F para el control de sensores
CÓDIGO ENCAPSULADO
Esta subfamilia consta de 4 modelos y se orienta a resolver aplicaciones embebidas que requieran altas prestaciones y bajo coste, razón por la que sólo disponen de encapsulados de 18 y 28 patitas. (Figura 2.7.)
i o O iCC ó ✓ ) ce C_- < O T C T !
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CÑ r8 u. 3 W D
CONTROLADORES DIGITALES DE SEÑALES (DSC)
23
Nlicrochip es un suministrador cualificado y homologado de los más importantes fabricantes de automovilística, en la que muchas aplicaciones exigen funcionamiento con amplios ranfCN de temperatura y ciclos de vida muy largos. La combinación del conversor AD de 12 bits con los periféricos de comunicación y la gestión ¿ d consumo de energía hacen a estos 4 modelos ideales para la construcción de módulos basados es censores inteligentes. Pretensores de cinturones, airbags, controladores de ignición, cancelación é d ruido en el habitáculo, sensores de ocupantes, etc., son algunas de las aplicaciones de estos dispositivos. il industria
I_3.3. Dispositivos dsPIC30F para el control de motores y sistemas de alimentación
_ s 7 modelos que componen esta categoría se dedican a las aplicaciones de control de motores, tacomo los de inducción de fase simple o trifásicos y los de corriente continua. También son muy ^ ro p iad o s para la gestión de los sistemas de alimentación ininterrumpibles, conversores, módulos pira la corrección del factor de potencia, etc. (Figura 2.8.) Estos modelos de DSC se utilizan en sistemas destinados a calefacción, ventilación, lavadoras, ire n u ra industrial de puertas, control de estabilidad, medición del caudal de agua y consumo de ¿ectricidad, sistemas de seguridad, etc. M icrochip recom ienda el modelo dsPIC30F5015 para el control de motores paso a paso, el ^ ?IC 3 0 F 2 0 1 0 para su aplicación en los motores de corriente continua y el control de veloci¿hi. Para los m otores de inducción de corriente alterna recom ienda los modelos dsP IC 30F3011, is?IC 30F5015 y dsPIC30F6010.
2.4. ENCAPSULADOS Y DIAGRAMAS DE CONEXIONES
Con la finalidad de soportar todo tipo de diseños y necesidades los modelos dsPIC 30F están «©capsulados desde 18 hasta 80 patitas, algunos con doble hilera de patitas, tipo PDÍP y SPDIP SOIC. O tros están preparados para el m ontaje superficial com o los tipos T Q FP y QFN. Figura 2.9.) La nomenclatura de los dsPIC30F formada por números y letras expresan las especificaciones particulares y su significado se describe en la Figura 2.10. El diagrama de conexiones para los miembros de esta familia lo ha diseñado Microchip para prop d a r l a migración hacia modelos superiores y con más patitas, para lo cual ha mantenido la máxicompatibilidad en su posición. Se ha favorecido la compatibilidad del “pinout” o distribución del rciiilaje de los PIC M CU con los PTC DSC, también la de las instrucciones, la de las herramientas je desarrollo y la de las patitas de E/S correspondientes a los periféricos de los dos tipos de PTC, cox l c se refleja en la Figura 2.11. En la Figura 2.12 se muestran los diagramas de conexiones de los modelos dsPIC30F5013 y ^ ?IC 30F 6014, que coinciden, y el del dsPlC30F6013. Los dos prim eros disponen de inteifaz CODEC y el otro no lo tiene. La mayoría de las patitas de ambos diagramas de conexión soportan varias funciones, pero la : : mpatibilidad en su posición es total y sólo las patitas 1, 78, 79 y 80 difieren en los diagramas de te Figura 2.12, que asumen las patitas de E/S que necesita el CODEC en el diagrama correspon dente a los modelos que lo contienen. En la tabla de la Figura 2.13 se describe el símbolo, el significado y la dirección de las patitas ~ is representativas en los dsPIC30F.
24 dsPIC DISEÑO
M O D ELO
re ™
CAN
PATITAS E/S (MÁX)
CÓD. ENCAPS.
t i«
! !
28
12
512
1024
3
4
2
6ch
6ch
SI
1
1
1
-
20
dsPÌC 30F3Ò10
28
24
1024
1024
5
4
2
6ch
6ch
SI
1
1
1
-
20
SP,SO
dsPIC 30F4012
28
48
2048
1024
5
4
2
6ch
6c:h
SI
1
1
1
1
20
SP,SO
dsPIC 30F3011
40/44
24
1024
1024
5
4
4
6ch
9ch
SI
2
1
1
-
30
lJ,PT,ML
dsPIC 30F4011
40/44
48
2048
1024
5
4
8
6ch
9ch
SI
2
1
1
1
30
P/PT#ML
dsPIC 30F5015
64
66
2048
1024
5
4
4
8ch
16ch
SI
1
2
1
1
52
PT
80
144
8192
4096
5
8
8
8ch
16ch
SI
2
2
1
2
68
¡ dsPIC 30F6015
64
144
8192
4096
5
8
8
8ch
16ch
SI
2
2
1
2
52
PF
dsPIC 30F5016
80
66
2048
1024
5
4
4
8ch
16ch
SI
1
2
1
1
68
PT
dsPIC 30F6010 dsPIC 30F6010A
i---------------------
Figura 2.8.
Características más significativas de los modelos dsPIC30F para el control de motores y sistemas de alimentación.
PF PT
DE APLICACIONES
dsPIC 30F2010
SCP.SOG, MMG
PRÁCTICO
M ÓD. ; ■ A/D C O D IF IC . DE MEM. SRAM EEPROM TIMER M ÓD. COMP. CON TR. UART SPI™ 10-BIT PATITAS C U A D RA TU R A PWM M OTOR. PROGR. BYTES BYTES 16-BITS CAPT. 500 KBPS ' ESTÁND. KBYTES FLASH
CONTROLADORES DIGITALES DE SEÑALES (DSC)
25
m MM{G): 28-pin QFN 15 m n x 6 mm * 0 .9 mm)
ML: 44-pin QFN (S n w x $
>¡ (J.9 mm)
PT(G): 64-pln TQFP
P: 1‘8-pirv PDIP
(10 mm x 10 mm x i
(22 « 1 * 7 . 5 5 * 0.3 mm>
M ic r o c h ip SO: 18-pin SOIC
PF: 64-p¡n TQFP
( l t . 5 3 * 1 0 .3 4 x ? 31 nvn)
<1¿ mm x 1 4 m n x l mm)
P: 40-pin PUIP 152.27 x 1 5 .2 4 x 3.S1 m
SP(G): 28-p/n SPDIP
S0(G): 28-pin SOIC
PT: 44-pin TQFP
( M . tfT >. 7 .3 7 >: 3 .3 mm)
{1 7 .3 3 x 1 0 .3 4 x 2 .3 1 mm)
( i o miíi x 1 0 rjvr. x 1 nvml
figura 2.9.
PT: 80-pin TQFP ¡J.2 m u x 1 2 nim x i mm)
PF: 80-pin TQFP (14 irm «. 1 4 n w x i min)
Modelos de encapsulado de la familia dsPIC30F.
Figura 2.10. Campos en que se descompone la nomenclatura de la familia dsPIC30F y significado de cada uno de ellos. También es aplicable a los dsPIC33F d sP IC *D S C
PIC* MCU
/O T i'.V Ä V W « «
TMR
¿
TMR I — 5
CCP
1C
oc
UART
TMR
T— 0 I
OC
::
SPI™
■« » X
■■
F^ura 2.11. M icrochip ha potenciado la com patibilidad de las líneas de E/S de los periféricos de los PIC M C U con la de los dsPIC DSC.
26
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
2n3
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!EMUci/sasc
COFS/RGÍ5
I £MUDl*SOSC*CNt/RC13
T2CK/RC1 C U
I EM UC2OC1«D0
T3CK/RC2
| IC4/R011 | C3/RD10
T4CWRC3 T5CK/RC4
I IC2/RD9
SCK2/CN&RG6
11C1/RD8
S012/CN9.RG?
| INT4.'RAí5
SDQ2'CH*0tRG8
I IK T i'R A '.á
MCLR SS2/CN11XIG9 VSS
| VÍ2
d sP lC 3 0 F 6 0 1 4
I OSC2.‘C!.Kí>RC15 I OSCUCUO
V oo
H ] vdo
INT1AA12
|SCL»RG2
!NT2iRA13
| SOA/RG3
AN$>CN7.«35
I BHUC3/SCK1/lWT
AN4/CN&R84 AN3.CN&«33
| SOI1.«F7
AJGímTí.VDIWCN4.«S2
| B.1UD3jSOO; jRF8 I U1IW RF2 I U1D0RF3
PGOEMUOANVCN3.B31 P G D EM U D Am 'C N 2fl3G d
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EMUDVSOSC»‘CNtíRC13
T2C W R C I I
E M U C 2 O C 1 .R 0 0 T3C K/RG 2 d
ICÍ/RD11 IC3/RD10
T 4C K /R C 3 C Z 73C K /R C 4 d SCK2>CN8.
IC2íRDS>
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IC í.R D S
SOI2>CNa«G7 d 83 d
S D O Z 'C N -.g'R G S d
Vss
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dsPlC30F6013
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OSC2/CIKG/RC1S OSC1.CLXI
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EMUC3-SCK1/1N7IVRFB
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SDI1JRF7
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P G G E M U C /A M I/C N iR B '- d PíjtMEMUCl¡AM&lCN2>RB0
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Figura 2.12.
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S z z z z py
El diagrama de conexiones correspondiente a los modelos dsPIC30F5013 y dsPIC30F6014 sóío se diferencia del dsPIC30F6013 en las patitas 1, 78, 79 y 80 que soportan las funciones del CODEC que poseen sólo los primeros.
CONTROLADORES DIGITALES DE SEÑALES (DSC)
NOM BRE D E LAS PATITAS
D IR EC C IÓ N
D ESCRIPCIÓ N
KAn
E/S
PATITAS DE E/S DIGITAL l ) H A PUERTA A
RBn
E/S
PATITAS DE E/S DIGITAL DE LA PUERTA B
RCn
E/S
PATITAS DE E/S DIGITAL DE LA PUERTA C
RDn
E/S
PATITAS DE E/S DIGITAL DE LA PUERTA D
RFn
E/S
PATITAS DE E/S DIGITAL DE LA PUERTA F
RCn
E/S
PATITAS DE E/S DIGITAL DE LA PUERTA G
V lJ!)
ALIMENTACIÓN
VOLTAJE POSITIVO PARA LÓ G IG \ Y E/S
y ss
.
A V dd
ALIMENTACIÓN
' TIERRA PARA LÓGICA Y E/S
ALIMENTACIÓN
VOLTAJE POSITIVO PARA M Ó D U LO ANALÓG ICO
AVss
ALIMENTACIÓN
TIERRA PARA M Ó D U l O ANALÓG ICO
•v«r-
ALIMENTACIÓN
ENTRADA VOLTAJE REFERENCIA + ANALÓGICO
VREf
ALIMENTACIÓN
ENTRADA VOLTAJE REFERENCIA - ANALÓGICO
INTn
E
INTERRUPCIÓN EXTERNA n
AÑn
E
CANALES ANALÓGICOS DE ENTRADA
■CLK1/CLK0
E/S
CNn
í
ENTRADA/SALIDA RELOJ EXTERNO ENTRADAS DE NOTIFICACIÓN DE CAMBIO
COFS - CSCK - CSDI - CSDO
E/S
PATITAS PARA INTERFAZ DE CONVERSIÓN DE DATOS
C1RX - CTTX - C2RX - C2TX
E/S
PATITAS DE RECEPCIÓN/TRANSMISIÓN DE CAN I Y CAN2
EMUxx
E/S
PATITAS PARA EL CANAL DE COM UNICACIÓN ICD
ICn
E
ENTRADAS DEL M Ó D U LO DF CAPTURA
OSCI - OSC2
E/S
ENTRADA/SALIDA DEL OSCILADOR DE CRISTAL
s o s a - SOSC2
E/S
ENTRADA/SALIDA OSCILADOR 32KHz BAJA POTENCIA
OCFA - OCF8
E
ENTRADAS A - B FALTA COMPARADOR
OCn
s
CANALES DE SALIDA DEL COMPARADOR
PCD - PGC
E/S
PATITAS PARA PROGRAMACIÓN SERIE
TnCK
E
ENTRADA RELOJ EXTERNO TIMER n
U1RX - U'ITX - U2RX - U2TX
E/S
RECEPCIÓN/TRANSMISIÓN UAR11 Y UART2
E/S
PATITAS PARA M Ó DULOS SPI1 Y SPI2
SS1 -SS2 -SCK1 - SCK2 - SDII SDI2 -S D 0 1 - S D 0 2
27
Frgura 2.13. Símbolo, dirección y descripción de las patitas más significativas de los encapsulados de los dsPIC30F.
1 3 . LA F A M IL IA dsPIC33F D voltaje de alimentación admite un rango comprendido entre 2 y 3,6 VDC. El rango de temperañ a s idéntico a los dsPIC30F. El rendimiento máximo alcanza los 40 MIPS cuando el voltaje de ali mentación tiene un valor de 3,3 VDC. (Figura 2.14.) Los aspectos más destacables que incorporan los dsPIC33F son la ampliación en el número de p a a s de E/S, la capacidad de la memoria FLASH que alcanza 256 KB, se mantienen los periféri cos, la disponibilidad del doble de interrupciones, SRAM de hasta 30 KB. No disponen de memon a EEPROM. Tienen un nuevo modo de bajo consumo DOZE y un nuevo Controlador DMA de 8 canales, que serve para no utilizar a la CPU en la transferencia de datos entre periféricos y la memoria.
28
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
RECURSO
R A N G O DE VALORES
Memoria de Programa FLASH
Hasta 256 KB
Memoria de Datos RAM
Hasta 30 KB
Memoria de Dalos EEPROM
No Dispone
Temporizadores de 16 bits
Hasta 9
M ódulo de Captura
Hasta 8 entradas
M ódulo Comparador / PWM
Hasta 8 salidas
Conversor A/D de 10 bits
2.2 Mbps, hasta 32 canales
Conversor A/D de 12 bits
1Mbps, hasta 32 canales
UART
Hasta 2 módulos
SP1™ ( 8 - 1 6 bits)
Hasta 2 módulos
i2crM QEI
Figura 2.14.
Hasta 2 módulos
1
Interfaz CODEC
1
CAN
Hasta 2 módulos
Tabla que presenta las características más importantes de la familia dsPIC33F.
En el modo DOZE todos los osciladores funcionan, pero a muy poca frecuencia, reduciendo de esta forma el consumo.
2.5.1. Modelos de la familia dsPIC33F
M icrochip ha clasificado a los 27 modelos de la familia dsPIC33F que actualmente fabrica y co mercializa en dos categorías atendiendo a su aplicación más apropiada.
1a Dispositivos dsPIC33F de propósito general. 2.a Dispositivos dsPlC33F para el control de motores y sistemas de alimentación.
2.5.2. Dispositivos dsPIC33F de propósito general
Los dsPIC33F de propósito general son ideales para una amplia gama de avanzadas de MCU de 16 bits embebidos y en concreto, las variantes con interfaces CODEC son idóneas para aplicaciones de tratamiento de la voz y audio. Este grupo está formado por 15 modelos diferentes. (Figura 2.15.)
2.5.3. Dispositivos dsPIC33F de control de motores y sistemas de alimentación
La categoría de control de motores ofrece una gran variedad de aplicaciones relacionadas con el go bierno de motores, como los de inducción, de fase simple o trifásicos y los de corriente continua. También son muy apropiados para la gestión de los sistemas de alimentación ininterrumpibles, conversores, módulos para la corrección del factor de potencia, telecomunicaciones u otro equipa miento industrial. Este grupo está formado por 12 modelos diferentes. (Figura 2.16.)
M O D ELO
ds.PI G3 3 FJ64G P2 06
PATITAS
64
FLASH M EM ORIA
M ÓD. SRAM
PROGRAM A KBYTES KBYTES 64
8
CDM A Ch#
TIM ER
M ÓD .
16-BITS CAPT.
COM P. PWM
CO D EC INTERF.
ESTÁND. 8
9
8
8
1
A/D 10-BIT
UART
sp|TM
r c rM CAN
500KBPS IADC,18ch,1S/H
PATITAS E/S (MÁX)
2
*
CÓD. ENCAPS.
-
53
PT
-
53
PT
dsPIC33FJ64GP306
64
64
16
8
9
8
8
1
1ADC,18ch,1S/H
2
2
' •" -i 2
: dsPIC33 FJ64GP706
64
64
16
8
9
8
8
1
2ADC,18ch,2S/H
2
2
2
2
53
PT
dsPIC33Fjl 28GP206
64
128
8
8
9
8
8
1
1ADC,18ch,1S/H
2
2
2
-
53
PT
dsPIC33FJ128GP306
64
128
16
8
9
8
8
1
1ADC,18ch,1S/H
2
2
2
-
53
PT
dsPIC33FJ128GP706
64
128
16
8
9
8
8
2ADC,18ch,2S/H
2
2
2
2
53
PT
dsPIC33FJ256GP506
64
256
16
8
9
8
8
1
1 ADC,18ch,1 S/H
2
2
2
1
53
dsPIC3 3 FJ64C P708
80
64
16
8
9
8
8
1
2ADC,18cli,2S/H
2
2
2
2
69
PT
dsPIC33FJ128GP708
80
128
16
8
9
8
8
1
2ADC,18ch,2S/H
2
2
2
2
69
PT
dsPIC33 FJ64G P310
100
64
16
8
9
8
8
1
1ADC,18ch,1S/H
2
2
2
85
PT,PF
dsPIC33FJ64GP710
100
64
16
8
9
8
8
1
2ADC,18ch,2$/H
2
2
2
2
85
PT^PF
dsPIC33 FJ128GP310
100
128
16
8
9
8
8
1
1ADC,18ch,1S/H
2
2
2
-
85
PT, PF
dsPIC33FJ 128GP710
100
128
16
8
9
8
8
1
2ADC/18chr2S/H
2
2
2
2
85
PT,PF
dsPIC33FJ256GP510
100
256
16
8
9
8
8
1
1ADC,18ch,15/H
2
2
2
1
85
PT,PF
dsPIC33FJ256GP710
100
256
30
8
9
8
8
1
2ADC,18ch;2S/H
2
2
2
2
85
PT,PF
■
— 1,—
Figura 2.15. Principales características de los 15 modelos que componen los dsPIC33í de propósito general.
-
i
30
M O D ELO
KBYTES
M ÓD. CO N TR. CO D IF. COMP. M OTOR PWM CUA D RATURA PWM ESTÁND.
A/D 10-BIT 1.1 MBPS
UART SPI™ |2C ™ CAN
PATITAS CÓD. E/S ENCAPS. (MÁX)
64
64
8
8
9
8
8
8ch
SI
1A/D,16Ch,4S/H
2
2
2
1
53
PT
dsPIC33FJ64GP306
64
64
16
8
9
8
8
8ch
SI
2À/D,16Ch,8S/l 1
2
2
2
1
53
PT
dsPIC33FJ64GP706
64
128
8
8
9
8
8
8ch
SI
1A/D,16Ch,4S/H
2
2
2
1
53
PT
ds.PIC33 FJ128GP206
64
128
16
8
9
8
8
8ch
SI
2A/D,16Ch,8S/H
2
2
2
1
53
PT
dsPIC33FJ I28GP306
80
64
8
8
9
8
8
8ch
SI
IA/D,18Ch,4S/H
2
2
2
1
69
PT
dsPIC33FJ128GP706
80
128
16
8
9
8
8
8ch
SI
2A/D,18Ch,8S/H
2
2
2
1
69
PT
dsPIC33FJ256GP506
100
64
8
8
9
8
8
8ch
SI
1A/D,24Ch,4S/H
2
2
2
1
85
PT, PF
dsPIC33FJ64GP708
100
64
16
8
9
8
8
8ch
SI
2A/D,24Ch,8S/H
2
2
2
2
85
PT ,PF
dsPIC33FJ128GP708
100
128
8
8
9
8
8
8ch
SI
1A/D,24Ch,4S/H
2
2
2
1
85
PT, PF
dsPIC33 FJ64GP310
100
128
16
8
9
8
8
8ch
SI
2A/D,24Ch,8S/H
2
2
2
2
85
PT, PF
dsPIC33FJ64GP710
100
256
16
8
9
8
8
8ch
SI
1A/D,16Ch,4S/H
2
2
2
1
85
PT, PF
dsPIC33 FJ128GP310
100
256
i 20
8
9
8
8ch
SI
2A/D,24Ch,8S/H
2
2
2
85
PT, PF
Figura 2.16.
1
8
2
Principales características do los 12 modelos que componen los dsPIC33F de control de motores y sistemas de alimentación.
DE APLICACIONES
ds Pl 0 . 3 FJ64 G¡P2 0 6
PRÁCTICO
MEM. RAM CD M A TIMER M ÓD. PATITAS Ch# 16-BITS CAPT. PRO GR. KB
dsPIC. DISEÑO
FLASH
CONTROLADORES DIGITALES DE SEÑALES (DSC)
31
Diferencias entre dsPIC30F y dsPIC33F A pesar de ser muy similares, existen algunas diferencias apreciables entre ambos DSC. El rango de voltajes soportado por cada uno es diferente, así como el voltaje óptimo para su mejor rendimiento. Les dsPTC30F tienen como tensión nominal 5VDC y los dsPIC33F 3.3VDC. También difieren en las patas de E/S y la memoria FLASH que alcanza 144 KB en los 30F y 256 KB en los 33F. Los 33F ;.3iecen de EEPROM , pero su SRAM puede llegar a 30 KB, mientras que en los 30F no superan los ' KB. Finalmente, los dsPIC33F disponen del doble de interrupciones y un Controlador de DMA. En la tabla de la Figura 2.17 se representan las principales diferencias existentes entre las fami^ del dsP!C30F y dsPlC33F:
dsPIC33F 26 modelos disponibles
27 modelos disponibles Controlador de D M A (8 canales)
5 temporizadores
Modos de trabajo con baja energía : 1. IDLE 2.SLEEP
9 temporizadores Modos de trabajo con baja energía : 1. IDLE 2. SLEEP 3. DOZE (modo de frecuencia más bajá)
Alimentación de 2 a 5,5 V
Alimentación de 2 a 3,6 V
Rendimiento: 30MIPS a 4,5 o 5,5 V
Rendimiento: 40MIPS a 3,3 V
Pocos vectores de interrupción {62)
Muchos vectores de interrupción (118)
Mem oria EEPROM
-
Mem oria f LASH de 144 KB
Memoria FLASH de 256 KB
Mem oria SRAM de 8 KB
Memoria SRAM de 30 KB
Abundantes periféricos
Más periféricos
Frgura 2.17. Diferencias destacables entre las familias dsPIC30F y dsPIC33F.
2.6. HERRAMIENTAS DE DESARROLLO SOFTWARE
rara mantener la continuidad a los diseñadores con PIC MCU y facilitar su transición a los DSC, Microchip proporciona un paquete de herramientas software para estos últimos muy sim ilar a las utilizadas con los microcontroladores clásicos. Todo el software se cimienta en el conocido entorno integrado MPLAB IDE, que consiste en un sistema lógico gratuito con un Ensamblador MPLAB ASM30, un simulador software S1M30, un compilador de C, MPLAB C30, y el ínicializador Gráfico de Programas MPLAB VDI. (Figura 2.18.) l a mayor parte de estas herramientas pueden recogerse libremente desde el sitio de Microchip en internet. El MPLAB IDE gestiona todas las etapas del diseño software de un proyecto y se adapta a las herramientas hardware de Microchip y otras segundas fuentes. Corre en sistemas operativos W in dows XP, 2000, Me, 98SE y NT.
32
dsPIC DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
Para el desarrollo y análisis de algoritmos D SP se dispone de la herramienta dsPICworks™ que entre sus posibilidades es capaz de diseñar filtros, generar señales, proporciona operaciones para procesar señales aritméticas y digitales, tiene capacidad de mostrar y cuantificar elementos de una, dos y tres dimensionales. Una extensa oferta de librerías, muchas gratuitas, están a disposición de los usuarios para facili tar el diseño de proyectos, tales como los que soportan algoritmos DSP, de reconocimiento de voz, driver para periféricos, CAN, protocolo TCP/IP, MODEM embebidos, etc.
Figura 2.18. Ventana del programa MPLAB VDf que presta una gran ayuda en la fase de inicialización de los programas con DSC, al aportar un entorno gráfico para Ja configuración de los recursos que intervienen.
2.7. HERRAMIENTAS DE DESARROLLO HARDWARE La arquitectura abierta de los productos de M icrochip y su generosa política comercial han conse guido inundar el mercado de interesantísimas herramientas hardware y software de segundas fuen tes que optimizan el desarrollo de las aplicaciones con los productos de este fabricante. En la foto grafía de la F igura 2.19 se m uestra el program ador universal de PIC y dsPIC denom inado P IC ’Burner de la empresa Ingeniería de Micros is temas Programados S. L. Una herramienta muy eficaz de M icrochip es el Programador y Depurador en Circuito MPLAB 1CD-2 que además de grabar diversos microcontroladores y dsPIC depura el código desarrollado en Ensamblador o C. (Figura 2.20.) M icrochip com ercializa un programador profesional denominado MPLAB PM3 y el Emulador en Circuito MPLAB ICE 4000. Para agilizar el entrenamiento y aprendizaje de los usuarios en el manejo de los dsPIC, M icro chip ha desarrollado un conjunto de tarjetas específicas para desarrollar proyectos en áreas como el control de motores, la conectividad, etc. (Figura 2.21.)
CONTROLADORES DIGITALES DE SEÑALES (DSC)
33
Figura 2.19. Fotografía del programador universal de PIC y dsPIC, de bajo precio, fabricado por Ingeniería de Microsistemas Programados S.L.
Figura 2.20. Fotografía del MPLAB IC.D-2 que es capaz de grabar y depurar en circuito los modelos dsPIC
Figura 2.21. Fotografía de una tarjeta de entrenamiento fabricada por M icrochip.
34
cJsPIC DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
2.8. APLICACIONES RECOMENDADAS
El fabricante ha clasificado en 6 áreas las posibles aplicaciones de los DSC. A) • • • • • • • • •
CONTROL D E MOTORES
Bombas industriales. Lavadoras y aspiradoras. Equipos de gimnasia. Tensores de cinturones de seguridad. Calefacción, ventilación y aire acondicionado. Refrigeración. Herramientas eléctricas. Apertura de puertas. Control de estabilidad.
Figura 2.22. Los pretensores de cinturones de seguridad son una aplicación recomendada para los dsPIC.. Cortesía de Citroën.
B) CONTROL D E SENSORES • • • • • • • • •
Sensores de torsión. D epresión. De vibraciones. De golpes. De lluvia. De fallos en la red eléctrica. De rotura de cristales. Sensores químicos y de gases. Detección PIR avanzada 2-D.
CONTROLADORES DIGITALES DE SEÑALES (DSC)
35
r:^ura 2.23. El sensor de seguridad de la figura posee un DSP efue le permite incluso distinguir a una persona de una mascota. Cortesía de SmartHome.
C) AUTOM OCIÓN • • • • • • • • •
Control de potencia. Control de estabilidad y balanceo. Caja de cambios y embrague electrónico. Dirección hidráulica asistida eléctricamente. Cancelación de ruido en el habitáculo. Airbag. Control de ignición. Sensor de presencia de ocupantes. Control del combustible.
Figura 2.24.
D) • • + • • •
El airbag es una aplicación recomendada para los dsPIC. en automoción. Cortesía de Volvo.
CONECTIVIDA D EN INTERNET
M onitorización remota. Contadores automáticos de agua y gas. Instrumentación médica remota. Sistemas de seguridad. Máquinas expendedoras. Diagnóstico industrial remoto.
36
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
Figura 2.25. Los dsPIC tienen un vasto campo de aplicación y control por Internet de las máquinas ex pendedoras. Imagen cortesía de ATM Inc..
E) AUDIO • • • • • • • • •
Reconocimiento de voz. Altavoces telefónicos. Redes distribuidas de megafonía. Efectos especiales en instrumentos musicales. Cancelación de ruidos. Reproducción de sonido digital. Auriculares para la eliminación de ruidos. Puertos de comunicación para manos libres. M icrófono activado por la voz.
Figura 2.26. Los aparatos de audio para la reproducción digital del sonido son productos en los que se utilizan DSP. Cortesía de BENQ.
CONTROLADORES DIGITALES DE SEÑALES (DSC)
37
F, GESTIÓN YM ONITO RIZACIÓ N DE SISTEM AS D E AUM ENTACIÓ N • • • • • • • • •
Convertidores AC-DC. Convertidores DC-AC. Fuentes de alimentación ininterrumpibles (UPS). Inversores. Vehículos eléctricos. Corrección del factor de potencia. Monitorización de la alimentación en servidores. Gestión de la alimentación y ahorro de consumo. Detección de fallos.
Figura 2.27. Las fuentes de alimentación ininterrumpibles (UPS) constituyen un campo de aplicación m uy interesante para los dsPIC. Cortesía de Craftsmans Electric.
CAPÍTULO
Arquitectura de la CPU
3.1. DESCRIPCIÓN DEL DIAGRAMA POR BLOQUES
En la Figura 3.1 se presenta el diagrama por bloques correspondiente a la arquitectura inlema del modelo dsPlC3ÜF6010 que se le puede considerar uno de los más representativos. Encapsulado con SO patitas en formato TQ FP dispone de casi todos los recursos posibles y cualquier otro componente de la familia contendrá sólo una parte de los elementos del mencionado dispositivo. El diagrama de Figura 3.1 puede dividirse en 6 bloques principales:
1 ° Memoria de datos. 2 ° Memoria de programa. 3.° Camino de datos. 4.° Puertas de E/S muitifunción. 5.° Periféricos diversos. 6° Recursos para la gestión del sistema y de la energía.
La memoria de datos RAM (SDRAM) se estructura en dos espacios, llamados X e Y, que per miten acceso simultáneo y que pueden alcanzar hasta 8 KB de capacidad en el modelo dsPIC30F, siendo el tamaño de todas sus posiciones de 16 bits. También existe una memoria de datos no volá til de tipo EEPROM. En los 33F no hay EEPROM pero la SRAM puede alcanzar 30KB. Para una instrucción del tipo MCU (no DSP) los espacios X e Y se convierten en un solo espa cio lineal. Las instrucciones se alojan en la memoria de programa de tipo FLASH cuyas posiciones tienen un tamaño de 24 bits, igual que el de la mayoría de las instrucciones. La memoria de instrucciones del modelo dsPIC33F es algo más rápida que la del dsPTC30F. La memoria FLASH de los 33F tra baja a 3,3 V, con el inconveniente de que sólo puede ser escrita y borrada 1000 veces (Endurance). La memoria de programa puede alcanzar 144 KB como máximo. El Camino de Datos donde se ejecutan las instrucciones y se procesan los datos se basa en un banco de 16 registros de trabajo (W) de 16 bits de longitud cada uno, que alim entan una ALU 39
40
dsPIC DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
Figura 3.1.
Diagrama p o r bloques correspondiente a la arquitectura interna d el dispositivo dsPJC30F6010, considerado como uno de los más completos y representativos.
ARQUITECTURA DE LA CPU
41
- pica de MCU, un M otor DSP que sirve para realizar las operaciones DSP de 40 bits y una uni dad de división. Las 7 puertas que agrupan las líneas de E/S para la comunicación con el exterior (PUERTA A, PUERTA B, PUERTA C, PUERTA D, PUERTA E, PUERTA F y PUERTA Q) se caracterizan por a p o rta r varias funciones multiplexadas. En cuanto a periféricos y recursos auxiliares contenidos en d dsP!C30F6010 abarcan a todos los posibles en la familia: Conversor AD, Módulo de Captura, Módulo de Comparación, PWM para el control de motores, Codificador de Cuadratura, Módulos de comunicación (UART, SPI, I2C y CAN), Osciladores, Perro Guardián, etc. También existen recur sos complementarios para el manejo de la energía y la tensión de alimentación.
3.2. LAS MEMORIAS
Bajo una arquitectura Harvard mejorada la CPU soporta un potente repertorio de instrucciones, la mayoría de 24 bits de longitud y algunas que realizan operaciones específicas DSP. El dircccionarniento de la memoria de programa corre a cargo del Contador de Programa que consta de 23 bits, iliendo siempre cero el de menos peso e ignorándose el de más peso, con lo que se puede direc::onar un espacio máximo de 4 millones de palabras de instrucción de 24 bits.
0X0001
0X 0000
M EMC^'A CERCANA
S<0
0X 07FE
0X07FF
0X 0800
MAX
ESPACIO V
64 KB.
NO IM P L E M E N T A D O
NUNCA IMPLEMENTADO
0XFFFE
Figura 3.2.
Memoria de datos de los dsPIC.
42
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
El espacio máximo que puede alcanzar la memoria de datos es de 64 KB o 32 K palabras de 16
bits. El dsP!C30F6010 dispone de una memoria de datos de 8 KB que se distribuye en dos espacios llamados X e Y, que funcionan de forma independiente al tener sus propias Unidades de Generación de Direcciones (AGU). La mayoría de las instrucciones tipo MCU operan sólo con la AGUX, que combina los espacios X e Y en uno solo unificado. Sin embargo, algunas instrucciones como la MAC (Multiplicar y Acumular), tipo DSP, dividen el espacio de la memoria de datos en dos espa cios X e Y independientes, que posibilitan el acceso simultáneo en lectura y la reducción del tiem po de ejecución de algunas instrucciones. Una característica especial de los dsPIC es su capacidad de guardar datos en la memoria de pro grama, existiendo dos métodos para acceder a ellos.
' a) Los 32 KB superiores del espacio de la memoria de datos pueden mapearse en la mitad inferior >'-W del espacio de la memoria de programa como 16 K palabras de 24 bits cada una. Sólo se puede acceder a los 16 bits de menos peso de cada palabra de instrucción. A esta posiblidad se le de nomina PSV (Visibilidad del Espacio de Programa). b) También existe la posibilidad de acceder indirectamente al espacio de la memoria de programa utilizando un registro de trabajo y las instrucciones especiales de lectura y escritura de Tabla.
VECTCft RESET
T A B L A V E C T O R E S IN TER R U P C IO N
M E M O R IA U SU AR IO
(2M B)
T A B L A A L T E R N A T IV A V E C T O R E S DE IN TER R U P C IO N
M E M O R IA P R O G R A M A F LA SH
M E M O R IA OF D A T O S E E PR O M
7FF F F E
aocooR E G IS T R O S C O N F IG U R A C IÓ N . M E M O R IA C O N F IG U R AC IÓ N (2M SÌ
-------—-------------------- 1--------:
■
__________ ____ R E G IS T R O S ID EN T IF IC A C IÓ N
Figura 3.3.
Memoria de instrucciones de los dsPIC.
Para el direccionamiento de los datos se pueden utilizar los modos clásicos de todos los proce sadores: Inmediato, Inherente, Directo, Relativo, Registro Directo, Registro Indirecto y Registro de
ARQUITECTURA DE LA CPU
43
Desplazamiento. Además, los espacios X e Y permiten el modo de direccionamiento modular o cir cular y sólo el espacio X soporta el de inversión de acarreo o bit reverse, ambos muy interesantes para la rápida implementación de los algoritmos DSP. Hay bastantes instrucciones en el repertorio que son capaces en un ciclo de instrucción de leer un dato de la memoria de datos, leer un registro del banco de registros, escribir un dalo en la me moria y leer la memoria de instrucciones, lo que posibilita que existan instrucciones que manejen tres operandos (C = A + B) y se ejecuten en un ciclo de instrucción. 3.3. EL C A M IN O DE DATOS
Para combinar las funciones aritméticas de una potente MCU de 16 bits con las específicas de un DSP se cuenta con los siguientes recursos: banco de 16 registros de trabajo W de 16 bits cada uno, ALU para MCU, M otor DSP y una unidad para la división. (Figura 3.4.)
Figura 3.4.
Esquema del Camino de Datos.
La ALU de 16 bits interviene en las operaciones aritméticas propias de las instrucciones MCU. El M otor DSP contiene un multiplicador rápido de 17 x 17 bits, dos Acumuladores A y B de 40 bits cada uno, un Sumador/Restador de 40 bits y un potente Registro de Desplazamiento de 40 bits b¡direccional. Con los recursos comentados, una instrucción DSP, como la MAC, puede leer de la me moria dos operandos simultáneamente, mientras que multiplica dos registros W en un solo ciclo. Una parte muy importante del Motor DSP es el banco de registros de 16 bits cada uno. Se llama banco de registros de trabajo y cada uno tiene una función concreta como se puede ver en la tabla de la Figura 3.5.
44
dsPIC. DISFÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
Figura 3.5.
R egistros
D e scrip ció n
WO
Registro de trabajo por defecto (VVRFG).
W0-YV3
Registros usados para contener resultados de las operaciones DIV y MUL.
W4-W7
Registros utilizados para guardar operandos de las instrucciones MAC.
W8-W9
Registros usados para direccionar operandos de la instrucción MAC en el espacio X.
VV9-VV10
Registros usados para direccionar operandos de la instrucción MAC en el espacio Y.
W 12
Offset de las instrucciones MAC.
W 13
Registro de POST- ESCRITURA del Acumulador.
W 14
Marco de la pila.
W 15
Puntero de la pila. Por defecto, la dirección de la cim a de la pila será la 0x0800.
Funciones concretas de los registros existentes en el banco.
Aunque el procesador no admite la segmentación de su cauce, utiliza un mecanismo de prebúsqueda con el que accede y predecodifica las instrucciones en el ciclo anterior al de su ejecución, eje cutando gran parte de las instrucciones en un ciclo y optimizando el rendimiento. Las únicas ins trucciones que tardan en ejecutarse más de un ciclo son:
a) Las instrucciones destinadas al control del flujo (saltos, llamadas y retornos) que ocupan dos ciclos al tener que limpiar y volver a llenar el Registro de Instrucciones IR y el buffer de prebúsqueda. b) Las instrucciones que deben acceder a un operando en el espacio de la memoria de programa. c) Las instrucciones que manejan dobles palabras.
3.4.
PUERTAS DE E/S M U LTIFU N C IÓ N
El dsPIC30F6010 posee 7 puertas de E/S cuyas líneas soportan varias funciones multiplexadas, ade más de la propia línea de E/S digital. En la Figura 3.1 se aprecia la existencia de 68 líneas de E/S multifunción, de las cuales 4 pertenecen a PUERTA A, 16 a PUERTA B, 5 a PUERTA C, 16 a PUERTA D ; 10 a PUERTA E, 9 a PUERTA F y 8 a PUERTA G. Como dicho modelo es uno de los más completos de la familia, los restantes disponen de un subconjunto de las mencionadas puertas en función de su patillaje. Los dsP!C33F poseen al igual que el dsPIC30F6010, 7 puertas de E/S, cuyas líneas en este caso también soportan varias funciones multiplexadas, además de la propia línea de E/S. Los dsPIC33F pueden tener 87 líneas de E/S multifunción, de las cuales 14 pertenecen a PUERTA A, 16 a PUER TA B, 8 a PUERTA C, 16 a PUERTA D, 10 a PUERTA E, 11 a PUERTA F y 12 a PUERTA G. Cada línea de E/S controla varias funciones multiplexadas en el tiempo, la m ayor parte de ellas destinadas a m anejar los periféricos integrados, quedando algunas dedicadas al control de los vol tajes de alimentación, las interrupciones externas, las señales de reloj y las señales del sistema. Una de las líneas de E/S que maneja más funciones diferentes es la RBO, que en la Figura 3.1 vie ne representada con la nomenclatura: PGD/EMUD/AN0/CN2/RB0, que significa que soporta 5 funciones que se describen en la tabla de la Figura 3.6.
ARQUITECTURA DE LA CPU
Funciones
Descripción
PCD
Línea de entrada y salida de dalos en la grabación y lectura serie del disposilivo.
EMUt)
Patita de entrada y salida de los datos principales del m ódulo l2C.
ANO
Canal analógico de entrada número 0.
CN2
Notificación de cambio de estado correspondiente a la entrada 2.
RBO
Línea de E/S digital bidireccional 0 de PUERTA B.
Figura 3.6.
3.5.
45
Descripción de las diferentes funciones de la RBO.
PERIFÉRICOS INTEGRADOS
Los periféricos que se incorporan a cada uno de los modelos de la familia dsPIC30F son los más adecuados para las aplicaciones a las que se destinan.
PERIFÉRICOS DE LOS dsPIC30F Periféricos analógicos Con versor AD de 10 bits Conversor AD de 12 bits Periféricos digitales 5 temporizadores de 16 bits Móduio de Captura con 8 entradas Módulo de Comparación con 8 canales de salida Interfaz para Codificador de Cuadratura Control de Motores PWM Módulos de comunicación UARJ (2) SPI™ (2)
?C™ CAN (2)
PERIFÉRICOS DE LOS dsP!C33F Periféricos analógicos Conversor AD de 10 bits Convérsor AD de 12 bits Periféricos digitales 9temporizadores de 16 bits Módulo de Captura con 8 entradas Módulo de Comparación con 8 canales de salida Interfaz para Codificador de Cuadratura Control de Motores PWM Controlador de DMA
46
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
3.WIRESPI'M(2)
«f! $ .a
Módulo DCI (Data Converter lnlerface)(2)
El conversor AD de 10 bits tiene + /- 1 bit de exactitud y 16 entradas analógicas con 4 amplificadores Sdjnple & H o íd . El tiempo estándar de convérsión es de 2 ¡js/500 ksps. El conversor AD de 12 bits de resolución aunque es más preciso también es más lento, 10 jns/100 ksps. El módulo PWM para el control de motores proporciona todas las señales necesarias con 4 ge neradores PW M con dos patitas de E/S cada uno. Disponen de una amplia base de tiempos y dos pa titas para detección de tallos programables. La interfaz para los codificadores ópticos incrémentales (QE1) para la medida de la velocidad y el sentido de giro del eje de un motor proporciona todas las señales requeridas para su correcta adap tación. (Figura 3.7.)
Figura 3.7.
Esquema de funcionamiento del sistema que alimenta al codificador óptico incremental o de cuadratur¿i (QEI).
Los dsPJC30F contienen hasta 5 temporizadores de 16 bits, mientras que los dsPIC33F pueden dis poner hasta de 9 de 16 bits, algunos de los cuales se pueden concatenar para formar otros de 32 bits. Finalmente, los posibles módulos de comunicación son muy diversos en los dsPTC y suponen un alto rendimiento en su conectividad. Destacan los módulos UART, SPÍ, Í2C, CODEC y CAN.
3.6. GESTIÓN DEL SISTEMA Y DE LA ENERGÍA
Esta sección del procesador se muestra en la Figura 3.8 y se encarga de la generación de las señales de reloj, el control y optimización de la energía y la generación de las acciones adecuadas ante los fallos.
ARQUITECTURA DE LA CPU
Figura 3.8.
47
Esquema simplificado de la sección encargada de la gestión del sistema y do la energía.
En la generación de las señales de reloj se utiliza un cristal de cuarzo o un resonador externo, o r:en un circuito RC interno. El temporizador de encendido retrasa un poco el tiempo de puesta en marcha del procesador cuando se le aplica la energía para dar tiempo a que se estabilice el valor de la tensión de alimenta ción aplicada. También el temporizador de arranque del oscilador tiene la misión de retrasar el fun cionamiento del procesador para que se estabilice la frecuencia de trabajo del oscilador principal. La activación de la patita M CLR# (Master Clear Reset) puede generar un Reset. También se consigue un Reset al aplicar el voltaje de alimentación (POR: Power On Reset) o cuando la tensión áe alimentación del dispositivo VÜD baja hasta un valor determinado y vuelve a subir al cabo de un instante (BOR: Brown Out Reset). Existe un temporizador especial llamado Perro Guardián similar al que existe en los MCU que provoca un Reset cuando se desborda y resuelve las pérdidas de control del programa en curso. Otro 'ocurso muy interesante es un detector de voltaje bajo. Finalmente, el procesador dispone de dos modos de trabajar con bajo consumo de energía: 1DLE y SLEEP. El dsPIC33F además de estos dos estados también dispone de otro llamado DOZE. el cual aumenta temporalmente el ciclo de instrucción del procesador al bajar la frecuencia de funcio namiento, reduciendo de esta manera el consumo de energía.
ino Datos
- 1 . IN T R O D U C C IÓ N
El Camino de Datos de un procesador es la sección encargada de realizar todas las operaciones que eva la instrucción en curso. Soporta funciones aritméticas, lógicas, de desplazamiento, movinto, rotación y manipulación de bits entre otras. En el caso de los DSC el Camino de Datos es _z de manejar un repertorio de instrucciones que consta de las propias de una MCU de 16 bits, to a otras específicas de un DSP y se organiza en 4 bloques principales:
1. 2 3. 4.
BANCO DE REGISTROS ALUDE 16 BITS MOTOR DSP UNIDAD DE DIVISIÓN
± 2 . EL BANCO DE REGISTROS W r.m sta de 16 registros de 16 bits cada uno y se denominan W0-W15, pudiendo contener datos, di c c i o n e s y desplazamientos u “offset”, dependiendo de la instrucción que les utilice. Cada uno lieisignadas funciones diferentes. (Figura 4.1.) Como se indica en la Figura 4.1, algunos registros W actúan con algunas instrucciones contenendo una información concreta, mientras otros asumen una función determinada. En los microcontroladorcs PTC (MCU) existen instrucciones que no especifican el registro de trafetjo que manejan y toman por defecto el que actúa como Acumulador. También sucede lo mismo los DSC, en los que se toma por defecto como W REG al registro WO. Como se muestra en el esquema de la Figura 4.2, el Banco de Registros comparte información b h i todos los bloques que componen el Camino de Datos.
50
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES 0
15
WREG IMPLÍCITO (ACUMULADOR)
W0
RESULTADO MULYDIV
W1 W2 W3 W4
OPERANDOS INSTRUCCIONES MAC
W5 W6
W7 'W8 DIRECCIONES OPERANDOS MAC
W9 W 10 W11
Figura 4.1.
OFFSET INSTRUCCIONES MAC
W 12
POST-ESCRITURA INSTRUCCIONES MAC
W 13
PUNTERO MARCO
W 14
PUNTERO PILA
W 15
g
Estructura del banco de registros de trabajo W.
BUS DE DATOS X
SEÑALES DE CONTROL
Figura 4.2.
ABj
UNIDAD DE DIVISIÓN
El banco de registros Wes el destino y el origen de la información que comparten los blo ques del Camino de Datos y los buses X e Y
4.3. LA ALU DE 16 BITS
Las instrucciones lógico-aritm éticas correspondientes a la sección MCU de los DSC las realiza una ALU de 16 bits que también controla 5 bits del Registro de Estado (SR) que actúan como señalizadores del resultado. En la Figura 4.3 se presenta la ubicación de dichos bits y su no menclatura:
EL CAMINO DE DATOS
51
SRH contiene los señalizadores para operaciones aritmético-lógicas DSR mientras que SRL contiene los señalizadores para operaciones MCU. REGISTRO DE ESTADO (SR)
figura 4.3.
El Registro de Estado (SR) contiene cinco bits señalizadores del resultado de la ALU pa ra operaciones MCU.
La ALU realiza operaciones con operandos de 16 bits de suma, resta, desplazam iento de un bit. otras de tipo lógico (AND, OR, EOR) y de com plem ento a 2. Como puede apreciarse en la Figura 4.4 la ALU recibe los operandos del banco de registros y de la memoria de datos a través del bus de datos.
figura 4.4.
Esquema de conexionado de la Al.U.
Los operandos para la ALU pueden ser de 8 y de 16 bits. En las operaciones con 8 bits y para manKfier la compatibilidad con los PIC el resultado se reescribe con tamaño palabra, no modificando el byte de más peso y controlando los señalizadores para que actúen para dicho tamaño. Las instrucciones con operandos de tamaño byte sobre registros de trabajo sólo afectan al byte de menos peso.
52
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
Para facilitar el manejo combinado de instrucciones con operandos de 8 y de 16 bits hay dos ins trucciones especializadas, la de Extensión de Signo (SE), que toma el valor del byte cargado en el registro W o en la posición de memoria y lo convierte en una palabra de 16 bits extendiendo el bit de signo y almacenando dicho valor en un registro W, y la instrucción de Extensión de Ceros (ZE), que pone a cero los 8 bits de más peso de un registro W o de una posición de memoria y el valor ob tenido lo carga en un registro W.
4.4. EL M O TO R DSP
Este bloque del Camino de Datos de los DSC se compone de un conjunto de recursos físicos que tie nen la misión de soportar las instrucciones que conllevan operaciones complejas empleadas para re solver los principales algoritmos aplicados en el procesamiento digital de las señales. La instrucción MAC de M ultiplicar y Acumular es una de estas instrucciones típicas, que se denominan “instruc ciones DSP”. El Motor DSP recibe los operandos desde el banco de registros W, pero dispone de sus propios registros para contener los resultados. Dado que sólo existe un Decodificador de Instrucciones pa ra las tipo MCU y las tipo DSP y, por otra parte, las direcciones efectivas de los operandos proce den del banco de registros W, no es posible ejecutar de forma concurrente instrucciones MCU e ins trucciones DSP. Internamente el Motor DSP trabaja con 40 bits, pero externamente se relaciona mediante buses de 16 bits. En la Figura 4.5 se presenta el diagrama por bloques del M otor DSP con su conexionado prin cipal, que consta de los siguientes elementos:
1. Multiplicador rápido de 17 x 17 bits. 2. Registro de desplazamiento. 3. Sumador/Restador de 40 bits. 4. Dos registros Acumuladores destino de 40 bits (A y B). 5. Lógica de redondeo. 6. Lógica de saturación.
Las instrucciones DSP con dos operandos proporcionan estos últimos al M otor DSP desde los re gistros W4, W5, W6 o W7. Los valores de dichos registros son prebuscados a través de los buses X e Y en las instrucciones tipo MAC (MAC, MCS, MPY.N, ED, EDAC, CLR y MOVSAC). Para las restantes instrucciones DSP los operandos se reciben desde el bus de datos X. También las instruc ciones MCU que utilizan el Registro de Desplazamiento reciben los operandos por el bus de datos X. Los resultados producidos en el M otor D SP se guardan en alguno de los Acumuladores A o B, si así se define en la instrucción, o bien en cualquier posición de la memoria de datos a través del bus de datos X. Las instrucciones MCU que emplean el Registro de Desplazamiento también sacan el resultado por el bus de datos X. Obsérvese en el esquema del M otor DSP que los caminos de entrada y salida con la CPU tienen 16 bits, pero internamente se opera con valores de 40 bits. El M otor DSP tiene la capacidad de realizar algunas operaciones (ADD, SUB y NEG) directa mente sobre el contenido de los dos Acumuladores A y B, sin necesidad de más operandos.
EL CAMINO DE DATOS MPX 3
53
M PX4
MPX 6
]_
ACUMULADOR B (40 BITS)
SUMAOOR
MPX 2
REGISTRO DESPLAZAMIENTO
RELLENO
CEROS
MULTIPLICADOR 17 x 1 7 BITS
CONVERSION 16 A 17 BITS
Figura 4.5.
Esquema general del M otor DSR
4.4.1. M u ltip lic a d o r
El multiplicador rápido de 17 x 17 bits es compartido por las instrucciones MCU y las DSP, siendo posible realizar multiplicaciones con signo y sin signo y generar resultados con números enteros de 32 bits y con fracciónales tipo 1.31 (Q.31).
54
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
El multiplicador recibe datos de 16 bits y los convierte en 17 bits. Si los operandos tienen signo, la conversión se efectúa extendiendo el bit de signo, y si no tienen signo, se extiende el valor con ceros. La conversión es transparente para el usuario y permite soportar multiplicaciones con y sin signo. (Figura 4.6.) O
Figura 4.6.
interconexión del m ultiplicador rápido de 17 x 17 bits.
El bit IF del registro CORCON establece si la operación del multiplicador será de tipo entero o fraccional en las instrucciones DSP: MAC, MSC, MPY, MPY.N, ED y EDAC. Sin embargo, el bit IF no interviene en las instrucciones MCU que usan el multiplicador (MUL, MUL.SS, M UL.UU, MUL.SU y MUL.US), las cuales siempre se realizan en modo entero. En las operaciones en modo fraccional el multiplicador escala el resultado un bit a la izquierda. El bit de menos peso del resultado siempre es cero. Tras un Reset las instrucciones DSP que usan el multiplicador se realizan en modo fraccional.
4 .4 .1 .1 . Representación en m odo entero y en m odo fraccional La representación de números enteros se efectúa en complemento a 2, donde el bit de más peso es ,N -1 el de signo. El rango de un número entero con N bits abarca desde - 2 N 1 hasta 2;N 1 - 1. EJEMPLO 1 ¿Qué valor representa el número entero de 16 bits 4001 expresado en hexadecimal? (Figura 4.7.) 0 : 0 0
Figura 4.7.
Valores que representan los bits del número entero 4001 en hexadecimal.
EL CAMINO DE DATOS
55
RESULTADO 4001 Hex. = 2 U + 2o = 16384 + /= 16385 EJEMPLO 2 ¿Q ué valor representa el número entero de 16 bits C002 H ex? (Figura 4.8.)
o
1
j o
0
1 5
Figura 4.8.
o13
2 14
Á'l;2
i 0 . 1 ...
2 11
0
0
0
0
0
0
0
0
1
2~
28
2
2g
25
24
23
22
21
!
2 10
i
0
i
2o
Valores que representan los bits del número entero C002 Hex.
RESULTADO C W 2 Hex. = - 2 '5 + 214 + 2 ' = -32768 + 16384 + 2 = -16382 En los números fracciónales se representa la parte fraccionaria en complemento a 2. El bit de más reso es el de signo y se supone implícitamente que detrás del bit de signo está situado el punto de b parte fraccionaria. E l rango de un número fraccional de N bits en complemento a 2 está comrrendido entre -1 .0 y (1 - 2 ,_N). EJEMPLO 3 Qué valor representa el número fraccional de 16 bits 4001 Hex? (Figura 4.9.)
m:
-2o. Figura 4.9.
O
0 j O
2 '1 2 '2
2 3 2a
1
O
Valor que representan los bits correspondientes al número fraccional 4001 Hex.
RESULTADO -001 Hex. = 2-' + 2~'5 = 0,5 + 0,000030518 = 0,500030518 EJEMPLO 4 fi w Qué valor representa el número fraccional de 16 bits C002 Hex? (Figura 4.10.) ' ,
1
:í:
o
0
-2o. 2 1 2'2 2‘3 Figura 4.10.
O 2*4
2*5
2 'e
0 2
\y
0 :0 2■ °3
o-9 2 'y
o-11 2"'^ ^-12 2"1J 0 -13 o-14 2o-10 '1U 2"11 2",/} 2o-15
Valor que representan los bits del número fraccional C002 Hex
RESULTADO C002 Hex. = -2 ° + 2 ' + 2 '14 = - 1 + 0,5 + 0,000061035 = -0,499938965
8¡8L! í TPf-
56
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
En la tabla de la Figura 4 .11 se ofrecen los rangos en modo entero y fraccional para números de 16, 32 y 40 bits. •
TAM AÑ O
16
32
40
Figura 4.11.
RA N G O M O D O ENTERO (-2n i a 2 n'- 1 )
RA N G O M O D O FRA CCIO N A L (-1.0 a 1 - 2 1N)
R ESO LU C IÓ N M O D O FRA C C IO N A L
-1,0 HASTA (1-2*15)
-32.768 HASTA 32.767
3,052 x IO '5
FORMATO Q. 15
-2.147.483.648 HASTA
-1,0 HASTA (1-2’3')
2.147.483.647
FORMATO Q.31
-549.755.813.888 HASTA 549.755.813.887
4,657 x 10"°
-256,0 HASTA (256-2 3‘) 4,657 x 10''°
FORMATO Q.31 CON 8 BITS DE GUARDA
Tabla con los rangos en modo entero y fraccional de números de 16, 32 y 40 bits.
4.4.2. Acumuladores A y B
El M otor DSP dispone de dos Acumuladores de 40 bits denominados ACCA y ACCB, en donde se guardan los resultados de las operaciones DSP que utilizan el m ultiplicador y que son MAC, MSC, MPY, MPY.N, ED y EDAC. Cada Acumulador se divide en tres campos, como se muestra en la Figura 4.12. 16.15.
,31. ACCxU
Figura 4.12.
ACCrH
9 ACCxL
Cada Acum ulador de 40 bits se divide en tres campos, que se implementan en 3 regis tros STR de la memoria de datos.
Para operaciones en modo fraccionario que utilizan los Acumuladores, el punto fraccional se si túa a la derecha del bit 31. 4.4.3. Sumador/Restador de 40 bits
El M otor DSP dispone de un Sumador de operandos de 40 bits con capacidad de restar, que puede realizar operaciones sobre los valores de los Acumuladores, así como con el valor que genera el multiplicador extendido en signo. (Figura 4.13.) El sumador puede opcionalmente negar uno de los operandos para implementar la resta como su cede con las instrucciones MSC (M ultiplicar y Restar) y MPY.N (M ultiplicar y Negar). Existen 6 señalizadores en el Registro de Estado (SR) que indican sobrepasamiento o saturación en las operaciones realizadas por el sumador de 40 bits. (Figura 4.14.)
El. CAMINO DE DATOS MPX3
57
MPX4
Figura 4.13. Esquema de conexionado del Sumador de 40 bits.
Figura 4.14. Situación en el Registro de Estado de los 6 señalizadores del resultado de las operacio nes del Sumador de 40 bits.
Cuando el señalizador OA = 1 significa que se ha producido sobrepasamiento en los bits de guarda (32-39) de ACCA en la operación efectuada por el Sumador de 40 bits. OB inform a de la misma situación para ACCB, mientras que OAB es el resultado de la operación lógica OR entre OA y OB. Se puede program ar el procesador para que cuando se active O A u OB se genere una excepción de error aritmético programando los bits OVATE y OVBTE del registro de control de interrupciones INTCON1<10:9>. ' Los señalizadores SA y SB informan que en la ejecución de la última instrucción que ha usado el Sumador de 40 bits se ha producido saturación en el resultado depositado en ACCA o en ACCB, respectivamente. Esto indica que se ha superado el mayor valor posible del rango (saturación en el bit 31 para números de 32 bits o saturación en el bit 39 para números de 40 bits). El bit SAB pro cede de la operación lógica OR entre SA y SB.
58
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
Cuando no funciona el módulo de Saturación la activación de SA o SB genera una condición de sobrepasamiento catastrófico que puede generar una excepción por error aritmético activando el bit COVTE del registro TNTC0N1<8>. Estos señalizadores se actualizan cuando se realiza una instrucción DSP que modifica el valor de uno de los acumuladores ACCA o ACCB. Como se explicará posteriormente existe la posibilidad de “post-escritura’* de uno de los acu muladores en las instrucciones MAC y MSC, que consiste en escribir el valor redondeado del Acu mulador que no actúa como destino en la instrucción en el espacio de la m emoria de datos. Esta post-escritura es muy interesante en algunos algoritmos tipo FFT y LMS. El contenido redondeado del Acumulador que no es el destino de la operación sé puede escribir directamente en W 13 o en la dirección de la memoria de datos direccionada por [W13J+=2El módulo de Redondeo puede realizar un redondeo de tipo convencional o convergente duran te la escritura de un Acumulador de 40 bits. El permiso para el funcionamiento de este módulo se controla con el bit RND del registro C 0 R C 0 N < 1 > . El bit correspondiente al módulo de Saturación es SADW del registro CORCON<5>. Se pueden resumir en 6 los modos de funcionamiento del Motor DSP. •' • . ; . . . . :;,vVv \ .. - :
. ;
-
1°: Multiplicación en modo entero o fraccionaI. 2 o Redondeo convencional o convergente. 3 CSaturación automática para ACCA. 4." Saturación automática para ACCB. 5 ° Saturación automática para escritura de datos en memoria. 6.° Selección del modo de saturación del Acumulador.
4.4.4. Registro de Desplazamiento
Se trata de un registro de desplazamiento de 40 bits que es capaz de realizar desplazamientos arit méticos de hasta 16 bits a la derecha o a la izquierda en un solo ciclo. Se emplea para desplaza mientos de múltiples bits en instrucciones DSP y MCU. Para determinar el número de bits a desplazar se precisa de un número con signo, que cuando es positivo significa que el desplazamiento es a la derecha y en caso contrario a la izquierda. Las instrucciones que utilizan el Registro de Desplazamiento son las 5 siguientes:
ASR: desplazamiento aritmético varios bits a la derecha en una posición de memoria. LSR: desplazamiento lógico varios bits a la derecha en una posición de memoria. SL: desplazamiento a la izquierda varios bits en una posición de memoria. SAC: almacenamiento de un Acumulador de 40 bits con desplazamiento opcional. SFTAC: desplazamiento de un Acumulador de 40 bits.
4.4.5. Unidad de División
El repertorio de instrucciones de los DSC soporta las siguientes dedicadas a la división:
EL CAMINO DE DATOS
59
En todas las instrucciones de división el cociente se coloca en WO y el resto se deposita en W1. El divisor de 16 bits puede situarse en cualquier registro W y el dividendo de 16 bits también. En ¿aso de ser de 32 bits se debe situar en una pareja de registros W adyacentes. Todas las instrucciones de división son interactivas y en ellas se ejecuta 18 veces un bucle me¿a n te la instrucción REPEAT. Después de cada iteración del bucle todos los datos son almacena dos de nuevo en sus registros, siendo el usuario el responsable de salvar los correspondientes regis tros W en la rutina de atención a la interrupción ISR.
ANEXO ■w í Sy.
ta>viv.
Manipulación de datos en el Motor DSP
A.1. REPRESENTACIÓN DE DATOS
El multiplicador del M otor DSP recibe dos operandos de 16 bits (Figura 4.5). Estos operandos pue den ser de dos tipos: a) Entero: Un valor entero de 16 bits, con o sin signo. b) Fraccionario: Un valor fraccionario de 16 bits con formato 1.15 (también llamado Q15), es decir, contiene un bit de signo y 15 bits “fraccionarios”. Antes de ser multiplicados, los operandos son procesados para convertirlos a 17 bits, ya que es to simplifica la multiplicación MCU entre valores con signo y sin signo, y permite realizar correc tamente la operación (-1 .0 x -1.0). El resultado de la operación puede ser un entero de 32 bits (con o sin signo) o un valor fraccional con formato 1.31. En realidad, el multiplicador genera un resulta do de 33 bits, porque si es de tipo entero añade un 0 a la derecha, y si es de tipo fraccionario queda en formato 2.31, que luego puede transformarse al 1.31. Posteriormente, el resultado deberá ser extendido a 40 bits para poder ser tratado correctamente en el resto de los elementos del Motor DSP. Los datos que se introducen al Motor DSP son de 16 bits, luego internamente se transforman en 40 bits y se manipulan. Finalmente, los resultados que proporciona el Motor DSP son de 16 bits al tener que ser transferidos por el bus X
A.2. SATURACIÓN DE LOS ACUMULADORES
La saturación de los acumuladores se basa en el empleo de la aritmética de saturación, la cual se uti liza para hacer frente a situaciones de desbordamiento. En este caso se usa el Sumador-Restador de 40 bits. Si el resultado de una operación aritmética excede del rango establecido se produce una condi ción de desbordamiento, que significa que el resultado es incorrecto. En el caso de utilizar satura ción, se corrige el error manteniendo los límites del rango que se ha desbordado. (Figura A .l.) 60
EL CAMINO DE DATOS
61
Si el desbordamiento es producido por : a) La suma de dos números positivos
se sustituye la salida errónea p o r el máximo valor positivo, se sustituye la salida errónea p o r el mínimo valor negativo.
b) La suma de dos números negativos
Figura A.1.
A ritm ética m odu lar
A ritm ética c o n satu ración
2 5 0 + 10 =
5
255
1 0 -2 6 9
-4
-255
Ejemplos con aritmética modular y con saturación. Cuando de sobrepasan los límites, la aritmética con saturación corrige el resultado al valor absoluto máximo posible.
La aritmética con saturación es eficiente en el procesamiento digital de señales. En el caso de que los valores de la señal excedan los valores límite del rango se puede utilizar la saturación para re solver el problema. (Figura A.2.)
7FFFh OOOOh 8000h
Figura A.2.
Corrección por saturación de la señal a representar.
Los dsPIC soportan dos modos opcionales de saturación que afectan a la salida del sumador de 40 bits : a) Saturación normal (1.31) b) Súper Saturación (9.31) Para la selección del modo de saturación se utilizan varios bits del registro CORCON. El bit SA TA habilita y deshabilita la saturación del acumulador A y el SATB habilita y deshabilita la satura ción del acumulador B. Una vez activada la saturación, la selección del modo de saturación se realiza a través del bit ACCSAT. Por defecto la saturación siempre está deshabilitada. Por otro lado, el bit SATDW habilita y deshabilita la saturación en la escritura, la cual afecta a la instrucción SAC, que almacena el Acumulador en la memoria de datos, y a la post-escritura de los acumuladores. Cuando la saturación está deshabilitada no se altera el resultado del sumador de 40 bits y traba ja en un rango de -2 5 6 a ~ +256.0. Si excede de este rango de valores, el resultado no se satura y mantiene el valor aunque este sea incorrecto.
62
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
Para m anejar esta situación se utiliza la condición de “overflow catastrófico”, la cual se señali za con un hit de flag en el registro TNTCON1, que puede gestionar una excepción Mcith Error (Error Aritmético).
A.2.1. Saturación normal
La saturación normal soporta el formato de datos 1.31, el cual utiliza un bit de signo y 31 bits frac cionarios para representar el valor. El rango que admite este formato está comprendido desde -1.0 hasta - 1.0. Cuando la saturación normal está habilitada, la salida del sumador está lim itada a un rango de 32 bits. Este valor se almacena en ACCxH : ACCxL y su signo (situado en el bit 15 de ACCxH) se ex tiende a todos los bits de ACCU. De este modo, si una operación destruye el bit de signo, el suma dor saturará el resultado al máximo valor negativo de 32 bits o al máximo valor positivo de 32 bits. (Figura A.3.)
Máximo valor positivo de 32 bits: QxQQ7FFFFFFF (~+1.0)
3-9
ACCxU 1111 1111
Figura A.3.
Mínimo valor negativo de 32 bits: 0xFF80000000(-1.0) a r»r' Li ACCxL 32 31 ACCxH 16 15 0000 0000 0000 0000
|
0
0000 0000 0000 0000
Representación del máximo valor positivo y negativo con 32 bits.
En este tipo de saturación nunca se producirá overflow, ya que se restringe el resultado a 32 bits y los 8 bits restantes son para recoger la extensión de signo.
A.2.2. Súper saturación
La súper saturación soporta el formato de datos 9.31, empleando 9 bits para representar un valor en tero con signo y 31 bits para la parte fraccionaria. En este modo de saturación la salida del sumador está limitada a un rango de 40 bits, cuyo valor es almacenado en ACCxU : ACCxH : ACCxL y el bit de signo se guarda en el bit 7 de ACCxU, o lo que es lo mismo en el bit 39 del acumulador. Si una operación destruye el bit de signo el sumador saturará el resultado con una de estas dos opciones : a) El máximo valor negativo de 40 bits. b) El máximo valor positivo de 40 bits.
EL CAMINO DE DATOS
63
Máximo valor positivo de 40 bits: 0x7FFFFFFFFFF (~+25’6.’0) ACCxU
39
01111111
31
32
g
ACCxH
« 15
16
A C C xl
1111111111111111
M áxim o va lo r negativo d e 40 bits: 0 x 8 0 0 0 0 0 0 0 0 0 (-256.0)
39
ACCxU 32 31 1000 0000
Figura A.4.
I
ACCxH
ACCxL 16
15
0000 0000 0000 0000
Representación del máximo valor positivo y negativo con 40 bits.
La súper saturación permite realizar operaciones que admitan un rango mayor (± 2 5 6 ) que la sa turación normal (± 1 ) aunque ambos procedimientos mantienen la precisión de la parte fraccionaria con 31 bits.
A.2.3. Saturación de escritura
Existe otro tipo de saturación que no tiene nada que ver con las comentadas anteriormente, se trata de la saturación en la escritura del bus de datos X, que se origina cuando se almacena el Acumula dor en una posición de la memoria de datos mediante una instrucción SAC. El Acumulador tiene 40 bits y tanto el bus X por el que se transfiere, como la posición de la memoria de datos son de 16 bits, para lo cual sólo se almacenan los 16 bits correspondientes al campo ACCxH. La saturación de escritura es accesible a través del bit SATDW en el registro CORCON y se en carga de proporcionar un dato “limpio” de 16 bits al bus de datos X buscando la mejor conversión posible, partiendo del valor de 40 bits del Acumulador. En esta saturación no se modifica el valor del Acumulador, sino que se crea un nuevo valor de 16 bits a partir de él, para poderlo enviar por el bus X a una posición de 16 bits en una instrucción SAC, o bien, al registro W13 en las instrucciones DSP con post-escritura. La saturación de escritura es similar a la saturación normal, pero sólo se usan los 16 bits de ACCxH, por lo que el rango de valores comprendo de —1.0 a ~ 1.0, pero con una precisión de 15 bits (1.15 en vez de 1.31). El valor máximo será 0x7FFF ( ~ 1.0) y el mínimo 0x8000 (-1.0).
A.3. REDONDEO
Cuando se ejecuta la instrucción SAC.R o se lleva a cabo la post-escritura del acumulador, es nece sario realizar una operación de redondeo para convertir el dato extraído del acumulador de 40 bits a 16 bits y poder ser transportado por el bus de datos X. Lo que se obtiene como valor de 16 bits es ACCxH que se redondea según el valor de ACCxL, que sólo se utiliza para realizar dicha función de redondeo. El redondeo, como la saturación de escritura no modifican el valor contenido en el acumulador, sino que crea uno nuevo de 16 bits a partir de aquél que corresponde con el valor de ACCxH. Para el redondeo existen dos modos de funcionamiento que se selecciona mediante el bit RND del registro CORCON.
64
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
a) Redondeo Convencional: Es el sistema más sencillo y consiste en redondear hacia arriba ACCxH cuando el bit de más peso de ACCxL vale 1, lo que significa que ACCxL ^ 0x8000. En este caso el redondeo hacia arriba añade 1 al valor de ACCxH, que es el valor final de 16 bits. Este modo también es conocido como “biased” (parcial). En el caso de que ACCxL < 0x8000 se añade un cero a ACCxH, que es el resultado que se transfiere por el bus de datos X de 16 bits. b) Redondeo Convergente: Este modo redondea hacia arriba, o sea, añade 1 a ACCxH, cuando se da una de estas dos opciones; 1 ACCx L es mayor a 0x8000. 2.a ACCxL es igual a 0x8000 y el prim er bit, que es el de menos peso, de ACCxH vale 1. En el caso de que ACCxL<0x8000, o bien, ACCxL=0x8000 pero el bit de menos peso de ACCxH valga 0, se añade 0 al valor de ACCxH en el redondeo convergente. Este sistema también es conocido como “unbiased” (imparcial).
CAPÍTULO
5
Modelo del procesador para el programador
5.1. LOS REGISTROS DEL PROGRAMADOR
El programador de DSC, especialmente cuando utiliza el lenguaje Ensamblador, debe conocer la mi sión y características principales de un conjunto de registros de la CPU. En la tabla de la Figura 5.1 se describe el nombre, la dirección que ocupa en la memoria y la descripción de los registros funda mentales, que manejan las instrucciones del repertorio de los DSC. Los 2 KB iniciales de la memo ria de datos están destinados a contener los registros específicos de control SFR del procesador. NO M BRE REGISTRO
D IR E C C IÓ N
DESCRIPCIÓN
VVO - VV15 SPLIM ACCAL - ACCAH - ACCAU aCCBL - ACCBH - ACCBU PCX - PCH
0000-001 c
BANCO DE REGISTROS DF TRABAJO REGISTRO DEL LÍMITE DEL PUNTERO PILA (SP)
0020 0022 - 0024 - 0026 0028 - 002A - 002C 002 E - 0030
REGISTROS DE ACCA (40 BITS) REGISTROS DE ACCB (40 BITS) REGISTROS DEL CONTADOR DF PROGRAMA PC {23 BITS)
0032 0034
REGISTRO DF DIRFCGONFS PARA INSTRUCCIONES DE TABLA REGISTRO DE PÁGINA PARA VISIBILIDAD DEL ESPACIO DE PROGRAMA
DCOUNT
0036 0038
REGISTRO CONTADOR DE BÚCl FS "RFPFAT" REGISTRO DE CONTADOR DE BUCLES "DO "
DOSTARTL - DOSTARTH DOENDI - DOENDH
003A - 003C 003 E - 0040
REGISTROS PARA DIRECCIÓN INICIO DE BUCLE "D O "
SR CORCON
0042 0044
MÛDCON
0046 0048 004A
REGISTRO DE ESTADO REGISTRO DE CONFIGURACIÓN DEL NÚCLEO REGISTRO CONTROL DIRECCIONAMIENTO MODULAR X
TBLPAG PSVPAG RCOUNT
XMODSRT XMODEND YMODSRT YMODEN'D XBRFV
004C 004E
DI5ICNT
0050 0052
-
0054 - 007E
Figura 5.1.
REGISTROS PARA DIRECCIÓN FINAI DF BUCLE "D O "
REGISTRO DIRECCIÓN INICIO DIRECCIONAMIENTO MODULAR X REGISTRO DIRECCIÓN FINAL DIRECCIONAMIENTO MODULAR X REGISTRO DIRECCIÓN INICIO DIRECCIONAMIENTO MODULAR Y REGISTRO DIRECCIÓN I INAL DIRECCIONAMIENTO M O D U l AR Y REGISTRO PARA DIRECCIONAMIENTO "BIT REVERSE" REGISTRO CONTADOR DESACTIVACIÓN INTERRUPCIONES RESERVADOS
Tabla que recoge el nombre, la dirección y la descripción de los registros que conforman el modelo de la CPU para el programador de los DSC. Cada registro de 16 bits ocupa dos direcciones del espacio de datos, cada una con un byte de datos. 65
66
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
En la Figura 5.2 se ofrece un esquema interno con la nomenclatura de los principales registros usados por el programador. REGISTROS SOMBRA PARA PUSH.S Y POP.S
R E G IS T R O S S O M B R A * D O '
R E G IS T R O S R E S U LT A O O D IV Y M U L
R E G IS T R O S DE O P E R A N D O S M AC
S - R E G IS T R O S DE T R A B A JO
R E G IS T R O S DE D IR E C C IO N E S DE O P ER A N D O S M AC
R E G IS T R O LIM IT E D E L P U N T E R O PILA
ACCAU
v -v .w
V
ACCAL
ACCAH - ....
......
.
ACCBH
ACCBU
AC C B L
% TLBPAG
PC
.
C O N T A O O R DE P R O G R A M A
D IR E C C IO N E S IN S T R U C C IO N E S D E T A B L A
DOSTART D IR E C C IO N E S V IS IB IL ID A D E S P A C IO D E P R O G R A M A
15
D IR E C C IO N IN IC IO BU C LE DO
I
O DOEND D IR E C C IO N F IN A L B U C LE DO
CO R C O N C O N T A D O R DE B U C LE S DO
Figura 5.2.
R E G IS T R O C O N F IG U R A C IO N N U C LE O
Representación gráfica de los principales registros del modelo de la CPU que utiliza el programador de aplicaciones en lenguaje Ensamblador.
MODELO DEL PROCESADOR PARA EL PROGRAMADOR
67
5J>. EL BANCO DE REGISTROS DE TRABAJO
^ operatividad del Camino de Datos está basada en el banco de registros compuesto por 16 que tien una longitud de 16 bits cada uno y se denominan W 0-W 15. Dichos registros soportan muchas -r:>iones en la ejecución de las instrucciones del repertorio. Las instrucciones más comunes utilizan estos registros de trabajo para contener datos y direc; nes de memoria. Por ejemplo, la instrucción MOV W3, [W6J mueve el contenido del registro W3 i la posición de memoria cuya dirección está depositada en W6. El operando fuente es W3 mientras t3De el destino está direccionado por W6. Otra instrucción que emplea los registros de trabajo para a n e j a r operandos es ADD [W2], W4, W6, en la que un operando fuente es el contenido de la di sección apuntada por W 2 y el otro el valor de W4. El resultado de la suma de los dos operandos se deposita en W6 que actúa como operando destino. Existe un tipo de instrucciones que utiliza el registro WO como registro de trabajo implícito cuanic se le referencia como WREG. Son instrucciones similares a las que hay en el repertorio MCU en fas que se hace una referencia implícita a un registro de trabajo que actuaba como Acumulador en .i ALU. Por ejemplo, la instrucción ADD 0x3F00, W REG suma el contenido de WT0 con el alma cenado en la dirección 0x3F00 y deposita el resultado en WO. Como se desprende de la tabla de la Figura 5.1 los registros W0-W15 están mapeados en la rne- : ria de datos entre las direcciones 0000-001E y se pueden manejar como posiciones, de forma que si desea mover el contenido del registro W2 a W4, se puede usar la instrucción MOV 0x0002,0x0004. Al ocupar cada registro W un par de posiciones de memoria de tamaño byte se manipulan dalos tipo palabra. El resultado de una operación con datos de tamaño byte afecta al byte de menos pedel registro de trabajo.
i
Después dé realizar un Reset todos los registros de trabajo W toman el valor cero, excepto VZ15.
Los registros W0-W3 se utilizan para guardar el resultado de las instrucciones MUL y DIV. W0 ruarda el cociente de una dividisión y W 1 el resto, mientras que W 3:W2 guardan el resultado de la multiplicación. Además actúan como “registros sombra” para las instrucciones PUSH.S y POP.S. Los registros W4-W7 se dedican a contener los operandos de las instrucciones MAC, mientras que ■'.YS-Wll se emplean habitualmente para contener las direcciones de los operandos de las instruc ciones tipo MAC. W12 actúa como desplazamiento u “ offset” y permite incrementar o decrementar el valor al que modifica. W13 en las instrucciones MCU, se puede usar como registro de trabajo. En algunas instruccio nes MAC se emplea como registro de post-escritura, que consiste en la post-escritura del acumula dor inactivo o no usado.W 14 trabaja como puntero del M arco de la Pila, que es una zona de la mis ma que es manejada por una subrutina. W15 es el puntero de la Pila y está relacionado con el registro SPLÍM que guarda el límite que puede alcanzar W 15.
5 .3 . REGISTROS SOMBRA
Algunos registros de la Figura 5.2 tienen asociados unos registros llamados “sombra”, que se usan temporalmente para contener información que se envía o se recibe cuando ocurre algún suceso de terminado. Ningún registro sombra puede ser accedido directamente.
68
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
El contenido de los registros sombra se transfiere cuando se ejecutan las siguientes instruc ciones: 1) Las instrucciones PUSH.S y POP.S afectan a los registros sombra WO, W 1, W2, W3 y SR (sólo los bits DC, N, OV, Z y C). En el caso de PUSH.S el contenido de dichos registros se carga en la Cima de la Pila, mientras que con POP.S los valores de la Ci ma de la Pila se depositan en dichos registros. De esta manera se pueden salvar y res taurar cómodamente los contenidos de estos registros en las llamadas a subrutina y en las rutinas de interrupción. 2) La instrucción DO afecta a los registros sombra DOSTART, DOEND y DCOUNT que los carga con los valores de la Cima de la Pila o deposita sus contenidos en la Cima de la Pila. (Figura 5.3.)
REGISTROS SOMBRA PARA INSTRUCCIÓN DO
REGISTROS SOMBRA PARA PUSH.S Y POP.S
¿5—-----*.... .........—«........— DCOUNT
1 22. DOSTART
DOEND
1
Figura 5.3.
Representación gráfica de los dos conjuntos de registros sombra.
5.4. PUNTEROS DE LA C IM A DE LA PILA Y DEL MARCO DE LA PILA
El registro W 15 funciona como puntero de la Cim a de la Pila y contiene la dirección de la posición más alta pudiéndose modificar automáticamente su valor con las llamadas a subrutina, los retornos y las interrupciones. No obstante W15 puede ser manejado por las instrucciones como cualquier otro registro del banco. Con el objetivo de mantener alineados los datos que se transfieren en la Pila, W15 tiene a cero el bit de menos peso apuntando siempre a direcciones pares. Tras producirse un Reset W15 queda inicializado con el valor 0x0800, que es una dirección vá lida de la RAM de los DSC. El programador puede alterar dicho valor a uno mayor para ubicar la Pila en la zona deseada. El espacio comprendido entre las direcciones 0x0000 y 0x07FF está reser vado para registros de funciones específicas (SFR). Cuando W15 se carga con un valor inferior a 0x0800 el procesador genera una excepción de “error de Pila”.
M O D ELO DEL PRO CESADO R PARA EL PRO GRAM A D O R
69
En la Figura 5.4 se supone que W15 está cargado con el valor 0x0800 y se ejecuta la instrucción CALL para producir una llamada a subrutina. Para salvar la dirección de retorno al programa prin cipal se salva en la Cima de la Pila el valor del PC<22:0> que al tener 23 bits ocupa dos posiciones de memoria de 16 bits. Realizada la carga del PC, W 15 se incrementa automáticamente en 4, que son los bytes utilizados para guardar al PC. Obsérvese en la figura que el byte de más peso de la paabra donde se almacena PC<22:16> se carga con ceros.
MEMORIA DE DATOS RAM 15
D IR E C C IO N E S C R E C IE N T E S
_
87
PC <15:0>
: ::
.
W 1 5=0 x08 0 0 (A N TE S DEL C A LL)
B 0000 0000' : PC <22:16> W 1 5 = 0 x08 0 4 (D E S P U E S D EL C A LL)
Figura 5.4.
A l salvarse en la Cima de la Pila el PC que contiene la dirección de retorno al programa principal, W15 se auto-incrementa en 4 unidades automáticamente.
La instrucción PUSH escribe en la Cima de la Pila el operando que conlleva. Por ejemplo, PUSH W2 .escribe en la Pila los dos bytes del registro W 2 y después auto-incrementa W 15 en 2 uni:ades. Con la instrucción POP W2 se coge la palabra que apunta en la Pila W 15 y se deposita en W2, decrementando en 2 unidades el valor de W15 automáticamente. La instrucción PUSH W2 es equivalente a M OV W 2, [W15++], y POP W2 produce el mismo resultado que MOV [-W 15J, W2. El registro SPLIM guarda el límite de la Pila o el valor máximo que puede alcanzar el puntero lie la Pila. El bit de menos peso vale cero para mantener los datos alineados. Tras el Reset SPLIM carga con ceros impidiendo la detección del desbordamiento de la Pila hasta que el programador no cargue a SPLIM con un valor válido. Un M arco de Pila es una porción de la mism a que se destina a una subrutina concreta. W14 contiene la dirección del M arco y se inicializa y se abandona dicha función con las instrucciones LNK y ULNK, respectivam ente. Cuando no se usa W 14 como puntero del M arco de Pila puede emplearse como otro registro de trabajo.
5.5. EL REGISTRO DE ESTADO (SR)
Los dos bytes que componen el Registro de Estado (SR) sirven para informar principalmente del eslado y de las condiciones especiales que se han producido en el resultado de la operación aritméti co-lógica que se acaba de realizar, bien en la sección MCU o en la DSP. El byte de menos peso se denomina SRL y se corresponde con la sección MCU. Guarda la iníormación de los siguientes señalizadores:
70
dsPIC DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
•■■■■:■ i i f i
•
• •
• •
•
N es el bit de signo, y si no se trabaja con signo es simplemente el bit de más peso. QV indica que el resultado de la operación realizada ha producido un sobrepasamiento. Z indica que el resultado de la operación realizada es cero. C es el señalizador de acarreo en las sumas y restas. IPL<2:0> son los tres bits, que junto con IPL3 que se ubica en el registro CORCON, conforman el nivel de prioridad que tiene la CPU frente a las interrupciones. Para atender una interrupción el peticionario deberá tener mayor nivel de prioridad que el de la CPU. RA informa si se encuentra activo un bucle REPEAT.
REGISTRO DE ESTADO (SR)
ESTADO DSP
Figura 5.5.
Los bits del Registro de Estado informan principalmente sobre el resultado obtenido en las instrucciones aritméticas de la sección M CU y la DSP.
El byte de más peso, SRH, soporta los bits que detectan condiciones especiales del resultado pro ducido por las instrucciones DSP desarrolladas con el Sumador de 40 bits y que depositan el resul tado en uno de los Acumuladores A y B.
• • • • • •
5.6.
0 4 y OB indican que se ha producido sobrepasamiento del resultado depositado en el Acumula dor A o en B, respectivamente. OAB es un bit que se obtiene de la operación lógica OR de OA y OB. De esta manera basta con comprobar un solo señalizador en lugar de mirar los dos anteriores. SA y SB informan de la existencia de saturación realizada por el Sumador de 40 bits sobre el Acu mulador A o B, respectivamente. SAB se obtiene de la operación lógica OR de SA y SB. DC advierte del Acarreo/Llevada del 4Qbit en las operaciones MCU (útil para operaciones BCD). DA informa si hay un bucle activo DO.
EL REGISTRO DE CONTROL DEL NÚCLEO (CORCON)
En este registro reside el bit IPL3, que concatenado con los 1PL<2:0> de SR conforman el código que determina el nivel de privilegio de interrupción de la CPU. Otros bits se destinan al control de la operación de multiplicación DSP, del bucle DO, del redondeo y de algunos otros aspectos rele vantes de la CPU. Como se muestra en la Figura 5.6 los tres bits de más peso de CORCON no es tán implementados y siempre se leen como ceros. REGISTRO DE CONTROL DEL NÚCLEO (CORCON)
i«? i s a * Figura 5.6.
...........-
Gs
EBT
DL2
-------------------
bu
;PL0
a
--------SATA
cl 'F J
------ -------- -------------------
SATB SATOW ACGSAT| !PL3
Distribución de los bits del registro de control del núcleo CORCON.
psv-_
RND
*•!•'
*1
M O D ELO DEL PRO CESADO R PARA EL PRO GRAM A D O R
71
A continuación se describe la misión de cada uno de los bits de CORCON: -
• • • • • • • • • • •
5.7.
;
.
....................................
..... ...............................................
US: con este bit se controla que la multiplicación DSP se realice sin signo (1) o con signo (0). EDT: cuando este bit vale 1la ejecución del bucle DO finaliza al completarse la iteración en curso. DL<2:0>: estos tres bits indican el nivel de anidamiento del bucle DO (0-7). SATA: permiso/prohibición para la saturación de ACCA (1/0). SATB: permiso/prohibición para la saturación de ACCB (1/0). SATDW: activación/desactivación de saturación en la escritura en ei espacio de datos (1/0). ACCSAT: bit que selecciona el modo de saturación del Acumulador (1: normal y 0: supersaturación). IPL3: bit 3 que sirve para determinar el nivel de prioridad efe interrupción, junto con IPL<2:0> del registro de estado SR. PSV: permiso/prohibición de Visibilidad del Espacio de Programa (PSV) del espacio de datos (1/0). RND: bit para la selección del modo de redondeo (1: redondeo convencional y 0: redondeo con vergente). IF: bit para la selección del formato de los operandos de multiplicación (1: operandos en modo en tero y 0: operandos en modo fraccionario).
OTROS REGISTROS DE CONTROL
Para completar una visión general del conjunto de registros importantes que intervienen en la pro gramación de los dispositivos DSC, se describen de forma resumida los siguientes. TBLPAG: Registro de Página para las instrucciones de Tabla En este registro se guardan los 8 bits de más peso de la dirección de la memoria de programa du rante las operaciones de lectura y escritura de instrucciones de Tabla, que sirven para transferir datos entre el espacio de memoria y el de datos. PSVPAG: Registro de Página para Visibilidad del Espacio de Programa La “Visibilidad del Espacio de Programa” permite al usuario mapear una sección de 32 KB del espacio de memoria de datos en el espacio de la memoria de programa. Esta propiedad permite el acceso transparente de datos constantes a través de las instrucciones que operan en la memo ria de datos. El valor contenido en PSVPAG selecciona el trozo de 32 KB del espacio de la me moria de programa sobre el que se mapea el espacio de datos. MODCON: Registro de Control del Direccionamiento Modular Se empica para activar y configurar el modo de direccionamiento modular o circular. XMODSRT, XMODEND: Registros de inicio y Fin para el Direccionamiento Modular El registro XMODSRT contiene la dirección inicial y el XMODEND la dirección final de los buffers implementados en el espacio de memoria X para el direccionamiento modular. YMODSRT, YMODEND: Registros de Inicio y Fin para el Direccionamiento Modular Igual misión que los anteriores, pero referidos al espacio de memoria Y. XBREV: Registro para el Direccionamiento por Inversión de Acarreo o “bit-reverse” Contiene el “m odificador, que es dependiente del tamaño del buffer que se utiliza en el direccionamiento por acarreo invertido o “bit-reverse” . DISICNT: Registro Contador para Desactivación de Interrupciones Se utiliza con la instrucción D1S1 para desactivar las interrupciones de prioridad 1 a 6 durante el número de ciclos indicado por este registro.
& sns$
CAPITULO m
f
.
La memoria de datos
*. LOS ESPACIOS DE LA M EM ORIA DE DATOS
memoria de datos RAM de los DSC se divide en dos espacios, llamados X e Y, que son consi'os como independientes por algunas instrucciones DSP, mientras que las instrucciones MCU yan toda la memoria como un espacio unificado y lineal de direcciones. Cada espacio dispone sus propios buses de datos y de direcciones, ambos de 16 bits, lo que supone que el rango de dimamiento alcanza 64 KB o 32 K palabras de 16 bits cada una que se hallan alineadas en di mes pares. Como se refleja en la Figura 6.1 las 32 K palabras que abarca el espacio de la memoria de datos áh id e n en 5 zonas:
••
‘
*
* Espacio SFR, destinado a los registros específicos de control (2 KB). Espacio de datos X (tamaño según modelo de dsPIC). Espacio dé datos Y (tamaño según modelo). - Zona no implementada. Zona de datos X opcionalmente mapeable en la memoria de programa (32 KB).
En la Figura 6.1 se observa que tiene una memoria SRAM de 8 KB, pero en el caso de los ds5F existen memorias de distintos tamaños: 8 KB, 16 KB y 30 KB. Te acuerdo con el espacio de memoria de la Figura 6.1 de 8 KB de SRAM, los espacios X e Y n de 4 KB cada uno. Les 8 KB inferiores de la memoria de datos (OxOOO-Ox 1FFF) se denominan “M emoria Cercana” se caracteriza porque sus posiciones pueden ser accedidas utilizando únicamente los 13 bits del de dirección absoluta que está reservado en el formato de las instrucciones que trabajan con onamiento directo. Les espacios X e Y tienen opciones de acceso diferentes según se trate de instrucciones MCU o y según se realice una lectura o una escritura. En todas las operaciones de escritura de datos, 73
74
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
0x0000
W m
SFR <
ESPACIO SFR (2KB)
;
0X07FE 0x0800
•
MEMORIA >- CERCANA (8KB)
ESPACIO DE DATOS X (4KB) SSSfiSfl à i?
ESPACIO SRAM ) 8KB
, ESPACIO DE DATOS Y ......................(4KB)
0x17FE 0x1800
0x1 FFE
0x27FE 0x2800
.
NO DISPONIBLE .
■ ' : ■■ . ■• ---- ----------- -------------------•IV.’.V.V•/.•'vX'IV/ -V/
••
OPCIONALMENTE MAPEABLE EN LA MEMORIA ' DE PROGRAMA
/.yV-V/.,.,-,-.
0x8000 .v.-
gm m m . 8 1 ESPACIO DE DATOS X NO IMPLEMENTADO (32 KB)
íSí^íívÁM^á*! ' .
P_____ l l | É\_____ lÉ f Figura 6.1.
¡OxFFFE
Estructura interna de la memoria de datos para un modelo dsPIC30F con una capaci dad de memoria SRAM de 8 KB disponibles para el usuario (modelos dsPIC30F6010 y dsPIC30F6014).
independientemente del tipo de instrucción que se trate, se accede a la memoria de datos como si los espacios X e Y conformasen un único espacio lineal de direcciones. De la misma manera se con templa el espacio de datos en las operaciones de lectura por parte de las instrucciones MCU. En la lectura de datos de las instrucciones DSP es posible acceder de forma independiente y si multánea a los espacios X e Y. En esta situación los registros W8 y W9 actúan como punteros de di recciones del espacio X, y W10 y W 11 como punteros de direcciones de las posiciones a leer en el espacio Y. La Figura 6.2 muestra lo explicado de forma esquemática.
LA MEMORIA DE DATOS
BUS DE DATOS Y
v
75
BLIS DE DATOS X
SRAM SRAM DATOS Y i DATOS X
RAGU X I BUS DE DIRECCIONES
BUSES DE DIRECCIONESj X
-p
(LECTURA X)
WAGU X
I
I
AX) I
(ESCRITURA X)
— ^
AGUXI
-------
r
ni
DATOS MAPEADOS EN MEMORIA PROGRAMA
Figura 6.2.
Las instrucciones DSP pueden acceder en lectura simultáneamente a datos de los espacios X e Y.
6.2. DIRECCIO NAM IENTO DE LA M EM ORIA DE DATOS
Las direcciones de acceso a los espacios X e Y son generadas por las Unidades de Generación de Direcciones AGUX y AGUY, respectivamente. La AGUX consta de una sección destinada a la lec tura de datos. RAGUX, y otra para la escritura, WAGUX. Para aumentar el rendimiento del proce sador RAGUX com ienza el cálculo de la dirección efectiva de un operando en el ciclo anterior al de ht instrucción al que corresponde, de manera que cuando se inicia la ejecución ya es capaz de colo r ir en el bus de direcciones de lectura del espacio X la dirección de la posición a acceder. Por el con trario, WAGUX comienza el cálculo de la dirección de la posición a escribir al empezar la ejecución de la instrucción, pero ya la tiene disponible al llegar la fase de escritura. La AGUY funciona igual que RAGUX adelantando el cálculo de la dirección, pero sólo funcio na en las operaciones de lectura, no siendo posible realizar escrituras en el espacio Y. Los datos se colocan en la memoria, alineados de form a que el byte de menos peso se sitúa en la dirección par y el de menos peso en la impar superior.
6.3. MAPEADO DEL ESPACIO DE DATOS EN LA M EM O R IA DE PROGRAMA
Con carácter opcional el programador puede mapear los 32 KB superiores del espacio de la memo r a de datos en una página del espacio de la memoria de programa que consta de 16 K palabras de 14 bits cada una. A este modo de trabajo se le llama “Visibilidad de Espacio de Programa (PSV)” y re m ite un acceso transparente de constantes desde el espacio de datos X sin necesidad de emplear
76
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
instrucciones especiales como las de Tabla. De los 24 bits de cada posición del espacio de la me moria de programa sólo son válidos los 16 de menos peso. Para obtener la dirección efectiva del PSV en la memoria de programa se necesitan 23 bits. Los 15 bits de menos peso de dicha dirección corresponden a los 15 bits de menos peso del registro W que contiene la dirección efectiva del espacio de la memoria de datos. Los 8 que faltan para com pletar la dirección efectiva PSV se toman del registro PSVPAG. (Figura 6.3.) wn PSVPAG :7
22
DIREC CIÓN ESPACIO DE DATOS Ó.
15
. . '1 4
*
..0
............ ,
D IREC CIÓN PSV
Figura 6.3.
Formación de la dirección efectiva PSV a partir de ¡os 8 bits del registro PSVPAG y los 15 de menos peso del registro Wn que contiene la dirección del espacio de la memoria de datos.
6.4. DIRECCIONAMIENTO MODULAR O CIRCULAR Existen bastantes algoritmos DSP en los que se repiten ciertas operaciones sobre un conjunto de da tos. Dichos conjuntos implementan buffer circulares que hay que recorrer ordenadamente. Esta si tuación es habitual en el cálculo de los filtros F1R (Finite Impulse Response). Para optimizar el pro cesamiento de este tipo de cálculos se ha desarrollado un conjunto de recursos hardware que soportan el modo de direccionamiento modular o circular. De esta manera se evita el uso de software para realizar este tipo de algoritmos y, en consecuencia, la gestión hardware de los buffer o tablas de datos consigue mucha mayor rapidez. Para recorrer los buffer circulares se utiliza un puntero que se desplaza desde el principio al fi nal incrementando o decrementando su valor, incluso de forma bidireccional, como se muestra en la Figura 6.4. El hardware que incluyen los DSC exime al programador de comprobar constantemente el va lor del puntero para no rebasar el límite y regresar a la posición de inicio cuando ha terminado de recorrerlo. Para conseguir esta característica existen unos registros hardware que soportan la operatividad de este direccionamiento.
XMODSRT: Registro de la dirección modular de inicio para AGUX. XMODEND: Registro de la dirección modular final para AGUX. YMODSRT: Registro de la dirección modular de inicio para AGUY. YMODEND: Registro de la dirección modular final para AGUY.
m
Cualquier registro W, excepto W 15, puede actuar como puntero del buffer y los 4 registros an teriormente m encionados establecen las direcciones inicial y final. En el direccionam iento ascen dente el puntero se va incrementando desde la posición inicial del buffer hasta la final. Cuando el puntero se decrcm enta se recorre el buffer desde la posición final a la inicial. El direccionam ien to modular puede funcionar en el espacio de la memoria de programa y en el de datos, tanto en la zona X com o en la Y. En el espacio X el código binario del registro W que actúa como puntero del
LA MEMORIA DE DATOS BUFFER INCREMENTAL
77
BUFFER DECREMENTAL
BUFFER BIDIRECCIONAL
Figura 6.4.
El buffer circular se explora mediante un puntero que soporta direcciones ascendentes, descendentes o en ambos sentidos.
buffer se carga en los 4 bits de menos peso del registro MODCON<3:()>. El código binario del re gistro W que funciona como puntero en el espacio Y se carga en los bits M ODCON<7:4>. La Fi gura 6.5 muestra de form a esquemática la estructura del registro MODCON. Byte Alto RM/-0
R/W-0
U-0
U-0
R/W-0
R/W-0
R/W-0
R/W-0
BW M <3:0>
Bit 8
Bit 15
Byte Bajo
Figura 6.5.
El registro M O D C O N en su totalidad. Los bits BW M<3:0> se utilizan para e l Bit Reverse. Los bits U-0 no se han implementado y se leen como ceros.
78
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
En la programación del direccionamiento modular se comienza cargando la dirección de inicio del buffer en XMODSRT, luego la dirección final en XMODEND, después se especifica en los 4 bits correspondientes de MODCON el registro W que participa como puntero y, finalmente, se in dica el número de veces que se recorrerá el buffer circular en una operación DO. En las Figuras 6.6 y 6.7 se muestran algunos ejemplos de aplicación con direccionamiento modular o circular.
Dirección
0
x1 1 0 0
MOV #0x1100, W0 MOV W 0. XMODSRT MOV #0x1163, W0 MOV W0, XMODEND MOV #0x8001 , WO MOVWO, MODCON MOV #0x0000, WO MOV #0x1100, W1 DO #49 , FILL FILL: MOVWO, [W1++]
/
establece dirección de comienzo establece dirección de final habilita W1, AGU X para direcc. modular WO contiene el valor de relleno del buffer W1 apunta al buffer rellena los 50 espacios del buffer para rellenar siguiente dirección W1 = 0x1100 cuando $e completa el bucle DO
0x1163 Dir. Comienzo = 0x1100 Dir. Final = 0x1163 Longitud = 50 palabras
Figura 6.6.
Ejemplo de exploración del buffer incremental con direccionamiento modular.
Dirección
0
x 1 1 EO
i
'• I
I !
MOV #0x11E0, WO MOV WO . XMODSRT MOV #0x11FF , WO MOVWO, XMODEND MOV #0x8001 , WO MOV WO , MODCON MOV #0x000F , WO MOV #0x11 FE , W1 DO #15, FILL MOV WO, [W 1-] FILL: DEC WO. WO
; establece dirección de comienzo ; establece dirección de final ; habilita W1, AGU X para direcc. modular ; WO contiene el valor de relleno del buffer ; W1 apunta al buffer ; rellena las 16 palabras del buffer ; para rellenar la siguiente palabra ; se decrementa el valor ; W1 = 0x11 FE cuando se completa el bucle DO
0x11FF Dir. Comienzo = 0x11 EO Dir. Final = 0x11 FF Longitud = 16 palabras
Figura 6.7.
Ejemplo de exploración del buffer decremental con direccionamiento modular.
LA MEMORIA DE DATOS
79
6.5. DIRECC IO NA M IEN TO POR INVERSIÓN DE ACARREO O "BIT REVERSE"
Las direcciones de la tabla de datos iniciales sobre la que se aplica el algoritmo FFT (Transforma da Rápida de Fourier) se reordenan en una tabla de resultados de acuerdo con unas reglas que so portan en hardware los DSC y que se controla con el direccionamiento por inversión de acarreo o “bit reverse”. Se trata de un direccionamiento indirecto especial que sólo se realiza a través del ge nerador de direcciones WAGUX para instrucciones de tamaño palabra y con la colaboración de los registros específicos XBREV y MODC.ON. Lo que hace el procedimiento de “bit-reverse” es crear un ordenamiento que facilitará el poste rior cálculo de la FFT, y lo consigue intercambiando los bits del puntero de direcciones entorno al punto central de dicha dirección, con lo que el resultado es la “imagen espejo” de dicha dirección. Se tomarán en cuenta a la hora de realizar el intercambio tantos bits como sean significativos según el tamaño del buffer, es decir, si el buffer tiene un tamaño de 4 bytes, se rotarán los 2 últimos bits, si tiene 8 bytes, se rotarán, los 3 últimos bytes, y así sucesivamente. EJEMPLO Se dispone de un buffer de 8 bytes, siendo la unidad de manejo del buffer el byte, y se desea aplicar el direccionamiento p o r ubit reverse ”. A l ser el tamaño del buffer de 8 bytes, se cogen los 3 últimos bits de la dirección, procediendo a rotar estos 3 bits en torno al bit I (el central) creando el “espe j o ” de la dirección original, como se muestra en la Figura 6.8. Aplicado dicho método, el conteni do de las direcciones del buffer queda dispuesto como se muestra en la Figura 6.9.
Figura 6.8.
Intercambio de bits de una dirección entorno a un punto central.
ORDENAMIENTO SECUENCIAL
Figura 6.9.
BUFFER
BUFFER
ORDENAMIENTO POR INVERSIÓN DE ACARREO
0X0100
0X0100
0X0101
0X0104
0X0102
0X0102
0X0103 0X0104
0X0106 0X0101
0X0105
0X0105
0X0106
0X0103
0X0107
0X0107
Buffer antes y después de realizar las operaciones de "bit reverse"
80
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
La puesta en marcha del direccionamiento “bit reverse” se realiza en tres etapas. Ia. Se asigna a uno de los registros W como puntero de las tablas mediante los 4 bits MODC0N <11;8> que se denominan BWM<3:0>. (Figura 6.10.) MODCON
BWM<0:3>
XMODEN YMODEN
o
YWM<0:3>
XWM<0:3>
Figura 6.10. El registro M O D C O N con sus bits BW M <3:0> resaltados, los cuales indican qué registro W será el puntero de las tablas en la operación de "b it reverse".
Si se toma al registro W1 como puntero para el direccionamiento por inversión de acarreo hay que tener en cuenta que el valor inicial que corresponde a la dirección de lectura del dato se trans forma en otro valor que corresponde con la dirección donde se escribe el resultado, pero siempre dentro de las direcciones límite de la tabla. Para W 1 el código BWM<3:0> = 0001. 2a. Se activa el direccionamiento por inversión de acarreo poniendo a 1 el bit 15 del registro XBREV (XBREV<15> = BREN = 1). (Figura 6.11.) XBREV MODIFICADOR (XB)
Figura 6.11. Estructura del registro XBREV con su b it BREN resaltado, que permite o no la operación de "b it reverse".
3a. Se establece el valor del “m odificador’ que actúa sobre el valor del registro puntero fuente usando los 15 bits de menos peso del registro XBREV (XBREV<14:0>). Los valores del modificador que se carga en XBREV<14:0> dependen del tamaño de la tabla o buffer de datos sobre el que se aplica el algoritmo FFT y se presentan en la tabla de la Figura 6 .12.
Figura 6.12.
T A M A Ñ O BUFFER (PALABRAS)
VALOR DEL M O D IF IC A D O R XB
32768 16384 8192 4096 2048 1024 512 256 128 64 32 16 8 4 2
0x4000 0x2000 0x1000 0x0800 0x0400 0x0200 0x0100 0x0080 0x0040 0x0020 0x0010 0x0008 0x0004 0x0002 0x0001
Valor del modificador XB que se carga en XBREV<14:()> y que depende del tamaño del buffer de datos de entrada medido en palabras.
LA MEMORIA DE DATOS
81
Para transformar el valor inicial del registro indirecto W según el direccionamiento por inver sión de acarreo, el hardware auxiliar lo modifica sumando al mismo un valor. Este valor será el del modificador XB en caso de que el tamaño de los elementos sea de byte, y será XB multiplicado por 2 en caso de que los elementos que se manejen sean de tamaño word (2 bytes). Sin embargo, dicha suma es especial porque se efectúa de izquierda a derecha y si se genera acarreo se traslada hacia la derecha, o sea, al revés de como se hace normalmente. Por eso se ha denominado a este direc cionamiento de inversión de acarreo. Se propone un ejemplo de aplicación para comprender la obtención de la dirección final que pa sa a contener el registro Wn cuando se utiliza el direccionamiento “bit reverse”. EJEMPLO Se dispone de un buffer de datos de 16 palabras a las que se direcciona indirectamente con el re gistro W2 (BWM<3:0> = 0010). El modificador XB según la tabla de la Figura 6.13 vale 0x0008 v se comienza suponiendo que W2 contiene la dirección 0x000 que apunta a la palabra WO. El bit de menos peso de W2 siempre vale 0 para apuntar a datos de tamaño palabra. La modificación del valor inicial de W2 se logra sumando en dirección inversa el valor del m o dificador XB multiplicado p o r 2, y de form a que si se produce acarreo se traslada a la derecha, o sea, al revés que cuando se suma normalmente. Para que el valor 0x0008 no afecte al bit de menos peso se ha desplazado un bit a la izquierda que es lo mismo que multiplicar p o r 2. En la Figura 6.13 se presenta una secuencia de transfor maciones del valor de W2 al sumarle en sentido inverso el valor del modificador y trasladando el acarreo cuando se produce hacia la derecha.
0 0 0 0
0000
00 0 0
0 0 0 0
0 0 00
0 000
000 0
0 00 0
+
1
0 00 0
0 0 0 1
0 0 0 0
W2 APUNTA LA PALABRA 8
+
000 0
SE LE SUMA XB CON LSB = 0 0NVERSIÓN ACARREO)
1000
W2 APUNTA LA PALABRA 4
1
0 000
W2 APUNTA LA PALABRA 0 SE LE SUMA XBx2 PARA QUE LSB = 0
-> + 0000
0 000
1
0 0 0 f
0000 1 000
SE LE SUMA XBx2 W2 APUNTA LA PALABRA 12
► 0 00 0
SE LE SUMA XB CON LSB = 0 (INVERSIÓN ACARREO)
0 00 0
0 100
W2 APUNTA LA PALABRA 2
*
0 0 0 0
+ 0 0 0 0
00 00
0 0 00
0 0 00
1
1
0 0 0 1
0 100
SE LE SUMA XBx2 W2 APUNTA LA PALABRA 10
-
Figura 6.13. Secuencia de transformaciones del contenido del registro W2 al aplicarle el direcciona miento p o r inversión de acarreo. Apréciese que la suma del modificador se hace de for ma inversa y que cuando hay acarreo se traslada hacia la derecha.
82
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACION ES
Del ejemplo estudiado se desprende que la misión del modificador XB es determinar el lugar desde donde comienza a transformarse la dirección. En este caso los bits que se transforman en la dirección destino son W2<5:1>. El bit de menos peso siempre vale 0 y el bit 5 es donde comienza el intercambio. (Figura 6.14.) DIRECCIÓN INICIAL W2 XB<14:0>=0x0008 LOS BITS 1-4 DE LA DIRECCIÓN SE INTERCAMBIAN W2
Figura 6.14. El valor del m odificador XB<14:0> determina el bit donde comienza a transformarse la dirección. En el ejemplo propuesto los 4 bits que cambian de lugar en la dirección d el puntero destino son W2<4:1>. El b it de menos peso siempre vale 0, p o r lo que en realidad en el cálculo de la siguiente dirección se suma XBx2 en sentido inverso y con inversión de acarreo.
CAPITULO
La memoria de programa
M . ESTRUCTURA Y DISTRIBUCIÓ N
El máximo espacio disponible de los dispositivos dsPIC para la memoria de programa es de 4 M po siciones de 24 bits cada una, aunque en los modelos actuales no se sobrepasa las 86 K posiciones de 24 bits implementadas con memoria FLASH para contener los programas del usuario. La mitad inferior del espacio de memoria recibe el nombre de Espacio de Memoria del Usuario \ abarca 2 M posiciones, desde la 0x000000 hasta la 0x7FFFFF. La otra mitad se llama Espacio de Memoria de Configuración y comprende desde la dirección 0x800000 hasta la OxFFFFFF. En el Espacio de Memoria del Usuario residen el Vector de Reset que consiste en una instruc ción GOTO que apunta a la primera instrucción del programa; la Tabla de Vectores de Interrupción, cuyo tamaño en los dsPIC33F será mayor puesto que habrá más interrupciones debido a que dispo ne de más periféricos; la Tabla Alternativa de Vectores de Interrupción que es una imagen de la Ta bla de Vectores de Interrupción; la memoria FLASH para el usuario, cuya capacidad máxima para k>s dsPIC30F es 124 KB y para los dsP!C33F es 256 KB; y la zona de datos EEPROM, que en el jaso de los dsPIC33F no existe. En el Espacio de M emoria de Configuración se encuentran los registros para la configuración ie l dispositivo y las posiciones ID destinadas a la identificación (DEVID). (Figura 7.1.) Todas las posiciones del mapa de la Figura 7.1 son pares y sus direcciones de 23 bits tienen siemrre a cero el bit de menos peso. En el caso de los dsPIC33F no existe espacio para EEPROM y las Tablas de Vectores de Interrupción son más grandes. Hay tres procedimientos para acceder al espacio de direcciones de la memoria de programa:
1o) Directamente a través de los 23 bits del Contador de Programa (PC). Así se accede a la siguien te instrucción a ejecutar. ' 2 :) Mediante las instrucciones especiales de lectura de Tabla (TBLRD) y escritura de Tabla (TBLWT). Se accede a datos. 3°) Mapeando un segmento de 32 KB de la memoria de datos en el espacio de direcciones de la me moria de programa. Se accede a datos.
83
84
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES 23
I
"RESETRESET-
INSTR U C C IÓ N GOTO DIR EC C IÓ N DESTINO
T A 8 L A DE VECTO RES DE INTERRUPCIÓN RESERVADO
ESPACIO DE MEMORIA DEL USUARIO (2 M x24)
T A BLA ALT E R N A TIV A DE VECTO RES D E INTERRUPCIÓN M EM O RIA P R O G R A M A USUARIO FLASH
000300 000002
000004 00007E 000080 000082 00C084 0000FE 000100
017FFE 018000
R ESERVADO
EEPROM DATOS {4 K BYTES)
A
in -¡SI
7 FEFFE 7FF000 800000
R ESERVADO
UNITID (32 INSTR U C C IO N E S)
ESPACIO DE MEMORIA DE CONFIGURACIÓN (2 M x24)
8005BE 8005C0 8005FE 800600
RESERVADO REG ISTRO S DE CO NFIGURACIÓ N DEL DISPO SITIVO
F7FFEE F 80000 F800CE F 80010
R ESERVADO DEVID
Y
Figura 7.1.
FEFFFE FFOOOO FFFFFE
Distribución del espacio de direcciones de la memoria de programa para un dsPICJOF. El tamaño de la FLASH y la EEPROM depende del dispositivo específico que se trate.
7.2. DIRECC IO NA M IEN TO MEDIANTE EL PC
El Contador de Programa actúa como un puntero directo al espacio de la memoria de programa. Consta de 23 bits valiendo siempre cero el de menos peso (PC<0> = 0), lo que supone que todas las direcciones son pares. El direccionamiento secuencial de las instrucciones lo realiza el PC incrementándose de 2 en 2. En los otros dos modos que existen para direccionar la memoria de programa el bit PC<0> se utili za para seleccionar el byte a acceder en la posición de 24 bits (uno de los bytes no se usa). En la Fi gura 7.2 se muestra gráficamente la peculiar manera de incrementarse el PC de 2 en 2 y la forma en que direcciona el Espacio de la Memoria del Usuario.
7.3. TRANSFERENCIA DE DATOS DESDE LA M EM ORIA DE PROGRAMA
En bastantes aplicaciones es muy interesante poder guardar en la memoria de program a datos que posteriorm ente pueden ser leídos. Además de am pliar la capacidad de almacenamiento de la m e moria RAM, la información almacenada en la m em oria FLASH del programa se convierte en no volátil.
LA MEMORIA DE PROGRAMA
SU
85
000 000
ESPACIO MEMORIA USUARIO
i LSB
PC
______________ 22
I
0
23
b
~ ~ f~
INSTRUCCIÓN
24
IR
SIEMPRE 0
>7FF FFE
Figura 7.2.
El PC sólo incrementa el valor de los bits PC<21:1>, manteniendo a 0 el de menos peso para conseguir un direccionamiento secuencial de las direcciones pares en que se en cuentran las instrucciones de programa.
Para poder utilizar el espacio del programa para leer y escribir datos los DSC disponen de dos procedimientos: ............. a) Utilizando ias instrucciones de Tabla que $e encargan de releer y escribir datos en la memoria de programa. b) Mapeando los 32 KB correspondientes a las direcciones más altas del espacio de la memoria de datos en una página de la memoria de programa de 16 K palabras de 24 bits. Este procedimiento se denomina "Visibilidad del Espacio de Programa (PSV)".
-.4. LAS INSTRUCCIONES DE TABLA
Son 4 instrucciones del repertorio de los DSC que permiten leer o escribir la palabra baja o la al ta de una Tabla. La Tabla está formada por posiciones de la memoria de programa que constan de ,: I bits, o sea, 4 bytes, de los cuales el de más peso no es válido y sus bits siempre se leen como ceros. A este byte se llam a “byte fantasma”. (Figura 7.3.)
86
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DF APLICACIONES MEM ORIA. D E P R O G R A M A BYTE
Ox 000200
• 0000 0000
Ox 000202
0000 0000
Ox 000204
•oooooooo
Ox 000206
0000 0000 31
I ;
■ I 23
16 15
— PALABRA ALTA —►
Figura 7.3.
TABLA DE DATOS
9 PALABRA BAJA—►
La Tabla existente en la memoria de programa destinada a los datos tiene posiciones de cuatro bytes, de los cuales el de más peso no es válido y se llama byte fantasma.
Las 4 instrucciones de Tabla son.
TBLRDL Lectura de la palabra baja. TBLWTL: Escritura de palabra baja. TBLRDH: Lectura de la palabra alta. TBLWTH: Escritura de palabra alta.
Las instrucciones de Tabla utilizan como dirección efectiva de 23 bits para una posición de la memoria de programa, la concatenación de los 16 bits de un registro W con los 8 bits del registro TBLPAG. El bit de menos peso del registro de trabajo siempre a 0. (Figura 7.4). El registro Wn con tiene la dirección efectiva de la memoria de datos. DIRECCIÓN EFECTIVA PARA TABLA
0
Figura 7.4.
Para direccionar una Tabla de datos en la memoria de programa se utiliza una dirección de 24 bits formados por la concatenación de un registro Wn y el registro TBLPAG. Como el b it de menos peso de Wn siempre vale 0 las direcciones generadas siempre son pares. Wn contiene la dirección efectiva de la memoria de datos.
Con TBLRDH y TBLWTH se lee y escribe la palabra alta de la tabla, siendo posible el acceso al byte bajo y alto de cada palabra individualmente. El byte alto de la palabra alta no está implentado y se llama “byte fantasma”. EJEMPLO La instrucción TBLRDL W3,W4, lee los 16 bits de menos peso de lo posición de lo memoria de pro grama cuya dirección se form a con TBLPAG: W3 <14:0> y los deposita en W4.
LA MEMORIA DE PROGRAMA
87
7.5. VISIBILIDAD DEL ESPACIO DE PROGRAMA (PSV) El otro método que permite leer y escribir datos en la memoria de programa consiste en mapear el trozo de 32 KB de direcciones más altas (0x800000 - OxFFFFFF) de la memoria de datos en una pá gina de 16 K palabras de la memoria de programa. Este procedimiento recibe el nombre de Visibi lidad del Espacio de Programa o abreviadamente PSV. Como cada posición de la memoria de datos es de 16 bits y la de la memoria de programa de 24 bits, se deshecha el byte de más peso de esta última. A sí cada posición de la memoria de datos ocu pa una posición en la memoria de programa. Las instrucciones que utilizan el PSV requieren de un ciclo de instrucción extra para ejecutarse. El ciclo de instrucción adicional sirve para direccionar el dato PSV dentro del bus de memoria de programa. Para poner en macha el PSV se pone a 1 el bit PSV residente en el registro CORCON. La dirección que apunta la posición de la memoria de programa se obtiene concatenando los 8 bits jel registro PSVPAG con los 15 bits de menos peso de un registro de trabajo Wn. Cuando se trabai en modo PSV W n<15> = 1, mientras que en modo normal W n<15> = 0, es decir, que el bit de n ás peso de la dirección efectiva de la memoria de datos vale 1 (mitad superior). Con el bit de me ros peso de Wn se puede seleccionar el byte a acceder dentro de la palabra. (Figuras 7.5 y 7.6.) DIRECCION EFECTIVA
1514
ricura 7.5. ‘ l.a dirección afectiva de 23 bits que apunta la posición de la memoria de programa se for ma con los 8 bits del registro PSVPAG concatenados con los 15 bits de menos peso de Wn. En m odo PSV Wn>15> = 1 y el bit Wn>0> selecciona el byte a acceder en la pala bra. Wn contiene la dirección efectiva de la memoria de datos.
En realidad el contenido de Wn es la dirección efectiva
de la memoria de datos que se maen la memoria de programa. IPLO PSV= 1, la instrucción M O V 0xF052, W2 carga los 16 bits de menos peso de la dirección de la metria de programa form ada por la concatenación PSVPAG: 7052 en el registro W2.
jy . GRABACION DE LAS MEMORIAS FLASH Y EEPROM
i grabar las memorias FLASH y EEPROM de los DSC hay dos métodos: ■
l ' Autograbación en tiempo de ejecución (RTSP). : Grabación serie en circuito (ICSP™).
88
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES ESPACIO DE PROGRAMA
2?
, , ■■■■■ . Q
ESPACIO DE DATOS 0x0000
o /i 6
DAT O lE I D O
EL BYTE DE MÁS PESO NO SE LEE-------------- ► EN MODO PSV
Figura 7.6.
Los 8 bits de más peso de la posición del espacio de programa no son válidos por lo que cada posición de la memoria de datos ocupa una posición en la memoria de programa.
La memoria EEPROM está mapeada dentro del espacio de la memoria de programa y según el modelo que se trate puede alcanzar hasta una capacidad de 2 K palabras de 2 bytes de contenido ca da una en los dsPIC30F. Los dsPIC33F no disponen de memoria EEPROM. Las técnicas usadas para la grabación de la EEPROM de datos y la FLASH son similares cuan do se usa el método RTSP. La única diferencia destacable entre ambos tipos de memoria es la can tidad de datos o información que puede ser grabado o leído en cada ciclo de grabación/borrado.
7.6.1. Autograbación en tiempo de ejecución (RTSP)
Esta técnica la desarrolla el usuario mediante las instrucciones de Tabla que transfieren información entre la memoria de datos y la de programa. Con las 4 instrucciones de Tabla comentadas anterior mente se leen o escriben los 16 bits de la palabra baja o los bits <23:16> de la palabra alta. La di rección efectiva de la posición de la memoria de programa se forma con los 8 bits del registro TBLPAG y los 16 de un registro Wn, que contiene la dirección efectiva de la memoria de datos. EJEMPLO 1 Programa para depositar en los registros W2:W3 los 24 bits válidos de la posición de la memoria de programa cuya dirección queda definida por tbIpage: tbloffset.
LA MEMORIA DE PROGRAMA
18 :•
89
vIvví-T1 MOV MOV MOV
#tblpage, WO WO, TBLPAG tttbloffsct, WO
; carga en WO el valor EA<23:¡6> ; carga WO en registro TBLPAG ; carga EA en WO
TBLRDH TBLRDL
[WO], W2 TWOL W3
; lee el byte alto <23:16> en W2 ;!ee palabra baja <15:0> en W3
EJEMPLO 2 Cargar un valor de 24 bits en una posición de la m em oria de program a cuya dirección EA<23:0>es tblpage:tbloffset. El dato a grabar está form ado p or la palabra baja #\vord low v el bxte alto #b \te hi.
MOV MOV MOV
tttblpage, WO WO, TBLPAG fttblojfset, WO
MOV MOV
Jhvordjtów, W2 tíbytejii. W3
TBLWTL TBLWTH
W2y ¡WO] VV5. [W0++]
; carga en WO el valor EA<23:16> ; carga WO en registro TBLPAG ; carga EA<15:0> en WO ;carga en W2 la palabra baja ;carga en W3 el byte alto ;escribe la palabra baja ;escribe el byte alto
También es posible grabar y leer la memoria de programa con datos de tamaño byte dentro de cada una de sus palabras. Para la grabación/borrado de múltiples datos de la FLASH y la EEPROM se utilizan tres regis tros de control NVM (M emoria No Volátil).
NVMCOM: Registro de Control NVM. NVMKEY: Registro Clave NVM. NVMADR: Registro de Dirección NVM.
El registro NVMCOM selecciona si la operación se realizará sobre la FLASH o la EEPROM y las características principales de la misma, tal como se indica en la tabla de la Figura 7.7. El registro NVM CON se muestra en la Figura 7.8 y consta de los siguientes bits significativos:
'
WR (bit 15): Bit de control de escritura (borrado o grabación). WREN (bit 14): Permiso de escritura (borrado o grabación). WRERR (bit 13): Flag de error de escritura en Flash. Reservado (bit 12- 8). PROGOP <7:2> (bit 7 - 0): Código de operación de grabación.
90
dsPIC DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
VALO RES DE N VM CO M PARA O O P ER A C IO N ES DE G R A B A C IÓ N /B O R R A D O TIP O M EM O RIA
O PER A CIÓ N
TAM AÑO DATOS
V A LO R N VM CO M
BORRADO
1 FILA (32 INSTRUCCIONES)
0x4041
GRABACIÓN
4 INSTRUCCIONES
0x4001
1 PALABRA
0x4044
16 PALABRAS
0x4045
1 PALABRA
0x4004
16 PALABRAS
0x4005
1 REGISTRO CONFIGURACIÓN
0x4008
FLASH
BORRADO EEPROM GRABACIÓN
REGISTRO CONFIGURACIÓN
Figura 7.7.
ESCRITURA
Valores que hay que cargar en NVM CO M para llevar a cabo diversas operaciones con las memorias FLASH y EEPROM.
BYTE ALTO 15 •.v a -.v / a \ w a w
•>> \W R ÿ
J
w
w
.«.w
WREN
i
.*
W RERRÍ
BYTE BAJO
0
7 PROGOP < 7 :0 >
Figura 7.8.
1
Registro NVMCON.
El registro NVM ADR contiene los 16 bits de menos peso de la dirección efectiva (EA<15:0>) de la posición a grabar o borrar. Este registro lo manejan automáticamente las instrucciones de Ta bla y el usuario puede modificarlo cuando lo desee. El registro NVADR se muestra en la Figura 7.9. NVADR <15:0>: indica la posición de memo ria en la que se quiere grabar o borrar.
o w o w M e nw o o i x c a w o o f j j o e a jooarac—
NVM AD R< 15:8>
BYTE BAJO i .......... n i ............... ih h jih ih i
umili ■ ■»» * ■> m u il il■inni— M nnrwiniwn n~ ~i r i " ir i r r r r ~ r n i r i n "
N V M A D R <7 :0 >
: Figura 7.9.
Registro NVADR.
-
~
LA MEMORIA DE PROGRAMA
91
El registro NVMKJEY sólo puede ser escrito y su misión es evitar grabaciones o borrados acci dentales. Se le utiliza para guardar unos valores claves o de seguridad, que se indican a continuación: 1 Hay que escribir el valor clave o de seguridad 0x55 en NVMKEY. 2.° Hay que escribir a continuación el valor OxAA en NVMKEY. 3.° Ejecutar dos instrucciones NOP. Las interrupciones deberán ser deshabilitadas durante la secuencia anterior. Tras esta secuencia, la escritura estará permitida al registro N VMCON durante un ciclo de instrucción. Con la técnica RTSP se pueden borrar 32 instrucciones o 96 bytes simultáneamente y se pueden grabar 4 instrucciones (12 bytes) a la vez. EJEMPLO El programa que se propone de carácter didáctico muestra las instrucciones apropiadas para bo rrar una línea de 32 instrucciones (96 bytes) en la memoria de programa.
MOV MOV
#0X 4041, WO W0, NVM COM
M OV M OV MOV M OV
m ip a g e , WO WO, TBLPAG m ioffseU WO WO, NVM ADR
v
: imcialización NVMCOM ; creación del puntero a la jila que se desea borrar
; inicializa TfíLPAG ; in id a l iza NVMADR bloqueo de las ;interrupciones durante las 5 ;siguientes instrucciones ;
DISi
#5
MOV M OV MOV M OV BSÉI;:-
0x55 . WO WO, N VM K EY OXAA, WO WO, NVM KEY " ''
"
A^
; se escriben en el registro de ;seguridad NVM K EY tas ;claves 0x55 y OxAA
/
comienza borrado
sor NOP
7.7. GRABACIÓN SERIE EN CIRCUITO (ICPS™) Se trata de un protocolo registrado por Microchip destinado a la grabación en serie de dispositivos programables conectados en el circuito de aplicación, simplemente utilizando dos líneas, una para
92
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
el reloj y otra para transferir los datos serie a grabar mediante el interfaz SP1 y un software integral de tipo “bootloader” cuyas especificaciones técnicas pueden encontrarse en las páginas del fabri cante en Internet (www.microchip.com). Este sistema de grabación se utiliza con gran efectividad en todo tipo de microcontroladores y dispositivos programables, además de los DSC.
mWMi
CAPITULO
Interrupciones y excepciones
8.1. IN T R O D U C C IÓ N
Las interrupciones y las excepciones son causas que desvían el flujo de control en la ejecución de instrucciones. Las interrupciones son provocadas por acontecimientos externos, como los que ori ginan los periféricos integrados o las señales aplicadas en determinadas patitas. Las excepciones se producen automáticamente cuando el procesador detecta algún error o anomalía en la ejecución de una instrucción. Los dsPIC30F atienden a 54 tipos de interrupción y 8 tipos de excepción bajo un sistema de con trol de las" siguientes características:
Tabla de 62 vectores de interrupción (IVT). 7 niveles de prioridad programables por el usuario para las interrupciones. Un vector dedicado para cada causa de interrupción o excepción. Para soportar labores de depuración existe una Tabla Alternativa de Vectores de Interrupción (AIVT).
8.2. TABLA DE VECTORES IVT Y A1VT DE LOS DSPIC30F La Tabla de Vectores de Interrupción IVT ocupa 62 posiciones de la memoria de programa a partir de la dirección üxüüü 004. Cada posición consta de 24 bits que conforman la dirección de la me moria de programa donde comienza la rutina de servicio de la interrupción correspondiente (1SR). A dicha dirección se llama Vector de Interrupción. Los 8 primeros vectores de la IVT soportan las excepciones y los 54 restantes las interrupciones. La Tabla A lternativa de Vectores de Interrupción AIVT tiene una organización idéntica a la IVT y está situada a continuación en el espacio de la m emoria de programa. Para que el proce sador utilice la A IV T se precisa que el bit ALTIVT = 1 (INTCON2<15>). Cuando está operati va la AIVT los procesos de interrupción y excepción manejan dicha tabla que está diseñada 93
94
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
para labores de em ulación y depuración ofreciendo un soporte para intercam biar la Tabla de Vec tores entre el entorno de aplicación del usuario y el de las m encionadas labores. Estos rasgos tam bién se activan eligiendo en las aplicaciones para evaluación de diferentes algoritm os soft ware en tiempo de ejecución. Cuando no se usa la A1VT sus contenidos son los mismos que la IVT. (Figura 8.1.)
RESETRESET-
INSTRUCCIÓN GOTO
I 0x000000
DIRECCIÓN GOTO
8 0x000002 Ox 000004
FALLO DE OSCILADOR ERROR DE DIRECCIQNAMIEÑTO FALLO DE PILA
VECTORES DE EXCEPCIÓN
ERROR ARITMÉTICO RESERVADO _____________ RESERVADO RESERVADO VECTOR DE INTERRUPCIÓN 0
0 0x000014
________ VECTOR b'É lN T E R R U P C IÓ N 1 54 VECTORES DE INTERRUPCIÓN VECTOR D E INTERRUPCIÓN 52 VECTOR DE INTERRUPCIÓN 53"
Ox 00G07E 0X 000080
RESERVADO
0x000082
RESERVADO
Ox 000084
FALLO DE OSCILADOR ERROR DIRECCIONAMIENTO FALLO DE PILA ERROR ARITM ÉTICO RESERVADO RESERVADO RESERVADO VECTOR DE INTERRUPCIÓN 0
Ox 0 0 0 0 9 4
VECTOR DE INTERRUPCIÓN 1
VECTOR DE INTERRUPCIÓN 52 VECTOR DE INTERRUPCIÓN 53
Figura 8.1.
UX OOOCr E
Espacios de direcciones ocupados por las tablas IVT y AIVT en el mapa de la memoria de programa de los dsPIC30F
INTERRUPCIONES Y EXCEPCIONES
95
No se considera una interrupción el Reset puesto que en su tratamiento no interviene el controjjdor de interrupciones. Cuando se produce un Reset se borran los registros y el PC pasa a valer ce ro, iniciando el procesador la ejecución de instrucciones a partir de la situada en la dirección 0x000 V)0 de la memoria de programa en la que se coloca el código de un GOTO que pasa el flujo de con s o l a la dirección donde empieza el programa principal. En la Figura 8.2 se presenta una tabla que muestra las direcciones ocupadas por la IVT y la AI VT \ .25 causas que originan las interrupciones y excepciones.
NÚMERO ÜE VECTOR
D IR EC C IÓ N IVT
D IR EC C IÓ N A IV T
CAUSA DE EX C EP CIÓ N
0x000004
0x000084
RESERVADO
0x000006
0x000086
FALLO DE OSCILADOR ERROR DE DIRECCION AMIENTO
0x000008
0x000088
OxOOOOOA
0x00008A
ERROR DE PILA
OxOOOOOC
0x00008C
ERROR ARITMÉTICO
OxOOOOOE
0x00008E
RESERVADO
0x000010
0x000090
RESERVADO
0x000012
0x000092
RESERVADO
0x000014
0x000094
INTO - INTERRUPCION EXTERNA N U M O
0x000016
0x000096
IC1 - ENTRADA M O D U LO CAPTURA 1
0x000018
0x000098
OC1 - SALIDA DEL COMPARADOR I
0x00001 A
Ox00009A
TI -T1MER1
0x00001C
0x000096
IC2 - ENTRADA M O D U LO CAPTURA 2
0x00001E
0x00009D
OC2 - SALIDA DEL COMPARADOR 2
0x000020
OxOOOOAO
T2 - TIMER 2
0x000022
0x0000A2
T3 - TIMER 3
0x000024
0x0000A4
0x000026
0xí)000A6
0x000028
°xOOOOA8_
U l T X -U A R T 1 EMISOR
0x00002A
OxOOOOAA
CONVERSIÓN ADC - ADC REALIZADA
0x00002C
OxOOOOAC
ESCRITURA COMPLETADA
0x00002E
OxOOOOAE
IC 2 OPERACION ESCLAVO - MENSAJE DETECTADO
0x000030
OxOOOOBO
IC 2 OPERACION MAESTRO - MENSAJE COMPLETADO
0x000032
0x0000B2
NOTIFICACIÓN DE CAMBIO DE ENTRADA
0x000034
0x000084
INT1 - INTERRUPCION EXTERNA N U M 1
0x000036
0x0000B6
IC 7 - ENTRADA M Ó D U LO DE CAPTURA 7 IC 8 - ENTRADA M O D U LO DE CAPTURA 8
U l RX
UART 1 RECEPTOR
0x000038
0x00001*8
0x00003A
0x0000BA
OC 3 - SALIDA DEL COMPARADOR 3
Qx00003C
OxOOOOBC
OC 4 - SALIDA DEL COMPARADOR 4 T4 - TIMER 4
0x00003E
0X0OOOB3
0x000040
OxOOOOCO
0x000042
0x0000C 2
INT 2 - INTERRUPCIÓN EXTERNA N Ú M 2
0x000044
0x0000C4
UR2 X - UART 2 RECPETOR
0x000046
UT2X - UART 2 EMISOR
0x000048
oxooooce oxooooca
0x00004A
OxOOOOCA
CAN 1
0x00004C
OxOOOOCC
IC3 - ENTRADA M Ó D U LO CAPTURA 3
T5 - TIMER 5
Direcciones de los vectores de IVT y AIVT en memoria de programa y causas que p ro ducen interrupciones y excepciones en los dsPIC30F. No todos los modelos DSC dispo nen de los mismos periféricos integrados y por tanto usan todos los vectores de la tabla,
96
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
N Ú M ERO DE V EC T O R
D IR EC C IÓ N IVT
D IR EC C IÓ N A IV T
CAUSA DE EXC EP CIÓ N
37
0x00004E
OxOOOOCE
IC4 - ENTRADA M Ó D U LO CAPTURA 4
38
0x000050
0x000000
IC5 - ENTRADA M Ó D U LO CAPTURA 5
39
0x000052
0x0000D2
IC6 - ENTRADA M Ó D U l O CAPTURA 6
40
0x000054
OxOOOOD4
OC5 - SALIDA DEL COMPARADOR 5
41
0x000056
0x0000D6
OC6 - SALIDA DEL COMPARADOR 6
42
0x000058
0x000008
OC7 - SALIDA DEL COMPARADOR 7
43
OxOOOOSA
OxOOOODA
OC8 - SALIDA DEL COMPARADOR 8
44
0x00005c
OxOOOODC
IN I 3 - INTERRUPCIÓN EXTERNA N Ú M 3
45
0x00005F
OxOOOODE
46
0x000060
OxOOOOEO
CAN 2
47
0x000062
OxOOOOE2
PVVM - PWM COMPARACIÓN PERÍODOS
.
INT 4 -INTERRUPCIÓN EXTERNA N Ú M 4
48
0x000064
OxOOOOE4
QEI - COMPARADOR POSICIÓN CONTADOR
49
0x000066
0x00Ü0E6
DCI - TRANSFERENCIA DE C Ó D IG O REALIZADA
50
0x000068
0x0000E8
LVD - DETECCIÓN DE VOLTAJE BAJO
51
0x00006A
OxOOOOEA
FLTA - MCPVVM FAULT A
52
0 x00006c
OxOOOOEC
FLTB - MCPWM FAUi.T B
53-61
OxOOOO6E-OxO0OO7F
OxOOOOEE-OxOOOOFE
RESERVADOS
Figura 8.2.
Direcciones de los vectores de IVT y AIVT en memoria de programa y causas que p ro ducen interrupciones y excepciones en los dsPIC30F. No todos los modelos DSC dispo nen de los mismos periféricos integrados y por tanto usan todos los vectores de la tabla. (Continuación).
8 .3. TABLA DE VECTORES IV T Y A IV T DE LOS DSPIC33F
La Tabla de Vectores de Interrupción (IVT) de los dsP!C33F se muestra en la Figura 8.3. La IVT re side en la memoria de programa empezando en la posición 0x000 004. La IVT contiene 126 vecto res comenzando por 8 vectores de excepciones no mascarables a los que se añaden 118 vectores de interrupción. En general, cada fuente de interrupción tiene su propio vector. Cada vector de interrupción con tiene una dirección de 24 bits donde se inicia la rutina de atención. El valor programado en cada localización del vector de interrupción es el comienzo de la dirección de las rutinas de servicio de interrupción asociadas (ISR). Los vectores de interrupción están organizados siguiendo el orden de su prioridad natural; esta prioridad es inherente a las direcciones en la tabla de vectores. Por ejem plo, la interrupción asociada con el vector 0 tom ará el control antes que otras con el mismo nivel de prioridad. La tabla de vectores de interrupción alternativa (AIVT) está situada después de la IVT, co mo se m uestra en la Figura 8.3. El acceso a la A IVT lo proporciona el bit de control ALTIVT (INTCON2<'15>). Si ALTIVT está a 1, todas las interrupciones y excepciones usarán los vecto res alternativos en vez de los vectores principales. Los vectores alternativos están organizados de la mism a m anera que los vectores de la IVT. La A IVT soporta tareas de depuración. El espa cio de código para el usuario com ienza detrás de la AIVT, es decir, a partir de la dirección 0x000200.
INTERRUPCIONES Y EXCEPCIONES
R E S E T - INSTRUCCIÓ N GO TO
Ox 000000
RESET - DIRECCIÓN GOTO
Ox 000002
RESERVADO ________
97
0x 000004
FALLO DE'O SC ILA D O R ERROR DE D IR E C eiO N A M IE N TO FALLO DE PILA
8 VE C TO R E S DE EXCEPCIÓN
ERROR ARITM ÉTICO ERROR DMA RESERVADO
uu
RESERVADO VECTO R DE IN TERRUPCIÓN 0
Ox 000014
VECTOR’ DE IN TERRUPCIÓ N 1 118 VE C TO R E S DE INTERRUPCIÓN VECTO R DE IN TERRUPCIÓN 116 VECTOR DE IN TERRUPCIÓ N 117
OxOOOOFC 0x 0000FE
RESERVADO
0x000100
RESERVADO
0x000102
RESERVADO
0x0 0 0 1 0 4
FALLO DE O SCILADOR ERROR D IR EC CION AM IENTO FALLO DE PILA ERROR ARITM ÉTICO ERROR DMA RESERVADO RESERVADO
í
VECTO R DE IN TERRUPCIÓN 0
.....
————
Ox000114
VECTO R DE INTERRUPCIÓ N 1 ■ .
VECTOR DE IN TERRUPCIÓ N 116
Ox000 1 FC
VECTO R DE INTERRUPCIÓ N 117
0x0001 FE
.... . . . . . . ............ ...... . . :
Figura 8.3.
:
Espacios de direcciones ocupados por las tablas IVT y AIVT en el mapa de la memoria de programa de los dsPIC33F.
En las Figuras 8.4 y 8.5 se presenta una tabla que m uestra las direcciones ocupadas por la IVT y la AIVT junto a las causas que originan tanto las interrupciones com o las excepciones de los dsPIC33F.
98
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
N Ú M ERO DE V EC T O R
D IR EC C IÓ N IVT
D IR E C C IÓ N A IV T
0
0x000004
0x000084
RESERVADO
1
0x000006 0x000008 OxOOOOOA
0XÜ000ÍJ& 0x000088 Ox00008A
FALLO DE OSCILADOR
OxOOOOOC OxOOOOOE 0x000010 0x000012 0x000014
OxOOOOtíC 0x00008E 0x000090 0x000092 0x000094
3 4 i
.
. . . 5 ...................
6 7 8
0x000016
0x000096
0x000018
0x000098
0x00001A 0x00001C 0x00001E
Ox00009A 0x00009c 0x00009D
0x000020 0x000022 0x000024
OxOOOOAO
OxOOOOA6 0x0000A8
20
0x000026 0x000028 0x00002A 0x00002C
21 22
0x00002E 0x000030
23
0x000032 0x000034
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
2-1
0x000036 0x000038 0x00003A ()x00003C 0x00003F
25 26
27 28 29
0x000040 0x000042 0x000044
30 31 32
0 XÜ0 0 0 A 2
OxOOOOA4
OxOOOOAA OxOOOOAC OxOOOOAE 0x000080 0x000062 0x000084 0x000036 OxOOOOB8 OxOOOOBA OxOOOOBC OxOOOOBE OxOOOOCO 0x0000C2 OxOOOOC4
CAUSA DE EXC EP CIÓ N
ERROR DE DIRECCIONAMIENTO ERROR DE PILA ERROR ARITMÉTICO ERROR D M A RESERVADO RESERVADO INTO - INTERRUPCIÓN EXTERNA N Ú M 0 IC1 - ENTRADA M O D U LO CAPTURA 1 O C I - SALIDA DEL COMPARADOR 1 T1 -TIMERT DM A 0 - DM A CANAL 0 IC2 - ENTRADA M O D U L O CAPTURA 2 OC2 - SALIDA DEL COMPARADOR 2 T 2 -T IM E R 2 T3 - TIMER 3 SPI 1E-ERROR EN SPI1 SPI1 - TRANSFERENCIA SPI1 REALIZADA U IRX UARTI RECEPTOR U1 T X -U A R T 1 EMISOR ADC 1 - CONVF.RSOR A /D I DM A 1 - CANAL D M A 1 RESERVADO SI2C1 - OPERACION I2C1 ESCLAVO MI2C1 - OPERACION I2C1 MAESTRO RESERVADO NOTIFICACION DE CAMBIO DE ENTRADA INT1 - INTERRUPCIÓN EXTERNA N Ú M 1 ADC 2 - CONVERSOR A 'D 2 IC 7 - ENTRADA M Ó D U LO DE CAPTURA 7 IC 8 - ENTRADA M Ó D U LO DE CAPTURA 8 DM A 2 - CAN Al D M A 2 OC3 SALIDA DEL COMPARADOR 3
33
0x000046
34 36
0x000048 0x00004A 0x00004C
37
0x00004E
OxOOOOC6 OxOOOOC8 OxOOOOCA OxOOOOCC OxOOOOCE
0x000050 0x000052 0x000054 0x000056
OxOOOODO 0x0000D2 0x0000D4 OxOOOOD6
0x000058 0x0Q005A
0 x000008 OxOOOODA OxOOOODC Oxooocdf OxOOOOEO
C1RX - EC/\N 1 PREPARADO PARA RECIBIR DATOS
OxOOOOE2 0x0000E4 OxOOOOE6 OxOOOOEfí OxOOOOEA
IC5 ENTRADA M Ó D U L O CAPTURA 5 IC6 - ENTRADA M O D U L O CAPTURA 6 OC5 - SALIDA COMPARADOR 5
35
......3 8 ■ 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53
Figura 8.4.
0x00005C 0x00005E 0x000060 0x000062 0x000064 0x000066 0x000068 Qx00006A OxOOOOóC 0x00Q06E
OxOOOOEC OxOOOObE
OC4 - SALIDA DEL COMPARADOR 4 T4 - TIMER A T5 - TIMER 5 JNT 2 - INTERRUPCIÓN EXTERNA 2 U 2 R X -U A R T I RECEPTOR U2TX - UARTI EMISOR SPI2L - LRROR EN SPI2 SPI2 - TRANSFERENCIA SPI2 REALIZADA C1 - CAN1 DMA3 CANAL D M A 3 IC3 - ENTRADA M Ó D U LO CAPTURA 3 IC4 - ENTRADA M O D U IO CAPTURA 4
OC6 - SALIDA COMPARADOR 6 OC7 SALIDA COMPARADOR 7 OC8 - SALIDA COMPARADOR 8 RESERVADOS
Direcciones de los vectores de IVT y AJVT en memoria de programa y causas que produ cen interrupciones y excepciones en los dsPIC33F. No todos los modelos DSC disponen de los mismos periféricos integrados y por tanto usan todos los vectores de la tabla.
INTERRUPCIONES Y EXCEPCIONES
N ÚM ERO DE VECTO R
D IR E C C IÓ N IVT
D IR EC C IÓ N AIVT
CAUSA DE EXCEPCIÓ N
54
0 x0 0007 0
0 x0 0017 0
D M A 4 - C A NAL D M A *1
55
0x0 0007 2
0x000172
1 6 - IIM FR (t
56
0x0 0007 4
0x0 0017 4
T7 - TIMER 7
57
0x0 0007 6
0x0 0017 6
SI2C2 - EVENTO EN EL I2C2 ESCLAVO
50
0x0 0007 8
0x000178
M I2C 2 - EVENTO EN EL I2C2 MAESTRO
59
0x0 0007 A
0 x0 0017A
T8 - TIMER 8
60
ÜX00007C
0 x 0 0 0 1 7C
61
0x00007E
0 x0 0 0 1 7E
T9
99
TIMER9
IN T3 -IN TER R U PC IÓ N EXTERNA 3
62
0x0 0008 0
0 x0 0018 0
IN T 4 - INTERRUPCION EXTERNA 4
63
0x000082
0x0 0018 2
C2RX - ECAN2 PREPARADO PARA RECIBIR DATOS
64
0 x0 0008 4
0x0 0018 4
65
0x0 0008 6
0x0 0018 6
66
0x0 0008 8
0x0 0018 8
67
0 x0 0 0 0 8 a
0x0 0 0 1 8A
DCIF - ERROR DCI
68
0x00008c
0 x 0 0 0 18C
D C ID - TRANSFERENCIA DCI REALIZADA D M A 5 - OXNAL D M A 5
C2 - EVENTO C AN2 PVVM
PERÍODO P W M
QEI - C O M P A R AC IÓ N C O N T A D O R DE POSICIONES
69
0x00008E
0 x 0 0 0 I8F
70
0x0 0 0 0 9 0
0x0 0019 0
RESERVADO
71
0x000092
0x000192
FLTA - FALTA EN MCPVVM FLTB - FALTA EN MCPVVM
72
0 x0 0009 4
0x0 0019 4
73
0 x0 0009 6
0x0 0019 6
U 1 E -E R R O R EN UART1
74
0x 0 0 0 0 9 8
0x0 0019 8
U2E - ERROR EN UART2
75
0 x 00 009 a
0 x0 0 0 1 9A
RESERVADO
76
0x00009c
0x00019C
D M A 6 - CANAL D M A 6
77
OxOOOOOE
0 x0 0 0 1 9E
D M A 7 - CANAL D M A 7
78
OxOOOOAO
0x0001 A 0
C IT X - PETICION DE TR AN SM ISIO N DE DATOS EN EC AN 1
79
0x0000A 2
0x0001 A2
C 2 T X - PETICIÓN DE TR AN SM ISIÓ N DE DATOS FN FCAN2
RESERVADO (PARA DISPOSITIVOS "PS")
RESERVADO (PARA DISPOSITIVOS "PS") 80-125
Figura 8.5.
OxOOOOA4-OxOOOOFE 0 x 0 0 0 1A4-ÜX0001 FE
RFSFRVADAS
Continuación de la tabla con l¿is direcciones de los vectores de IVT y AIVT en memoria de programa y causas que producen interrupciones y excepciones en los dsPIC33F.
8.4. NIVEL DE PRIORIDAD DE LA CPU La CPU funciona en todo momento con un nivel de prioridad para interrupciones y excepciones comprendido entre ü y 15. Los periféricos y las interrupciones externas trabajan con niveles de prio ridad entre 0 y 7. mientras que las excepciones operan con un nivel fijo cuyo valor oscila entre 8 y I 5 y se consideran como interrupciones no mascarables dirigidas a detectar problemas hardware y software. El nivel de prioridad de cada fuente de una excepción es fijo. Para atender una interrupción o una excepción su nivel de prioridad debe superar el de la CPU. Si una petición de interrupción procedente de un periférico o una patita específica tiene un nivel de prioridad 0 se considera que está desactivada puesto que nunca podrá superar el de la CPU. El nivel de prioridad de la CPU queda determinado por los 4 bits IPL<3:0>, estando ubicados los tres de menos peso en SR<7:5> y el de más peso en CORCON<3>. Los niveles de prioridad de la CPU comprendidos entre 0 y 7 se fijan con IPL<2:0>. Si, por ejemplo, IPL<2:0> = 4, no se permi ten inteiTUpciones cuyo nivel de prioridad sea igual o menor que 4. En el caso que IPL<2:0> = 7 to das las fuentes de interrupción están prohibidas. Cuando se activa TPL3 (CORCON<3>) se progra ma el nivel de prioridad para las excepciones y puede valer de 8 a 15. Las excepciones tienen mayor
100
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
prioridad que cualquier interrupción de usuario. Los bits IPL<2:0> pueden leerse y escribirse pero el bit IPL3 puede ser borrado, aunque no activado por el usuario. 8.5. NIVEL DE PRIORIDAD DE LAS INTERRUPCIONES Existen 54 causas de interrupción diferentes en los dsPIC30F y 118 en los dsPIC33F que están pro ducidas por los periféricos integrados o por las patitas destinadas a tal efecto. El usuario puede pro gramar individualmente cada tipo de interrupción con el nivel de prioridad deseado situado entre 1 (mínimo) y 7 (máximo), pues el nivel 0 significa su prohibición. Esta programación se realiza es cribiendo el valor adecuado en los bits IPL<2:0>, no usándose el IPL3 que se lee como cero. Para resolver conflictos de prioridad en las situaciones en las que varias causas de interrupción con el mismo nivel de prioridad se producen simultáneamente, se tiene en cuenta el nivel “natural” de cada una que corresponde con el lugar o número que ocupa en la tabla. Cuanto más alto sea el número del vector, menor es el nivel natural de prioridad. Este nivel natural sólo se aplica para re solver los conflictos de prioridad entre varias interrupciones con el mismo IPL. Lo correcto es que el usuario al programar el IPL asigne un valor bajo a las causas que ocupan un número de vector al to y viceversa, para ajustarse al orden natural, aunque en algunas ocasiones puede interesar hacer lo contrario.
8.6. NIVEL DE PRIORIDAD PARA LA EXCEPCIONES Las excepciones son desviaciones del flujo de control provocadas por anomalías detectadas por el procesador durante la ejecución de una instrucción. Hay excepciones que se detectan al comenzar la ejecución de la instrucción causante, en cuyo caso se da paso a la rutina de atención que intenta rá corregir el error para, posteriormente, regresar a la instrucción y ejecutarla. Las excepciones tienen un nivel de prioridad entre 8 y 15 debiendo valer 1PL3 = 1, por lo que siempre superan el nivel de las interrupciones y por eso se las considera como "‘interrupciones no mascarables”. El procesador pone a 1 automáticamente el IPL3 al procesar una excepción. Cada ti po de excepción tiene un IPL fijo que viene determinado por el número de vector que ocupa en la tabla. (Figura 8.6.) -■....................................................
Figura 8 .6 .
NÚMERO VECTOR
NIVEL DE INTERRUPCIÓN
CAUSA DE EXCEPCIÓN
0
M Á X IM A PR IO R ID AD (5)
RESERVADO
1
14
TALLO O S C ILA D O R
2
13
RRROR D IR E C IO N AM IEN TO
3
12
ERROR PILA
4
M ÍN IM A PR IO R ID AD (11)
ERROR ARITM ÉTIC O
5
RESERVADO
6
RESERVADO
7
RESERVADO
Nivel de prioridad de las excepciones de los dsPIC30F.
INTERRUPCIONES Y EXCEPCIONES
101
Las excepciones de Error de Pila y Error Aritmético se consideran de tipo software, mientras que las de Fallo del Oscilador y Error de Dircccionamiento se las considera de tipo hardware. En las ex cepciones tipo software hay que terminar la ejecución de la instrucción causante de las mismas an tes de ejecutar la rutina de atención. En las excepciones tipo hardware no se completa la ejecución de la instrucción causante porque daría resultados erróneos y se lanza la rutina de atención en cuan to se detecta el error. Los dsPIC33F disponen de una excepción más, originada por el “Fallo del CDM A” .
8.6.1. Excepción por Error Aritmético
Se trata de una excepción tipo software de mínima prioridad (1PL = 11) que se genera por una de las siguientes causas:
a) b) c) d) e)
Sobrepasamiento deí Acumulador A. Señalizador OVATE (INTCON 1<10>). Sobrepasamiento del Acumulador B Señalizador OVB TE (INTCON1<9>). Sobrepasamiento catastrófico en cualquier Acumulador. Señalizador COVTE (INTCON 1<8>) División por cero. Desplazamiento del Acumulador superior a +/- 16 bits al ejecutar la instrucción SFTAC.
8.6.2. Excepción por Error de Pila
La cima de la Pila queda direccionada después de un Reset con el valor 0x0800 y su tamaño máxi mo lo deterjnina el Registro Límite de la Pila SPLTM. Cuando una dirección efectiva para la Pila ge-■erada por W15 no está comprendida entre los límites establecidos se genera este tipo de excepción que posee un nivel de prioridad 12. El error de pila puede detectarse también por software comprobando el bit de estado STKERR en IN TCO M l<2>. El flag STKERR tiene que ser borrado por software para retornar con la ins trucción RETF1E.
3.6.3. Excepciones por Error de Direccionamiento y Fallo del Oscilador
Son las dos excepciones hardware de máxima prioridad que fuerzan a atender la causa antes de fi nalizar la ejecución de la instrucción responsable de las mismas. Cuando se genera una petición de una excepción con mayor nivel de prioridad que la que se esiá procesando, se suspende temporalmente esta última que pasa a marcarse como “pendiente” y se idende a la de mayor prioridad. Cuando se origina un conflicto de prioridad debido a las excepciones se genera un Reset. La excepción por Fallo del Oscilador (IPL = 14) se origina por las siguientes causas: a) Se activa el M onitor de Fallo del Reloj (FSCM) al detectar un fallo en el sistema del reloj principal. b) Se detecta un fallo en el PLL cuando está en funcionamiento. c) Se activa FSCM y falla el PLL al producirse un Reset de encendido (POR).
102
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
La excepción por Fallo del Oscilador puede detectarse por software comprobando el bit de esta do OSCFAIL en IN TC 0N <1> o el bit de estado CF en OSCCON<3>. El flag OSCFAIL tiene que ser borrado por software para retom ar con la instrucción RETFIE. La excepción por Error de Direccionamiento (IPL = 13) se produce por las siguientes causas: a) Se intenta acceder a un dato desalineado (acceso a una palabra con dirección impar). b) Una instrucción de manipulación de bits utiliza direccionamiento indirecto con el bit de me nos peso de la dirección efectiva a 1. c) Se intenta acceder a un dato en una zona de la memoria de datos no implementada físicamente. d) Ejecución de la instrucción “BRA #literal” o la “GOTO #literaT cuando literal es una direc ción de memoria de programa sin implementar. e) Ejecutar una instrucción después de modificar el PC para apuntar a una dirección de memo ria de programa sin implementar. El PC tiene que ser modificado con la carga de un valor dentro de la pila y ejecutando la instrucción RETURN. El espacio de datos estará prohibido mientras dure la excepción en curso, para no destruir nin gún dato. El error de direccionamiento puede detectarse por software comprobando el bit de estado ADDRERR en 1NTC0N<3>. El flag ADDRERR tiene que ser borrado por software para retornar con la instrucción RETFIE.
8 .7 . PRO CESAM IENTO DE LAS INTERRUPCIO NES
Todos los señalizadores de las causas de interrupción son explorados cada ciclo de instrucción. Cuando existe una petición de interrupción pendiente (IRQ - Interruption Routine Qcuc) se pone a 1 el bit señalizador correspondiente en el registro IFSx (Tnterrupl Falg Status). Para atender la inte rrupción es preciso que el bit de permiso correspondiente esté a 1 en el registro ÍECx (Interrupt Enablc Control). Durante el tiempo restante del ciclo de instrucción en que se exploran las IRQ se eva lúan las prioridades de las interrupciones pendientes de ser atendidas. Cuando existe una petición de una interrupción pendiente que tenga mayor prioridad que la CPU se pone en marcha el procesa miento de la misma y el procesador salva en la Pila el valor actual del PC, el byte bajo del registro SR y el bit IPL3 (CORCON<3>). (Figura 8.7.) 15
0
W 15 (ANTES DE IRQ) W15 (DESPUES DE IRQ)
Esta posición de memoria se utiliza para guardar el estado del bit IPL3 (CORCON<3>)
Figura 8.7.
A l iniciarse el procesamiento de una interrupción se salva en la cima de la pila el PC<22:0>, el 5R<7:0> y el b it IPL3.
INTERRUPCIONFS Y EXCEPCIONES
103
Con la instrucción de Retorno de Interrupción RETFIE que se coloca al final de la rutina ISR (Interruption Service Routine) se recuperan de la Pila el PC<22:0> (la dirección de retom o, es decir el PC almacenado antes de saltar a la rutina de interrupción), el SR<7;0> (para recuperar el entorno en el que se encontraba el procesador antes de saltar) y el 1PL3. Las interrupciones son anidablcs, lo que significa que cuando se está atendiendo una interrupción a través de la rutina de servicio de in terrupciones (ISR), puede ser interrumpida por un tipo de interrupción de mayor prioridad. Se pueden deshabilitar o prohibir las interrupciones que tengan niveles de prioridad de 1 a 6 con la instrucción DISL que funciona en combinación del registro contador DISICNT. D1SICNT se va decrementando hasta que llega a 0, entonces se rehabilitan las interrupciones con prioridad 1-6. Al ejecutarse, por ejemplo, la instrucción DISI #5, se deshabilitan las interrupciones con IPL de 1 a 6 durante 5 ciclos de instrucción. Una vez detectada la causa que ha provocado una interrupción, me diante la inspección del registro IFSx, comprobado que tiene permiso (inspeccionando el registro IECx) y también la prioridad suficiente, es decir no hay ninguna otra interrupción con mayor prio ridad que ella, entonces se salva en la Pila el PC, el SRL y el IPL3. Luego se carga en el PC el con tenido del Vector de Interrupción correspondiente y se pasa a iniciar la ejecución de la rutina ISR. Al comienzo de ISR se deben salvar en la Pila con la instrucción PUSH.S los valores de los regis tros WÜ-W3, para poder restablecer después los valores que estaban y el procesador pueda continuar con lo que estaba haciendo antes de la interrupción. Al completar la ISR, antes de RETFIE, se re cuperan los valores de dichos registros mediante la instrucción POP.S. (Figura 8.7.) INICIO
SE SALVA
PC^-VECTOR INTERRUPCIÓN
SE SALVAN REGISTROS QUE SE MANEJAN
RUTINA DE ATENCIÓN
SE RECUPERAN' REGISTROS QUE SE MANEJAN
BAJAR FLAG INTERRUPCIÓN
RETFIE SE RECUPERAN PC«22:0>, SR<7:0>. IPL3
Figura 8.8.
Organigrama que muestra las etapas del procesamiento de una interrupción.
104
dsPIC DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
El tiempo de duración o latencia para la atención de una petición de interrupción es de 4 ciclos de instrucción, de la siguiente forma:
7. 2: 3. 4.
En el primer ciclo se activa el señalizador. En el segundo ciclo se salva en la Pila el PC, el IPL3 y el SHL. En el tercer ciclo se carga el PC con el contenido del Vector de Interrupción. En el cuarto ciclo se inicia la rutina ISfí. .
.
El retorno de una rutina de interrupción tiene una latencia de tres ciclos de instrucción.
1. En el primer ciclo se recupera el PC<22:16>, el SRL y el IPL3. 2. En el segundo ciclo se recupera el PC< 15:0>. 3. En el tercer ciclo se comienza la ejecución de la instrucción apuntada por el PC y se culmina el re torno al programa principal.
Cuando la CPU funciona en uno de los modos de bajo consumo (Sleep o Idle) y se produce una petición de interrupción de mayor prioridad que la CPU (para ello el nivel de prioridad que debe te ner la CPU es de 1 o mayor) se atiende la petición, pero si el nivel de prioridad de la interrupción es menor que el de la CPU se continúa la ejecución de la instrucción posterior en el programa princi pal a la que originó el paso al modo de bajo consumo, es decir, produce el despertar de la CPU aun que la interrupción no sea atendida. 8.8.
REGISTROS DE CONTROL Y ESTADO PARA LAS INTERRUPCIONES
Para el procesamiento y atención de las interrupciones, el controlador utiliza los siguientes registros.
INTCON1 e INTCON2 Son los dos registros principales que regulan las funciones globales de las interrupciones. 1NTCONI contiene el bit NSTDIS que habilita/deshabilita el anidamiento de las interrupciones, así como los señalizadores de estado y control de las causas de las excepciones. INTCON2 contiene los señalizadores de las causas de interrupción externa y el bit de uso de la A1VT. REG ISTRO DE ESTADO (SR) Contiene los bits IPL<2:0> (SR<7:5>) que emplea el usuario para determinar el valor del nivel de prioridad de las interrupciones. REG ISTRO DE CONFIGURACIÓN (CORCON) Contiene el bit 1PL3 (CORCON<3>) que sirve para determinar el nivel de prioridad de las excep ciones. Sólo es legible porque se pone a 1 automáticamente cuando se procesa una excepción. REG ISTRO S DE SEÑ ALIZAD O RES DE ESTADO DE LAS INTERRUPCIONES (IFSx) Son tres registros que contienen los señalizadores que informan de la petición de interrupción. Dichos señalizadores se activan automáticamente cuando se produce la petición y se desactivan por software. REG ISTRO S DE CONTROL I)E H ABILITAC IÓ N I)E LAS INTERRUPCIO NES (IECx) Son tres registros que contienen los diversos bits de perm iso/prohibición de cada una de las interrupciones.
INTERRUPCIONES Y EXCEPCIONES
105
REGISTROS D E CONTROL DE PRIORIDAD DE LA S INTERRUPCIONES (IPCx) Son 12 registros cuyos bits almacenan el nivel de prioridad asignado a cada una de las interrupciones. En la tabla de la Figura 8.11 se muestra la distribución de los bits de los registros que se utilizan rn el procesamiento de las interrupciones y excepciones. Hay que tener en cuenta que según el moielo de DSC se dispondrá de diferentes recursos internos y en consecuencia no todos tienen válidos iodos los bits de estos registros. El INTCON1 varía de un modelo a otro, un dispositivo de dsPIC33F _ñliza más bits del registro INTCON1 que un dsPIC30F. El dsPIC33F tiene más tipos de interrup: nes por lo que necesita de algunos registros más para controlar y registrar que se han producido ritas interrupciones nuevas que no dispone el dsPIC30F. En la Figura 8.9 se muestran los registros INTCON 1 e INTCON2 de los dsPIC30F. IN T C O N 1 : RAV-0
U-0
U-0
U-0
U-0
R/W-0
R/W-0
R/W -0
U -0
U -0
U-0
RAV-0
R/W-0
R/W-0
R/W-0
^ E R R |S T K E R R | O S C F A IL ¡
U -0 -
I
IN T C O N 2 : R/W-0
RA/V-0
UO
U-0
U-0
U-0
U-0
U-0
U-0
U-0
U -0
R/W-O
R/W-0
RW -O
TnT4£P | tMT3EP [ ÍNT2£P
RIW-Q
j M tlE P
R/W-0
p Ñ T ^ 1
Leyenda R = bit leíble T = bit a 1
8.9.
W = bit escribible ‘0 ’ = bit a 0
U = bit sin implementar, leído como 0 x = bit desconocido
Distribución de los bits de los registros INTC O N 1 e INTCON2 para el procesamiento de las interrupciones y excepciones en el modelo dsPIC30F.
En la Figura 8.10 se observan los registros INTCON 1 e INTCON2 que maneja el dsPIC33F.
■ÍTC O N 1: « w *-:
R /w -o
R/W -0
R/W-0
R/W-0
R/W-0
CÓ VAÍS r f OVATE BUM)
R/W-0
R/W-0
ÍRR
R/W-0
R/W-0
ITC O N 2: ¡9 W O
R/W-0
\THERR ¡A D D R ER R IsT K É R R
R/W-0
R/W-0
R/W-0
OVBTE
COVTE
R/W -0 OSC FAÍ l I
U-0 -
o s c f a il
U-0
U-0
U-0
U-0
U-0
U-0
U-0
U-0
U-0
R/W-0
R/W -0
R/W -0
R/W -0
IN T 4 E P
INT3EP
INT2EP
INT1EP
R/W-0
INTOEP
Leyenda R = bit leíble 1 = bit a 1
W = bit escribible U = bit sin implementar, leído com o 0 ‘0’ = bit a 0 x = bit desconocido
8.10. Distribución de los bits de los registros INTCO N 1 e INTCON2 para el procesamiento de las interrupciones y excepciones en el modelo dsPIC33F.
106
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
En la Figura 8.11 se presentan los registros que utiliza el dsPJC3ÜF para m anejar las inte rrupciones.
NOM BRE
D IR E C C IÓ N
BIT15
B1T14
IFSÜ
0084
CNIF
IFS1
0086
IC6IF
IFS2
0088
BIT13
BIT12
B IT ll
B1T10
BIT9
BCLIF
I2CIF
NViVIIF
ADIF
u i rxiF
IC5IF
IC4IF
IC3IF
C1IF
SPI2IF
-
-
-
FLIBIF
FALTAIF
BCLIF
I2CIE
NVVMIE
1C5IE
IC4IE
IEC0
008C
CNIE
IEC1
008E
IC6IE
IEC2
0090
-
IPCO
0094
-
•
BIT8
BIT7
U1RXIF
SPI1IF
T3IF
U2TXIF
U2RXIF
INT2IF
LVDIF
DCIIF
QVEIIF
PWMIF
ADIE
UITXIE
r U IR X líP
SPIIIF
T3IE
IC3IE
C1IE
SPI2IE
U2TXIE
U2EXIE
IKT2IL
FLTBIE
FALTA IL
LVDIE
DCIIE
SPI1IE
PWMIE
T I IP <2:0>
OCIP<2:()>
-
IPC1
0096
-
T3IP <2:0>
-
T2IP <2:0>
IPC2
0098
-
ADIP <2:0>
-
U1TXIP <2:0>
IPC3
009A
CNIP <2:0>
-
BCLIP <2:0>
¡PC4
009C
OC3IP <2:0>
-
IC8IP <2:0>
-
IPC5
009L
-
T5IP <2:0>
-
IPC6
OOAO
-
C1 IP <2:0>
-
SPI2IP<2:0>
-
IPC7
OOA2
-
IC6IP <2:0>
-
IC5IP <2:0>
-
IPC8
00A4
-
OC8IP <2:0>
-
OC7IP <2:0>
-
IPC9
00A6
-
PWMIP <2:0>
-
C2IP <2:0>
-
IPC10
00A8
-
FALTAIP <2:0>
-
I.VDIP <2:0>
-
IPC11
00AA
INT2IP <2:0>
-
-
:
-
-
-
-
-
-
NOMBRE
BIT6
BIT5
BIT4
BIT3
BIT2
BIT1
BITO
ES TA D O RESET
IFSO
T2IF
OC2IF
IC2IF
T1IF
OC1IF
IC1IF
INTO
0000 0000 0000 0000
IFS1
T5IF
I4IF
ÜC4IF
OC3IF
IC8IF
IC7IF
INT1IF
oooo oono oooo oooo
ll:S2
C2IF
INT/1IF
INT3IF
OC8IF
OC7IF
OC6IF
OC5IF
0000 oooo oooo oooo
IEC0
T2IF
OC2IE
IC2IE
THE
OCHE
IC1IE
INTOIE
oooo oooo oooo oooo oooo oooo oooo oooo oooo oooo oooo oooo
IEC1
T.5IL
T4IE
OOIIE
OC3IE
IC8IE
IC7IE
INT1IE
IEC2
C2IE
I.NT4IE
INT3IE
OC8IE
OC7IE
OC6IE
OC5IE
ICl IP <2:0>
IPCO
-
INT0IP<2:0>
0100 0100 0100 0100
IPCJ
OC2IP <2:0>
-
I2CIP <2:0>
0100 0100 0100 0100
ICP2
U1 RXIP <2:0>
-
SPI1IP <2:0>
0100 0100 0100 0100
IPC3
I2CIP <2:0>
-
NVMIP <2:0>
0100 0100 0100 0100
IPC4
1C7IP <2:0>
-
INT1 IP <2:0>
0100 0100 0100 0100
IPC5
T4IP <2:0>
-
OC4IP <2:0>
0100 0100 0100 0100
U2RXIP < 2:0 >
0100 0100 0100 0100
IPC6
U2TXIP <2:0>
-
IPC7
IC4IP <2:0>
-
IPC8
OC6IP < 2:0 >
IPC9
INT4IP < 2:0 >
IPC10
DCIIP < 2 :0 > -
IPC11
-
IC3IP < 2:0 >
0100 0100 0100 0100
OC5IP <2:0>
0100 0100 0100 0100
-
INT3IP <2:0>
0100 0100 0100 0100
-
QEIIP <2:0>
0100 0100 0100 0100
-
FLTBIP <2:0>
oooo oooo oooo oooo
Figura 8 .1 1 . Nombre y distribución de los bits de los registros que se utilizan en el procesamiento de las interrupciones y excepciones de los dsPIC30F.
INTERRUPCIONES Y EXCEPCIONES
107
Los registros que utiliza el dsP!C33F para m anejar las interrupciones se m uestran en la Figu ra 8.12.
NOMBRE- D IR EC C IÓ N
;
BIT15
BIT14
BIT13
BIT12
BIT11
BIT10
BIT9
BIT8
BIT7
IFS0
0084
-
DMA1IF
AD1IF
U1TXII-
U1RXIF
SPI 1Ih
SPHEIF
T3IF
T2IF
irsi
0086
U2TXIF
U2RXIF
INT2IF
T5IF
T4IF
OC4IF
o o ir
DMA21IF
IC8IF
IFS2
0088
T6IF
DMA4IF
-
OC8IF
OC7IF
OC6IF
OC5IF
IC6IF
IC5IF
IFS3
008A
FLTAIF
-
DMA5IF
DCIIF
DCIEIF
QEIII
PWMIF
C2IF
C2RXIF
IFS4
008C
-
-
-
-
-
-
C2TXIF
IFC0
008E
-
DMAUE
AD1IE
U1TXIE
U1RXIE
SPI1IE
SPI1EIF
T3IE
T2IE
IEC1
0090
U2TX1E
U2RXIE
INT2IE
T5IE
T4IE
OC4IL
OC3IE
DMA2IE
IC8IE
ILC2
0092
T6IE
DMA4IE
-
OC8IF
OC7IE
OC6IE
OC5IE
IC6IE
IC5IE
IEC3
0094
FLTAIE
-
DMA5IE
DCIIE
DCIF.IL
QEIIE
PWMIE
C2IE
C2RXIF
ILC4
0096
-
-
-
-
-
-
-
-
C2TXIE
IPC0
0098
T1IP <2:0>
-
O C l IP<2:0>
-
IPC1
009A
T2IP <2:0>
-
OC2IP <2:0>
-
IPC2
009C.
-
U1RXIP <2:0>
-
SPI1 IP <2:0>
-
IPC3
009E
-
-
DMA1 IP <2:0>
IPC4
00A0
-
IC8IP <2:0>
-
IC/IP <2:0>
-
IPC5
00A2
TAIP <2:0>
-
OC4IP <2:()>
-
IPC6
00A4
U2TXIP <2:0>
_
U2RXIP <2:0>
-
IPC7
00A6
IC6IP <2:0>
-
IC5IP <2:0>
-
IPC8
00A8
C1 IP <2:0>
-
C1RXIP <2:0>
IPC9
00AA
-
IC5IP <2:0>
-
IC4IP <2:0>
IPC.10
00AC
-
OC7IP <2:0>
-
IPC11
00AE
T6IP <2:0>
-
DMA4IP <2:0>
-
IPC12
OOBO
T8IP <2:0>
-
MI2CIP <2:0>
-
IPC13
00B2
C2RXIP <2:0>
-
INT4IP <2:0>
IPC14
00B4
DCIEIP <2:0>
-
QEIIP <2:0>
IPC15
00B6
FI.TAIP <2:0>
-
IPC16
00B8
IPC17
OOBA
-
-
C2TXIP <2:0>
-
_
OC6IP
•
.
■/
'
o í " iV Í v - A -
-
U2FIP <2:0> CITXIP <2:0>
-
'
Figura 8 .1 2 . Nom bre y distribución de los bits de los registros que se utilizan en el procesamiento de las interrupciones y excepciones de los dsPIC33F.
108
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
NOM BRE
B1T6
BIT5
BIT4
BIT3
BIT2
BIT1
BITO
ESTADO RESET
IFSO
OC2IF
IC2IF
DMA01IF
T I IF
OC1IF
IC1IF
INT0IF
0000 0000 0000 0000
0 \
IC7IK
AD2IF
INT1IF
CNIF
-
MI2C1IF
SI2C1IF
0000 0000 0000 0000
IFS2
IC4IF
IC3IF
DMA3IF
C1IF
C1RXIF
SPI2IF
SPI2EIF
0000 0000 0000 0000
IFS3
INT4IF
INT3IF
T9IF
T8IF
MI2C2IF
SI2C2IF
T7IF
• • ................ 0000 0000 0000 0000
IFS4
C1TXIF
DMA7IF
DMA6IF
-
U2EIF
U1EIF
FLTBIF
0000 0000 0000 0000
IFCO
OC2IE
IC2IE
DMA0IE
THE
OCHE
IC1IE
INT0IE
0000 0000 0000 0000
IKC1
IC7IR
AD2IE
INTIIE
C.NIE
-
MI2C1IE
SI2C1IE
0000 0000 0000 0000
1LC2
IC4ÍE
IC3IE
DMA3IE
C1IE
C1RXIE
SPI2IE
SPI2EIE
0000 0000 0000 0000
IC O
INT4IE
INT3IE
T9IE
TÍ3IE
MI2CI2IE
SI2CIE
T7IE
0000 0000 0000 0000
ICC4
ClTXIE
DMA7IE
DMA6IE
U2EIE
U1EIE
FI.TBIE
.
;;
0000 0000 0000 0000 ;
INTOIP <2:0>
0100 0100 0100 0100
DMA0IP <2:0>
0100 0100 0100 0100
SPI1EIP <2:0>
T3IP <2:0>
0100 0100 0100 0100
IPC3
AD1IP <2:0>
U1TXIP <2:0>
0100 0100 0100 0100
IPC4
MI2C.1 IP <2:0>
SI2C1 IP <2:()>
0 1 0 0 0 1 0 0 01000100
IPC5
AD2IP <2:0>
INT1 IP <2:0>
0100 0100 0100 0100
IPC6
OC3IP <2:0>
DMA2IP <2:0>
0100 0100 0100 0100
IPC7
INT2IP <2:0>
T5IP <2:0>
0100 0100 0100 0100
IPC8
SPI2IP <2:0>
SPI2FIP <2:0>
0100 0100 0100 0100
IPC9
ÍC3|P <2:0>
-
DMA3IP <2:0>
0100 0100 0100 0100
ipcro
OC5IP <2:()>
-
IC6IP <2:0>
0100010001000100
-
OC8IP <2:0>
0000 0000 0000 0000
-
T7IP <2:0>
0100 0100 0100 0100
T9IP <2:0>
0100 0100 0100 0100
C2IP <2:0>
0100 0100 0100 0100
DCIIP <2:0>
0100010001000100
FLTBIP <2:0>
0100 0100 0100 0100
DMA61P <2:0>
0000 0000 0000 0000
IPCO
ICI IP <2:0>
IPC1
IC2IP <2:0>
IPC2
-
-
-
I
IPC11
-
I IPC12
SI2C2IP <2:0>
IPC13
INT3IP <2:ü>
IPCI4
PVVMIP <2:0>
IPC 1.5
DMA5IP <2:0>
IPC16
U1 EIP <2:0>
IPC17
DMA7IP <2:0>
- : :
-
Figura 8 .12. Nombre y distribución de los bits de los registros que se utilizan en el procesamiento de las interrupciones y excepciones de los dsPlC33F. (Continuación).
;
CAPÍTULO
9
Características de las instrucciones y modos de direccionamiento
9.1. CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LAS INSTRUCCIONES
Los DSC soportan dos tipos principales de instrucciones:
1* Las instrucciones típicas de los microcontroladores clásicos, que se denominan “instrucciones MCU" (65 instrucciones). 2 * Las instrucciones específicas de los DSP, que reciben el nombre de “instrucciones DSP" (19 ins trucciones).
En base a un repertorio híbrido de 84 instrucciones M CU y DSP, M icrochip ha intentado facili tar el tránsito a los diseñadores de proyectos con microcontroladores al campo de las aplicaciones DSP. Los dos tipos de instrucciones se procesan en una misma Unidad de Ejecución manejando mu chos modos de direccionamiento del espacio de la memoria de datos y de la memoria de programa, con la finalidad de optimizar la eficiencia del com pilador en lenguaje C al cual se ha orientado la programación de los DSC. El tamaño de las posiciones de la memoria de programa es de 24 bits, que coincide con el de la mayoría de las instrucciones DSC. Sólo hay tres instrucciones que ocupan dos posiciones (48 bits) y son: CALL, DO y GOTO. La memoria de datos puede contener hasta 32 K palabras de 16 bits cada una, que es el tamaño natural de los datos que manejan las instrucciones. El espacio de datos se divide en otros dos espa cios llamados X e Y, cada uno con su correspondiente U nidad Generadora de Direcciones, AGUX y AGUY. Como se explicó anteriormente las instrucciones tipo MCU operan con un único espacio lineal de datos y sólo las instrucciones DSP trabajan con los espacios X e Y a los que se puede ac ceder simultáneamente. Una característica muy importante del espacio de datos es que su mitad superior de 32 KB de ta maño no está implementada en RAM física, pero se puede mapear opcionalmente en una página de 16 K posiciones de la memoria de programa denominada PSV (Visibilidad del Espacio de Progra ma). De esta manera se amplía el espacio útil para los datos.
110
dsPIC DISFÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
9.2. FORMATO DE LAS INSTRUCCIONES El formato habitual de las instrucciones de los DSC tiene una longitud de 24 bits excepto en tres de ellas. El primer byte, el de más peso del formato, es el “código OP” que se destina a identificar la instrucción que se trata. El resto del formato se dedica a especificar los operandos y otras caracte rísticas de la instrucción. Por esta razón aquellas instrucciones que son implícitas y no necesitan operandos, detrás del código OP tienen un valor concreto. EJEMPLO 1 La instrucción NO P (No Operar) tiene como código OP 0x00, pudiendo existir cualquier valor en los dos bytes restantes del formato. (Figura 9 .1.) 16 15
oooo Figura 9.1.
oooo
XX XX
X X X X
X X X X
X X X X
La instrucción NOP no tiene operandos y el código OP en el prim er byte de su form¿}to es 0x00 pudiendo existir cualquier valor en los otros dos.
EJEMPLO 2 La instrucción RESET que fuerza la inicialización del procesador no requiere ningún operando y su código OP es l i l i 1110. (Figura 9.2.)
Figura 9.2.
Formato de la instrucción RESET que carece de operandos.
EJEMPLO 3 La instrucción PU SH 0x336A introduce en la cima de la Pila la palabra de 16 bits situada en la p o sición de la memoria de datos cuya dirección es 0x336A que está situada en los 32 KB inferiores del espacio de memoria. El prim er byte del form ato de esta instrucción corresponde al código OP, o sea al perteneciente a PUSH que es 1111 1000, mientras que los otros dos bytes contienen la di rección de la memoria de datos donde se halla el operando que se va a cargar en la cima de la Pi la que apunta W I5. Tras la ejecución de esta instrucción W15 se incrementa automáticamente en dos unidades. (Figura 9.3.)
Figura 9.3.
F.l prim er byte del formato de la instrucción PUSH 0x336A es fijo porque es el código OP de PUSH. Los otros dos contienen la dirección del operando.
CARACTERÍSTICAS DE LAS INSTRUCCIONES Y MODOS DE DIRECCIONAMIENTO
111
En la tabla de la Figura 9.4 se ofrecen los códigos OP correspondientes al primer byte del for mato de las instrucciones de los DSC. El código OP se forma lomando los 4 bits de la colum na y a continuación los 4 bits de la fila. (y g g
0000 0001 0010 0011 0100 0101
0110 0111
1000
1001
DO
RFPEAT
1010
1011 1100 1101
1110 1111
BRA G\LL
0000 NOP
GOTO RETIW
CALL
GOTO
RETFIE RETURN
RCAI.L
-
BRA
BRA
BRA
BRA
(OB)
(SA)
(SB)
RCAI.L 0001
SUBR
SUBBR
0010
MOV
MOV
0011
BRA
BRA
BRA
BRA
BRA
BRA
BRA
ÍOV)
(O
(Nj
(LE)
(LT)
(LEU)
BRA
BRA
BRA
BRA
BRA
BRA
BRA
BRA
(NOV)
(NC)
(NZ)
(NN)
(GT)
(GE)
(CTU)
BTSTS
BSW
BTSS
btsc:
MOV.D
MOV
0100
ADD
ADDC
0101
SUB
SUBB
0110
AND
XOR
0111
IOR
MOV
1000
MOV
MOV
1001
MOV
MOV
1010 BSET
1011
BC‘ LR
BTC
SUB
AND
SUBB
XOR
ADD addc:
BIST
BTSTS
BTST
BTSS
IOR
ADD
SUB
AND
MOV ADDC SUBB
XOR
MPY
CIRAC
MPY.N MSC
1101
BCLR
BTG
RLC
ISR
RRC
RLNC RRNC
11 10 CPO CP CPB
CPO
SI
MPY
MOV-
MPY.N
SAC
MUL.US MUL.SS TBLRDII TBLWTH
RLC
RRC
DIV.S
RLNC
RRNC
DIV.U
CPSGT CPSI.T
CPSNL
ADD
LAC
NEC
SAC
SAC.R
-
SL
liD FDAC MAC MPY
-
FFIL FF1R
DIVF
-
INC
DEC
COM
C.LR
INC
DEC
COM
CLR
INC2
DEC2
NEG
SETM
INC2
DEC2
NEC.
SETM
-
ASR LSR FBCL
CLRVVDT
■■' 11111
SUB SUBB
SUB
LSR
CP
MUI
ADD SFTAC
ASR
CPB
BTST
MOV MUL.UU MUL.SU TBLDRL TBIWTL
MSC
ASR
SL
IOR
BSET
MAC
MAC 1100
BTSC
PUSH
POP
LNK IJLNK
DAW HYVRSAV SE ZE
DISI
EXCH
POPS
SWAP
PUSH.S
NOPR
RESET
Figura 9.4 .
Tabla con la que se puede obtener el código OP del prim er byte del formato de las ins trucciones de los DSC.
112
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACION ES
9.3. TIEMPO DE EJECUCIÓN DE LAS INSTRUCCIONES
La mayoría de las instrucciones se ejecutan en un ciclo de instrucción equivalente a 4 ciclos de reloj (4 . Tose), con las siguientes excepciones:
instrucciones DO, MOV.D, POP.D, TBLRDH, TBLWTH, TBLRDL y TBLWTL se ejecutan en 2 ci clos de instrucción. 2.a Las instrucciones DIV.S, DIV.Vy DIVF van precedidas por una instrucción REPEAT #17 que conlle va 18 repeticiones y supone una duración de 18 ciclos de instrucción. 3 * Las instrucciones que modifican al PC requieren dos ciclos de instrucción. Las instrucciones de salto condicional se ejecutan en 1 ciclo si no se salta, 2 ciclos si se hace el salto sobre una instrucción de palabra y 3 ciclos si el salto se realiza sobre una instrucción de 2 pa labras. Las instrucciones de bifurcación condicional se ejecutan en 1 ciclo si no hay bifurcación y en 2 si la hay. 4 * Un caso especial son las instrucciones de retorno que modifican el PC, son RETFIE, RETLWy RETURN que se ejecutan en 3 ciclos de instrucción excepto si hay una excepción pendiente de aten der; en cuyo caso se ejecutan en 2. 5 Ü Las instrucciones que manejan datos ubicados en la memoria de programa, modo PSV, precisan uno o dos ciclos de retardo, excepto REPEAT que sólo requiere retardo en la primera ejecución del bucle.
EJEMPLO l Dado un D SC cuyo oscilador externo funciona a una frecuencia de 1MHz, calcular el tiempo que tardaría en ejecutar la instrucción M AC W4xW5, B. El DSC larda en ejecutar la instrucción M AC 1 ciclo de instrucción. Tosc
= —
Fosc
= —
1M hz
= ------- " 7—
1 1 0 6hz
= 1 1 0 6 -v = 1/ t ó
1 ciclo de instrucción = 4 • T OSc = 4 * lp s = 4¡a s La instrucción M AC W4xW5, B tarda en ejecutarse 4/js EJEMPLO 2 Dado un D SC cuyo oscilador externo funciona a una frecuencia de 33MHz, calcular el tiempo que tardaría en ejecutarse una instrucción CALL. La instrucción CALL, al tener que modificar el PC, tarda 2 ciclos de instrucción en ejecutarse.
1 _ 1 ____ \_ Tosc. = — ^ = ---------------= -------------- — Fosc ~ 33M hz ~ 3 3 -10ofe
= 0 . ° 3 ■1 0 ^
= 30775
/ ciclo - 4 • Tose — 4 • 30ns = 120ns Debido a que esta instrucción tarda 2 ciclos —>• 2 • !20r¡s = 240r¡s Una instrucción CALL tarda en ejecutarse 240ns
CARACTERÍSTICAS DE LAS INSTRUCCIONES Y MODOS DE DIRECCIONAMIENTO
113
9.4. M O D O S DE DIRECC IO NA M IEN TO DE LA M EM O R IA DE PROGRAMA
Se hace referencia en este apartado sólo al direccionamiento de las instrucciones en la memoria de programa, dejando para más adelante el direccionamiento de datos que pueden estar ubicados en la memoria de programa. Las posiciones de la memoria de program a tienen 24 bits y las direcciona el PC que consta de 23 bits, teniendo siem pre a 0 el bit de menos peso, lo que significa que su valor se incrementa autom áticam ente de form a sccuencial en 2 unidades. El valor del PC puede m odificarse de forma absoluta o relativa. La instrucción que modifica el PC puede manejar un valor inm ediato o hacer referencia a un registro de trabajo que soporta un cam bio dinámico. Existen varios modos de direccionamiento que no son muy conocidos. El direccionamiento in herente es el que usan las instrucciones NOP, RESET, PU SH ,... que aparentemente no direccionan ningún lugar pero, realmente, sí lo estamos haciendo debido a que viene implícito dentro de la pro pia instrucción. También está el direccionamiento por registro indexado, que consta de un registro base y un registro índice, y cuyo funcionamiento es similar al que se verá mas adelante como di reccionamiento por registro indirecto con offset o desplazamiento. Cuando se ejecuta un bucle DO, el PC se carga en el comienzo con el contenido del registro DOSTART y finaliza al alcanzar el valor guardado en el registro DOEND. En el tratamiento de interrupciones y excepciones, el PC se carga con la dirección contenida en el correspondiente Vector de Interrupción. En los retornos, el valor del PC se carga automáticamen te con los valores salvados previamente en la Pila. En las llamadas a subrutina se recomienda utili zar la instrucción RCALL, que sólo ocupa una palabra de instrucción en lugar de CALL, que consu me el doble. La Figura 9.5 muestra una tabla con las instrucciones que modifican el PC en los DSC.
IN S T R U C C IÓ N /C O N D IC IÓ N
M O D IF IC A C IÓ N PC
U SO DE LA PILA
EJECUCIÓN SECUENCIA!.
PC=PC+2
N IN G U N O
BKA EXPR BIFURCACIÓN CO NDICIONAL
PC=PC+2 S litió
N IN G U N O
BRA C O N D IC IÓ N , EXPR BIFURCACIÓN CO NDICIONAL
PC=PC+2-Slit16 (CO NDICIÓ N VERDADERA)
CALL EXPR LLAMADA SUBRUTINA
PC=lit23
SE SAIVA PC+4
CALL Wn LLAMADA SUBRl/TINA INDIRECTA
PC=VVn
SE SALVA PC+2
GOTO EXPR SALTO INCONDICIONAL
P C -lit23
N IN G U N O
GOTO W jfi SALTO INCO NDICIO NAL INDIRECTO
PG=Wn
N IN G U N O
R CALL EXPR LLAMADA RELATIVA
PG= PC+2-SI ¡ti 6
SE SALVA PC+2
RCALL W n LLAMADA RELATIVA INDIRECTA
PC=PC+2-Wn
SE SALVA PC+2
TRATAMIENTO FXCFPCIÓN
PC=VECTOR DE INTERRUPCIÓN
SE SALVA PC+2
N O SE MODIFICA PC SI ESTÁ ACTIVA REPEAT
N IN G U N O
PC=DOSTART SI ESTÁ ACTIVO DO
N IN G U N O
PC=DESTINO INSTRUCCIÓN REPEAT (BUCLE REPEAT) PC=DIRECCIÓN DO END (BUCLE DO)
Figura 9.5.
PC=PC+2 (CONDICIÓN FALSA)
N IN G U N O
Tabla que muestra el comportamiento del PC y de la Pila con las instrucciones que m o difican el PC.
114
dsPIC. DISFÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
9.4.1. PSV: Visibilidad del Espacio de Programa (Program Space Visibility)
Se trata de utilizar la Memoria de Programa, que es más lenta, barata y no volátil, para almacenar datos. Aparentemente se accede a los 32 KB superiores de la memoria de datos, pero realmente se es tá accediendo a la memoria de programa sin necesidad de ninguna instrucción especial. Se habilita este procedimiento poniendo a 1 con el tercer bit del registro CORCON y cargando el registro PSVPAG que tienen un tamaño de 8 bits.
9.5.
M O D O S DE DIRECCIO NAM IENTO DE LOS DATOS
Los DSC disponen de 4 modos para direccionar los datos u operandos cuando se ejecutan las ins trucciones.
1o 2.° 3° 4°
Direccionamiento directo. Direccionamiento directo por registro. Direccionamiento indirecto por registro. Direccionamiento inmediato.
9.5.1. Direccionamiento directo
Lo emplean las instrucciones que tienen como operando la dirección de la memoria de datos donde reside. Para este direccionamiento es frecuente utilizar los 8 KB inferiores del espacio de la memo ria que se denomina “RAM cercana”. Sin embargo, con la instrucción MOV es posible acceder a los 64 KB con este direccionamiento. Usando este modo de direccionado se puede cargar cualquier posición de la memoria de datos con el contenido de un registro de trabajo W y viceversa. Los operandos pueden tener tamaño byte o palabra, excepto MOV que sólo trabaja con palabras. EJEMPLO 1 D EC 0x2200 ;[0x2200] [0x2200] - 1 La instrucción anterior decrementa una unidad el valor de la palabra depositada en la dirección 0x2200 de la RAM. EJEMPLO 2 M O V 0x2200, W5 ;[0x2200] -► W5 Mueve la palabra depositada en la dirección 0x2200 de la RAM al registro W5. La mayoría de las instrucciones que usan el direccionamiento directo toman al registro de trabajo WREG como operando implícito, actuando Wü como WREG. Este tipo de instrucciones comien
CARACTERÍSTICAS DE LAS INSTRUCCIONES Y MODOS DE DIRECCIONAMIENTO
115
zan leyendo los operandos, uno de los cuales implícitamente reside en WO, luego se realiza una ope ración con ellos y, finalmente, el resultado se escribe en WREG. Son instrucciones de lectura-m o dificación-escritura. EJEMPLO 3 AND 0x2200 ;[0x2200] AND WO WO Con el valor de la palabra contenida en la dirección 0x2200 se realiza la operación lógica AND bit a bit con el contenido del registro WREG (WO) y el resultado se carga en WREG (WO), quedando inalterado el valor de la dirección 0x2200.
9.5.2. Direccionamiento directo por registro
Se em plea para acceder al contenido de los 16 registros de trabajo (W 0-W 15) que actúan como operando en la instrucción. El acceso puede ser a un dato de tamaño byte o palabra. La ventaja de este modo de direccionado es la rapidez con la que se acceden a los registros internos de la CPU. EJEMPLO 1 EXCH W5, W6 ; W 5 * * + W6 Se intercambia el contenido de los registros W5 y W6. EJEMPLO 2 AND.B W i, #0xF2, W2; W¡<7:0> AND 0xF2 W2<7:0> Se realiza la operación lógica AND entre el byte de menos peso de W1 y el operando inmediato 0xF2, depositándose el resultado en el byte de menos peso de W2.
9.5.3. Direccionamiento indirecto por registro
El contenido de los registros de trabajo se utiliza para guardar la dirección efectiva del operando en la memoria de datos. Los registros W actúan como punteros y la gran ventaja de este procedi miento es la posibilidad de incrementar o decrementar automáticam ente el contenido de un regis tro antes o después de ejecutar la instrucción, permitiendo la exploración secuencial de los arrays o bancos de datos en el sentido que se desee. Según que el tamaño de los datos direccionados por el registro W sea de uno o de dos bytes o de más, los incrementos o decrementos son de una, dos unidades o más. En la tabla de la Figura 9.6 se presentan las modalidades del direccionam iento in directo por registro. El direccionamiento indirecto con Registro de Desplazamiento situado en la última línea de la tabla de la Figura 9.6 emplea un registro Wb que suma su contenido con el del registro Wn que con tiene la dirección efectiva. Wb actúa como desplazamiento de Wn y permite acceder a los 64 KB de la memoria RAM, aunque carece de posibilidades de incremento y decremento.
11 6
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
DATO TAM AÑO DATO TAM AÑ O M O D O IN D IR EC T O SINTAXIS BYTE PALABRA POR REGISTRO SIN MODIFICACIÓN
[Wn]
EA=[Wn]
EA=[Wn)
PRL-INCREMENTO
I++YVnl
E A =lW n+=l)
EA=fU'n+=2J
PRE-DFCREMENTO
|-W nJ
EA=[Wn-=1l
EA=lW n-=2]
POST-INCRFMFMO
[Wn+4-1
FA=lWri]+=1
EA=|W n]+=2
POST-DECREMENTO
[W n -]
EA=[Wn]-=1
EA=(Wn|-=2
IW n+W b]
EA=|Wn+Wb]
EA=[Wn+VVbl
REGISTRO DESPLAZAMIENTO
Figura 9.6.
M O D IFIC A C IÓ N DE Wn EL CONTENIDO DF W n CONTIENE LA DIRECCIÓN DE EA V N O VARÍA W n ES PRE-INCREMENTADO PARA FORMAR LA DIRECCIÓN EA DEL OPERANDO W n FS PRE-DECREMENTADO PARA FORMAR LA DIRECCIÓN FA DF.L OPERANDO W n CONTIENF I A DIRECCIÓN EA DE OPERANDO Y LUEGO ES POST-INCREMENTADO W n CONTIENE LA DIRECCIÓN EA DE OPERANDO Y LUEGO ES POST-DECREMENTADO LA SUMA DE W n Y W b FORMA LA DIRECCIÓN EA DEL OPERANDO. N O CAMBIAN W n Y W b
Modalidades que admite el modo de direc.cionamiento indirecto por registro.
EJEMPLO 1 M OV[W 3++], fW O -J
; fW 3] + [W0] ; W 3 ^r- W3 + 2 ; WO^r- W O -2
Con esta instrucción se mueve la palabra apuntada por el contenido de W3 a la posición de m e moria que apunta WO. Después W3 incrementa 2 unidades el contenido y WO decrementa otras dos unidades el suyo. Todo ello en un ciclo de instrucción. EJEMPLO 2 MOV.B [-W4], [W 5 + W6J
; W 4 + W4 -1 ;[ W 4 ] < 7 :0 > + [ W 5 + W6]<7:0>
Inicialmente se decrementa una unidad el contenido de \V4 y luego con ese valor se accede a la m e moria donde se lee el byte de menos peso de la misma y se carga en el byte de menos peso de la di rección form ada p o r W5 + W6. Todo ello en un ciclo de instrucción. EJEMPLO 3 ADD [W 7~], [++W8], [W 5 + 0x6]
;W 8 + W 8 + 2 ; [W7] + [W 8]-*~ [W 5 + 0x6] ; W 7 ^r- W7 -2
En prim er lugar se incrementa en dos unidades el contenido de W8, luego se suma la palabra apun tada por el contenido de W7 con la apuntada p o r W8 y el resultado se carga en la posición direccionada por W5 + 0x6. Finalmente, el contenido de W7 se decrementa en 2 unidades. Todo ello en un ciclo de instrucción.
CARACTERÍSTICAS DE LAS INSTRUCCIONES V MODOS DE DIRECCIONAMIENTO
117
La mayoría de las instrucciones admiten todos los modos de direccionamiento mostrados en la tabla de la Figura 9.6 con excepción del modo de Registro de Desplazamiento, que sólo es soporta do por las instrucciones MOV y algunas tipo DSR Las instrucciones DSF tipo MAC (Multiplicar y Acumular) admiten modos de direccionamien to especiales al poder realizar dos prebúsquedas de operandos simultáneamente en los espacios X e Y. Los post-incrementos y los post-decrementos admiten variaciones de 2 ,4 y 6 unidades. Al espa cio X sólo se accede a través del direccionado indirecto con los registros W8 y W9, mientras que para el espacio Y se usan los registros W10 y W ll. Figura 9.7.
MODO DIRECCIONAMIENTO
ESPACIO X
ESPACIO Y
INDIRECTO SIN MODIFICACIÓN
EA=(Wx]
EA=[Wy]
INDIRECTO CON POST-INCRFMENTO 2
EA=[YVxI+-2
EA=[Wy]+=2
INDIRECTO CON POST-INCREMENTO 4
EA=ÍW x]+=4
EA=IVVy)+=4
INDIRECTO CO N POST-INCREMENTO 6
EA=(W x)+=6
EA=(Wy]+=6
INDIRECTO CON POST-DECREMENTO 2
EA=[W x !-=2
EA-(W y]-=2
INDIRECTO CON POST-DECREMENTO 4
EA~lW x|-=4
EA=fWy|-=4
INDIRECTO CON POST-DECREMENTO 6
EA=[WxJ-=6
EA=|W yl-=6
INDIRECTO CON REGISTRO DESPLAZAMIENTO
EA=[W9+W12]
EA=[W 11+W 12]
Figura 9.7.
Modos de direccionamiento indirecto por registro para l¿is instrucciones DSP, tipo MAC.
9.5.3.1. Direccionamiento modular y por inversión de acarreo (Bit reversed addressing)
Algunas instrucciones admiten el direccionamiento modular y el de inversión de acarreo, que son tan eficaces en el desarrollo de determinados algoritmos DSR El direccionamiento modular permi te recorrer de forma circular un buffer de datos desde la dirección inicial a la final automáticamen te. El direccionamiento por inversión de acarreo se emplea para acceder a un buffer de datos es tructurado de forma no lineal y se aplica en la resolución de algoritmos derivados de la FFT. Estos modos han sido analizados en las preguntas 6.4 y 6.5.
9.5.4. Direccionamiento inmediato
En este caso el operando que maneja la instrucción es un valor literal constante predefinido que es tá contenido en el formato de la propia instrucción. Se usa de forma independiente o combinada con los restantes modos de direccionamiento. El tamaño del operando inmediato puede abarcar desde 1 a 16 bits y puede tener o no bit de signo. EJEMPLO 1 AND.B #0x0 F, W6 Se realiza la operación lógica AND, bit a bit, entre el valor inmediato expresado p or el byte OxOF y el byte de menos peso de Wó, depositándose el resultado en el byte de menos peso de W6.
118
dsPIC. DISFÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
EJEMPLO 2 ADD W i, #0x0500, [W2++] Se suma la palabra contenida en WI con el operando inmediato 0x0500, depositándose el resulta do en la posición de la memoria de datos direccionada p or W2. Luego se post-incrementa 2 unida des W2.
9.6. DETECCIÓN DE DEPENDENCIAS
El cauce de procesamiento de los DSC se segmenta en 2 etapas para aumentar el rendimiento im plícito del procesador. Con esta orientación se realiza la prebúsqueda de una instrucción mientras se ejecuta la anterior (segmentación implícita de 2 etapas). Puede darse la circunstancia que en una de las etapas del cauce exista una instrucción que, por ejemplo, modifique el valor de un registro de tra bajo que como MOV.B #0x10, W5, y en la siguiente instrucción se utilice a este registro como pun tero de un operando, como por ejemplo ADD |W 5], W6. Hasta que no se com plete la primera ins trucción no se puede ejecutar la siguiente, porque no está actualizado el valor de W5. Hay un hardware complementario que detecta estas dependencias y aplica las reglas para elimi nar los atascos del cauce, generalmente retrasando un ciclo la ejecución de la instrucción que ha mo tivado el conflicto.
CAPITULO
i r: ..i f..Y. ï. .V.V. . • • .• « - ■ .¿ i <-. t.
.V. -
El repertorio de instrucciones. Instrucciones MCU
10.1. CLASIFICACIÓN DE LAS INSTRUCCIONES
Los DSC combinan en su repertorio las instrucciones típicas de los microcontroladores, llamadas instrucciones M C U , con las especializadas en la resolución de algoritmos matemáticos para el pro cesamiento de señales, llamadas instrucciones DSP. Los DSC cuentan con 84 instrucciones, que se agrupan en 10 categorías que se distinguen por la función principal que realizan: Xa 2? 3.a 4* 5* 6S 7v_
Instrucciones de movimiento. Instrucciones lógicas. Instrucciones matemáticas. Instrucciones de rotación y desplazamiento. Instrucciones de bit. Instrucciones de comparación y brinco. Instrucciones de control del flujo del programa. Instrucciones de Pila y registros sombra. 9 f Instrucciones de control. 10 ? Instrucciones DSP.
Las nueve primeras categorías configuran las instrucciones MCU y se describen en este capítu lo dejando para el siguiente las instrucciones DSP. En la descripción de las instrucciones se usará la nomenclatura que maneja M icrochip y que se presenta en la tabla de la Figura 10.1.
10.2. INSTRUCCIONES DE M O V IM IE N T O En la tabla de la Figura 10.2 se presentan las características principales de las instrucciones que se en cargan de mover información entre el operando fuente y el destino. La instrucción MOV es una de las más empleadas en la mayoría de los programas. Además de mostrarse la sintaxis usada en lenguaje 119
120
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
SÍM B O LO
D ESCRIPC IÓ N
{)
OPERACIÓN O CAMPO OPCIONAL
[TEXT}
POSICIÓN DIRECCIONADA POR TEXT
A
....
(TFXT)
CONTENIDO DE TEXT
ffTEXT
LITERAL DEFINIDO POR TEXT
C, DJ
"A" DEBE SER DEL CONJUNTO [B, C, D]
CAMPO DE BIT DE REGISTRO
{ l ABEL:}
NOMBRE DE ETIQUETA OPCIONAL
I>
......
SELECCIÓN DE M O D O DE BYTE SELECCIÓN M O D O DOBLE PALABRA
.S
SELECCIÓN REGISTRO SOMBRA
.w
SELECCIÓN DE M O D O PALABRA (POR DEFECTO)
ACG
ACUMULADOR A O ACUMULADOR B
AWB
ACUMULADOR CON POST-ESCRITURA
BIT4
POSICIÓN BIT
C, DC, N ÓV, Z
BITS DE ESTADO MCU
EXPR
DIRECCIÓN ABSOLUTA, ETIQUETA O EXPRESIÓN
F
DIRECCIÓN DE MEMORIA DATOS
LIT1
LITERAL DE 1 BIT (0:1)
LIT4
LITERAL DE 4 BITS (0:15)
LIT5
LITERAL DE 5 BITS (0:31)
LIT8
LITERAL DE 8 BITS (0:255)
LITIO
LITERAL DE 10 BITS
LIT14
LITERAL DE 14 BITS
LIT16
LITERAL DE 16 BITS
LIT23
LITERAL DE 23 BITS
N IN G U N O
EL CAMPO NO REQUIERE UNA ENTRADA, PUEDE SER VACIO
OA, OB, SA, SB
BITS DE ESTADO DSP: DESBORDAMIENTO ACCA Y ACCB, SATURACIÓN ACCA Y ACCB
PG
CONTADOR DE PROGRAMA
VVb
REGISTRO DE TRABAJO BASE
SLIT4
LITERAL DE 4 BITS CON SIGNO (-8:7)
SLIT6
LITERAL DE 6 BITS CON SIGNO (-32:31)
SLIT10
LITERAL DE 10 BITS CON SIGNO
SLIT16
LITERAL DE 16 BITS CON SIGNO
TOS
C IM A DE LA PALABRA
Wb
REGISTRO DE TRABAJO BASE
Wd
REGISTRO DE TRABAJO DESTINO
VVdo
REGISTRO DE TRABAJO DESTINO
Win, VVn
PAREJA DE REGISTROS DIVISIÓN (DIVIDENDO, DIVISOR)
W m *W m
PAREJA DE REGISTROS MULTIPLICACIÓN (IGUALES)
VVm‘ Wn
PAREJA DE REGISTROS MULTIPLICACIÓN (DIFERENTES)
VVn
REGISTRO DE TRABAJO FUENTE Y DESTINO
W nd
REGISTRO DE TRABAJO DESTINO
Wns
REGISTRO DE TRABAJO FUENTE
WREG
REGISTRO DE TRABAJO POR DEFECTO (W0)
Ws
REGISTRO DE TRABAJO FUENTE
VVso
REGISTRO DE TRABAJO FUENTE
Wx
REGISTRO DE TRABAJO PARA PREBÚSQUFDA DEL BUS DE DATOS X
Wxd
REGISTRO DE TRABAJO DESTINO PARA PREBÚSQUEDA DEL BUS DE DATOS X
Wv
M O D O DE DIRECCIONAMIENTO FUENTE Y REGISTRO DE TRABAJO PARA PREBÚSQUEDA DEL BUS DE DATOS Y
VVyd
REGISTRO DE TRABAJO DESTINO PARA PREBÚSQUEDA DEL BUS DE DATOS Y
Figura 10.1.
Tabla que muestra los símbolos usados en la descripción de las instrucciones.
EL REPERTORIO DE INSTRUCCIONES. INSTRUCCIONES MCU
121
Ensamblador para editar cada instrucción, se facilita el número de palabras de 24 bits que ocupa en la memoria de programa y el número de ciclos de instrucción que dura su ejecución. Cuando se especi fica el operando opcional {,WREG} el destino de la instrucción es WREG (WO), pero si 110 se espe cifica el operando destino, actúa como tal la dirección de la memoria de datos F. SIN TAXI S EN SAM BLADO R
D ESCR IPC IÓ N
PALABRAS
C IC LO S 1
EXCH
Wns, VVnd
INTERCAMBIA W ns Y VVnd
1
MOV
F{,WREG}
MUEVE F AL DESTINO (F ES LA DIRECCIÓN DE LA MEMORIA)
1
1
MOV
WRCG,F
MUFVF WREG A F
1
1
MOV
F,Wnd
MUEVE F A Wnd
1
l 1
MOV
Wns,F
MOV.B
# L im W n d
M OV
LIT16,VVnd
MUEVE Wns A F
1
MUEVE 8 BITS A Wnd
1
1
MUEVE 16 BITS A VVnd
1
1
MOV
[WS+SLIT10],Wnd
MUEVE [Ws+10 BITS CO N SIGNO] A W nd
1
1
MOV
Wns, |Wd+SLITI OI
MUEVE Wns A [Ws+10 BITS CON SIGNO)
1
l
MOV
Ws,Wd
MUEVE Ws A Wd
1
1
M O V Í)
Ws,Wnd
MUEVE Ws:Ws+1 TAMAÑO DOBLE PALABRA A Wnd:Wnd+1
1
2
MUEVE Wns:Wns+1 TAM AÑO DOBLE PALABRA A W d :W d + l
1
2
INTERCAMBIA LAS DOS MITADFS Wn
1
1
LEE LA PALABRA ALTA DE MEMORIA DE PROGRAMA A W d
1
2 2
MOV.D
Wns,Wd
SWAP
Wn
TBLR.DH
Ws,'Wd
TBLRDL
Ws,Wd
LEE LA PALABRA BAJA DE MEMORIA DE PROGRAMA A Wd
1
TBLWTH
Ws,Wd
ESCRIBE Ws EN LA PALABRA ALTA DF MEMORIA DE PROGRAMA
1
2
TBLWTL
WsÁ-Vd
ESCRIBE W s EN LA PALABRA BAJA DE MEMORIA DE PROGRAMA
1
2
Figura 10.2. Principales características de las instrucciones de movimiento de los DSC.
La instrucción EXCH intercambia el contenido de los registros a los que afecta. L a instrucción SWAP intercambia las dos mitades de la palabra de trabajo depositadas en Wn, que si tiene tamaño byte las dos mitades son de 4 bits cada una y si es palabra son de 8 bits. También las instrucciones de Tabla mueven información entre las posiciones de la memoria de programa y los registros de tra bajo de forma bidireccional, lo que permite usar parte de dicha memoria para guardar datos. EJEMPLO 1 MOV.B W0} [W 1+0x7] Almacena el byte de menos peso de WO en la posición W1 + 0x7 (=0x1807), que es el byte de más peso de la posición 0x1806. (Figura 10.3.) ANTES DE LA INSTRUCCIÓN
DESPUÉS DE LA INSTRUCCIÓN M O V .B
Figura 10.3. Efecto de la ejecución de la instrucción MOV.B WO, [W 1+0x7] en WO, W l, posición 1806 y en el Registro do Estado.
122
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
EJEMPLO 2 SWAP WO Hace un SWAP en el registro WO. SWAP consiste en intercambiar el byte de más peso p or el de menos peso. (Figura 10.4.) A N T E S DE L A IN STR U C C IÓ N
D E S P U É S DE L A IN S TR U C C IÓ N
SWAP WO
WO
8095
WO
0000
SR
-
SR
B H
9580 0000
Figura 10.4. Efecto de la ejecución de la instrucción SWAP WO en WO y en el Registro de Estado.
10.3. INSTRUCCIONES LÓGICAS
Las instrucciones de este grupo se encargan de realizar una operación lógica bit a bit entre los dos operandos fuente, depositando el resultado en el destino. Soporta las operaciones AND, OR y XOR. La instrucción con nemónico COM halla el complemento a l del operando fuente y lo deja en el des tino. NEG calcula el complemento a 2. CLR borra o pone a cero el operando al que afecta. Final mente, SETM pone a 1 los bits del operando sobre el que actúa. (Figura 10.5.) SINTAXIS EN SA M BLA DO R
D ESCR IPC IÓ N
PALABRAS
AND
f {,w r e g k t >
DESTINO=F.AND.WREG
1
AN D
¿LITIO,Wn
W iiaLIT10.AN D.W n
1
AN D
W b, ?LIT5,Wd
W d=W b.AND.LIT5
1
AN D
W b,W s,W d
; CLR
F
! CLR
WRfcG
: CLR
Wd
W d=W b.AND.W s
1
F=0x0000
1
WREG=0x0000
1
C IC LO S
1
W d=0x0000
1
F(,WREG}
COMPLEMENTO A 1
1
COM
Ws,Wd
COMPLEMENTO A 1
1
IOR
F{,WREG}(1)
DESTINO=F.IOR.WREG
1
IOR
¿LITIO, Wn
Wn=LIT1 O.IOR.Wn
1
1 1
! COM
I
IOR
Wh/#LIT5,W d
Wd=Wb.lOR.LIT5
1
IOR
W b,W s,W d
Wd=WJb.lOR.Ws
1
1
NEC
FCWRKGKD
COMPLEMENTO A 2
1
1
COMPLEMENTO A 2
1
1
F-0xFFFF
1
1
WREG=0xFFFF
1
1
Wd=0xFFFF
1
DESTINO=F.XOR.WRFG
1
1
Wn=LIT10.XOR.Wn
1
1
NEC
WsAVd
SETM
F
SETM
WRFG
SETM
Wd
XOR
F{,WRF.G}(1)
XOR
¿LITIO, Wn
XOR
Wb,¿LIT5,W d
Wd=Wb.XOR.LIT5
1
1
Wb,W s,W d
Wd=Wb.XOR.Ws
1
1
XOR
Figura 10.5. Principales características de las instrucciones lógicas.
EL REPERTORIO DE INSTRUCCIONES. INSTRUCCIONES MCU
123
EJEM PLO 1
AN D W 0,#0xlF,W l Realiza una AND entre WO y 0x1 F, y almacena el resultado en W L (Figura 10.6.) A N T E S DE L A IN S TR U C C IÓ N
D E S P U É S DE L A IN S TR U C C IÓ N A N D W D,#0x1F,W 1
WO
WO W1
7373
W1
SR
oóbo
SR
6 72 3 >•
0003 .
COCO S S b S b b S S • v .-_.
.-.Y .-.—
Figura 10.6. Efecto de la ejecución de la instrucción A N D del ejemplo en WO, W1 y en e l Registro de Estado.
EJEMPLO 2 SETM [~W 6] Pre-decrementa W6 y después hace la operación SETM (poner a unos todo) el contenido de la di rección a la que apunta W6. (Figura 10.7.) A N T E S DE L A IN S TR U C C IÓ N
D E S P U É S DE L A IN S TR U C C IÓ N SE TM [—W 6 ]
W6 RAM 124E SR
1250 3C D 9 0000
W6 RAM 124E SR
124E FFFF 0 00 0
Figura 10.7. Efecto de la ejecución de la instrucción SETM del ejemplo en W6, ¡a dirección 124E y en el Registro de Estado.
10.4. INSTRUCCIONES MATEMÁTICAS Este importante grupo de instrucciones MCU soporta las operaciones aritméticas principales como son la suma (ADD), la resta (SUB), la multiplicación (MUL) y la división (DIV), admitiendo di versas alternativas, modos de direccionado y tamaño de los operandos. (Figura 10.8.) En algunas operaciones de suma y resta hay variantes que permiten participar el acarreo o la lle vada (ADDC y SUBB). Hay instrucciones simples pero muy útiles que incrementan o decrementan los operandos (INC y DEC). Existen tres instrucciones matemáticas especiales que se describen brevemente. • • •
DAW.B: Realiza el ajuste decimal del byte de menos peso del registro Wn, generando un resultado en BCD. SE: Extiende el signo del byte depositado en Ws y el resultado de 16 bits lo carga en Wnd. ZE: Extiende con ceros el byte de menos peso del registro de trabajo fuente Ws y el resulta do de 16 bits lo deposita en el destino Wnd.
124
dsPIC DISbÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
D ESCR IPC IÓ N
PALABRAS
ADD
F{,WREG}(1):
DESTINO=F+WREG
l
i
ADDÇ
ÄLlTI0,W n
Wn=LIT10+Wn+(C)
1
1 1
SINTAXIS EN SA M BLA DO R
C IC LO S
ADOC
VVb,*ÜT5,VVd
Wd=Wb+LIT5+(C)
1
ADDC
WbAVsAVd
W d=W b+W s+(Q
1
l
DAW.B
Wn
AJUSTE DECIMAL BCD
1
1
DEC
F(,WREG}
DESTINO=F-1
1
i
W d-W s-1
1
1
DESTINO=F-2
1
1
Wd=Ws-2
1
i
DEC
WsA'Vd
DFC2
F[,WREG}
DEC2
WsA'Vd
DIV.S
VVmA'Vn
DIVIDE ENTEROS CO N SIGNO DE 16/16 BITS
1
18
DIV.SD
VVmA'Vn
DIVIDE ENTEROS CON SIGNO DE 32/16 BITS
1
18
DIV.U
VVmA’Vn
DIVIDE ENTEROS SIN SIGNO DE 16/16 BITS
1
18
DIV.U D
VVmA'Vn
DIVIDF ENTEROS SIN SIGNO DE 32/16 BITS
1
18
DIVF
VVmA'Vn
DIVISIÓN FRACCIONARIA DE 1 6/16 BITS CON SIGNO
1
18
INC
F{AVREG)
DESTINO=F+1
1
1
Wd=Ws+1
1
1
DESTINO=F+2
1
1
Wd=W s+2
1
1
W3:W2=F*WREC
1
1
INC
WsA'Vd
1NC2
FÌA'VREG}
INC2
WsA'Vd
M UI.
r
MUL.SS
{Wnd+1,Wnd}=SIGNO(Wb)*SIGNO(Ws)
I
1
(Wnd+1,Wnd}=SIGNO(Wb)*SIN SIGNO(LIT5)
1
1
VVbA'VsA’V nd
{VVnd+1 A'Vnd}=SIGNÓ{ W h )*SIN SIGNO(Ws)
1
1
WbAVsAVnd
{VVnd+1 ,Wnd}=SIN SIGNO(Wb)*SIGNO(Ws)
1
1 1
Wb.WsA'Vnd
MUL.SU
W b, ?JIT5 A'Vnd
MUL.SU MUL.US
{Wnd+1 AVnd}=SIN SIGNO(Wb)*$IGNO(LIT5)
1
{VVnd+1 A'Vnd}-SIN SIGNO(VVb)*SlN SIGNO(Ws)
l
1
W n d -W s EXTENDIDO EL SIGNO
1
1
FfA'VRFG}
DESTINO=F-WREG
1
!
SUB
ir LITI OAVn
W n=W n-LIT10
1
1
SUB
W b ,“ LIT5A‘Vd
W d=W b-LIT5
M UL.UU
W b ,* l IT5 A’Vnd
M UL.UU
WbA'VsA'Vnd
SE SUB
SUB
VVsAVnd
WbAVsAVd
W d=W b-W s
SUBB
FÍAVREG}
DESTINQ f F-WREG-(C)
SUBB
iLITIOA'Vn
W n=W n-LIT10-(O
SUBB
Wb,*fLIT5A'Vd
SUBB
1 i 1
1 1 1
W d-W b-LIT5-(C)
1
1
VVbAVsAVd
W d-W b-W s-(C)
1
1
F{,VVREG}
1
D ESTI NO=WR FG-f-(C)
1
SUBBR
W b,*LIT5,W d
Wd=LIT5-Wb-(C)
1
1
SUBBR
VVbAVsAVd
Wd=Ws-Wb-(C)
1
1
DESTINO-VVREG-F
1
1
W d=LIT5-W b
1
1
Wd=Ws-VVb
1
1
W nd=W s FXTFNDIDO A CEROS
1
1
SUBBR
: SUBR
FiW REC}
! SUBR
W b ,*U T 5 ,W d
SUBR
Zi
W b, WsA'Vd VVsAVnd
Figura 10.8. Principales características de las instrucciones matemáticas.
EJEMPLO 1 DEC2 W5, [W6++J Decrementa en dos W5, y lo almacena en la dirección apuntada por W6, haciendo a continuación un post-incremento de 2 en W6. (Figura 10.9.)
EL REPERTORIO DE INSTRUCCIONES. INSTRUCCIONES MCU ANTES DE LA INSTRUCCIÓN
125
DESPUÉS DE LA INSTRUCCIÓN DEC2 W5, [W6++]
Figura 10.9. Efecto de la ejecución de la instrucción DEC del ejemplo en WS, W6, dirección 1000 y en el Registro de Estado.
EJEMPLO 2 M O V #0x8002, W0 MOVWOAV4 M O V #0x8001,W0 MOVWO,W3 REPEAT #17 DI VU W4,W3 Ejecuta DIVF 18 veces. D1VF divide W4 por W3 y guarda el cociente en W0 y el resto en W l. (Figura 10.10.) ANTES DE LA INSTRUCCIÓN
DESPUÉS DE LA INSTRUCCIÓN
wo
6002
WO
W1
ooco
W1
0001
W3
8001
W3
8001
W4
8002
W4
8002
SR
0000
SR
0101
1
•
0001
i
Figura 10.10. Efecto de la ejecución de la instrucción DIVF del ejemplo en W0, W1 y en el Registro de Estado.
1 0 .5 . INSTRUCCIONES DE ROTACIÓN Y DESPLAZAMIENTO
Este grupo engloba las instrucciones que realizan el desplazamiento aritmético (se mantiene el bit de signo) o el lógico (sin signo), tanto a la derecha como a la izquierda, con un máximo de 15 posiciones. La instrucción ASR Wb, Wns, Wnd produce un desplazamiento aritmético a la derecha del con tenido del registro Wb un número de posiciones que viene determinado por los 4 bits de menos pe so de Wns (máximo 15), depositando el resultado en el registro Wnd. Las instrucciones de rotación a la derecha o a la izquierda pueden efectuarse a través del acarreo (RLC y RRC), o bien sin tener en cuenta el acarreo (RLNC y RRNC). La instrucción con nem ónico LSR produce un desplazamiento lógico a la derecha y SL lo ha ce a la izquierda. En este último caso el bit de más peso del operando fuente al desplazarse pasa a ocupar el bit señalizador de acarreo, introduciéndose un cero en el bit de menos peso del operan do. (Figura 10.11.)
126
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES Wb
Figura 10.11. La instrucción SL desplaza a la izquierda el contenido del operando fuente, pasando el bit de más peso a ocupar el hit de Acarreo e introduciéndose un 0 por el b it de menos peso.
SINTAXIS ENSAiMBLADOR ASR
F{,VVREG}(1)
ASR
Ws,Wd
ASR
W b,#UT4,W d
ASR
Wb,Wn$,Wnd
LSR
F{,WRFG}{1)
LSR
WsA'Vd
LSR
W b,íLIT4,W nd
l.SR
VVb,YVns,VVnd
DESCRIPCIÓN
PALABRAS
CICLOS
DESTINO=DESPLAZAMIENTO ARITMÉTICO DF F A LA DERECHA
1
1
Wd=DESPLAZAMIENTO ARITMÉTICO DE Ws A LA DERECHA
1
1
1
1
1
1
DESTINO-DESPLAZAMIENTO LÓGICO DEL REGISTRO F
1
1
Wd=DESPLAZAMIENTO LÓGICO DEL REGISTRO DE Ws
1
1
1
1
Wnd=DESPLAZAMIENTO ARITMÉTICO DE W b A LA DERECHA TANTAS POSICIONES C O M O INDIQUE EL INMEDIATO Wnd=DESPLAZAMlENTO ARITMÉTICO DE W b A LA DERECHA TANTAS POSICIONES C O M O INDIQUE EL VALOR DF Wns
W nd=D ESPLAZAM1ENTO LÓGICO DEL REGISTRO DE W b TANTAS POSICIONES C O M O INDIQUE EL INMEDIATO Wnd=DESPLAZAMIENTO LÓGICO DE W b A LA DERECHA
RI.C
F{,VVREG}(Í)
RLC
VVsAVd
RLÑC
aVVREG)(l)
RING
WsA'Vd
RRC
F{AVREG}(1)
TANTAS POSICIONES C O M O INDIQUE EL VALOR DE Wns DESTINO=ROTACIÓN A LA IZQUIERDA A TRAVÉS DEL "CARRY" DEL REGISTRO F Wd=ROTACIÓN A LA IZQUIERDA A TRAVÉS DEL "CARRY" DEL REGISTRO Ws
1 1
1
1
1
DESTINO=ROTACIÓN A LA IZQUIERDA DEL REGISTRO F
.
- -
1
1
1
I
1
1
DESTIN0 = ROTAC 1Ó N A LA DERECHA DEL REGISTRO F
1
l
Wd=ROTAC1ÓN A LA IZQUIERDA DEL REGISTRO Ws DESTINO=ROTACIÓN A LA DERECHA A TRAVÉS DEL "CARRY" DEL REGISTRO F Wd=ROTACIÓN A LA DERECHA A TRAVÉS DEL "CARRY"
RRC
WsA'Vd
RRNC
F{,WREG}0)
RRNC
WsA'Vd
Wd=ROTACIÓN A LA DERECHA DEL REGISTRO Ws
1
1
SL
F^WREGKD
DESTINO=DESPI AZAMIENTO A LA IZQUIERDA DE F
1
1
Wd=DESPLAZAMIENTO A LA IZQUIERDA DE Ws
1
1
1
1
I
1
SL
WsA'Vd
DEL REGISTRO Ws
Wnd=DESPLAZAMIENTO A LA IZQUIERDA DE W b TANTAS SL
Wb,íLIT4A'Vnd
SI
WbAVnsA'Vnd
POSICIONES C O M O INDIQUE EL VALOR INMEDIATO Wnd=DESPLAZAMIENTO A LA IZQUIERDA DE W b TANTAS POSICIONES C O M O INDIQUE Wns
Í1 ) Si se especifica el operando VVREG, el destino es WREG y si no el destino es F.
Figura 10.12. Principales características de las instrucciones de rotación y desplazamiento.
EL REPERTORIO DE INSTRUCCIONES. INSTRUCCIONES MCU
127
EJEM PLO 1 ASR RAM200 Desplaza a la derecha los bits de RAM200, dejando el de menos peso en el bit C e introduciendo repetido el de más peso p or la izquierda. (Figura 10.13.) A N T E S DE L A IN S TR U C C IÓ N
D E S P U É S DE L A IN S TR U C C IÓ N A S R R A M 200
R A M 200
8 00 9
SR
0000
i
R A M 20 0
•
SR
C 004 0 00 9 yv»y.w :ririvfívi-i
Figura 10.13. Efecto de la ejecución de ¡a instrucción ASR del ejemplo en RAM200 y en e l Registro de Estado.
EJEMPLO 2 SL 0x1650, WREG Desplaza a la izquierda los bits de la dirección 0x1650, dejando el de más peso en el h it C e intro duciendo un 0 p o r la derecha. Deja el resultado en WREG (W0). (Figura 10.14.) A N T E S DE L A IN S TR U C C IÓ N
D E S P U É S DE L A IN S TR U C C IÓ N SL 0x1650, W R E G
WD
' fg ¡
' ¡ 0900
WO v « y .-.-;
RAM 1650 SR
4ÜG5 0000
R AM 1 65 0 SR
.....
4065 0008
Figura 10.14. Efecto de la ejecución de la instrucción SL del ejemplo en W0, dirección 1650 y en el Re gistro de Estado.
10.6. IN S TR U C C IO N E S DE BIT
Son las instrucciones que realizan una operación sobre un bit concreto de una posición de la me moria de datos direccionada por F, de un registro de trabajo Ws. La instrucción BCLR Ws, #bit4 pone a 0 el bit del registro Ws que viene determ inado por el valor #bit4, que es un valor comprendido entre 0 y 15 cuando se trabaja con operandos de 16 bits. En el caso de la instrucción BCLR f #bit4 pone a 0 el bit especificado por #bit4 en el contenido de la posición de la m em oria de datos con dirección f. Cuando el nemónico es BSET pone a 1 el b.it especificado. La instrucción BSW.C Ws, Wb escribe el valor del acarreo C en el bit del registro W s especifica do por los 4 bits de menos peso del registro Wb. Esta operación puede representarse C. ->- Ws<(Wb)>. La instrucción BSW.Z Ws, Wb realiza una operación semejante pero escribiendo el valor del señali zador Z negado y se representa como
128
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
Z# Ws<(W b)>. Las instrucciones con nemónico BTG invierten el valor del bit especificado en el operando. La instrucción BTST testea un bit de un registro W s o de una posición de memoria F y lo guar da en el señalizador C cuando tienen la extensión “.C’\ mientras que si la extensión es “.Z” se car ga en Z el inverso del bit testado. Cuando el nemónico es BTSTS hacen lo mismo que las anterio res y además ponen a 1 el bit testado. La instrucción FBCL Ws, Wnd explora el registro Ws a partir del bit de más peso detrás del de signo hasta encontrar el primer bit de cambio a 1 (si es un valor positivo) o de cambio a 0 (si es un valor negativo). El resultado de esta exploración expresado con 16 bits con extensión de signo se de posita en Wnd. FF1L encuentra el primer cambio de bit a 1 empezando por la izquierda y guarda el resultado en formato de 16 bits con extensión de ceros en Wnd. Finalmente, la instrucción FF1R hace lo mismo que la anterior pero la exploración com ienza por la derecha, o sea, por el bit de m e nos peso de Ws. (Figura 10.15.) ......................
SINTAXIS ENSAMBLADOR BCLR
F,*BIT4
BCI.K
W §;*glT4
BSET
F,«BlT4
BSET
Ws,#BIT4
BSVV.C
VVs,VVb
------ ----- ---- I;' .
. ''
DESCRIPCIÓN
PALABRAS
CICLOS
BORRAR EL BIT DF F QUE SE ESPECIFICA EN EL VALOR INMEDIATO
1
1
1
1
1
1
1
1
ESCRIBIR EL BIT C EN Ws
1
1
BORRAR EL BIT DE Ws QUE SE ESPECIFICA EN EL VALOR INMEDIATO ESTABLECER EL BIT DF F QUE SE ESPECIFICA EN EL VALOR INMEDIATO FSTABI FCFR EL BIT DE Ws QUE SE ESPECIFICA EN EL VALOR INMEDIATO
BSW.Z
Ws,VVb
ESCRIBIR EL BIT Z tt EN Ws
1
BTG
F,¿BIT4
INVERTIR EL VALOR DE UN BIT DEL REGISTRO F
1
1
BTG
Ws,#8IT4
INVERTIR EL VALOR DE U N BIT DEL REGISTRO Ws
1
1
EL INVERSO DEL BIT ESPECIFICADO SE GUARDA EN Z
1
I
EL BIT ESPECIFICADO SE GUARDA EN C
1
1
: BTST
F,«BIT4
BTST.C Ws,ffBIT4 BTST.Z
Ws,*BIT4
EL COMPLEMENTO DEL BIT ESPECIFICADO SF GUARDA FN Z
BTST.C
Ws.Wb
EL BIT ESPECIFICADO SE GUARDA EN C
1
1
BTST.Z
VVs,VVb
EL COMPLEMENTO DEL BIT ESPECIFICADO SE GUARDA EN Z
1
1
BTSTS
F,SBIT4
1
1
: BTSTS.C Ws,*BIT4 BTSTS.Z W*>,-BIT4
FBCL
VVs.Wnd
FF1L
W s,Wnd
FFIR
VVsAVnd
EL BIT ESPECIFICADO INVERTIDO SF GUARDA EN Z Y DICHO BIT SE PONE A 1 El. BIT ESPECIFICADO SE GUARDA EN C Y LUEGO SE PONE A 1
1
EL BIT ESPECIFICADO INVERTIDO SE GUARDA EN Z
1
Y DICHO BIT SE PONE A l ENCUENTRA EL PRIMER BIT CAMBIO DE BIT,
1
1
ENCUENTRA EL PRIMER B IT A 1 EMPEZANDO POR LA IZQUIERDA
1
1
ENCUENTRA EL PRIMER BIT A 1 EMPEZANDO POR LA DERECHA
1
1
EMPEZANDO POR LA IZQUIERDA
Figura 10.15. Principales características de las instrucciones de bit.
EL REPERTORIO DE INSTRUCCIONES. INSTRUCCIONES MCU
129
EJEM PLO 1
BTG 0x1660, #0x8 Invierte el bit 8 de 0x1660 y lo guarda en esa misma dirección. (Figura 10.16.) A N T E S DE L A IN STR U C C IÓ N
D E S P U É S DE L A IN S TR U C C IÓ N BTG 0x16 6 0 . # 0x8
RAM 1660
5620
|
SR
0000
|
5 72 0
R AM 1660 SR
'
«»O
j
j
Figura 10.16. Efecto de la ejecución de la instrucción BTG clel ejemplo en la dirección 1660 y en el Re gistro de Estado.
EJEMPLO 2 FF1L W2, W5 Encuentra el prim er bit a 1 de W2 y lo guarda en W5. (Figura 10.17.) A N T E S D E L A IN S T R U C C IÓ N
D E S P U É S DE L A IN S TR U C C IÓ N FF1LW 2, W5
.
W2
OQOÁ
W2
000A
W5
BBBB
W5
000D
SR
000 0
SR
0 00 0
Figura 10.17. Efecto de la ejecución de la instrucción FF11. del ejemplo en W2, W5 y en el Registro de Estado.
10.7. IN S TR U C C IO N E S DE C O M P A R A C IÓ N Y B R IN C O
Son instrucciones que comprueban una condición o comparan un valor que puede ser el de un bit concreto y según su valor binario se “brinca” o no. El “brinco” (skip) consiste en un salto pequeñito. sólo se salta la instrucción siguiente, ejecutando en lugar de la instrucción que hay a continua ción una NOP. Si no se cumple la condición impuesta al bit a comparar se ejecuta normalmente la siguiente instrucción. Cuando no hay brinco la instrucción se ejecuta en un ciclo de instrucción, pe ro si lo hay la duración es de 2 ciclos si el brinco se efectúa sobre una instrucción de una palabra y de 3 si se trata de una instrucción de 2 palabras. La instrucción BTSC Ff #bit4 comienza testando el valor del bit expresado por #bit4 en el con tenido de la posición de la memoria de datos de dirección F, y si vale 0. se produce un brinco. Cuan do el nemónico es BTSS el brinco se produce si el bit explorado vale 1. La instrucción de comparación CP F compara o resta el valor contenido en la posición F con el del registro de trabajo implícito W0 (WREG) y activa los señalizadores en el Registro de Estado (C, DC, OV, N y Z) según el resultado (F) - W0. No genera resultado de la resta ni lo almacena. Hay
130
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
otras instrucciones de comparación cuyos operandos son registros o valores inmediatos, como las instrucciones CPO que realizan la comparación con el valor 0x0. La instrucción CPB F compara o resta el valor de la posición direccionada por F con el del re gistro de trabajo implícito y con el acarreo invertido o llevada, es decir, (F) - W REG - C # . La ope ración no genera resultado y sólo afecta a los señalizadores de SR. CPSEQ Wb, Wn resta el contenido de los dos registros especificados, Wb - Wn, y si son igua les brinca. La instrucción con nemónico CPSGT produce el brinco cuando la comparación de los operandos da un resultado mayor que cero, mientras que CPSLT produce el brinco con un resulta do menor que cero y CPSNE si el resultado es distinto de cero. (Figura 10.18.)
SINTAXIS ENSAMBLADOR
DESCRIPCIÓN
PALABRAS
CICLOS
BTSC
F,*BIT4
BRINCA SI El. BIT TESTEADO DEL REGISTRO F ES 0
1
1 (2 ó J ;
BTSC
VV/ñBIT4
BRINCA SI EL BIT TESTEADO DEL REGISTRO F ES 0
1
1 (2 ó 3}
BTSS
F,ffBIT4
BRINCA SI EL BIT TESTEADO DEL REGISTRO Ws ES 1
1
1 {2 ó 3)
BTSS
W s,íBIT4
BRINCA SI EL BIT TESTEADO DEL REGISTRO Ws ES 1
1
1 (2 ó 3)
RESTA (F-VVREG) SÓLO AFECTA A FLAGS
1
1
! CP
F
CP
W M UT5
RESTA (Wb-LIT5) SÓLO AFECTA A FLAGS
1
1
CP
VVb/Ws
RESTA (Wb-Ws) SÓLO AFECTA A FLAGS
1
1
CPO
F
RESTA (F-OxOOOO) SÓLO AFECTA A FLAGS
1
1
CPO
Ws
RESTA (W$-0x0000) SÓLO AFECTA A FLAGS
1
1
CPB
F:
RESTA (F-WREG-C) SÓLO AFECTA A FLAGS
1
1
CPB
W M L IT 5
RESTA (Wb-LIT5-C) SÓLO AFECTA A FLAGS
1
1
CPB
Wb,VVs
RESTA (Wb-VVs-C) SÓLO AFECTA A FLAGS
1
1
CPSEQ
VVb,Wn
RESTA (Wb-Wn") BRINCA SI =
1
1 (2 ó 3)
CPSGT
VVb/Wn
RESTA (W b-W n) BRINO \ SI >
1
1 (2 ó 3)
CPSLI
WbAVn
RESTA (W b-W n) BRINCA SI <
1
1 (2 ó 3)
CPSNE
W b,W n
RESTA (W b-W n) BRINCA SI
1
1 (2 ó 3}
Figura 10.18. Principales características do las instrucciones de comparación y brinco.
EJEMPLO 1 CP 0x1200 Compara mediante una resta WREG (W0) con el contenido de la dirección 0x1200. El resultado no se guarda, sólo afecta a los Jlags. (Figura 10.19.) EJEMPLO 2 CPB.B RAM400 Compara el byte contenido en RAM400 con el byte de menos peso de W0 mediante una resta (usan do CU). Sólo afecta a los Jlags. Modo byte. (Figura 10.20. )
EL REPERTORIO DE INSTRUCCIONES. INSTRUCCIONES MCU
131
D ESPUÉS DE L A INSTRUCCIÓN
AN TES DE L A INSTRUCCIÓN CP 0x1200
wo RAM 1200
T ill
...................::: ■
0077 OOÜO
SR
wo
V .V /.V .Y A V ,
RAM 1200 SR
2377 2277
.
(N = 1)
0008
Figura 10.19. Efecto de la ejecución de la instrucción C.P de! ejemplo en WQ, dirección 1200 y en el Re gistro de Estado. D E S P U É S DE LA IN S TR U C C IÓ N
A N T E S D E L A IN S TR U C C IO N C PB.B R A M 400
W0
WO RAM 400
R A M 400
SR
£
0008
11
0000
l t l £
0823 z
SR
8823
Figura 10.20. Efecto de la ejecución de la instrucción CPB.B del ejemplo en WQ, RAM400 y en el Re gistro de Estado.
10.8. IN S TR U C C IO N E S DE C O N T R O L DEL FLUJO DEL P R O G R A M A
Hay un numeroso grupo de instrucciones cuya misión fundamental es la de controlar el valor del PC y por tanto el flujo del programa en curso. La mayoría de estas instrucciones vienen acompañadas por el nemónico BRA que se refiere a la “bifurcación” del PC consistente en añadir a su valor actual otro que se incluye en la instrucción. Por ejemplo, BRA E x p r ts una instrucción de bifurcación incondicional que incrementa el valor actual del PC que es PC + 2 en el valor contenido en Expr (slitló) multiplicado por 2 ya que el PC sólo opera con direcciones pares. La operación que realiza esta instrucción es P C -< - (PC + 2) + 2 x slitló, que permite alcanzar una bifurcación de 32 K instrucciones en ambas direcciones de la actual. Variantes de BRA son todas las condicionales, como BRA C, que bifurca si el señalizador C = 1, BRA NC. bifurca si C = 0, BRA GE bifurca si los señalizadotes N y OV indican que se ha pro ducido un resultado igual o mayor que cero, BRA LE bifurca cuando el resultado es igual o menor que cero, BRA LT bifurca cuando ha sido menor, BRA N bifurca si el resultado es negativo. BRA N Z cuan do Z = 0, BRA OA si OVA = 1 y BRA SA si el flag de saturación del acumulador A es 1. Otro tipo de instrucciones que controlan el flujo del programa son las de llamada a subrutina, CALL, que permiten una desviación a cualquiera de las 32 K primeras instrucciones de la memoria de programa. Antes de desviarse el PC su valor actual se salva en la Pila cuya cima está direccionada por W15. La instrucción DO #¡¡114, Expr comienza salvando en la Pila ios registros sombra de DCOUNT. DOEND y DOSTART y luego carga DCOUNT con el valor de #lit14, DOSTART con el del PC y DOEND con PC + 2 x Expr. Después incrementa DL<2:0> (CORCÜN<10:8>) y ejecuta el código comprendido entre DOSTART y DOEND el número de veces que contenga DCOUNT La instrucción REPEAT #Ht14 repítela instrucción que tiene a continuación #lit14+1 veces. La instruc ción REPEAT Wn repite ja instrucción siguiente Wn< 13:0> veces.
132
dsPIC DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
R E TFIE se usa para el retorno al programa principal desde la rutina de atención a una interrup ción. Restaura el SR, el PC y el del bit IPL<3>. Además de RETURN para el retomo de subrutinas también se emplea RETLW que restaura el valor del PC y carga el literal que incluye (#lit 10) en un registro de trabajo Wn. (Figura 10.21.)
SINTAXIS ENSAMBLADOR BRA
EXPR
RRA
Wn
BRA
CEXPR
BRA
CL.HXPR
BRA
GEU,EXPR
BRA
GT,EXPR
BRA
GTUFXPR
BRA
LE,EXPR
BRA
I.EU,FXPR
BRA
LT.EXPR
BRA
ITUEXPR
BRA
N,EXPR
BRA
NQËXPR
DESCRIPCIÓN
PALABRAS
CICLOS
BIFURCACIÓN CO NDICIO NAL
1
2
BIFURCACIÓN CALCULADA
1
2
BIFURCA SI "CARRY"='I,
1
1(2) U)
BIFURCA SI ES MAYOR Ó IGUAL
1
1(2) (I)
BIFURCA SI ES MAYOR Ó IGUAL SIN SIGNO
1
1(2) (1)
BIFURG\ SI ES MAYOR
1
1(2){1)
BIFURCA SI ES MAYOR SIN SIGNO
1
1(2) {1)
BIFURCA SI ES IGUAL Ó MAS PEQUEÑO
1
1(2X1)
BIFURCA SI ES IGUAL Ó MÁS PEQUEÑO SIN SIGNO
1
1(2)(1)
BIFURCA SI ES MÁS PEQUEÑO
1
1(2)(1)
BIFURCA SI ES MÁS PEQUEÑO SIN SIGNO
1
K2)(1)
BIFURCA SI FS NEGATIVO
1
1(2) (1)
BIFURCA SI N O HAY "CARRY"
1
1 (2 )0 )
BIFURCA SI N O FS NEGATIVO
1
1 (2)0)
BIFURCA SI N O HAY SOBREPASAMIENTO
1
1 (2 )0 )
NZ,EXPR
BIFURCA SI N O "ZERO"
1
1 (2 )0 )
BRA
OAEXPR
BIFURCA SI HAY SOBREPASAMIENTO EN Fl. ACUMULADOR A
1
1(2)(1)
BRA
OB,FXPR
BIFURCA SI HAY SOBREPASAMIENTO EN EL ACUMULADOR B
1
1 (2 )0 )
BRA
OVEXPR
BIFURCA SI HAY SOBREPASAMIENTO
1
1 (2 )0 )
BRA
SA.F.XPR
BIFURCA SI HAY SATURACIÓN EN EL ACUMULADOR A
1
1(2) (1)
BRA
SB, EXPR
BIFURCA SI HAY SATURACIÓN EN EL ACUMULADOR B
1
1 (2 )0 )
BRA
Z,EXPR
BIFURCA SI "ZERO"
1
1 (2 )0 )
CALL
FXPR
LLAMADA A SUBRUTINA
2
2
CALL
Wn
BRA
NN,EXPR
BRA
NOV, EXPR
BRA
LLAMADA INDIRECTA A SUBRUTINA
1
2
il.IT14.EXPR
EJECUTA UN NÚMERO DE VECES PARTE DEL CÓDIGO
2
2
DO
Wn,EXPR
EJECUTA UN NÚMERO DF VECES PARTE DEL CÓ DIG O
2
2
GOTO
EXPR
VA A UN A DIRECCIÓN
2
2
DO
GOTO
Wn
VA A UNA DIRECCIÓN INDIRECTAMENTE
1
2
RCALL
EXPR
LLAMADA RELATIVA A SUBRUTINA
I
2
RCALL
Wn
2
REPEAT
LIT14
REPEAT
Wn
RETURN
1 1
1
REPITE ESTA INSTRUCCIÓN (Wn+1) VECES
1
1
RETORNO DF UN A INTERRUPCIÓN
RETFIE RETLW
LLAMADA RELATIVA A SUBRUTINA REPITE ESTA INSTRUCCIÓN (LIT14+1) VECES
#1.1110,Wn
3(2) (2)
RETORNO CO N LITIO EN Wn
1
3(2) (2)
RETORNO DE U N A SUBRUTINA
1
3(2) (2)
(1): Las instrucciones de bifurcación condicional se ejecutan en un c ic lo si no se hace la bifurcación o en dos si se hace. (2): Las instrucciones de retorno se ejecutan en tres ciclos, pero si hay alguna excepción pendiente se ejecutan en dos.
Figura 10.21. Principales características de las instrucciones destinadas a controlar el flujo de control del programa.
EL REPERTORIO DE INSTRUCCIONES. INSTRUCCIONES MCU
1 33
EJEMPLO 1
002000 AQUÍ: BRA A LLÍ 002002 . . . 002004 . . . 002006 . . . 002008. .. 00200A A L L Í:. . . 0 0 2 0 0 C .. . Bifurca a ALLÍ. (Figura 10.22.) A N T E S DE L A IN STR U C C IÓ N
D E S P U É S DE L A IN S TR U C C IÓ N
BRA ALLÍ
PC
0 0 2 00 0
PC
0 0 200A
SR
0 00 0
SR
000 0
i
\
Figura 10.22. Efecto de te ejecución de la instrucción BRA del Ejemplo 1 on el Contador efe Programa
y en el Registro de Estado. EJEMPLO 2
000A26 RETFIE Retorno de la interrupción. (Figura 10.23.) A N T E S D E L A IN S TR U C C IÓ N
D E S P U É S DE L A IN S TR U C C IÓ N
OOOA26 RETFIE
PC
OOOA26
PC W15
01 0 2 3 0
W15
0834
RAM 0830
0 23 0
RAM 0 83 0
0 23 0
RAM 0832
8101
RAM 0 83 2
8101
CORCON
0001
CORCON
0001
SR
0 00 0
SR
0081
0 83 0
¡
Figura 10.23. Efecto de la ejecución de la instrucción RETFIE del Ejemplo 2 en el Contador de Progra ma, W ¡5, las direcciones 0830 y 0832, CORCON y en el Registro de Estado.
10.9. INSTRUCCIONES DE PILA Y REGISTROS SOMBRA
El manejo de la Pila y su carga y descarga se realiza por su cima que es apuntada por el Stack Pointer (SP) cuya dirección está cargada en W 15. Inicialmente W15 se carga con el valor 0x0800 y ca da vez que se almacena en la Pila una palabra de 16 bits, W15 se incrementa en 2 unidades, como sucede, por ejemplo cuando se ejecuta la instrucción PUSH W4. Por el contrario, con la instrucción
134
dsPIC DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACION ES
POP se saca de la Pila el contenido de la cima y se deposita en el operando destino que incluya la instrucción. Con POP W2 el valor de 16 bits de la cima de la Pila se carga en W2 y W 15 se dccrcmenta en 2 unidades. La instrucción P U S IIF carga en la cima de la Pila el contenido de la posición de la memoria de datos con dirección F, pasando W 15 a incrementarse 2 unidades. Se puede expresar la operación de la siguiente forma: (F )-^- (TOS) y W15 W15 + 2. Con PUSH Ws se mete en la Pila Ws. La ins trucción PUSH.D Wns salva en la Pila una doble palabra formada por el contenido de los registros Wns y Wns + 1, incrementándose en 4 unidades W 15. Con PUSH.S se salvan en la Pila los regis tros sombra. El contenido de los registros principales se copia en los registros sombra, que son WO, W 1, W2 y W3 y los señalizadores de SR C, Z, O Y N y DC. Las instrucciones con nemónico POP hacen la transferencia inversa de PUSH y decrementan a W15. La instrucción LNK #lit¡4 salva a W 14 (puntero del marco de la Pila) en la cim a de la Pila, in crementa en 2 un idades a W15 y lo carga en W 14 que pasa a apuntar el marco de la Pila con un ta maño #lit 14 bytes que está dedicado a manejar una llamada a subrutina. El W15 se carga con W 15 + #litl4. La instrucción ULNK deshace la operación de LNK cargando W14 en W 15, decrementando 2 unidades a W15 y cargando la cima de la Pila (TOS) en W14. Con LNK y UNLK en deter minadas secuencias de llamadas a subrutinas se pasa a usar un marco de la Pila con su propio pun tero W14 consiguiendo un gran aislamiento. (Figura 10.24.)
DESCRIPCIÓN
PALABRAS
CICLOS
UNF MARCO DE PILA
1
1
SACA DE LA PILA TOS A F
1
1
SACA DE LA PILA TOS A Wd
1
1
POP.D
SACA DC LA PILA TOS EN FORMATO DOBLE A Wnd:Wnd+1
1
2
POP.S
SACA REGISTROS SOMBRA
1
1
CARGA F A TOS
1
1
SINTAXIS ENSAMBLADOR LNK
#LITT4
POP
F
POP
Wd
PUSH
F
PUSH
Ws
CARGA Ws A TOS
1
1
PUSH.D
Wns
CARGA EN FORMATO DOBLE W ns:W ns+l A TOS
1
2
G \R G A REGISTROS SOMBRA
1
1
DESUNE M ARCO DE PILA
1
1
PUSH.S U IN K
Figura 10.24. Principales características de las instrucciones de Pila y registros sombra.
EJEMPLO l PUSH W2 Carga W2 a TOS. (Figura 1025.) EJEMPLO 2 LNK #0xA0 Une marco de pila. (Figura 10.26.)
EL REPERTORIO DE INSTRUCCIONES. INSTRUCCIONES MCU A N T E S DE L A IN STR U C C IÓ N
135
D E S P U É S DE L A IN S TR U C C IÓ N
PUSH W2
......
W2
I
W2
W15
W15 RAM 1566
RAM 1566
SR
SR
Figura 10.25. Efecto de la ejecución de la instrucción PU5H del ejemplo en W2, W15, dirección 1566 y en el Registro de Estado.
A N T E S DE L A IN STR U C C IÓ N
D E S P U É S DE L A IN S TR U C C IÓ N
LNK #0xA0
W14
2000
W14
2002
W15
2000
W15
20A2
0000
RAM 2000
2000
0000
SR
0000
RAM 2000 SR
.
;
Figura 10.26. Efecto de la ejecución de la instrucción LNK del ejemplo en W I4, W15, dirección 2000 y en el Registro de Estado.
10.10. INSTRUCCIONES DE CONTROL
Son 6 instrucciones especiales, y sus características se muestran en la Figura 10.27. v
SINTAXIS ENSAMBLADOR CLRWDT
DI SI
¿LIT4
*»XX* X X
DESCRIPCIÓN
PALABRAS
CICLOS
PONE A CERO EL TEMPORIZADOR "WATCHDOG"
1
i
1
1
DESHABILITA INTERRUPCIONES DE PL DE 1 A 6 DURANTE iLIT I 4+1) CICLOS DE INSTRUCCIÓN-
NOP
NO OPERACIÓN
1
1
NOPR
NO OPERACIÓN
1
1
ENTRADA M O D O SLEEP O IDLE
1
1
REINICIALIZACIÓN
1
1
PWRSAV *ÜT1 RESET
Figura 10.27. Principales características de las instrucciones de control.
Con CLRWDT se pone a cero el registro contador del Perro Guardián, así como sus predi viso res A y B. Tiene la misión de refrescar al WDT y evitar su desbordamiento.
136
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
La. instrucción DISI #lit14 sirve para deshabilitar las interrupciones comprendidas entre fos niveles de prioridad 1 y 6 durante #lit 14+1 ciclos de instrucción, tras la ejecución de dicha instrucción.
Con NO!5el procesador no realiza ninguna operación consumiendo un tiempo de un ciclo de ins trucción y ocupando en la memoria de programa una palabra, lo mismo que pasa con la instrucción NOPR.
La instrucción PWRSAV #lit1 pasa al procesador al modo de bajo consumo Sleep si #Ht1 = 0 y a modo ldlesi#lit1 = i. También borra al contador del Perro Guardián.
Finalmente, RESET fuerza a todos los registros del núcleo y de los periféricos a tomar un valor fijo. El bit SWR que es RCON<6> cuando vale 1 señaliza que se ha ejecutado una instrucción RESET. En la Figura 10.28 se muestra el valor que toman determinados registros después de ejecutar la instrucción RESET. AN TES
DESPUÉS
PC
00 2 02 A
PC
0 0 0 00 0
wo
8901
wo
0 00 0
W1
08B B
W1
0 00 0
W2
B87A
W2
0000
W3
872F •.V,'.-,V .V.V.'.V.' i
W3
0000
C 98 A
W4
0000
W5
AAD4
W5
0000
W6
981E
W6
0000
W7
1809
W7
0000
W8
C341
W8
0000
W9
9 0F 4
W9
0 00 0
W 10
F409
W 10
0 00 0
W11
1700
W11
0000
W 12
1008
W 12
000 0
W 13
6556
W 13
0000
W 14
231D
W 14
0000
W 15
1704
W 15
080 0
SPLIM
1800
SPLIM
0000
TB LP A G
007F
T B LP A G
0000
PSVPAG
W4
.....
í¡
0001
PSVPAG
0 00 0
CORCON
00F0
CO R C O N
0 02 0
(S A TD W =1)
RCON
0 00 0
RCO N
0 04 0
(S W R =1)
SR
0021
SR
0 00 0
(IPL. C=1 )
Figura 10.28. Estado que toman determinados registros después de ejecutarse una instrucción RESET.
EL REPERTORIO DE INSTRUCCIONES. INSTRUCCIONES MCU
137
EJEMPLO l CLRWDT Pone a 0 el temporizador WDT. (Figura 10.29.) A N T E S DE L A IN STR U C C IÓ N
D E S P U É S DE L A IN S TR U C C IÓ N
CLRWDT
SR
0000
Figura 10.29. Efecto de la ejecución de la instrucción CLRWDT en el Registro de Estado.
EJEMPLO 2 PW RSAV#1 Entrada a modo IDLE. (Figura 10.30.) A M T E S DE L A IN STR U C C IÓ N
D E S P U É S D E L A IN S TR U C C IÓ N
PWRSAV #1
SR
|
0020
1 (IPL = 1)
SR :
0020
(IPL = 1)
Figura 10.30. Efecto de la ejecución de la instrucción PWRSAV del ejemplo en el Registro de Estado.
,
m&m
m sm
W
w m m
S im
11.1. CARACTERÍSTICAS ESPECÍFICAS
Las instrucciones DSP se distinguen porque en su ejecución interviene el Motor DSP que es un con junto de recursos hardware que se representan en la Figura 11.1, en la que también se han colocado algunas instrucciones representativas en los lugares donde se resuelven.
REGISTROS^ C-/5 W AL B A N C O W DEL BANCO W
Figura 1 1 .1 . Esquema del M otor DSP en donde se ejecutan las instrucciones DSP. 139
140
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACION ES
El M otor DSP es un circuito muy complejo dedicado a resolver las 19 instrucciones DSP del re pertorio. Las entradas y salidas del M otor DSP son de 16 bits, pero internamente opera con valores de 40 bits. Una peculiaridad destacable de las instrucciones DSP es que operan con los acumuladores A y B (ACCA y ACCB) de 40 bits de longitud. Cada acumulador se comporta como 3 registros que es tán mapeados en la memoria de datos en la zona SFR, y se denominan ACCxU, ACCxH y ACCxL. El primero consta de 8 bits y los otros dos tienen 16 bits cada uno. (Figura 11.2.)
ACCxH 39
32 31
ACCxL 16 15
Figura 11.2. Los acumuladores A y B del motor DSP se organizan en tres campos que se comportan com o 3 registros. La x de la nomenclatura puede ser A o B. Cada acum ulador dispone de sus propios bits señalizadores del resultado que se ha cargado en él. Cuando está configurado el procesador para trabajar con saturación normal (32 bits) el valor a cargar en el acumulador se hace en ACCxH: ACCxL, dejando ACCxU para guardar el signo. Cuan do se trabaja con super saturación el valor a alm acenar en el acum ulador ocupa ACCxU: ACCxH: ACCxL. Las instrucciones de carga y almacenamiento de los acumuladores con nemónicos LAC y SAC (SAC.R) sólo afectan a los 16 bits correspondientes al campo ACCxH. (Figura 11.3.)
32 31
16 15
Figura 11.3. Las instrucciones de carga (LAC) y almacenamiento (SAC) de los acumuladores sólo afectan al campo ACCxH. Tanto para la familia dsPlC30F como para la dsPIC33F, hay un total de 19 instrucciones DSP y todas ellas ocupan una palabra de la memoria de programa y todas tardan en ejecutarse un ciclo de instrucción. En la tabla de la Figura 11.4 se describen de forma resumida las 19 instrucciones DSP, junto con los operandos que utiliza cada una de ellas. El valor #SLIT4 representa un valor con signo de 4 bits que cubre un rango entre - 8 y +7. La función de los # S U T consiste en permitir el desplazamiento del acumulador o de un valor determinado.
11.2. OPERACIONES BÁSICAS C O N LOS ACUMULADORES
Los acum uladores A y B se utilizan en las instrucciones DSP para llevar a cabo operaciones ma temáticas. Como los acumuladores ocupan 40 bits y los campos de datos X e Y son sólo de 16 bits, el mé todo para guardar datos y cargar los acumuladores tiene que ser entendido.
LAS INSTRUCCIONES DSP
NEMÓNICO
OPERANDOS
DESCRIPCIÓN RESUMIDA
ADD
Acc
SUMA LOS ACUMULADORES
ADD CLR
SUMA AL ACUMULADOR UN VALOR QUE PUEDE SER DESPLAZADO BORRA UN ACUMULADOR CON OPCIÓN DE
[W y], Wyd, AVVB
PREBÚSQUEDA DE OPERANDOS
W m x Wm, Acc,
ED
DISTANCIA EUCI.ÍDEA, SIN ACUMULACIÓN
W x, Wy, VVxd VVm x W m, Acc,
EDAG
W x, Wy, VVxd
I.AC
Ws, *SUT4, Acc
DISTANCIA EUCLÍDFA, CON ACUMULACIÓN CARGA EN Fl. ACUMULADOR EL OPERANDO FUENTE QUE PUEDE DESPLAZARSE
VVm x W n, Acc, IW xj,
MAC
MULTIPLICA Y ACUMULA
W xd, JWyl, W yd, AWB VVm x W m, Acc, [Wx],
MAC
ELEVA AL CUADRADO Y ACUMULA
VVxd, [Wy], Wyd, AWB Acc, [W x], Wxd,
MOVSAC
........... ■. ■ MPY
|W y], Wyd, AVVB ■
W m x W n, Acc, [Wx], VVxd, | W y], Wyd, AWB W m x Wm, Acc, [Wx],
MPY
MPY.N
msc:
NEG SAC
Ws. ¿SLIT4, Acc Acc, [W x], W x d ,
♦
PREBÚSQUEDA DE OPERANDOS Y ALMACENA EL ACUMULADOR MULTIPLICA REGISTROS CON OPCIÓN DE PREBÚSQUEDA DE OPERANDOS ELF.VA AL CUADRADO UN REGISTRO CON OPCIÓN
Wxd, [WyJ, Wyd., AWB
DE PREBÚSQUEDA DE OPERANDOS
W m x W n. Acc, [W x],
MULTIPLICA UN REGISTRO POR OTRO NEGADO
VVxd, [Wy], W yd
Y TIENE OPCIÓN DE PREBÚSQUEDA
VVm x W n, Acc, [Wx],
MULTIPLICA DOS REGISTROS Y EL RESULTADO
W xd, [WvJ, Wyd, AWB
LO RESTA DEL ACUMULADOR
Acc
HALLA EL COMPLEMENTO A 2 DEL ACUMULADOR
A cc, ¿SLIT4, W do
ALMACENA UN ACUMULADOR QUE PUEDE SER DESPLAZADO PREVIAMENTE ALMACENA UN ACUMULADOR REDONDEADO
SAC.R
A cc, ffSUT4, W do
SFTAC
Acc, #SLIT6
DESPLAZAMIENTO ARITMÉTICO DEL ACUMULADOR
SFTAC
Acc, W n
DESPLAZAMIENTO ARITMÉTICO DEL ACUMULADOR
SUB
Acc
RESTA LOS DOS ACUMULADORES
Figura 11.4.
141
QUE PUEDE SER DESPLAZADO PREVIAMENTE
Tabla con el resumen de las principales características de las 19 instrucciones DSP.
La parte A de la Figura 11.5 muestra que cada acumulador de 40 bits consta de:
• • •
ACCxU: Registro superior de 8 bits. ACCxH: Registro de 16 bits (bits de más peso). ACCxL: Registro de 16 bits (bits de menos peso).
El ACCxH se utiliza como registro destino para la carga del acumulador cuando se utiliza la ins trucción LAC, y también como registro fuente para almacenar el acumulador en la instrucción SAC.R. Todo esto viene representado en la parte B de la Figura 11.5, donde las partes superior y ba-
142
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
ja del acumulador están sombreadas. En realidad, durante la carga del valor en el acumulador, ACCxL se carga con 0 y ACCxU se extiende en signo para representar el signo del valor que se ha cargado en ACCxH. Cuando se habilita la saturación normal (32 bits), las operaciones DSP (como por ejemplo ADD, MAC, MSC, etc.) sólo utilizan ACCxH: ACCxL (parte C de la Figura 11.5) y el ACCxU se utiliza sólo para mantener el signo del valor guardado en ACCxH:ACCxL. Por ejemplo, cuando se ejecu ta una instrucción MPY, el resultado se almacena en ACCxH: ACCxL, y el signo del resultado se ex tiende sobre ACCxU. Cuando se habilita la super saturación, se utilizan todos los registros del acumulador (parte D de la Figura 11.5) y los resultados de las operaciones DSP se almacenan en ACCxU: ACCxH:ACCxL. La ventaja de ACCxU es que incrementa el rango dinámico de los valores que se pueden almacenar en el acumulador en la saturación normal y en la super saturación.
A) B) C) D)
El acumulador de 40 bits se compone de tres partes: ACCxU:ACCxH:ACCxL Operaciones de extracción y carga Operaciones en modo saturación normal Operaciones en modo super saturación
Figura 11.5. Diversas formas de utilizar los acumuladores.
1 1.2 .1. Suma de a cu m u la d o re s (A D D )
Existen dos formatos para realizar la suma de los acumuladores ACCA y ACCB.
t ° ADD
2.° ADD
Acc. Ws, #S¡m, Acc.
Con el primer formato, el operando representado por Acc puede ser A o B. Si es A la suma de los acumuladores se guarda en ACCA y si es B en ACCB. ADDA ADD B
; ACCB + ACCA + ACCA ; ACCA + ACCB ACCB
LAS INSTRUCCIONES DSP
143
EJEMPLO 1 En la Figura 11.6 se muestra el comportamiento de AC C A, ACCB y $R al ejecutarse la instrucción ADD B. AD D B ; ACCA + A CCB A CCS A N TES DE LA INSTRUCCION
DESPUÉS DE L A INSTRUCCIÓN ADD B
00
E111
ACC A
2222
ACC B
00 7654 3210 -v.*.*. •.‘.•.•/.v.vv.vív.v!-; *>:*:• 0000
W8&
SR
■
0 0 ‘E111 01
2222
5765 5432 0000
Figura 11.6. Efecto de la. ejecución de la instrucción A D D B en los acumuladores y en el Registro de Estado.
Cuando se usa el segundo formato de la suma se suma un valor de 16 bits especificado por el contenido de un registro fuente Ws a la palabra alta del acum ulador (ACCxH). El operando fuen te puede ser especificado directamente con un registro de trabajo (Ws), o bien de forma indirecla en cuyo caso se admite el post y el pre incremento y decremento (fWs], [Ws++J, |W s -J , [++Ws] y [--WsJ). También se adm ite el direccionamiento indirecto con registro de desplazamiento u off set ([Ws + WbJ). Antes de efectuarse la suma del operando al acumulador es posible efectuar un desplazamiento con el valor con signo que indique #SLIT4. EJEMPLO 2 ADD WO, #2, A Suma el contenido de WO desplazado dos posiciones a la derecha (signo positivo del valor) con el valor de ACCA, dejando el resultado en ACCA. En el supuesto de la Figura ¡1.7, WO = 8000 Hex., que al ser desplazado 2 hits a la derecha, se transforma WO = 2000 Hex., y al realizar la suma binaria con ACCAH = 7000 Hex., el resultado se deposita en ACCAH = 5000 Hex. Figura 11.7. DESPUÉS DE L A INSTRUCCIÓN
AN TES DE LA INSTRUCCION AD D WD,#2.A
WO : ACC A SR
Figura 11.7.
W0
3000 00
7000
0000
OCOO
:
¡
ACC A SR
8000 0 0 9000
0000
0000
WO se desplaza dos posiciones a la derecha antes de sumarse a ACCAH.
11.2.2. Resta de acumuladores (SUB)
Resta al acumulador especificado en la instrucción el valor binario del otro acumulador, depositan do el resultado en el primero.
144
dsPIC. DISFÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
SUB A SUB R
; /l CCA - A CCB ; / l CCB - A CCA
A CCA A CCB
La operación se puede realizar con saturación o sin ella controlando el bit SATB del registro CORCON. EJEMPLO 3 SUB A
;ACCA -A C C B
ACCA
A N TES DE LA INSTRUCCIÓN
DESPUÉS DE LA INSTRUCCIÓN SUB B
ACC A
76
120F 098A
ACC A
52
1EFC 4D73
ACC B
23
F312
ACC B
23
F312
CORCON
0000
SR
0000
BC17 (SIN SATURACIÓN)
BC17
CORCON
0000
SR
1100
Figura 11.8. Resta de los dos acumuladores sin saturación.
11.2.3. Borrado de los acumuladores (CLR)
Borra o pone a 0 los 40 bits del acumulador especificado y tiene la opción de prcbúsqueda de operandos como preparativo para una instrucción MAC. También permite el almacenamiento de resul tados en el acumulador no especificado. Finalmente esta instrucción borra los señalizadores de sobrepasamiento y saturación OA, OB, SA y SB. EJEMPLO 4 CLR A, [WÓ]+=2, W5, W13 Como se muestra gráficamente en la Figura 11.9 esta instrucción borra el acumulador ACCA, car ga W5 con el contenido de la dirección {W6J, post-incrementa 2 unidades W6 y almacena el otro acumulador ACCB en W13. ANTES DE LA INSTRUCCIÓN
DESPUÉS DE LA INSTRUCCIÓN CLR A,[W 6]+=2,W 5,W 13
W5
8001
W5
F122
W6
3000
W6
3002
W13
C623
W13
ACC A
30 0067
ACC B
0 6428 3BDD
CONTENIDO EN 3000 SR
<*'vív‘X*
2345
6428
ACC A
00 0000 0000
ACC B
00 6428
F122
CONTENIDO EN 3000
0000
SR
3BDD
Figura 11.9. Operatividad de la instrucción de borrado del acumulador CLR.
LAS INSTRUCCIONES DSP
145
11.2.4. N egación del acu m u lad o r (NEG) Con esta instrucción se halla el complemento a 2 del acumulador especificado, afectando a sus 40 bits sin tener en cuenta el modo de saturación con el que se trabaje. EJEMPLO 5 NEG B Calcula el complemento a 2 de los 40 bits de ACCB y deposita el resultado en ACCB. (Figura JIJO.) j A N T E S DE L A IN STR U C C IÓ N
D E S P U É S DE L A IN S TR U C C IÓ N NEG A
Figura 11.10. La instrucción NEG B halla el complemento a 2 del contenido de ACCB.
11.2.5. Multiplicación de registros y carga al acumulador (MPY y MPY.N)
Con la instrucción M PY se multiplica el contenido de dos registros de trabajo y el producto con sig no formado por 32 bits se extiende en signo hasta completar los 40 bits y se carga en el acumulador especificado. Además y con carácter opcional se puede realizar en la misma instrucción la prebúsqueda de operandos como preparativo a una MAC. Al ser posible multiplicar el contenido de un registro por sí mismo, se puede calcular el cuadra do de un registro. La instrucción MPY.N multiplica un registro por el negado de otro, lo que proporciona el pro ducto de dos registros y la negación del resultado (ACC = -X • Y). EJEMPLO 6 M PY W 7 x W8, B, [W9]+=2,W5, [W U]-=2, W6 Con esta instrucción se multiplica el contenido de los registros W7 y W8 d e 16 bits cada uno obte niendo un resultado de 32 bits que se extiende en signo hasta alcanzar los 40 bits depositando este valor en ACCB. Adem ás el dato contenido en la dirección apuntada p o r W9 se carga en W5 y lue go W9 se incrementa en 2 unidades. También el dato contenido en la dirección que apunta W ll se carga en W 6 y luego W ll se decrementa en 2 unidades, como se refleja en la Figura 11.11. La m ul tiplicación es de tipo fraccionario y sin saturación (CORCON = 0000 Hex.).
11.2.6. La distancia euclídea (ED y EDAC) ..
La instrucción ED calcula el cuadrado de la resta de dos operandos (ACC = (X - Y )2) y dicho va lor extendido en signo hasta 40 bits lo deposita en el acumulador especificado.
146
dsPIC DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
AN TES DE L A INSTRUCCION M PY
W5 W6
6666
l'oyy.'
88FF
W7
6 71 F
W8
E3DC 1000
W9 W11 ACC B
DESPUES DE L A INSTRUCCION
W7xW 8.B,[W 9|-*-=2,W 5,[W 11 ]-=2,W 6
áss
2000 F5 0000
DATO EN 1000
1001
DATO EN 2000
2002
CORCO N
0000
SR
0000
1122
Figura 11.11. Operatividad de la instrucción MPY.
La variante EDAC es similar a ED pero el cuadrado de la diferencia se suma al contenido exis tente en el acumulador y el resultado se almacena en él (ACC = ACC + (X - Y)2). EJEMPLO 7 ED W1 x WL By [W8]+=2 , [W 10]-= 2, W1 Inicialmente resta el contenido direccionado p o r W8 del direccionado p o r W10 y el resultado se carga en WJ. Luego el cuadrado de WI extendido en signo hasta 40 bits se carga enAC C B. Final mente se incrementa 2 unidades WS y se decrementa lo mismo WIO. (Figura 11.12.) AN TES DE L A INSTRUCCIÓN ED
DESPUÉS DE L A INSTRUCCIÓN
W1 x W 1 ,B,[W 8]+=2,[W 10]-=2,W 1
W1
009A
W1
0057
W8
1000
W8
1002
2300
W 10 ACC B
00
1111
27F5
W 10 5555
ACC B
00
0000
DATO EN 1000
0 07 F
D ATO EN 1000
DATO EN 2800
0028
D ATO EN 2800
0028
SR
0000
SR
0000
5CA4
0 07 F
Figura 11.12. Ejemplo de funcionamiento de la instrucción ED.
11 .2.7. Multiplicación de registros y resta al acumulador (MSC)
El producto de dos registros de trabajo extendido en signo hasta 40 bits se resta del contenido del acumulador especificado ACC = ACC -X • Y. Opcionalmente se puede realizar la prebúsqueda de operandos y el almacenamiento de otro registro en el acumulador no usado.
LAS INSTRUCCIONES DSP
147
EJEMPLO 8 M SC W l x W2, A, [ W ll + W12], W5, W13 Al contenido de ACCA se resta el producto de W l x W2 con extensión de signo hasta los 40 bits, guardándose el resultado en ACCA. El contenido de la dirección form ada por W ll + W12 se de posita en W5 y, finalm ente, el contenido de ACCB se deposita en W13.
11.3. INSTRUCCIONES DE CARGA Y ALMACENAMIENTO DE LOS ACUMULADORES
Hay unas pocas instrucciones DSP que tienen la misión de cargar y almacenar los acumuladores ACCA y ACCB y que se describen a continuación.
11.3.1. Carga del acumulador (LAC)
Se carga el acumulador especificado con el contenido del registro fuente que admite un desplaza miento expresado por un valor de 4 bits con signo (de -8 a +7). El dato contenido en el registro fuen te es de tipo fraccionario (1.15) y se extiende en signo hasta el bit 39, rellenándose con ceros los 16 bits de menos peso antes del posible desplazamiento, que será a la derecha si el signo del valor es positivo y a la izquierda en caso contrario. EJEMPLO 9 LAC [W2++ ], # -i, A ACCA se carga con el valor contenido en la posición direccionada por W2, que previamente es des plazado 3 posiciones o bits a la izquierda. Después W2 se incrementa en 2 unidades. Si inicialmente W2 contiene el valor 1000 Hex. y en la dirección 1000 Hex. de la memoria existe el dato 1221 Hex., para calcular los 40 bits que hay que cargar al acumulador hay que tener en cuen ta los siguientes factores: L°) El valor 1221 Hex, hay que desplazarlo 3 posiciones a la izquierda convirtiéndose en 9108 Hex., como se indica en la Figura 11.13.
Figura 11.13 .A l desplazar 3 posiciones a la izquierda el valor 1221 Hex. se convierte en el 9108 Hex.
2.°) Para completar los 40 bits que hay que cargar en ACCA se extiende el signo en los 8 bits del campo ACCA U y se rellena con ceros A C C AL, quedando el valor a cargar en ACCA = FF 9108 0000 Hex.
148
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
11.3.2. Almacenamiento del acumulador (SAC)
El contenido de los bits ACCxH <31:16> del acumulador especificado en la instrucción SAC se al macena en el registro destino. Opcionalmente se puede desplazar el acumulador el número de posi ciones expresado por un valor de 4 bits con signo. EJEMPLO 10 SAC B, #4, [W4] ACCB se desplaza a la derecha 4 posiciones y después el campo ACCBH<31:16> se almacena en la dirección apuntada por W4. Si inicialmente ACCB = 00 I20F FFOO Hex. al desplazarse 4 posiciones a la derecha se convierte en 00 0120 FFFO Hex., cuyos bits <31:16> conforman el valor a cargar en la dirección apuntada p or W4. Existe una variante de esta instrucción cuyo nemónico es S AC.R que se diferencia en que lo que se almacena es el contenido “redondeado” de ACCxH.
11.3.3. Prebúsqueda de operandos y almacenamiento del acumulador (MOVSAC)
Esta instrucción opcionalmente puede realizar la prebúsqueda de dos operandos com o preparación de una instrucción MAC. Después hay post-escritura del acumulador que no interviene que se al macena en un registro. EJEMPLO 11 M OVSAC A , fW 4 ]+ = 2 , W5, [W6J-=2 , W7, [W !3]+ = 2 Se comienza cargando W5 con el contenido de la dirección apuntada p o r W4. Se incrementa 2 uni dades W4. Se carga W7 con el contenido de la dirección apuntada por W6. Después se decrementa en 2 unidades W6 y, finalm ente, los 16 bits de ACCBH<31:16> se almacenan en la dirección apuntada p or W l 3 y se incrementa 2 unidades W13.
11.4. DESPLAZAMIENTO DE LOS ACUMULADORES
La instrucción SFTAC permite desplazar el contenido de los acumuladores hasta 16 posiciones a la derecha o a la izquierda y almacenar el resultado en el mismo acumulador. El valor del desplaza miento se puede expresar por un literal con bit de signo compuesto por 6 bits (#SLIT6). Los bits que al desplazarse salen del acumulador se pierden. El encargado de estos desplazamientos es el Regis tro de Desplazamiento. EJEMPLO 12 SFTAC A, #72 Si inicialmente A C C A = 00 120F FFOO Hex, al producirse el desplazamiento a la derecha de 12 po siciones se convierte en 00 0001 20FF Hex, que será el nuevo valor de ACCA.
LAS INSTRUCCIONES DSP
149
Una variante de esta instrucción existe cuando el valor del desplazamiento viene dado por los 6 bits de menos peso de un registro de trabajo. 11.5. INSTRUCCIONES TIPO "M AC"
A unque sólo existe una instrucción con nem ónico M AC (M ultiplicar y A cum ular) y dos variantes, la m ayoría de las instrucciones DSP adm iten las características de esta instrucción típica de los DSP, que es fundamental para el cálculo de los algoritm os más com unes usados en el procesam iento de las señales digitales. Se citan las características relevantes de este grupo de instrucciones.
1Ú Son capaces de realizar dos prebúsquedas de operan dos en la memoria. Normalmente se utiliza el direccionamiento indirecto con post y pre decremento o incremento. van a cabo la actualización de los registros utilizados en el direccionamiento indirecto incrementando o s para el tamaño de los datos manejados. 3o* * — Ejecutan una operación matemática con alguno de los acumuladores de suma, resta, borrado, ne gación, multiplicación o desplazamiento. 4* Permiten la post-escritura del otro acumulador que no interviene en la operación matemática. Las CLR, MAC, MOVSAC y MSC.
La instrucción MAC multiplica el contenido de dos registros de trabajo y el resultado de 32 bits se extiende en signo hasta alcanzar los 40 bits y se suma al contenido del acumulador especificado, quedando cargado este último con el resultado de esa suma. Opcionalmente permite la prebúsqueda de operandos como preparación de una nueva MAC y también la post-escritura del acumulador que no interviene en la operación anterior. Una variante de MAC multiplica por sí mismo el contenido de un registro para hallar el cuadra do del mismo. EJEMPLO 13 1.°) M AC W 2 x W 3 ,A El producto de W2 x W3 extendido en signo hasta los 40 bits se suma al contenido de ACCA y el re sultado se deposita en ACCA ACCA = ACCA + W2 x W3 2o) M AC W2 x W3, B, f W8]+=2 , W2 ACCB se carga con la suma de su contenido previo y el producto de W2 x W3 extendido en signo, además W2 toma el valor del contenido de la posición direccionada p o r W8 que se incrementa en 2 unidades. ACCB = ACCB + W2 x W3 X([W8] +=2)-+~ W2 3o) M AC W l x W2, A, [W 8]+ = 6, W l, f\V 10]+ = 2, W2 ACCA se carga con el producto de W l x W2 extendido en signo más su contenido previo. W l se car ga con el contenido apuntado por W8 y luego W8 se incrementa en 6 unidades. W2 se carga con el contenido de la posición apuntada por W lO y este último se incrementa en 2 unidades.
150
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DÉ APLICACIONES
ACCA = ACCA + WJ x W2 X([W8] + = 6) + Wl Y([W10]+=2W2 4 o) M AC W h W2, A, [W8]+=2, W l, [W l¡]-= 2, W2, W13 Suma el contenido de ACCA con el producto de W l x W2 extendido en signo hasta los 40 hits y el resultado lo deposita en ACCA. El contenido de la dirección apuntada p or W8 lo deposita en W l y después incrementa 2 unidades a WH. El contenido de la dirección apuntada p o r W ll lo deposita en W2 y luego decrementa 2 unidades a W ll. Finalmente, realiza la post-escritura de ACCB en W13. ACCB = AC C B + W l x W2 X(fW 8] + = 2 ) + W l Y ([W U ]-= 2 )-^W 2 ACCB W13 5.°) M AC B, W2 x W3, W2, [W5], W3, [W7]+=4 Suma el contenido de ACCB con el producto W2 x W3 extendido en signo hasta 40 bits y lo depo sita en ACCB. W2 se carga con el contenido de la dirección que guarda W5 y W3 se carga con el contenido de la dirección apuntada p o r W7, que luego se incrementa. ACCB = ACCB + W l x W2 X([W5]) W2 Y([W7J+=4) W3
CAPÍTULO
Periféricos y recursos V
¡
12.1. EL M U N D O Q UE RODEA A LOS DSC
Existe una gran variedad de periféricos y dispositivos complementarios que se integran en los di versos modelos de DSC para proporcionar al diseñador todo lo que necesita su aplicación en un so lo chip. Los recursos que se implementan en los DSC son los siguientes:
1. Patitas de E/S. 2. Temporisadores de propósito general y Perro Guardián. 3. ConversorAD de 10 bits de afta velocidad y conversor AD de 12 bits de alta resolución. 4. Módulo de Captura. 5. Módulo de Comparación y PWM. 6. Módulo especial PWM para control de motores. 7. Interfaz para Codificador de Cuadratura (QEI). 8. Interfaz para Conversor de Datos (DCI). 9. Interfaz de Periféricos Serie. 10. Módulo UART. 1 /. Módulo l?C 12. Módulo CAN. 13. Controlador de DMA
Cada modelo DSC integra una cantidad de recursos variable según su orientación. En las tablas de la Figura 12 .1 se presentan los periféricos y recursos que contienen los modelos dsPIC30F y los modelos dsPÍC33F. Cabe destacar que una de las principales diferencias entre ambos es el hecho de que el modelo dsPIC33F dispone de un controlador de DMA.
12.2. PATITAS DE E/S
Hay modelos DSC de la familia dsPIC30F con 54 patitas de E/S que multiplexan otras funciones para perm itir el manejo de los periféricos integrados. Todas las patitas de E/S pueden suministrar 151
152
M O D E L O S d s P IC 3 0 F D E P R O P Ó S IT O G E N E R A L M Ó D U LO
TEM PO R IZ A D O R ES
M Ó D U LO -
16 BITS
CAPTURA
CO M PA RA D O R/ PW M N ORM AL
...................... dsPIC30F3014
40/44
30
3
2
dsPIC30F4013
40/44
30
5
dsPlC30F5011
64
52
dsPlC30F6011
64
i dsPIC30F6012
64
C O N V ER S O R AD
CO D EC
12 BITS 100KBPS
UART
SPI
2
-
13ch
2
1
1
-
4
4
AC97, |2S
13ch
2
1
1
1
5
8
8
AC97, |2S
16ch
2
2
1
2
52
5
8
8
-
16ch
2
2
1
2
52
5
8
8
AC97, |2S
16ch
2
2
1
2
1
2
CAN
fe
dsPIC
D ISPO SITIV O
in t e r f a z !
]
PRÁCTICO
80
68
5
8
8
AC97, |2S
16ch
2
dsPl€30F6013
80
68
5
8
8
-
16ch
2
2
1
2
dsPIC30F6014
80
68
5
8
8
AC9 7, |2S
16ch
2
2
1
2
dsPÍC30F6011A
64
5
8
8
•
16ch
2
2
I
2
dsPIC30F6012A
64
5
8
8
AC97, |2S
16ch
2
2
1
2
dsPIC30F6013A
80
5
8
8
-
16ch
2
1
2
dsPIC30F6014A
80
5
8
8
AC97, |2S
16ch
2
1
2
DE APLICACIONES
dsPIC30F5013
2
2
DISEÑO
PATITAS
LÍNEAS E/S
M O D E L O S d s P IC 3 0 F P A R A C O N T R O L D E M O T O R E S Y S IS T E M A S D E A L IM E N T A C IO N C O N T R O L C O N V ER SO R AD M O TO RES 10 BITS 500KBPS PWM
PATITAS
LÍNEAS E/S
TEM PO R IZ A D O RES 16 BITS
M Ó D U LO CAPTURA
M Ó D U LO CO M PA RA D O R/ PW M N ORM AL
dsPIC30F2010
28
20
3
4
2
6ch
dsPIC30F3010
28
20
5
4
2
dsPIC30F4012
28
20
5
4
dsPIC30F3011
40/44
30
5
dsPIC30F4011
40/44
30
dsPIC30F5015
64
dsPIC30F6010 dsPIC30F5016
D ISPO SITIV O
Q EI
UART
SPI
l2C
CAN
6ch
I
1
1
1
-
6ch
6ch
1
1
1
1
-
2
6ch
6ch
1
1
1
1
1
4
4
6ch
9ch
1
2
1
1
-
5
4
4
6ch
9ch
1
2
1
1
1
52
5
4
4
8ch
16ch
1
1
2
1
1
80
68
5
8
8
8ch
16ch
1
2
2
1
2
80
52
5
4
8c h
16ch
1
1
2
1
1
Figura 12.1. Relación de periféricos y recursos que integran los modelos dsPIC30F y dsPIC33F.
M O D E L O S d s P IC 3 0 F P A R A M A N E J O D E S E N S O R E S M Ó D U LO
C O N V ER S O R A D
CO M PA RAD O R/ PWM ESTÁNDAR
12 BITS 100KBPS
UART
SPI
2
2
fich
1
1
1
3
2
2
8c h
1
1
1
24
.5
7
2
10ch
1
1
1
24
3
2
2
10ch
2
1
1
PATITAS
LÍNEAS E/S
TEM PO R IZA D O RES 16 BITS
M Ó D U LO CAPTURA
dsP!C30F2011
18
12
3
dsP O 0F 3012
18
12
dsPIC30F2012
28
dsPIC30F3013
28
D ISPO SITIV O
r’c |
MODELOS dsPIC33F DE PROPÓSITO GENERAL D ISPO SITIV O
PATITAS
M Ó D U LO LÍNEAS TEM PO R IZA D O RES M Ó D U LO INTERFAZ CO N V ER SO R UART CO M PA RAD O R/ E/S 16 BITS CAPTURA CO D EC AD PWM N ORM AL
SPI
I2C
CAN DMA
r...
d$PIC33FJ64GP206
64
53
9
8
8
1
1 A/D, 18ch
2
2
1
dsPIC33FJ64GP306
64
53
9
8
8
1
1 A/D, 18ch
2
2
2
•••ir' ¡v
2
dsPIC33FJ64GP310
100
85
9
8
8
1
I A/D, 32ch
2
2
2
-
2
dsPIC3 3 FJ64C P706
64
53
9
8
8
1
2 A/D, 18ch
2
2
2
2
2
dsPIC33FJ64GP708
80
69
9
8
8
2 A/D, 24ch
2
2
2
2
2
dsPIC33FJ64GP710
100
85
9
8
8
1
2 A/D, 32ch
2
2
2
2
2
dsPIC33 Fj 128GP206
64
53
9
8
8
1
1 A/D, 18ch
2
2
1
-
2
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■
2
dsPIC33FJ128GP30f>
64
53
9
8
8
1
1 A/D, 18ch
2
2
2
-
2
dsPIC33FJ 128GP310
100
85
9
8
8
1
1 A^D, 32ch
2
2
2
-
2
dsPIC33FJ 128GP706
64
53
9
8
8
1
2 A/D, 18ch
2
2
2
2
2
dsPIC33FJ128GP708
80
69
9
8
8
1
2 A/D, 24ch
2
2
2
2
2
dsPIC33FJ 128G P710
100
85
9
8
8
1
2 A/D, 32ch
2
2
2
2
2
:dsPIC33FJ256GP506
64
53
9
8
8
1
1 A/D, 18ch
2
2
2
1
2
dsPIC33FJ256GP510
100
85
9
8
8
1
1 A/D, 32ch
2
2
2
1
2
ds PI C3 3 FJ2 56G P710
100
85
9
8
8
1
2 A/D, 32ch
2
2
2
2
2
Figura 12.1. Rotación de periféricos y recursos que integran ¡os modelos dsPiC30F y dsP!C33F. (Continuación)
54 dsPIC. DISEÑO
MODELOS dsPIOSF PARA CONTROL DE MOTORES Y SISTEMAS DE ALIMENTACIÓN PATITAS
l i l i
CONTROL MÓDULO CONVERSOR LÍNEAS TEMPORIZADORES MÓDULO COMPARADOR/ MOTORES AD CAPTURA E/S 16 BITS PWM NORMAL PWM
IvX’j v!
QEI UART SPI
re CAN DMA
¡V'ív£v>
64
53
9
8
8
8ch
1 A/D, 16ch
1
2
2
2
i :- :
2
ds Pl C3 3 FJ64 MC-5 08
80
69
9
8
8
8ch
1 A /U 18ch
1
2
2
2
1
2
100
85
9
8
8
8ch
1 A/D, 24ch
1
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2
1
2
ds PIG3 3 FJ64 MC 706
64
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8
8ch
2 A/D, 16ch
1
2
2
2
1
2
dsPIC33FJ64MC710
100
85
9
8
8
8ch
2 A/D, 24ch
1
2
2
2
2
2
dsPlC33FJ128MC506
64
53
9
8
8
8ch
1 A/D, 16ch
1
2
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2
1
2
dsPIC33FJ128MC510
100
85
9
8
8
8ch
1 A/D, 24ch
1
2
2
2
1
2
dsPIC33FJ128MC706
64
53
9
8
8
8ch
2 A/D, 16ch
1
2
2
2
1
2
dsPIC33FJ128MC708
80
69
9
8
8
8ch
2 A/D, 18ch
1
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2
2
2
2
dsPIC33Fj'l 28MC710
100
85
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8
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8c h
2 A/D, 24ch
1
2
2
2
2
2
dsPIC33FJ256MC510
100
85
9
8
8
8ch
1 A/D, 24ch
1
2
2
2
1
2
dsPIC33FJ256MC710
100
85
9
8
8
8ch
2 A/D, 24ch
1
2
2
2
2
2
dsPIC33FJ64MC510
:
Figura 12.1. Relación de periféricos y recursos que integran los modelos dsPIC30F y dsPIC33F(Continuación)
DE APLICACIONES
dsPIC33FJ64MC506
PRÁCTICO
DISPOSITIVO
PERIFÉRICOS Y RECURSOS INTEGRADOS
155
o absorber hasta 25 mA. Las patitas de E/S que multiplexan señales correspondientes a los perifé ricos dejan de ser E/S digitales cuando están funcionando dichos periféricos. Las patitas de E/S se agrupan para conformar las puertas de E/S, cada una de las cuales tiene aso ciados 3 registros:
TRISx: Registro de Dirección de los Datos. Cada uno de sus bits determina la dirección de la patiUi de E/S asociada. ' valor lógico de las patitas •
LATx: Registro cerrojo, tipo ",la tc lr d e E/S.
-
..
• -
El registro LATx resuelve los problemas que provocan las instrucciones que leen, modifican y escriben las puertas. Una escritura sobre PORTx o LATx escribe un valor sobre el “latehn de la puer ta. Una lectura de PORTx recoge el valor de las patitas de E/S. pero una lectura de LATx lee el va lor guardado en el “latch” o registro cerrojo de la puerta. En la Figura 12.2 se muestra el esquema de interconexión de una patita de E/S.
Figura 12.2. Esquema interno de conexionado de una patita de E/S.
El número de patitas de E/S depende del modelo de DSC que se trate. Así hay dispositivos con só lo 12 patitas de E/S dedicados para el manejo de sensores, como los dsPIC30F2011/3012/2012/3013, y otros que llegan a 68, como los dsPTC30F5013/6013/6014/6010, y que disponen de las puertas PORTA, PORTB, PORTC, PORTD, PORTE, PORTF y PORTG. Existen hasta 24 patitas de E/S que tienen la posibilidad de generar peticiones de interrupción al producirse un cambio de su estado lógico. Dichas patitas, llamadas CN, se programan con 4 regis tros asociados CNEN1 y CNEN2, que activan o desactivan la petición de interrupción, y CNPU1 y CNPU2, que habilitan o deshabilitan el circuito pull-up que tiene cada una de estas patitas.
156
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
1 2.3 . TE M P O R IZAD O R ES
Según el modelo de DSC puede contener de 3 a 5 temporizadores de 16 bits en los dísPIC30F y has ta 9 en el caso de los dsPIC33F, llamados T1M ER1, TTMER2, T1M ER3,... TIMER9, algunos de los cuales pueden concatenarse por parejas conformando temporizadores de 32 bits. El TIMER1 funciona como temporizador tipo A, los TIM ER 2 y 4 funcionan como temporiza dores tipo B, y los restantes como tipo C. Los de tipo B se concatenan con los de tipo C para confi gurar temporizadores de 32 bits. Para controlar el comportamiento de los temporizadores, cada uno dispone de 3 registros de 16 bits cada uno.
• • •
TMRx: Guarda el valor que establece el tiempo a controlar. PRx: Es el registro de periodo asociado al temporizador. TxCON: Registro de Control.
Los temporizadores pueden solicitar peticiones de interrupción al producirse su desbordamien to, que se regulan con los siguientes registros y bits:
• • •
TxIE: Contiene los bits de permiso para las diversas interrupciones de los Timer. TxlF: Sus bits actúan como señalizadores del desbordamiento de los temporizadores. TxlP<2:0>: Son tres bits dedicados a cada temporizador que establecen el nivel de prioridad de la interrupción correspondiente.
Los temporizadores pueden funcionar en 4 modos: Io. TEMPORIZADOR SÍNCRONO En este modo pueden trabajar los 5 temporizadores y emplean la señal del reloj interno del sis tema (Fosc/4). El valor del temporizador se incrementa con cada impulso hasta el desborda miento. 2° CONTADOR SÍNCRONO En este modo funcionan todos los temporizadores y los impulsos de reloj pueden provenir de una señal externa introducida por la patita TxCK que se sincroniza con la interna. 3o. CONTADOR ASINCRONO En este modo sólo funciona el temporizador tipo A y el incremento del valor de la temporización se produce de forma asincrona con respecto al reloj interno del sistema. 4° CONTADOR CON DISPARO POR ACUMULACIÓN DE TIEMPO El registro contador se incrementa en función de la duración que tienen los impulsos aplicados por la patita TxCK. Los temporizadores utilizan un divisor de frecuencias previo que puede dividir la frecuencia de los impulsos aplicados por 1, 8, 64 o 256. En los m ódulos de Captura, Com paración y PW M los tem porizadores actúan como base de tiempo.
PERIFÉRICOS Y RECURSOS INTEGRADOS
157
12.4. CONVERSORES AD
Los conversores AD integrados en los DSC pueden ser de 10 hits de resolución y alta velocidad, o bien, de 12 bits de alta resolución. Convierten una señal analógica de entrada en un valor digital de 10 o 12 bits. En la Figura 12.3 se muestra un esquema de la estructura interna del conversor AD de 10 bits. o
"?V BUFFER i 16 PALABRAS 3
FORMATO
AN 15 EN TRAD AS A N A LÓ G IC A S
Figura 12.3. Esquema por bloques simplificado del conversor AD de 10 bits. Según el esquema de la Figura 12.3 los multiplexores de las entradas seleccionan la señal ana lógica a convertir que es la introducida por las patitas AN0-AN15. Pasa por uno de los 4 circuitos amplificadores de captura y mantenimiento (S&H) y se selecciona una salida con los interruptores electrónicos que la introduce al CAD. La multiplexación de los canales de entrada determina la fre cuencia del mucstreo. El conversor AD de 10 bits responde a las siguientes características: m m m •>VcViV«V4V.;< Velocidad máxima de conversión de 1 Msps con una impedancia máxima de 500 Ohm, trabajan do normalmente a 500 ksps (kilo muestras por segundo) a 5 V y 100 ksps a 2,7 V. Tiempo de muestreo de 154 ns. Capacidad de hasta 4 patitas de entrada para muestreo simultáneo. Exploración automática del canal. Bufíer de 16 palabras para el almacenamiento de los resultados de la conversión.
- El conversor AD de 12 bits sólo dispone de un canal CHO de amplificador unipolar de captura y mantenimiento. La velocidad máxima de conversión es de 200 ksps, siendo la normal de 100 ksps a 5 V y otra de 50 ksps a 2,7 V. Para la programación del módulo conversor AD existen 6 registros, de los cuales A D C O N 1, ADCON2 y ADCON3 sirven para gobernar la operación de conversión. El registro ADCHS elige las
158
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
patitas de entradas analógicas que se conectan a los amplificadores de captura y mantenimiento. ADPCFG configura las patitas como entradas analógicas o E/S digitales. El registro ADCSSL se lecciona las entradas que se explorarán de forma secuencial. Mediante los bits de control SMPI<3:0> se controla la generación de interrupciones que se pro ducen cuando ha sucedido un determinado número de secuencias de muestreo y conversión. 12.5. M Ó D U L O DE CAPTURA
Tiene la misión fundamental de medir el tiempo que dura un acontecimiento externo producido por una señal que se aplica a una de las patitas de entrada del módulo y que se mide con el TIMER2 o el TIMER3. Es muy útil en aplicaciones que hay que controlar la frecuencia o el periodo de los im pulsos a analizar. Los modos de trabajo se distinguen por el momento en el que se realiza la captura de la señal a medir, y son:
. 1. . 2. 3. 4.
Cada flanco descendente de la señal de entrada capturada. Cada flanco ascendente. Cada 4 flancos ascendentes. Cada flanco ascendente y descendente.
■.v C v !-v> *
...
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11 . • ’
■
TMR2
TM R3
Figura 12.4. Bloques fundamentales del módulo de Captura. Los impulsos aplicados a las patitas de entrada ICx del módulo de Captura mostrado en la Figu ra 12.4 se divide por 1, 4 o 16 en el divisor de frecuencia según el valor de los bits correspondien tes en el registro ICxCON, que también gobierna el tipo de flanco que origina el periodo de medi da. El bit ÍCTMR selecciona el Timer que actuará de base de tiempos en la medición. Dicha base de tiempos se regula desde el Detector Lógico de Flancos, que al acabar el periodo a medir deposita en el buffer para los resultados el valor del Timer seleccionado y dos ciclos de instrucción después ac tiva el señalizador de interrupción ICxíF.
PERIFÉRICOS Y RECURSOS INTEGRADOS
12.6.
159
M Ó D U L O DE CO M PA R A C IÓ N /PW M
Este recurso es muy eficaz en aquellas aplicaciones que precisan generar impulsos de anchura va riable y los que realizan operaciones simples de PWM. Para estas últimas tareas existen algunos mo delos de DSC con un módulo complejo e independiente especializado en PWM para control de mo tores que será explicado más adelante. Tienen los siguientes modos de trabajo: - M odo de comparación simple - Doble modo de comparación de salida - Pulso simple de salida - Pulso continuo de salida - Modulación simple de anchura de pulso - Con protección de errores en la entrada - Sin protección de errores en la entrada El funcionamiento simplificado de este dispositivo se basa en la comparación del valor almace nado en un registro con el de un temporizador (TIMER2 o TIMER3). Cuando coinciden dichos va lores se genera un pulso o un tren de pulsos en una patita de salida. Es capaz de generar interrup ciones. (Figura 12.5.) REGISTRO DATO COMPARACIÓN M-
FLAG INTERRUPCIÓN OCxlF
r
OCx
ySj
PATITA SALIDA
SALIDA
, OCFA
a MPX
&
/
O C TS E L ► 4*
13
TIMER2
i
ir TIMER3
OCFB
M px
MODO OPERACIÓN SEÑAL TIMER2
SEÑAL TIMER3
Figura 12.5. Esquema por bloques del módulo de Comparación/PWM. . Cuando coincide el valor cargado en el registro OCxR del esquema de la Figura 12.5 con el del Timer seleccionado, la Lógica de Salida obliga a la patita de salida OCx (OC1-OC8) a tom ar un ni vel lógico determinado, a generar un impulso o incluso a producir un tren de pulsos continuos. Las patitas OCFA y OCFB sirven para controlar el funcionamiento en modo PWM con entradas de pro tección de fallo.
160
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
12.7. M Ó D U L O P W M PARA EL C O N T R O L DE MOTORES
Sirve para generar un tren de impulsos de anchura variable que permite variar la potencia que se en trega a un motor y regular su velocidad con precisión. Existen grupos de dispositivos DSC destinados al control de motores, pudiendo ser de dos tipos en función de las patas del mismo: módulo de 8 salidas si el dispositivo es de 64 palas o más y otro de 6 salidas en caso de un número menor. El módulo PWM de los los dispositivos dsPIC30F tiene las siguientes características: - - -
- ' ...
1
'•
1Ú Dispone de 8 patitas de salida PWM y 4 generadores de impulsos de anchura variable con 16 bits de resolución. Las 8 patitas de salida PWM se agrupan por parejas, una por cada generador, pa ra controlar la polaridad de las señales de salida, que pueden ser iguales o invertidas según el ti po de motor al que se apliquen (PWM4H-PWM4L, PWM3H-PWM3L, PWM2H-PWM2L y PWM1HPWM1L). También hay 2 patitas Fault A y Fault B que determinan los fallos y generadores de tiempo muerto. W X V / . < \ V A W 2 ° Modos de salida por flanco y por centro alineado. 3/' Modo de generación de pulso único.
n D o s c a D B M B M B B a ia ia H M
C O N TR O L S O B R E P A S A M IE N T O
7
Figura 12.6. Esquema general simplificado del módulo PWM.
Se comienza cargando el ciclo de trabajo y la señal para cada generador en sus respectivos re gistros PDCx (Ciclo de trabajo). También se programan los registros de configuración para deter minar el tipo de señal que se desea en cada generador. Luego, en el registro PTPER (Registro base
PERIFÉRICOS Y RECURSOS INTEGRADOS
1 61
de periodo de tiempo) se carga el periodo de la señal y para la generación de la base de tiempo se utiliza un temporizador implementado por el registro PTM R (Registro base de tiempo). El valor del temporizador se compara con el de PDCx (Ciclo de trabajo) y a su vez con el del pe riodo PTPER, para obtener la anchura de pulso deseada. La activación de las señales de fallo llevan a las salidas a un estado prefijado que evitan que se dañe el motor. Estas patitas de fallo se denomi nan FLTA y FLTB y son controladas por los registros FLTACON y FLTBCON. Por las dos patitas de salida que dispone cada generador se pueden obtener diferentes tipos de se ñales para aplicar a los motores. Dichos modos de trabajo son los siguientes:
1) Modo ñormui Cada vez que el temporizador PTMR alcanza el valor del registro PTPER se genera una interrup;- ción y el temporizador vuelve a 0. ■ 2) Pulso único Sólo funciona cuando se pone el bit de control PTEN = 1 y se iguala el valor del temporizador PTMR con el del registro PTPER, generándose un solo pulso por interrupción y pasando PTEN = 0. 3) Modo ascendente/descendente Cuando el temporizador PTMR alcanza el valor de PTPER comienza a contar en sentido descen dente y cuando llega a 0 se produce una interrupción y pasa a contar en modo ascendente. Como no es posible que las salidas PWMxH y PWMxL conmuten a la vez, $e introduce un tiempo muerto que se controla desde los registros DTCON1 y DTCON2. 4) Disparo especial En este modo es posible sincronizar el módulo PWM con el conversor AD para llevar a cabo ope raciones combinadas.
12.8. M Ó D U L O UAR T
Los DSC disponen de uno o más UART, según el modelo que se trate. El UART es un elemento des tinado a soportar la comunicación serie asincrona y funciona de forma bidireccional, adaptándose al trabajo de muchos periféricos. La comunicación se realiza con dos líneas, una para la transmisión UTX y otra para la recepción URX, entrando y saliendo los bits a una frecuencia controlada inter namente. El UART dispone de un generador de baudios con un predivisor de frecuencia que se encarga de generar la frecuencia de trabajo del módulo.
'
GENERADOR DE BAUDIOS
RECEPTOR ....... "ART: UART
r
W L m JÈ Ê Ê m TRANSMISOR UART
i¡
vXwiv :
Figura 12.7. Esquema p o r bloques del módulo UART.
URX
162
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
En la Figura 12.7 se ofrece el esquema por bloques del módulo UART, en el que se distinguen los 3 elementos hardware principales del módulo UART: generador de baudios, transmisor asincro no UART y receptor asincrono UART. Funciona en modo “full-duplex” con datos de 8 o 9 bits, 1 o 2 bits de STOP y un bit de paridad par o impar. El módulo UART está compuesto por los siguientes registros: UMODE: Registro de Modo USTA: Registro de Control y Estado URREG: Registro de Recepción UTREG: Registro de Transmisión UBRG: Registro del generador de Baudios El comportamiento del UART se gobierna desde los registros USTA, URREG y UTREG. Puede generar una interrupción tanto el bloque transmisor como el receptor y el margen de fre cuencias que soporta abarca desde 38 Hz hasta 2,5 Mbps.
12.9. M Ó D U L O SPI
Consiste en un interfaz serie síncrono que es muy empleado para establecer la comunicación con microcontroladores, memorias EEPROM, conversores AD, etc. Todos los modelos DSC disponen al menos de uno de estos módulos SPI. En la Figura 12.8 se ofrece el esquema por bloques del módulo SPI, en el que se distinguen varios registros SFR que soportan el manejo de la información con el bus de datos. Uno se llama SPIBUF y guarda los datos que se envían y se reciben internamente y consta de dos registros unidireccionales de 16-bits, denominados SPIRB y SPITB, que guardan el dato recibido o el que hay que transmitir, res pectivamente. Otro es el SPISR que desplaza los bits de datos de entrada y de salida al registro SPI BUF. Otro más es el registro de control SPTCON que gobierna al SPIRB y al SPITB. Y, finalmente, el registro SPISTAT contiene los bits de estado que informan de las condiciones de trabajo. 18
BUS DE DATOS
-----------
PREESCALER
Figura 12.8. Esquema por bloques del módulo SRI.
PERIFÉRICOS Y RECURSOS INTEGRADOS
1 63
En el esquema de la Figura 12.8 la patita SDI es por la que se introducen los datos en serie y la SDO por la que salen. SCK es la patita que introduce los impulsos de reloj en el modo maestro, mientras que en modo esclavo actúa como salida. SS# es la patita mediante la que se activa el mo do esclavo con nivel lógico bajo. 12.10. M Ó D U LO l2C Dada la popularidad y uso del protocolo de comunicación I2C los DSC disponen de un módulo que permite su adaptación y que es muy empleado en las transferencias de información con otros microcontroladores, registros de desplazamiento, conversores AD,.ctc. El módulo I2C (Inter-lntegrated-Circuit) tiene el hardware necesario para trabajar en modo es clavo y en modo maestro. Como se aprecia en la Figura 12.9 todos los elementos que se conectan al bus I2C lo hacen a través de dos líneas, SDA (Datos) y SCL (Reloj).
Figura 12.9. Para la comunicación c.on el protocolo PC sólo se utilizan dos líneas, una para los datos (SDA) y la otra para el reloj (SCL).
En este protocolo las direcciones de los elementos de la red pueden especificarse con direccio nes de 7 o 10 bits. Iniciada la transferencia de información se envía la dirección del elemento y al comprobar que le corresponde genera una señal de reconocimiento ACK que permite el progreso de.la transferencia. Los registros I2CCON e I2CSTAT son los registros de control y estado del módulo I2C, respec tivamente. Como registro receptor actúa I2CRCV y com o transmisor el I2CTRN. La dirección de cada esclavo viene almacenada en el registro I2CADD y, finalmente, el registro I2CBRG contiene el valor de recarga del generador de frecuencia.
164
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
12.11 M O D U L O D C I
El módulo interfaz del Conversor de Datos (DCI) permite una sencilla comunicación con muchos dispositivos comunes como los codificadores/decodificadores de audio (CODEC), telefonía, reco nocimiento de voz, eliminación de eco, los conversores AD/DA, etc., soportando los siguientes ti pos de interfaces: .. ■.
:
a) Transferencia de trama serie síncrona. b) Inter-IC Sonido (l2S). c) AC-Link Compliant (AC'97).
*
ÍÍK
La aplicación más interesante del módulo DCI es la destinada a las aplicaciones de voz y soni do de alta calidad con frecuencias comprendidas entre 8 y 48 KHz que trabajan con palabras co dificadas. El tamaño de la palabra puede programarse hasta 16 bits, con 16 ranuras de tiempo para una trama de un máximo de 256 bits que puede almacenar hasta 4 muestras sin la supervisión de la CPU. Está configurado para recibir y transmitir datos en espacios múltiplos de 16 bits, operación que se hace de forma transparente para el usuario. Consta de cinco registros de control y uno de estado: DCICON1: bits de habilitación y modo. DC1CON2: bits para configurar la longitud de la palabra, de la trama y el buffer. DC1CON3: configura el reloj. DC1STAT: muestra información sobre el estado. RSCON: configura la recepción de datos. TSCON: configura la transmisión de datos. A estos registros se les añaden cuatro para la transmisión TXBUF0...TXBUF3 y cuatro para la recepción RXBUF0...RXBUF3.
12.12 M Ó D U L O CAN
El módulo CAN (Controller Arca NetWork) consiste en un interfaz serie muy empleado para la co municación con otros periféricos u otros modelos de microcontroladores. El bus CAN fue usado por primera vez en 1980 por la industria del automóvil para solventar la gran densidad de cableado entre sus diferentes elementos y el ruido ambiental. Con el bus CAN se reduce el cableado y se evitan las interferencias de los ambientes ruidosos. Los mensajes que se transmiten por este procedimiento carecen de los campos de dirección pa ra el origen y para el destino, en su lugar se emplea un identificados Los nodos conectados al bus CAN analizan el identificador y deciden si recogen o no la trama. El módulo CAN que incorporan los DSC satisface las especificaciones de la norm a o versión 2.0B que utiliza identificadores de 11 y/o 29 bits. También soporta los protocolos 1.2, 2.0B Pasivo, 2.0B Activo y 2.0A. Para la comunicación el módulo CAN maneja 2 buffer de entrada con prioridad y 3 de transmi sión. La longitud de los datos está comprendida entre 0 y 8 bytes y la trama puede ser estándar o ex tendida. Puede generar interrupciones cuando se producen errores.
PERIFÉRICOS Y RECURSOS INTEGRADOS
165
En la programación del módulo se usan los siguientes grupos de registros: • Registros de Estado y Control
CiCTR: registro de control y estado del transmisor. • Registros del Buffer Transmisor CiTXnCON: registro de control del buffer transmisor. CiTXnSID: identificador estándar del buffer transmisor. CiTXnETD: identificador extendido del buffer transmisor. CiTXnDLC: control de la longitud de transmisión. CiTXnBn: buffer de transmisión. • Registros del Buffer Receptor CiRXOCON: registro de control y estado del receptor 0. CiRXICON: registro de control y estado del receptor 1. CiRXnSID: identificador estándar del buffer receptor. CiRXnEID: identificador extendido del buffer receptor. CiRXnBn: buffer de recepción. CiRXnDLC: control de longitud de recepción. • Filtros de Aceptación de Mensajes CiRXFnSID: identificador estándar del filtro de aceptación. CiRXFnEIDH: identificador extendido del filtro de aceptación, parte alta. CiRXFnEIDL: identificador extendido del filtro de aceptación, parte baja. • Registros de la M áscara del Filtro de Aceptación CiRXMnSID: identificador estándar de la m áscara del filtro de aceptación. CiRXMnElDH: identificador extendido de la máscara del filtro de aceptación, parte alta. CiRXMnElDL: identificador extendido de la máscara del filtro de aceptación, parte baja. • Registros de la Tasa en Baudios
C iC F G l: registro 1 de configuración de la tasa en baudios. CÍCFG2: registro 2 de configuración de la tasa en baudios. • Registros Contadores de Errores CiEC: registro contador de errores de transmisión/recepción. • Registros de Interrupciones CilNTE: registro de activación de interrupciones. CilNTF: registro de FLAGvS de interrupción.
12.13 M Ó D U L O QEI
El módulo QEI (Interfaz del Codificador de Cuadratura) proporciona una cómoda adaptación de los codificadores incrementales usados para la detección de la posición y la velocidad en los sistemas rotacionales propios de los ejes de motores.
166
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
Un codificador incremcntal está formado por los siguientes componentes:
1. Fuente de luz (LED). 2. Disco ranurado sujeto al eje del motor. 3. Detectores de luz que reciben el haz luminoso del LED al situarse una ranura entre el emisor y el detector de luz.
A) FUENTE DE LUZ
LUZ
B) DISCO RANURADO
Figura 12.10. Principio de funcionamiento de un codificador incremental usado en e l control del posicionamiento del eje de un motor.
Un codificador incremental proporciona 3 señales: FASE A, FASE B e INDEX PULSE. Anali zando la forma de dichas señales se puede determinar con exactitud la posición del eje del motor. El módulo QEI tiene las siguientes características: - Tres patas: dos para la señal de fase y una para el “index pulse”. - Filtros programables de nudos en la entrada. - Decodificador de cuadratura provisto de un contador de pulsos. - Contador ascendente/descendente de 16 bits. - Estado de la cuenta de direcciones. - Resolución de cuenta X2 y X4. - Dos modos de reset para el contador. - Contador ascendente/descendente de propósito general de 16 bits. - Interrupciones.
PERIFÉRICOS Y RECURSOS INTEGRADOS
167
En el manejo del módulo QE1 se dispone de 4 registros SFR: QETCON: registro de control y estado. Configura las operaciones y los flags. DFLTCON: control de los filtros digitales que se aplican a las señales de entrada. POSCNT: contador de posición. Permite configurar la lectura/escritura. M AXCNT: máximo valor a contar para comparar con el valor de POSCNT.
12.14 EL PERRO G U A R D IÁ N (W D T ) Y LOS M O D O S DE BAJO C O N S U M O
El Perro Guardián es un temporizador dedicado cuya única misión es vigilar el procesamiento del flujo de control y reinicializar el procesador cuando se produzca un fallo. Fundamentalmente detecta situaciones en las que se queda colgado el procesador porque se ha metido en un bucle infinito o es tá esperando que suceda una condición que nunca ocurre. El WDT se program a con un valor para que se desborde y genere un Reset al cabo de un cierto tiempo. A lo largo del programa y en puntos estratégicos se colocan instrucciones CLRWDT que re frescan o ponen a 0 al WDT y evitan que se desborde. Cuando el procesador se enreda en un blo que del programa del que no sale, no hay refresco y al desbordarse el Perro Guardián se genera un Reset. El Perro Guardián es optativo y puede deshabilitarse mediante el bit FWDTEN ubicado en el re gistro de configuración FWDT. Los dispositivos dsPlC30F tienen 2 modos de funcionamiento de bajo consumo que pueden ser seleccionados mediante la ejecución de la instrucción PWRSAV. •
•
SLEEP: tanto la CPU como los periféricos dejan de funcionar al detenerse el reloj del sis tema mediante la inhabilitación de los osciladores principal y externo respectivamente. Este es el modo en que menos potencia consume. IDLE: la CPU se deshabilita y deja de ejecutar instrucciones, pero los periféricos siguen funcionando aunque pueden ser desactivados opcional mente. En este modo sólo se des habilita el oscilador principal.
Los dsPJC33F tienen también el modo de bajo consumo DOZE que consiste en rebajar la fre cuencia de trabajo para disminuir la energía consumida. Para salir de los modos de bajo consumo existen tres causas: Ia) Interrupción. 2a) Rcset. 3a) Desbordamiento del W DT
12.15 EL C O N T R O L A D O R D M A
Además de todos los periféricos que integran los dsPIC30F. los dsPIC33F disponen del Controla dor de Acceso Directo a Memoria (CDMA). El controlador DMA es un dispositivo que permite transferir datos directamente entre la memo ria y los periféricos a gran velocidad y sin la participación de la CPU que puede dedicarse a otras misiones. (Figura 12.11.)
168
dsPIC DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
Figura 12.11. El Controlador DMA permite la transferencia directa y veloz de datos entre la memoria y los periféricos sin intervención de la CPU.
Los dsPIC33F y los PTC24H para soportar el DMA utilizan una memoria de doble puerto (DPSRAM), dedicando uno de ellos a la comunicación con la CPU y el otro con los periféricos. En la Fi gura 12.11 se ha simplificado el diagrama por bloques que representa el funcionamiento del CDMA. Cada vez que un periférico intenta transferir datos con la memoria genera una interrupción al CD MA que pasa a controlar las líneas de los buses de datos, direcciones y control y organiza el tras vase directo y veloz de la información entre el periférico y la memoria de datos. En los modelos dsPIC33F, el CDMA dispone de 8 canales para soportar las transferencias y la existencia de dos bus es de datos independientes, uno entre la CPU y los periféricos y el otro entre la memoria y los periféricos elimina gran parte de las colisiones, pudiendo realizar diversos acce sos simultáneos:
1° Es posible realizar una lectura de una misma posición de un periférico o de la DPSRAM desde la CPU o desde el CDMA. 2.° Es posible escribir simultáneamente dos posiciones diferentes de la memoria o del periférico des de la CPU y eJ CDMA. 3 ° Se produce una colisión si se intenta escribir la misma posición de la memoria o del periférico des de la CPU y desde el CDMA a la vez. En este caso prevalece la escritura de la CPU y se genera una excepción que recoge los detalles que han producido la colisión, así como también se activa el señalizador de colisión correspondiente al canal en el que se ha producido.
Como se muestra en la Figura 12.13 la comunicación de los periféricos mediante dos buses con la CPU y el CDMA permite implementar todo tipo de transferencias bidireccionales y directas en tre los periféricos y la DPSRAM. La gran ventaja del CDMA es la gran velocidad con la que se transfieren datos entre la memo ria y los periféricos sin afectar al trabajo de la CPU y sin rebajar el rendim iento del sistema. A tra vés de los 8 canales del CDMA se puede transferir bidircccionalmente un dato de tamaño byte o
PERIFÉRICOS Y RECURSOS INTEGRADOS
169
B LO Q
DATOS
CO N TR O LADO R
•SRAM:-
DPSRAM
CONTROL
DMA LISTO PER 1
CÁNALÉS DMA
■
I »
IN TE R R U P C IO N BU S D A TO S D M A
D IR E C C IÓ N D P S R A M
D IR E C C IÓ N P E R IFÉ R IC O
B U S D A TO S C PU - P E R IF E R IC O S
Figura 12.12. El CDMA de los dsPIC33E dispone de 8 canales independientes para soportar las trans ferencias directas entre la DPSRAM y ios periféricos.
TEMPORIZ
TEMPORIZ
BUSTJÄTSSli 7IÄ"
UART
ECAN
ECAN
Figura 12.13. Median te el control de los canales del CDMA se puede atender a un gran número de periféricos.
palabra en un ciclo. Cada bloque de datos que puede transferirse puede alcanzar los 2.048 bytes o palabras. En el CDM A existe un esquema de prioridades entre los canales para los casos de coli sión entre ellos. Con la finalidad de conseguir el máximo rendimiento en la transferencia con DM A el contro lador tiene 4 modos de funcionamiento que permiten adaptarse a las estructuras de datos que se manejen.
170
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
En el modo de disparo único se mueve un bloque de datos y a continuación se desactiva el ca n a l (Figura 12.14.) E S P A C IO D IR E C C IO N E S D P S R A M
IN T E R R U P C IO N CPU A L C O M P LE TA R T R A N S F E R E N C IA D EL BLO Q U E
Figura 12.14. Representación gráfica del funcionamiento del modo de disparo único en el CDMA.
En el modo de autorepetición se mueve un bloque de datos y luego se configura automática mente el canal para repetir la transferencia. (Figura 12.15.)
E S P A C IO D IR E C C IO N E S D P S R A M
IN T E R R U P C IÓ N CPU A L C O M P LE TA R T R A N S F E R E N C IA D E L BLO Q U E
Figura 12.15. Representación gráfica del funcionamiento del modo de trabajo de autorepetición del CDMA.
En el modo “ping-pong” se manejan 2 buffer de datos y cada vez que se completa la transmisión de uno de ellos se configuran automáticamente los canales para comenzar la transferencia del otro. (Figura 12.16.)
PERIFÉRICOS Y RECURSOS INTEGRADOS
1 71
E S P A C IO D IR E C C IO N E S D PSRAM
BUFFERÀ
C O U N T = D M A C N Tx
j^ >
IN T E R R U P C IÓ N CPU AL CO M PLETAR TR A N S F E R E N C IA
B U FFE R B
----- ------------------------| C O U N T = D M A C N Tx
INTERRUPCIÓN CPU N
AL CO M PLETAR T R A N S F E R E N C IA
Figura 12.16. M odo de funcionamiento tipo "ping-pong" del COMA.
Finalmente, en el modo de direccionamiento indirecto, la dirección de acceso a la DPSRAM se forma concatenando la parte baja de dicha dirección que suministra el periférico con la parte alta que conforma la dirección Base suministrada por un registro del CDMA (DMASTnx). (Figura 12.17.) D IR E C C IO N IN D IR E C T A D ESDE P E R IFÉ R IC O
EXTEN SIÓ N DE C ER O S
D IR E C C IÓ N D PSRAM
______
°
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D IR EC C IÓ N BASE D ES D E D M A S Tnx
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D IRECCI ÓN BASE
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R E S P O N S A B ILID A D DEL U S U A R IO
Figura 12.17. La dirección de acceso a la DPSRAM en e l modo de direccionamiento indirecto se for ma concatenando los dos campos que se indican en la figura.
Segunda parte Programación y simulación de aplicaciones
A plicación 0.
LAS HERRAMIENTAS DE DESARROLLO...............................................................1 75
A plicación 1.
D IS E Ñ A N D O FILTROS.............................................................................................. 181
A plicación 2.
EL ENTO RNO DE DESARROLLO MPLAB ID E .................................................... 197
A plicación 3.
P O N IE N D O EN M ARCH A EL S IM U L A D O R ........................................................215
A plicación 4.
M AN EJAN D O LAS INSTRUCCIONES TÍPICAS DE LOS dsPIC....................... 225
A plicación 5.
LEYENDO Y ESCRIBIENDO LAS MEM O RIAS FLASH Y EEPROM..................233
A plicación 6.
P R O G R A M A N D O LOS PERIFÉRICOS C O N VISUAL IN IT IA L IZ E R ............. 243
A p lic a c ió n 7.
PERIFÉRICOS A V A N Z A D O S ....................................................................................259
A péndice A.
C O N T E N ID O DEL CD E INSTALACIÓ N DE LAS HERRAMIENTAS DE TRABAJO ..................................................................................................................275
A péndice B.
SOLUCIONES A LOS EJERCICIOS DE A U T O E V A LU A C IÓ N .......................... 281
.
. . ..
v.*.
... .
APLICACIÓN V lV
m ......
M
Las herramientas de desarrollo
.
A 0.1 . IN T R O D U C C IÓ N
En esta segunda parte del libro, y tras haber estudiado el aspecto teórico de los controladores dsPIC, se aborda un estudio más práctico de los mismos, mediante el desarrollo de varias aplicaciones. Así, se estudiará desde cómo comenzar a programar las aplicaciones, compilarlas y simularlas en el orde nador, hasta desarrollar alguna aplicación de los periféricos avanzados introducidos en estos controla dores para el tratamiento digital de señales. Así mismo, al final de cada capítulo una sección de autoevaluación, servirá al lector para conocer su evolución en la asimilación de los conceptos descritos. Para llevar a cabo esta tarea, esta segunda parte se encuentra dividida en varias aplicaciones prác ticas explicadas con detenimiento, tanto para el lector aventajado que ya ha programado con ante rioridad los microcontroladores PÍC, como para el neófito. En este capítulo introductorio se analizan las herramientas a emplear, así como las característi cas de la familia del dsPIC utilizada tanto en esta segunda parte como en la tercera, en la que el lec tor podrá comprobar prácticamente los conocimientos adquiridos mediante ejercicios sobre circui tos reales, utilizando la taijeta PIC School preparada a tal efecto. Las características de estos dispositivos requieren poseer una base teórica sobre el tratamiento di gital de señales. Esta teoría de señales no es objeto de este libro.
A 0.2 . DE S C R IP C IÓ N DEL dsP IC 30F4013
El controlador elegido para realizar todas las aplicaciones y laboratorios, tanto de la segunda como de la tercera parte del libro, es el dsPIC30F4013 perteneciente a la familia de propósito general, que ha sido seleccionado por varias de sus características. En primer lugar pertenece a una familia de propósito general, que lo hace especialmente intere sante para poder adentrarse en el estudio de todas las posibilidades de los dsPIC. Por otro lado, se trata de un DSC con encapsulado PDIP (Plástic Dual In-line Package), que permite una mayor sen cillez de montaje sobre un circuito electrónico frente a otro tipo de encapsulados. Sin embargo, una pequeña desventaja de este modelo es que no dispone de hardware específico para el tratamiento de PWM, muy útil en el control de motores. 175
176
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
AO .2.1. D ia g ra m a de co n e xio n a d o
El controlador d$PIC30F4013 se comercializa en varios encapsulados. El seleccionado para esta se gunda parte de esta obra, es el PDIP de 40 patitas, por su facilidad de conexión. El diagrama de co nexionado se corresponde con el de la Figura AO. 1.
M CLR AN0A/REF+/CN2/RB0 AN1A/REF-/CN3/RB1 AN2/SS1/LVDIN/CN4/RB2 AN3/CN5/RB3 AN4/IC7/C N6/R B4 AN5/IC8/CN7/RB5 PGC/EMUC/AN6/OCFA/RB6 PGD/EMUD/AN7/RB7 AN8/RB8 VDD
vss OSC1/CLKIN OSC2/CLKO/RC15 EM UD1/SOSO I/T2CK/U1ATX/CN1 /RC13 EMUC1/SOSCO/T1CK/U1ARX/CNO/RC14 INT0/RA11 IC2/1NT2/RD9 OC4/RD3 V ss
n 1 C
40 I] A V D D 39 1 AVSS 36 j AN9/CSCK/RB9 37 1 AN10/CSDI/RB10
2 3 4
n C C 5 fz 6 H7 C 8 C 9 J= 10 n ti n 12 n 13 C 14 C 15 H 16 C 17 £ 10 Q 19 q 20
"O o Ca> o 2 o
36 35 34 33
H AN11/CSDO/RB11 3 AN12/COFS/RB12 3 EMUC2/OC1/RDO H EMUD2/OC2/RD1 □VDD
32 31 H V SS 30 b C1RX/RF0 29 □ C1TX/RF1 28 □ U2RX/CN17/RF4
23 22
□ U2TX/CN18/RF5 □ U 1RX/SDI1/SDA/RF2 □ EMUD3/U1TX/SD01/SCL/RF3 □ EMUC3/SCK1/RF6 □ IC1/1NT1/RD8 □ OC3/RD2
21
□ VDD
27 26 25 24
Figura A0.1. Diagrama de conexionado del contro/ador dsPIC30F4013.
AO.2.2. C a ra cterística s p rin cip a le s
Las características propias más importantes del dsPIC30F4013 se encuentran resumidas en la si guiente tabla. MEMORIA
i
Memoria de programa de 48 KB de capacidad. Hasta 16K instrucciones. 2048 bytes de memoria SRAM 1024 byies de memoria EEPROM 16 registros de trabajo de 16 bits cada uno
PERIFÉRICO S_______________
~
5 temporizadores de I (> bits 4 módulos de captura de 16 bits 4 módulos comparadores o de salida PWM de 16 bits _____ Interfaz de conversión de datos DCI, con soporte de CODEC de audio AC'97 e l'S 2 módulos UART 1 módulo SPI 1 m ódulo CAN I módulo l2C c a r a c t e r Ts t Tc a s a n a l ó g i c a s
Conversor analógico digital de 12 bits Ratio de conversión de 100 ksps Hasta 13 canales de entrada
APLICACIÓN 0: LAS HERRAMIENTAS DF DESARROLLO
177
A 0.3. HERRAMIENTAS DE SOFTWARE U T IL IZ A D A S
Se describen las características y usos de las herramientas software que se utilizarán para desarro llar las aplicaciones. L a instalación de estas herramientas se encuentra detallada en el Apéndice A, Contenido del CD e Instalación de las herramientas de trabajo.
AO.3.1. El e n to rn o de d e s a rro llo M PLAB IDE
Esta herramienta, desarrollada por Microchip, y disponible de forma gratuita en su web, va a ser el entorno de trabajo principal. El MPLAB IDE es un entorno de desarrollo dotado de un editor, un gestor de proyectos, un depurador de programas y varias herramientas para el desarrollo de aplica ciones para los microcontroladores PIC y los dsPIC. (Figura A0.2.)
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Figura A0.2. El entorno de desarrollo MPLAB IDE.
Se dedica un capítulo a explicar las características de este entorno con el que se desarrollarán la mayoría de las aplicaciones. A modo de resumen, se destacan las siguientes características: • • • •
Desarrollado para su uso bajo sistema operativo Windows. Edición de código integrada con resaltado de código. Posibilidad de ensamblar, compilar y iinkar el código. Posibilidad de depuración del programa ejecutando paso a paso nuestro programa con un simu lador o en tiempo real sobre el circuito de aplicación con las herramientas de depuración en cir cuito de Microchip. » Realizar medidas de tiempo mediante el simulador. m Observar el valor de variables y posiciones de memoria mediante ventanas de inspección. • Programación del firmware de los controladores a través de las herramientas de programación.
1 78
dsPIC DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
AO.3.2. El compilador de C MPLAB C30
Microchip dispone de un compilador C integrable en el entorno de desarrollo MPLAB IDE con el que desarrollar programas en este lenguaje. Esta herramienta no es gratuita, aunque se puede disponer de una versión de uso libre durante 60 días. Puede resultar interesante instalar esta herramienta para comprobar si el programar en este len guaje supone una ventaja para sopesar la compra de la herramienta sin limitaciones de uso. En el CD que acompaña a esta obra, se encuentra una versión para estudiantes, que sigue activa tras superar este período de 60 días, y que transcurrido dicho tiempo pierde algunas de sus funcionalidades, pe ro es perfectamente utilizable para fines didácticos. Si el lector no es un estudiante, deberá bajarse la demo gratuita de 60 días disponible en la web de Microchip.
AO.3.3. Herramienta de diseño de filtros dsPICFdLite
El programa dsPICFdLite, desarrollado por Momentum Data Systems Inc., es una versión DEMO de carácter introductorio y limitado que sirve para resolver filtros FIR e IIR de escasa complejidad m e diante un interfaz sencillo e intuitivo. En la actualidad Microchip ofrece una potente herramienta de nominada Digital Filter Design que cubre ampliamente todas las necesidades en el diseño de filtros. Todos los cálculos matemáticos complejos necesarios para realizar estas tareas se simplifican enormemente y, además, se obtienen una serie de gráficos (magnitud, fase, respuesta ante impulso, respuesta ante escalón, polos y zeros, retraso,...) que permitirán predecir el comportamiento de los filtros diseñados. Simplemente, introduciendo las especificaciones del filtro que se desea realizar, tanto filtros FIR, como IIR, filtros pasabaja, pasaalta, pasabanda y banda eliminada, se genera un fi chero con los coeficientes del filtro con un par de clics de ratón y se puede importar ese fichero pa ra usarlo directamente en el MPLAB IDE. De igual forma, la aplicación generará el código en en samblador o en C para utilizar dicho filtro en nuestro programa para el dsPIC. (Figura A0.3.)
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Figura A 0.3. Diseño de filtros mediante dsPICFdLite.
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APLICACIÓN 0: LAS HERRAMIENTAS DE DESARROLLO
179
Esta herramienta es una versión reducida del programa dsPIC Fd. Se trata de una versión con ciertas limitaciones, tales como el orden máximo de los filtros generados.
AO.3.4. H e rra m ie n ta para el tra ta m ie n to de a lg o ritm o s de tra ta m ie n to de señales dsP IC w orks
Esta herramienta, también descrita en la Aplicación 2, permite realizar análisis y tratamiento de se ñales de forma sencilla. El programa permite generar e importar y exportar señales de todo tipo. Así mismo dispone de un sencillo menú para realizar operaciones típicas de DSP (Procesamiento Digital de Señales) co mo realización de transformadas, filtrado de señales (utilizando los filtros diseñados con el progra ma dsPICFdLite), escalado, recorte de señales, etc. La aplicación también muestra en pantalla representaciones de las señales, incluso con gráficos 3D. Los datos de las señales podremos incorporarlos al MPLAB IDE y crear ficheros en ensambla dor para incluir en la aplicación. (Figura A0.4.)
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Figura A0.4. Tratamiento y análisis de señales mediante la herramienta dsPICworks.
A U TO E V A LU A C IÓ N
Al final de cada capítulo de esta parte práctica, encontrará bajo el epígrafe Conceptos clave de este capitulo una serie de preguntas que le ayudarán a verificar si ha asimilado y comprendido los con tenidos explicados en el capítulo. A sí mismo, se propone una serie de enunciados de ejercicios correspondiente a la aplicación estudiada.
180
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
Conceptos clave de este capítulo
um 'esarrollarán los programas para dsPIC? 1. ¿Con qué hern gunda parte de esta obra alguna placa de desarrollo o hardware basado 2. ¿Es necesaria en dsPIC? a de datos y de programa dispone el dsPlC30F4013? 3. ¿De cuánta me 4. ¿Con qué herr¿ se debe tener especial cuidado al instalarla?¿por qué? ¿Qué herramienta generará automáticamente el código fuente necesario para desarrollar un filtro para un dsPIC?
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Diseñando filtros
A1.1. IN T R O D U C C IÓ N
La teoría de filtrado de señales abarca un temario muy amplio y denso lleno de cálculos matemáti cos. Elaborar esos cálculos matemáticos con los PIC resultaría una tarea muy ardua debido a su ca rencia de instrucciones para hacer divisiones, multiplicaciones, y operaciones matemáticas de más complejidad. La empresa M icrochip dispone de dos herramientas especialmente útiles para el tratamiento de señales. Se trata de las herramientas dsPTC Fd Lite y dsPICworks. Ambas están disponibles para su descarga gratuita desde la web www.microchip.com. En caso de que la herramienta de diseño de fil tros dsPIC FD Lite no cumpla con todas sus expectativas, debe saber que existe una versión com pleta, con más funcionalidades, que comercializa Microchip.
A1.2. EL PLAN DE TRABAJO
En el capítulo anterior, se han analizado las funcionalidades principales de las dos herramientas que aborda este capítulo: dsPIC Fd Lite y dsPICworks. Se propone resolver un problema de filtrado de señales, utilizando dichas herramientas. Sin lle gar a profundizar en todas las funcionalidades y a través de un ejemplo clarificador, se mostrará el potencial que alcanza la combinación de estas 2 herramientas.
A1.3. EL PROBLEMA
En la carpeta Aplicaciones\aplicaciónl\filtros del CD que acompaña al libro, se encuentra un fichero de sonido cuyo nombre es mensaje con ruido.wav: Se trata de una señal de audio reproducible en el ordenador que contiene un ruido. Puede identificarse rápidamente dicho ruido porque se trata de un pitido molesto que impide escuchar un mensaje con claridad. La experiencia trata de filtrar ese rui do de forma que se pueda escuchar el mensaje con claridad. 181
182
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
Al hacer doble clic sobre este fichero, se reproduce un mensaje con un ruido muy molesto. El ob jetivo de este ejercicio es eliminar ese ruido molesto de ese fichero y escuchar el mensaje de forma correcta. Las posibles aplicaciones de este ejemplo son muchas, pero quizás un ejemplo muy interesante es el de los m icrofiltros en las líneas ADSL. (Figura A 1.1.) Las líneas ADSL aprovechan el ca nal telefónico para enviar información al ordenador. Así, estos filtros permiten hablar por teléfo no y navegar simultáneamente sin ningún problema. Las dos señales navegan por el mismo canal hasta el receptor. Para que al hablar por teléfono, no se mezclen las señales, y sólo llegue la señal de voz, se debe colocar unos microfiltros en las tom as de los teléfonos, que filtran la señal a m o do de colador, evitando que lleguen a nuestros oídos ruidos producidos por la señal de Internet. El ejemplo desarrollado actúa de form a similar, al conseguir quitar de la señal de voz el ruido que acompaña.
Figura Al .1. Instalación de un microfiltro DSL. También es interesante el proceso contrario: extraer del mensaje una señal que contenga sólo el ruido. Así se podría enviar mensajes en clave, camuflándolos con un mensaje de audio normal. En ese caso, para descifrar el mensaje, hay que filtrar la señal original de forma que sólo quede el rui do original y aplicar sobre este otro algoritmo de tratamiento de señales para obtener el mensaje des cifrado final.
A 1.4. ANALIZANDO LA SEÑAL Al escuchar la señal a través de los altavoces del ordenador, se aprecia que la frecuencia del ruido es muy distinta a la del resto de la señal. Es un tono mucho más agudo. El primer paso consistirá en localizar el rango de frecuencias en las que se encuentra el ruido. Una vez localizado dicho rango, se deberá diseñar un filtro que consiga hacer desaparecer de la se ñal original la parte que contenga dichas frecuencias. El programa dsPICworks1 permite analizar la señal. (Figura A l.2.) Una vez puesta en marcha la herramienta, se procede a cargar la señal a es tudiar. El program a no trabaja directamente con señales .WAV, sino con un formato interno de pro grama, cuyos archivos tienen una extensión J I M . La conversión a este formato se realiza de una form a bastante sencilla: La instalación de esta herramienta se encuentra detallada en el Apéndice A contenido en el CD.
APLICACIÓN 1: DISEÑANDO FILTROS
183
Figura A l .2. La herramienta de tratamiento de señales dsPfCworks. y.v.-y.-y.v/.v i'iv / iv iv X v i'/ iv X v y.'.-'.'
• • • •
•
v-;.;-v.v<::*v'v-.v■yy.'.\\\-y.y.\-y.-y-
l¿^ '^.\-yy '.-y yy. ‘-y.-y. >'
En el menú File -> Import File... se accede a la pantalla de la Figura A 1.3. En la lista desplegable Input File Format se escoge el formato de la señal de entrada. Dicho for mato es Windows WAVE File. A continuación, y mediante el botón Source File, se selecciona el fichero que contiene la señal a ana lizar de la carpeta del CD que acompaña al libro: Aplicaciones\aplicaciónl\mensaje con ruido.wav. Pulsando en el botón Destinantion File, se da un nombre y una ubicación para la señal en formato . TIM. Un posible nombre podría ser mensaje con ruido, tim dentro de la carpeta Mis documentos. (Es importante cambiar la ubicación del fichero de destino ya que de dejar la ruta por defecto, la del CD, al estar protegido contra escritura, el programa daría un mensaje de error.) Por último,, se valida el proceso pulsando el botón OK.
/Sj Im port File
'. S c u ce Ffe
X vXv.;.v.-iv.;. mensaje cor. rtó io .w a .
Destination Fie
mensaje con ruido.ti.
Ir r p o r tfile T y p e ----- ------ ------------ -----------------------------
f*
Time Domain File
C
Frequency Ocfnóín Fite
Sampling R a le
ImponFieFormal NumberofChannels FFTFwneSize FFTIntevd FFTWindcwFonction
j WindowsWAVEfile (l | 1024 }1024 j Rec'áfv-i^
Figura A 1.3. lmport¿indo la señal con ruido al dsRICworks.
184
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
Nada más pulsar el botón OK, se obtiene una representación gráfica de la señal en pantalla. (Figura A 1.4.) t / , dsPICworkr. [C:\Documents and Settin^\0lat7\f scrttorúAContenido del CDVAP1 ICAC.IONfSVA... F in
i
View
£ d t G e ne re to r
. ? ].# ];
M
O p eratio n
« I
D §? K ip te y
-Ifll *
U tlte e í W in do w
» l ! ü l l . H J . O l. H l. B l
_____;_______
Imported from 'mensaje con ruido.wav' 120159 pts @ í4100 H z : REALTIMEINT16: Binary
1 3 .5 8 3
L ili
Figura A1.4. Representación gráfica de la señal. El gráfico de la Figura A l.4. muestra una representación en magnitud de la señal en el dominio del tiempo. Al realizar la Transformada de Fourier se podrá analizar dicha señal en el dominio de las frecuencias. Más concretamente, y para señales discretas, se debe realizar la Transformada Rá pida de Fourier, FFT (Fast Fourier Transform). Se procede a realizar una operación DSP accesible en el menú DSP del programa, mediante la opción Fcist Fourier Transform. Al acceder a este menú, aparece en pantalla la Figura A 1.5.
¿ 6 Fast Fourier Transformation
input x(n)
i
output: X(wj
FFT Window Function
mensajeconfuido.fr.
Rectangular
Advance FFT frame
|l0 2 4
after each block of
j
Help
mensaje con ruido. ti.
samples -~l points computed
1024
OK
Figura A1.5. Realización de la Transformada Rápida de Fourier.
Cancel
APLICACIÓN 1: DISEÑANDO FILTROS
185
Tras aceptar las opciones por defecto de la ventana y pulsar el botón OK, la herram ienta advier te del formato en que se guardarán los datos. Aceptando de nuevo ese mensaje, se obtiene casi ins tantáneamente el resultado de la operación. En el gráfico de la Figura A 1.6. ya se puede estudiar el rango de frecuencias de la señal. ckPICworks - [C:\Documents and SeUinp^\Olat7\Fsr/(tor¡o\Cúntonirlo del COVAPI ICACIOWS\A.. r l t VJéw CcJ: Se-ierator Cpsraíicci
55 ?
x
j f b y O R I«*
]iwap^|a| alaai a|«| aiHiBlií_____ 20932
i i hfj
p ts
FFT (» « n s a jo c o n c w id o .tiK ) H z : c o m p le x 6 i bit d o u b l e : Birsary
@ -a ílO O
N
'«WijJu.J____
F r e q u e r . c y (kHz)
3
[Frame
0/11.61
(mS ) 1
jlU Ker.it/
Figura A 1.6. Representación del espectro de frecuencias de la señal.
El gráfico de la Figura A l .7. muestra dicho rango de frecuencias para la señal estudiada. Se ob serva una desviación grande en forma de máximo. Al hacer clic con el ratón en el punto más alto de ese máximo, en la parte inferior de la pantalla aparece el valor de dicha frecuencia que claramente es muy distinta a la del resto de la señal.
Figura A1.7. Localizando el ruido de la señal.
186
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
Luego la señal contiene una frecuencia cercana a los 4.867 Hz, que es muy distinta al resto de frecuencias que contiene la señal. Al filtrar un rango de frecuencias cercano a ese valor, se conseguirá eliminar el dichoso ruido.
A l .5. F IL T R A N D O LA SEÑAL
Si la hipótesis de trabajo es correcta y el ruido escuchado al reproducir el sonido es el correspon diente a dicho rango de frecuencias, ¿qué se debe hacer para eliminarlo? Se debe filtrar o atenuar di cho ruido. Existen varios tipos de filtros. La herramienta dsPIC Fd Lite permite trabajar tanto con filtros F1R como IIR. Ambos filtros reciben una señal de entrada y la atenúan en función de unos paráme tros para proporcionar otra señal distinta. Ambos filtros requieren de computaciones costosas, ya que para calcular la salida y,, en un mo mento n, depende de sus estados anteriores y„.|, y„.2 ,.... Una de las características de los filtros IIR (Infinite Impulse Response) es que suelen tener una menor carga computacional que los filtros FIR (Finite Impulse response). Los filtros FIR suelen ser más costosos de calcular debido a que son más precisos en cierto tipo de operaciones, pues a dife rencia los filtros IIR, siempre introducen un retardo constante en cada frecuencia, y sin embargo los filtros IIR, el retardo introducido depende de la frecuencia y el tipo de señal. En esta experiencia se utilizará un filtro IIR que resulta más apropiado para las señales de audio procedentes de la voz humana. Un filtro que haga desaparecer un rango de frecuencias entre 4.800 Hz y 5000 Hz, y deje el resto de la señal original sin atenuar. Para diseñar dicho filtro pue de ser de gran utilidad utilizar la herramienta dsPIC Fd Lite2. Dicha herramienta dispone de un ti po de filtro denominado banda-eliminada cuya función es atenuar una banda de frecuencias y el resto de frecuencias dejarlas inalteradas. El programa dispone de esa funcionalidad bajo el menú Filíer -> Bandstop. (Figura A 1.8.)
Filter O u tp ut
Codeger
Lo w p a ss...
w
Highpass .,. Bandpass ...
Bandstop ... S ta rt Design ...
Figura A1.8. Iniciando el filtro banda-eliminada. A continuación se param etriza el filtro. Lo ideal sería indicar las frecuencias que se desean eli minar y nada más. Pero, este tipo de filtros no son perfectos y se deben param etrizar de forma que se llegue a un com prom iso entre un cierto valor de atenuación para frecuencias cercanas a las que se desean elim inar y un valor de atenuación muy superior para aquellas que se desean eliminar del todo. Para calcular dichos parámetros del filtro analizaremos la Figura A l .9 que representa “ Su instalación también se encuentra detallada en el Apéndice A contenido en el CD.
APLICACIÓN 1: DISEÑANDO FILTROS
187
gráficamente un filtro de Cauer o elíptico. El parám etro passband ripplc (PO) indica la mayor o m enor atenuación de la señal, en las frecuencias pasa banda (f 1 y f4) y el parám etro Stop band ripple (P l) indica la atenuación obtenida en las frecuencias de elim ina banda (f2 y f3). Esta me dida se expresa en dB, y su cálculo se realiza m ediante la siguiente fórmula:
De esta fórmula se puede deducir que para conseguir que para las frecuencias entre f2 y f3 (stop band frecuencies) sólo pase una cien milésima de la señal, se debe conseguir que PO, Stop band ripple, sea de 50 dB. Y sin embargo, para que en el rango de frecuencias pasabanda, que es un rango de frecuencias en el que se encuentra el rango de frecuencias a eliminar, se obtenga apro ximadamente un 98 % de la señal original, se debe colocar P l, Pass band ripple, con 0.1 dB.
Figura Al .9. Representación de un filtro de Cauer.
Se establecen unas frecuencias pasabanda, de fl a f4, que comprenden las frecuencias a eli m inar y en las que em pieza a filtrarse la señal. El filtro hará que para frecuencias inferiores a f l y mayores que f4, la señal no será atenuada de f l a f2, la atenuación será pequeña (en función del parámetro passband ripple P l), mientras que de f2 a f3 la atenuación será m áxima (en función del parám etro PO Stopband ripple), para volver a ser m ínim a de f3 a f4 y prácticam ente nula a partir de f4. A sí los parám etros que se seleccionan en este ejem plo serán los siguientes: • •
Scimpling frecuency: En la parte superior de la Figura A l.7. se comprueba que la frecuencia de muestreo de la señal original es de 44100 Hz. Stopband Frecuencies: Será un rango entorno a la frecuencia localizada, desde 4800Hz has ta 5000Hz. Estas frecuencias se verán muy atenuadas.
188
•
• •
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
Passband frecuencies: Contendrá un rango de frecuencias que abarque a las frecuencias Stop band frecuencies, donde empezará a funcionar el filtro y cuya atenuación (a excepción de la banda eliminada) será definida por el parámetro Passband Ripple. Para definirlo, se debe lle gar a un compromiso de forma que la complejidad del filtro no sea elevada (orden elevado). Para dicho rango, elegiremos las frecuencias desde 4000 Hz hasta los 5600 Hz. Passband Ripple: 0.1 dB. Con este valor y mediante la fórmula logarítmica explicada con an terioridad se obtiene aproximadamente un 98% de la señal original. Stopband Ripple: 50 dB. Este parámetro nos indica que obtendremos una cien milésima parte de la señal original, es decir prácticamente nada, entre las frecuencias que deseamos eliminar.
Un resumen de los parámetros comentados se presenta en la Figura A1.10.
¿ fc B a n d s to p
I
Filter
mm
Filter Specíicalicn Input —
Sampling Frequency.
| 44100
Passband Frequencies:
(4000
|5EOO
Stopband Frequencies:
¡4800
¡5000
Passband Ripple (dB)
|o 1
Stopband Ripple (d3>
[50
Next
Help
Cancel
Figura A^AO. Parámetros del filtro. Al pulsar Next sobre la pantalla representada en la Figura A 1.10, el programa elegirá el mejor pa rámetro para establecer el orden del filtro. En este caso, Elliptic 8. Al aumentar el parámetro Stop band ripple. por ejemplo a 80 dB, para obtener una atenuación todavía mayor en las frecuencias que se quieren eliminar, el cálculo del filtro requeriría un orden mayor. La herramienta dsPIC Fd Lite no permite el cálculo de filtros de orden superior a 8, para lo cual es necesaria la versión ampliada del programa. (Figura A 1.11.)
HR Analog Filter Orde# Estimates:
C
Butteiwoith
C
T schebjischeff
14 10
C
Inverse Tscbebyscheff
10
d- ÍEÜpticj C
8
Bessel
14
Enter Desired Filter Order (optional}
Next
Figura A1.11 .Selección del orden del filtro.
Prev
I
Help
Cancel
APLICACIÓN 1: DISEÑANDO FILTROS
189
Tras pulsar de nuevo el botón Next, se obtiene el resultado representado en la Figura Al .12.
/ j, d s P IC FO L it e
Figura A1.12. Representación gráfica de las características del filtro.
Los lectores familiarizados con el tratamiento digital de señales, apreciarán en la Figura A l. 12 una serie de gráficas que analizan las características del filtro diseñado. Conseguir estas gráficas me diante el programa dsPIC Fd Lite, ha sido realmente sencillo. A modo de ejemplo, cabe destacar pa ra los lectores no familiarizados con este tipo de gráficos que el gráfico titulado Pole/Zero Plot muestra la estabilidad del filtro. Si todos los polos y ceros se encuentran dentro del círculo unitario, el filtro será estable. A continuación, el programa puede exportar los datos del filtro para poder utilizarlos más ade lante junto con la señal original. La realización de este filtro ha supuesto el cálculo de una serie de coeficientes utilizados en la fórmula de filtrado. Para obtenerlos, el programa dispone del menú Output -> Create Filíe r Coeficient File... en el que se genera el fichero coeficientes.flt dentro la carpe ta Mis Documentos. (Figura A 1.13.)
Output Codegen Window Plot Control ... Snap to Grid Quantization ... Create Specification File ,.. Create Filter Coefficient File ... Figura A l A 3. Generación del fichero de coeficientes.
190
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
A l .6. GENERANDO LA SEÑAL SIN R U ID O
Mediante la herramienta dsPICworks puede comprobarse si el filtro diseñado cumple con la función especificada. Aplicando el filtro diseñado a la señal original se obtiene la señal de salida filtrada. Y si todos los supuestos han sido correctos, debería obtenerse una señal sin ese molesto pitido que no permite escuchar con comodidad el mensaje transmitido. En pasos anteriores se había creado el fi chero mensaje con ruido.tim que no era más que el resultado de importar el sonido original .WAV al formato .TIM con el que trabaja la herramienta dsPICworks. Para aplicar el filtro mediante dsPlC w orks se utiliza la opción del filtrado m ostrada en el menú D SP -> Signal Filtering. Al ha cerlo, aparecerá en pantalla una ventana análoga a la de la- Figura A l . 14. Apply dsPIC l D I ilter to Signal
F i t « Cwfficisnt Fib
j:
[x j
coctóerteí
irfiUL x2fn)
menjots oontuiooti .
oi/oU vM
f7WT3aje sn andafc
.... Yfzl-HfzrXfz) wheift H|rl k ih« Itawfei luraton el Ihe fliet ---------------------------------------------------- 1 Hdp
I
.
- OK
I
Cancel
|
Figura A1.14.Aplicación del filtro a la señal original. Mediante el botón Filter Coefficient File, se selecciona el fichero de coeficientes generado en el apartado anterior, guardado en la carpeta Mis Documentos y denominado coeficientes.flt. Mediante el botón input: x2(nJ, se selecciona la señal de entrada en formato TIM, guardada en pasos anterio res en la carpeta M is Documentos y denominada m ensaje con ruido.tim. Usando el botón output: y(n), se selecciona el fichero que contendrá la señal filtrada en formato TIM que pasará a denomi narse mensaje sin ruido.tim y será guardado en la carpeta Mis Documentos. Por ultimo, al pulsar OK aparecerá en pantalla un nuevo gráfico de la señal. Figura A 1.15.
Figura A1 AS.La señal original filtrada.
APLICACIÓN 1: DISEÑANDO FILTROS
191
Al comparar la señal original, Figura A l . 14, y la señal original filtrada, Figura A L 15, se obser va un cambio sustancial entre ambas. Pero para ver si realmente se ha alcanzado el objetivo, se pro cede a convertir la señal a formato de Windows WAV para reproducirla por los altavoces del orde nador y verificar definitivamente que carece del ruido original. Para poder escucharla, se pasa del formato de trabajo del dsPTCworks, TIM, a formato WAV. Desde el menú File -> Expon File, se indica el formato al que se desea exportar la señal (selec cionando en la opción E xpon File Fonnal el formato Windows Wave Format( 16 bit)) y seleccionando la carpeta destino Mis Documentos, el nombre del fichero será mensaje sin ruido.wav. (Figura A l. 16.) , fxport File
Sajfce Fie
mensaje íh nidccwa.
Deîtmerittï Fie
Erçxxl Fite Foimoí
E x p a l F íe T y p e -
<• True Domain Fite
¡ Windows V/AVE file (8-bfc)
C
Frequency Domain Fie
f " Add Assembter Directives
r
QEDeíignFIR Filer Ffe
Hefc
OK
Cancel
Figura A l .16. Exportando la señal a formato .WAV.
Al pulsar la tecla OK, el programa generará el archivo mensaje sin ruido.wav; y al reproducirse en el ordenador se podrá oír la original sin el ruido molesto. ¡Lo conseguimos! Otra manera de ver el resultado sería analizando la señal filtrada en el dominio de las frecuen cias aplicándo también la Transformada Rápida de Fourier. ¿Se atreve? Pero, ¿qué se ha conseguido? ¿Qué tiene que ver esto con la programación de los dsPIC? Parece obvio que estas herramientas pueden resultar útiles para el tratamiento digital de señales, lo que no es tan obvio es cómo puede beneficiarnos en la programación de los dsPTC. ¿Cómo se po dría programar este filtro en un dsPIC? Muy sencillo, el programa dsPIC Fd Lite genera varias sa lidas para programar el dsPTC con el mismo filtro utilizado. Existen varias posibilidades. La primera opción consiste en generar el programa en lenguaje C. Con un clic de ratón, el programa dsPIC Fd Lite, generará el código en C para el dsPIC. Esta opción se encuentra disponible en el menú Qodegen -> C Code... (Figura A 1.17.)
Figura A l. 17. Opciones de generación de código.
Al seleccionar esta opción del menú, el programa generará un fichero en lenguaje C, ejecutable desde el entorno de programación MPLAB IDE.
192
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
El código generado consiste en un programa que debe recibir 2 parámetros, uno de entrada, el fichero de la señal original y otro de salida, el fichero a generar. Si se trabajase con un dsPIC en un circuito real, se debería cambiar la parte del programa que lee los datos del fichero de entrada por una conversión analógico a digital de la señal de entrada y la parte de la salida por una conversión digital a analógico.
#include "qed_filt.c" #include #include #include #ineJude #define INSZ1 1000 #define OUTSZl L000 static
float x[INSZ 1], yfOUTSZ 1];
int main(int argc. char *argv[J) { int i, in_count, file_status, error; FILE *fin; /* input file of samples */ FILE *fout; /•* output file of filtered samples *7 fprintf (stderr," ***** start filter test *****\n"); fprintf (stderr," this program accepts 0,1 or 2 command line arguments\n"); fprintf (stderr," the first argument is the filename of the input file\n"); fprintf (stderr," the second argument is the filename of the outpt file\n"); fprintf (stderr,” if there arc 0 arguments, in and out is respeetivelyW'); fprintf (stderr," stdin and stdout\nM ); fprintf (stderr," if only one argument is specified, output is stdout\nH); fprintf (stderr," if input is stdin rather than a filefscanf expects in\n"); fprintf (stderr," from the console which may piped in or enter directly\n"); fin = stdin; fout = stdout; error = 0; if (argc == 1) { fprintf(stden\" ***** waiting for input }' ' if (argc >= 2) { fin = fopen (argv[l], "r"); if (fin == NULL) { fprintf(stderr/’Vn error - Cannot open file %s for input\n", argvf I ]); error = 1; ) 1 if (argc >=3) { fout = fopen (argv[2], "w"); if (foul = NULL) { fprintf(stderr,’1\n eixor - Cannot open file %s for outputVn", argv[2]); error = 1;
APLICACIÓN 1: DISEÑANDO FILTROS
193
if (error) { fprintl’(stden\" ***** end filter test *****\n");
init_biquad_float (&IIR_filtro); do { get input samples */ for (in_count = 0; in_count < INSZ1; in„eount++) { file_status = fscanf(fin.’,% fr,&x[in_countl); if (file.status != 1) break; /* filter samples if (in_count == 0) break; II R_fi ltro.fi lter( x, y, iri_count, &IIR_filtro): for (i = 0: i < in_count; i++) fpri n t f (fout,11%f\n" ,y[i]); } while (fife, status == 1); fciose (fin); fclose (fout); fprintffstdcrr," ***** end filter test *****\nn); return (1); #endif Listado A2-1. Filtrado de la señal en lenguaje C. Una segunda opción es generar un fichero con el programa en lenguaje ensamblador. También puede llevarse a cabo mediante la opción del menú Coclegen -> Microchip -> dsPIC30. Desde esta ventana se puede seleccionar el espacio donde guardar los coeficientes del filtro en el dsPIC (en el propio programa o en la memoria del dispositivo), si se incluyen los ficheros en len guaje C de cabecera y ejemplo, etc. Hl tener activada la casilla de Use General Subroutine implica que al proyecto hay que añadirle dicha rutina. Existen 3 tipos de subrutinas principales que se encuentran en la caipeta de instalación del programa dsPíCFd y se debe elegir una en función del filtro utilizado:
Fir Filter, s
Para filtros FIR
HRT Filter.s
Para filtros IIR Transpuestos
URCJilter.s
Para filtros IIR Canónicos
Mediante la activación de la opción CWrapper se generarán 3 ficheros, un fichero .c, otro .cmd y un último .bat para poder simularlo desde la línea de comandos. (Figura A l.18.)
194
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
/fc. dsPIC30 Code G eneration Options Source File Gene/ation <• |Use General Subrotiiriei
C Support Fies
j r
C Header Re and Sample Calina Sequence{.h)
Coefficient Space Selection •
<* X Data Space C
Piogram Space
Simulator Files fot Impulse Response Calculation r
C Wrapper
OK
HeSp
Cancel
Figura A l. Vi.Generando el código fuente del filtro en ensamblador.
El fichero generado se trata de un fichero con los coeficientes y con un ejemplo de llamada a la función de filtrado. Este ejemplo se encuentra “comentado” en el programa y debe ser copiado y pe gado en el programa cuantas veces se necesite.
.equ ppNumScctions, 4
; Allocate and initialize filter coefficients ; These coefficients have been designed for use in the Transpose filter only .section .xdata ppCoefs: .hword 0x334D .hword OxBODD .hword 0x5218 .hword 0x334D .hword OxCEl 1 .hword 0x4029 .hword 0x9AC8 .hword 0x606A .hword 0x4029 hword 0xCB9C .hword 0x2E39 .hword 0xB9DF .hword 0x58FC .hword 0x2E39 .hword 0xC2F9 .hword 0x29A6 .hword 0xBD5B .hword 0x68CA .hword 0x29A6 .hword 0xC25A
b( l,0)/2 b( 1,1)0 a( 1,1 )/2 b( 1,2)/2 a( L2)/2 b( 2.0)/2 b( 2,l)/2 a( 2 y!)/2 b( 22)12 a( 2,2)12 b( 3,0)/2 b(3,n/2 a( 3,1 )/2 b( 3,2)/2 a( 3,2)/2 b( 4,0)/2 b( 4,1 )/2 a(4.1)/2 b( 4,2)/2 a( 4,2)/2
APUCACIÓN 1: DISENANDO FILTROS
; Allocate stales buffers in (uninitialized) Y data space .section iybss, "bn ppStatesl ; .space ppNumSections*2 ppStates2: .spacc ppNumSections*2
: Allocate and initialize filter structure .section .data .global _ppFilter _ppFilter: .hword ppNumSections-1 .hvvord ppCoefs .hword OxFFOO .hword ppStatesl .hword ppStatcs2 .hword OxFFFF
; Sample assembly language calling program ; The following declarations can be cut and pasted as needed into a program ; .extern _JLRTransposeFi 1terlnit .extern JBlockHRTransposeFilter ; .extern _ppFilter *
;
.section
.bss
? ; The input and output buffers can be made any desired size ; the value 40 is just an example - however, one must ensure ; lhat the output buffer is at least as long as the number of samples - : to be filtered (parameter 4) ;input: .spaee40 ¿output; .space40 ; .text J v v y l- ’v X v : . 1
; This code can be copied and pasted as needed into a program
; Set up pointers to access input samples, filter taps, delay line and ; output samples. mov #_ppFilter, WO ; Initalize WO to filter struct ; call _NRTransposeFilterInit ; call this function once ; The next 4 instructions arc required prior to each subroutine call
195
196
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
; to JBlocklIRTransposeFilter ; mov #_ppFilter, WO ; Initali/e WO to filter structure —rt ; mov #input, W1 ; Initalize W1 to input buffer ; mov #output, W2 ; Initali/.e W2 to output buffer mov #20, W3 : Initialize W3 number of out samples ; call _BlockIIRTransposeFiIter ; call as many times as hended
Listado A2-2. Filtrado de la señal en lenguaje ensamblador.
La última opción es generar un fichero con los coeficientes, para incluirlos directamente en el programa.
AUTOEVALUACION Conceptos clave de este capítulo
•
•• -
SM. ' ’
1. ¿Qué es un fittro?¿Para qué sirve? Cite ejemplos de aplicación. 2. Défina los cuatro tipos de filtros esenciales que nos permite diseñar la herramienta dsPIC Fd Lite. 3. En el ejemplo propuesto, ¿para qué sirven los parámetros Stopband Ripple (dB) y Pasbband Ripple (dB)? 4. ¿Para qué se ha usado la Transformada Rápida de Fourier? 5. ¿En qué lenguajes se puede generar el programa de filtrado?
Ejercicio: Un cambio en el planteamiento # •
Se propone ai lector tratar de resolver el problema inverso. En vez de obtener la señal de voz, ex traer el ruido de la señal. En este caso, el tipo de filtro a diseñar no será un filtro de banda-eliminada, sino uno de pasa-ban da. Este filtro, al contrario que el anterior, atenúa todas las frecuencias, excepto las de una deter minada banda o rango.
A2.1. IN T R O D U C C IÓ N
A lo largo del presente capítulo se analizan las cualidades del Entorno Integrado de Desarrollo (MPLAB IDE) de M icrochip. Este entorno permite, desde editar los programas fuente, hasta ver su ejecución paso a paso en el simulador, grabarlo en la memoria del dsPIC a través de herra mientas como el ICD 2 e incluso depurarlo paso a paso en el circuito real. Este tema se centra en el proceso de creación de un program a en lenguaje ensam blador y en lenguaje C. La versión analizada del MPLAB IDE es la 7.30 que, aún sabiendo que en un futuro se que dará obsoleta y surgirán nuevas versiones, seguro m antendrá muchas similitudes con ellas.
A2.2. TRABAJANDO C O N PROYECTOS
Para facilitar enorm em ente la tarea del program ador resulta altamente recom endable al trabajar con el entorno de desarrollo MPLAB IDE, trabajar con “proyectos” . Los proyectos incluyen varios ficheros. Unos se encargan de la inicialización del controlador, definición de las distintas áreas de memoria, establecim iento de etiquetas para atender interrup ciones, Reset, program a principal, etc. Otros ficheros contienen los nombres simbólicos de los registros, direcciones de memoria, etc. Finalm ente los proyectos contienen ficheros con los program as fuente. Esta división en varios ficheros, y los ya incluidos en el entorno M PLAB IDE, sim plifica el desarrollo de aplicaciones. ••
A2.3. U N VISTAZO RÁPIDO
El MPLAB IDE es un entorno MDI con m últiples ventanas desde el que se confeccionan, depu ran, monitorizan y se graban los proyectos. (Figura A 2 .1.) 197
198
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES M PI AO D C v7.30 fVw Ecfc Vm * P ro j*!
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Figura A2.1 . El entorno de desarrollo MP LAß IDE.
El entorno dispone de un menú clásico en la parte superior de la pantalla desde donde acceder a todas las funciones del mismo. Los menús File, Edit, Window y Help no tienen ninguna característica que los haga especialmente destacables. No así el menú View, que incluye características propias y específicas. (Figura A2.2.)
Project
Debugger
Programmer
Project ✓ Output
Tools
Visual Inltiateer
Con
tí' 1 Standard
1 Disassembly Listing 2 H a rd w a re Stack
3 Program Memory 4 File Registers 5 EEPROM 6 Memory Usage Gauge
7 LCD Pxel
✓ 2 Project Manager ✓ 3 Checksum
OOOOOOOO 00000000 OOOOOOOO OOOOOOOO OOOOOOOO OOOOOOOO OOOOOOOO OOOOOOOO OOOOOOOO OOOOOOOO
8 Locals
OOOOOOOO OOOOOOOO
9 Watch
OOOOOOOO OOOOOOOO
10 Call Stack
OOOOOOOO OOOOOOOO
11 Special Function Registers
OOOOOOOO OOOOOOOO
Figura A2.2. F.I menú View.
Desde el menú View, además de configurar las barras de herramientas deseadas se puede acce der a la visualización de partes fundamentales del proyecto, como la memoria del programa, la me moria EEPROM, un gráfico de uso de la memoria, una ventana para añadir datos que se deseen
APLICACIÓN 2: EL ENTORNO DE DESARROLLO MPLAB IDE
199
moniLorizar durante la ejecución del programa, etc. Hay que destacar que muchos de los menús que se describen, disponen de más o menos funcionalidades dependiendo de la acción desarrollada en cada momento. Así, el menú Debugger, cambia sustancialmente al estar ejecutándose una Depu ración del programa. Igualmente también cambia el menú View. El menú Project es fundamental para la realización de las aplicaciones. Desde él se comienza a crear los proyectos, se compilan, se construyen y se les añaden los ficheros necesarios para su per fecto funcionamiento. (Figura A2.3.)
Debugger
Programmer
Tools
Visual
Project Wizard... New... Open... Close
►
Set Active Project
►;
Qtfckbuild
1 i
Clean Build All
Ctrl+F10
»
Make
FIO
f
Build Options... Find in Project Files...
>
Save Project
1
Save Project As...
I 1
Add Files to Project...
)
Add New File to Project...
)
Remove File From Project
>1
Select Language Toolsuite... Set Language Tool Locations... Version Control...
;< i j Ii
Figura A2.3. El menú Project.
El menú D ebugger no se visualiza si no está seleccionada la herram ienta M PLAB SIM, tal y com o se muestra en la Figura A2.4. Esto se debe a que no tiene seleccionado la opción Select Tool->3 MPLAB SIM. Bajo esta opción del menú se depuran los programas ejecutándolos a través de distintas herram ientas como el MPLAB ICD2 o el sim ulador MPLAB SIM. El program a tiene la posibilidad de ejecutar paso a paso el código, poner puntos de ruptura (breakpoints), resetear la ap licació n , etc. En el cap ítu lo sig u ien te se an aliza más deten id am en te esta herram ienta. Bajo el epígrafe Programmer, podrá seleccionarse el programador que se desee utilizar para gra bar el programa en el dsPIC. En caso de utilizar la tarjeta P1C School, no se necesitará utilizar esta opción ya que utiliza un software distinto para la grabación. En el menú Tools se puede acceder a varias herramientas muy interesantes incluidas en esta ver sión del MPLAB IDE. Cabe destacar la herramienta Visual Initializer, que es especialmente útil de bido a la com plejidad que puede suponer configurar al dsPIC para realizar algún tipo de tarea es pecífica. Mediante esta herramienta se configuraran los periféricos del dsPIC, desde las puertas de entradas y salidas hasta el Motor DSP con un solo clic de ratón. La herramienta MPLAB Macros permite grabar una serie de acciones realizadas con asiduidad en el entorno MPLAB IDE para lue go poder repetir esas acciones en cualquier momento pulsando una sola tecla.
200
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
Programmer I
Tools
D
Select Tool
2 MPLAB ICE 4000
F9
✓ 3 MPLAB SIM
Animate Halt
F5
Step Into
F7
Step Over
F8
Conl
1 MPLAB ICD 2
Clear Memory Run
Visual Initializer None
Step Out ►
Reset Breakpoints...
F2
StopWatch Stimulus Controller
►
SCL Generator
►
Profile
►
Refresh PM Settings...
Figura A2.4. El menú Debugger con el Simulador MPLAB SIM seleccionado.
La opción del menú Configure permite configurar distintas opciones del programa, como por ejemplo, el que cada vez que se construye un proyecto éste se salve en el disco, o asignar combina ciones de teclas para distintas acciones del entorno, etc. Puede resultar interesante la opción Confi gure bajo la pestaña HotKeys para revisar las combinaciones y asignaciones de teclas a funciones del IDE para m em orizar aquellas que puedan ser de interés. (Figura A2.5.) |
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MPLAB IDEv7.30
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Figura A2.5. Distintas ventanas del MPLAB IDE.
* En cuanto a las ventanas disponibles dentro del IDE, cabe destacar las num eradas en la Figura A2.5.:
APLICACIÓN 2: EL ENTORNO DE DESARROLLO MPLAB IDE
201
1. Ventana del proyecto. Visualiza los ficheros incluidos en el proyecto y la estructura del mismo. 2. Ventana de registros. Muestra el valor de los registros del dsPIC, tanto en hexadecimal como en ASCII. Desde esta ventana se puede también alterar su valor. Ventana de inspecciones. Gestiona los registros y variables a monitorizar durante la ejecución del 4. Editor de código con resaltado de sintaxis. 5. Ventana de resultados o salida. Muestra los resultados de la compilación y ensamblado de los pro gramas, mensa/es de salida del simulador, etcétera. 6. Memoria del programa. Permite examinar la memoria de código con el programa que se esté trabajando. 7. Visualtiación de la EEPROM. Permite observar y modificar ios datos a grabar en la EEPROM del dsPIC. . 8. Gráfico de la memoria utilizada, tanto la de programa como la de datos.
A 2 .4 . PRIMER PROYECTO EN E N S A M B LA D O R
Se aborda a continuación un primer proyecto para dsPIC. En primer lugar se debe elegir el modelo de dsPIC a utilizar ya que dependiendo del elegido, variarán las características. En este primer ejem plo no resulta crucial el modelo elegido ya que apenas se van utilizar los recursos complementarios del dsPIC. Se limita a realizar operaciones matemáticas para las cuales cualquier modelo de dsPIC sirve. Sin embargo, para usar el mismo en todas las prácticas de la segunda y tercera parte se ha ele gido el dsPIC30F40l 3. En primer lugar se debe crear el proyecto. Es importante seguir todos los pasos, explicados a continuación con gran precisión, ya que de lo contrario puede resultar complicado llegar a compi lar el proyecto. Tras iniciar el MPLAB IDE, mediante la opción Project -> Project Wizard se iniciará un asis tente que guiará al autor en la tarea de creación de su proyecto. Tras pulsar el bolón Siguiente en la primera pantalla del asistente se elige el modelo que en este caso es el dsPIC30F4013. A continuación pulsamos el botón Siguiente. (Figura A2.6.)
P ro je c t W iz a rd Step One: Select a devee
Dcvicc:
Cótfés
Figura A2.6. Selección del tipo de dsPIC..
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Cancelar
j
[
Ayuda
202
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
Una vez seleccionado el modelo de dsPIC, en el paso 2 se seleccionan las herramientas con las que compilar y linkar el proyecto. Dependiendo del lenguaje en el que se desee construir el proyec to se deberá realizar una selección u otra. En prim er lugar, se detalla la creación de un proyecto en ensamblador y, más tarde, el mismo proyecto será desarrollado en el lenguaje C. Sólo la prim era vez que se accede al menú Project Wizard se debe configurar la herramienta a utilizar e indicar dónde se encuentran los programas necesarios. Para ello, en la lista desplegablc A c tive Toolsuit debe seleccionarse Microchip ASM 30 Toolsuile, caso de querer desarrollar el proyec to en ensamblador. Al hacerlo, se observará cómo en la lista Toolsuite Contents, aparecen 3 lineas correspondientes a las herramientas necesarias para construir el proyecto con el ASM 30 Toolsuite, pero con un aspa roja a la izquierda que significa que el MPLAB IDE desconoce la ubicación de los mismos. Es necesario indicar al MPLAB IDE dónde se encuentran dichas aplicaciones. Para ello, seleccionando cada una de estas 3 líneas y mediante el botón Browse se eligen las rutas adecuadas según la tabla siguiente.
Línea
Ubicación
MPLAB ASM30 Assembler
C:\Archivos de programaNMicrochipYMPLAB ASM30 Suitc\bin\pic3Q-as.exe
MPLAB I.INK30 O bject l inker
C:\Archivos de program a\M icrochip\M PLAB ASM30 Suite\bin\pic30-ld.exe
LIB30 Archiver
C:\Archivos de program a\M icrochip\M PLAB ASM30 Suite\bin\pic30-ar.exe
Tras finalizar este paso, debería obtenerse un resultado como el de la Figura A2.7. Luego, me diante el botón Siguiente se accede a la siguiente pantalla del asistente.
P ro je c t W izard Step Two: Select 3 language todsufce
Active T oolsuite-
¡ Microchip ASM30 T ooteuite
T oolaiit© Coûtant» MPLAB A SM 30 Assembler (pc30-es.exfc|
MPLAB LINK.30 Obsct Lnker (pic30-ldexe) LIB3Û Axchivcr fpc30 ar.exe)
Location iC M rch ivo s deprograma^MicrocKp'.MFLAB ASW3ÚSuite'vbn\p¿c30-as
Help! My Suite Isn’t Listed!
|
Browse...
□ Show all installed toolsuites
< Atrás
S ig u ie re >
C a ie ëa t
Ayuda
Figura A2.7. Selección del lenguaje a utilizar.
Seleccionado el lenguaje de programación, se debe dotar de un nombre al proyecto y elegir la ubicación donde alm acenar el mismo. En este ejem plo, se llamará suma al proyecto y se guarda rá en el lugar que se desee del disco duro (es recom endable crear una carpeta específica para este proyecto). Una vez nombrado el proyecto y seleccionada la carpeta se avanza mediante el botón Siguiente. (Figura A2.8.)
APLICACIÓN 2: EL ENTORNO DE DESARROLLO MPI.AB IDF
203
P ro je c t W ¡¿ai d
Step íhiee: Nameyour pioject
Project Name
Prcject Direcícxy i : !C:\e;emplos\suma
{
< Atrás
[[ Siguente> ;] (
Caricela'
|
[
Ayudo
Figura A2.8. Asignando nombre y ubicación al proyecto. En la siguiente pantalla se seleccionan los ficheros a incluir en el proyecto. Para facilitar la ta rca de la inicial ización y preparación del proyecto, el MPLAB ASM30 Suite, dispone de varios fi cheros que al incluirlos en el proyecto permiten trabajar con nombres simbólicos, e indican al linker cuál es la organización de la memoria del dispositivo en cuestión, genera rutinas automáticas de reset, etc. Estos ficheros a añadir, son los siguientes:
F icheros a añadir a n u estro p royecto
C.:\Archivos de programa\M icrochip\M P LAB ASM30 Suite\lib\Crl().s C:\Archivos de programa\M icrochip\M PLAH ASM30 Suite\lib\C rt1 .$ C :\Archivos de program a\M ¡crodiip\M PLAB ASM30 Suite\$uppori\gid\p30f4013.gld j C:\Archivos de programaXMicrochipXMPLAB ASM30 Su¡te\supporí\m c\p30f4013.inc
Si se desea profundizar en el contenido de estos ficheros se editan y se lee el código que se en cuentra dentro de los mismos para conocer su contenido. Los dos últimos archivos variarán en fun ción del modelo de dsPIC empicado. En caso de usar dsPIC3()F2011, se deberán seleccionar los ar chivos p30f2011.gld y p30f2011.inc, respectivamente. Resulta muy interesante, que no necesario, marcar con un tic estos 4 ficheros añadidos. Al mar carlos con el tic, estos ficheros se copiarán en la carpeta de destino señalada en el paso anterior y así, en caso de modificarlos, siempre se dispondrá de la copia original en la carpeta de la herramienta. Una vez añadidos los 4 ficheros y marcados con el tic correspondiente se accede a la siguiente ventana del asistente mediante el botón Siguiente.(Figura A2.9.) *■ El asistente presentará un resumen de los pasos dados y al pulsar el botón Finalizar se cerrará accediendo al proyecto. Puede observarse en la ventana del proyecto la inclusión de los dos ficheros crtO.s y crtl.s. Se deben modificar ambos ficheros, pulsando doble clic sobre ellos y cambiar las siguientes líneas, de forma que el modelo de dsPIC pase de ser el dsPIC30F2010 a ser el dsPIC30F4013.
204
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
P ro je c t W iz a rd S le p Foui: Add ary ewstirvg liles to your piopct
g ) p30í3010.hc g) Ü) di g) g) • g) i) : g) g)
p30f3tm.nc p30f3012.nc p30(3013.ric p30f3014.inc p30f4011.inc P3Qí4012inc p30f4013.inc P30f5011.ine p30f50l3 inc
í3i
&
Add»
Remove
0
p30M013 ine I C:\ArcKvos de p o
0
p30f4013. gld I C:\Archivos de pro
0
crtO s I C:\ejemptos\surrw\crtO $
B ic r tl.* ! C:Vejempk»\$uma\crtl.s
A
21
p30f5015.inc . flh p30f5016.inc
Check the box lo copy Iba fíe lo the projecí dkectory. Cick the fitename le edrt the ñame o! Ihe local copy.
m\
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[
Ayuda
Figura A2.9. Añadiendo los ficheros necesarios al proyecto. Es decir, se deben cambiar las líneas equ —30F2010, 1 .include "p30f2010.inc" por las siguientes .equ__30F4Ü13, i .include M p30f4013.inc" y a continuación guardar ambos ficheros. También es necesario indicar al entorno, el directorio de los ficheros include. Para ello, a través del menú Project -> Build Options -> Project, y dentro de la pes taña General, en el cuadro Include Path,($INCDIR): se debe pulsar el botón Browse y elegir la ruta C:\Anchivos de programa\Microchip\MPLAB ASM 30 Suite\SupporAinc\ La base para empezar el proyecto ya está creada. Para empezar a escribir este primer programa, la opción File -> New arran ca al editor de texto del entorno. En primer lugar, resulta interesante guardar el fichero para indicar le al entorno que se trata de un archivo fuente y así poder disfrutar del resaltado de sintaxis mientras se escribe el código. De no hacerlo así, hasta que no se salve el programa, el texto del mismo no re saltará palabras clave, directivas, etc. Pulsando File-> Save as... se guarda el programa con el nom bre suma.s (nótese que se debe indicar la extensión del archivo). Al teclear el código del programa los distintos elementos del mismo tomarán distintos colores en función de sus características. El listado de este prim er programa es el siguiente: ; Programa Ejemplo 1.s ; Creación de números impares
APLICACIÓN 2: EL ENTORNO DE DESARROLLO MPLAÍ3 IDE
.text _rnain: mov #0x0001, WO mov #0x0002,W í
205
¿Inicio, del código de programa ;Etiqueta de inicio de programa ¡Movemos un literal a W0 ;Movemos un 2 al registro W1 iejamos
Listado A2.1. Programa suma en ensamblador.
Si se compilara el programa mediante la opción P ro je ct -> B u ild A ll , el com pilador informaría de un error en la ventana de output, como se muestra en la Figura A2.10. ■ Output {luid ¡ Vetacn Cqtitol'i Frri ir. F ii» !; MPL6B SIMi________________
_____________________________ __________
Ge an: Deieling ¡nlermedidiy and oulputfiles. O sar.:O eieieclila 'G.\Ejemplo$\8uma\cri0.o". Gear,: Delelec: lila ,G.'\Ejemplos\sut,na\cm o". O san: D eleietilils ,C:\ejemp!os\sume\suma.o, Clean: Deleletí lile 'sume.cof. C e an: D elded filo ’sume.hex' Cíe an: Dore. Executing: "C\*«5hivo3 d e pragromoVvlicrGchipvMPLAB C3G\bin\pic30-es.exe" •p-30F?0’.0 'oíO s" -orcrtO o" -g Executing: "C\Archivos d e p r o g r a m a ^ crochipVvIPLAB C30\bin\pic30es.exe" -p-30F2010 *cr.1 .s" -o"crtl o ' -g Executing: "CW rchivos de progrom&WicrochipyviPLAB C30\bin\pic30-ld e
Figura A 2.10. Resultado de la compilación del proyecto.
La última frase, BUILD FAILED, indica que la compilación ha fallado. Las 4 filas anteriores in dican el error: undefined referente to ‘m a in \ es decir, que no existe una referencia a main. M ain es la etiqueta de inicio de programa. En el listado del programa sí aparece la etiqueta jn a in y sin em bargo el compilador indica que no la encuentra. No se trata de quitar el guión bajo que hay delante de main, sino que no se ha añadido el fichero fuente al proyecto. Al observar la ventana de proyec to, veáse la Figura A 2 .11, allí no aparece por ningún lado el fichero suma.s.
sum a.m cw s u m a .m c p GE¡ Source Files crtO.s 1- c r t l . s ¡E Header Files p30f4013.inc
\—O bject Files i
Library Files
È Linker Scripts p 30f4013.gld : O ther Files
Figura A 2.11. Ventana del proyecto sin incluir el fichero suma.s.
206
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
Para solucionar el error basta con añadir dicho fichero al proyecto. Se eligen las opciones del me nú Project->Add Files to Project... y seleccionando el fichero suma.s se corregirá el problema. Aho ra al compilar el proyecto mediante Project-> Ruild All dará el resultado deseado, reflejado en la Fi gura A2.12. En la ventana del proyecto, aparece el fichero suma.s. Figura A2.13.
Output Build
Version Control : Find in Files
Executing: "C:\Archivos de programa\Microchip\MPLAB Executing: "CWchivos de programa\Microchip\MPLAB Loaded C:\ejempIos\suma\suma.cof. BUILD SUCCEEDED: Wed May 17 13:04:03 2006
Figura M A I . Resultado satisfactorio de la compilación.
fc¡ suma.mcp ¡p-Source Ries
erto.5 •erti .s à Header Files p30f40l3.inc Cbjcct Fies Library Files © L in k e r Scripts p30f4013.gld O h n r Filft•«
Figura A2A 3 .Inclusión del fichero suma.s en nuestro proyecto.
En la última línea de la Figura A2.12 puede observarse que el resultado de la compilación ha si do satisfactorio (BUILD SUCCEEDED). Se ha conseguido compilar un primer programa para dsPIC. Pero, ¿qué hace este programa?, ¿qué se ha conseguido? Volvamos sobre el listado del programa.
; Programa Ejemplo I .s ; Creación de números Las 2 primeras líneas son comentarios. Los comentarios van precedidos siempre por el signo ; (punto y coma). Tras este signo se pueden escribir los comentarios que se quiera hasta el final de la lí nea, y que puedan ayudar a identificar el programa y a comprender mejor cuál es la lógica del mismo. Observe como se pueden dejar todas las líneas que se desee en blanco y colocar comentarios en cualquier posición de la línea. Todo el texto de una línea a partir del signo punto y coma es ignora do por el compilador. Así si se deseara poner un comentario que ocupe más de una línea se debería incluir el signo punto y coma en cada una de las líneas.
APLICACIÓN 2: EL ENTORNO DE DESARROLLO MPLAB IDE
207
La siguiente línea, se corresponde con una directiva. Una directiva no es una instrucción propia del dsPIC, sino una instrucción para el compilador para que identifique que la etiqueta _main de inicio del programa se encuentra en este fichero fuente. Realmente, el programa no empieza a ejecutarse en la eti queta _main. El programa empieza a ejecutarse en la rutina de Reset. Esa rutina se encuentra en los fi cheros incluidos en el proyecto y, al finalizar la rutina de Reset, se pasa el control a esta etiqueta _main. .text
.
. .
■■
o >•
,
;Imcio del codigo de programa
La directiva .text indica que a continuación se va a escribir la parte del programa correspondiente al código principal. El programa podría incluir datos, y para que él compilador distinga si lo que vie ne a continuación son datos u otro tipo de información, se usa la directiva .text. • mam:
■■ ;Eticjucta d(m cic>de pirograma
?
........
V
Esta es la etiqueta de inicio de programa, la siguiente instrucción será la primera que ejecute el controlador tras atender la rutina de Reset. MOV #0x000í,WG ¿Movemos un literal a W0
La primera instrucción mueve el literal #0x0001 al registro general W0. Para indicar que se tra ta de una constante, se coloca el símbolo almohadilla # delante del número a escribir. Ox significa que el número está representado en hexadecimal y el valor 0001 representa la constante en hexadecimal. La instrucción M OV mueve el primer operando (fuente) al segundo operando (destino). Es conveniente familiarizarse con la expresión de números en formato hexadecimal ya que al tra bajar con registros y datos de 16 bits, el formato hexadecimal resulta muy cómodo. En la mayoría de los ejemplos utilizados se utilizará esta base numérica. • ...a -. suma2:
.... ......-......
....
Esta es otra etiqueta a la cual el programa salta frecuentemente. Una etiqueta debe terminar siem pre con el signo de puntuación dos puntos (:) y no debe coincidir con ninguna palabra reservada del compilador.
MOV #0x0002.WI ADD W0,W 1,W0
;Movemos un 2 al registro W J ;sumamos el registro W0 y W 1 y dejamos ;el resultado en W0
A continuación el programa mueve un 2 al registro general W l. Y luego suma los registros W0 y W1 y deja el resultado en W0. La instrucción ADD admite varios formatos. En el del ejemplo, su ma el contenido de los dos primeros operandos dejando el resultado en el tercero. • GOTO suma2
;Repetimos el bucle suma2 .
208
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
Tras realizar la suma, con la instrucción GOTO la ejecución del programa salta hasta la etique ta señalada suma.2, volviendo a mover 2 al registro W1 y volviendo a realizar la suma de forma in definida. ,end
;Directiva de fin de programa
Por último, la directiva .end, indica el final del programa fuente. ¿Qué es lo que hace el programa? En prim er lugar mueve un 1 al registro WO, después mueve un 2 al registro W1 y los suma dejando el resultado (3) en el registro WO. Después salta a la etiqueta suma2 para de nuevo mover un 2 a W1 y sumar ambos registros, obteniendo un 5 en WO y así su cesivamente. Es decir, el programa va generando números impares en el registro WO desde el nú mero 1 hasta ¿cuál? Los registros tienen una capacidad de almacenamiento de 16 bits, luego el nú mero mayor que pueden alcanzar es el número #0xFFFF. Y ¿qué pasará al sumar 2 a este número? El resultado en WO será #0x0001. Se produce un acarreo y como el resultado debería ser el #0x10001 que requiere de 17 bits y el registro WO tan sólo tiene 16, el resultado queda truncado y en el registro sólo nos queda el valor #0x0001. ¿Cómo se puede saber si se ha producido acarreo? Para saber si se ha producido esta circunstancia de desbordamiento hay que exam inar un bit, lla mado de acarreo, situado en el Registro de Estado (SR). Para poder analizar este fenómeno y ver cómo se ejecuta el programa, en el próximo capítulo se simulará la ejecución de este programa gra cias a la herramienta MPLAB SiM.
Resumen:
Los siguientes pasos resumen el proceso necesario para la creación y compilación de un proyecto:
1. 2. 3. 4.
Crear el proyecto mediante menú Project-> Project Wizard... Siguiente Seleccionar el modelo dsP!C30F4013 y pulsar Siguiente Seleccionr Microchip ASM30 Toolsuite de la lista desplegable Active Toolsuite a. Para el MPLAB ASM30 Assembler seleccionar C:\Archivos de programa\ Microchip\MPLAB ASM30 Suite\bin\pic30-as.exe b. Para el MPLAB LINK30 Object Linker seleccionar C:\Archivos de programa\ Microchip\MPLAB ASM30 Suite\bin\pic30-ld.exe c. Para el LIB30 Archiver seleccionar C:\Archivos de programa\Microchip\MPLAB ASM30 Suite\bin\pic30-ar.exe 5; Nombrar el proyecto, suma, y elegir ubicación. 6. Añadir los siguientes ficheros a la lista de ficheros del proyecto: F icheros a añ ad ir a n u estro p ro y ecto C:\Archivos de program a\M icrochip\M PI.AB ASM30 $uite\l¡h\C rl0.s C :\Archivos de programa\M icroch¡p\MPLAB ASM30 Su¡te\lib\Crt1.s C:\Archivos de programa\M icroch¡p\MPI.AB ASM30 Suite\support\gld\p30f4013.gld C :\Archivos de programa\M ¡crochip\MPLAB ASM30 Su¡te\support\inc\p30f4013.inc
APLICACIÓN 2: EL ENTORNO DE DESARROLLO MPLAB IDE
209
Marcar estos ficheros con un tic para que se copien en la carpeta del proyecto. (En función del dsfW a utilizar se elige un fichero correspondiente al modelo usado: p30f4013.gld y p30f4013.inc.) 7. Finalizar él asistente 8. Modificar los ficheros CrtO.s y C rtl.s con el modelo de dsPIC elegido 9. Indicar al entorno, el directorio de los ficheros include. Para ello, en el menú Project -> Build Options -> Project, y dentro de la pestaña General, en el cuadro Include Path,($INCDIR): pulsar el bo tón Browse y elegir la ruta C:\Archivos de programá\Microchip\MPLAB ASM30 Suite\Support\inc\. Crear un fichero desde el menú FHe-> New y guardarlo en la carpeta del proyecto con el nombre de suma.s (nótese que se debe especificar la extensión .s del archivo) 10. Añadir dicho fichero al proyecto a través de la opción Project->Add files to Project.. y seleccionar nuestro fichero fuente suma.s 11. Escribir el programa y compilarlo mediante Project->Build Ail
A pesar de que el lenguaje ensam blador permite el uso de mayúsculas y minúsculas, en algu nos casos se debe respetar fielmente el uso de las apropiadas. Así por ejemplo, a la hora de utili zar ciertas etiquetas o nombres simbólicos de registros o bits hay que ser fieles a los listados que se proponen.
A 2.5 . PRIMER PROYECTO EN LENGUAJE C
Una vez visto cómo crear un programa para dsPIC en lenguaje ensamblador se invita al lector a con feccionar el mismo programa en lenguaje C para dar así una visión distinta y permitirle seleccionar el lenguaje que mejor se adapte a sus necesidades. La fam ilia dsPIC ha sido optim izada para la ejecución de program as desarrollados en len guaje C. Una buena program ación en lenguaje ensam blador siempre será más óptim a que en len guaje C en cuanto a tamaño de código y tiempo de ejecución. El lenguaje C tiene la ventaja de ser un lenguaje más fácil de aprender y utilizar proporcionando mayor rendim iento en la programación. Al igual que en el programa en ensamblador, el prim er paso consistirá en crear un proyecto pa ra poder confeccionar el programa. Los pasos son similares a los del apartado anterior, pero con cier tas diferencias.
1. 2. 3. 4.
Para crear el proyecto acceder al menú Project-> Project Wizard... Pulsar Siguiente ■':■■ ■ Seleccionar el modelo dsPIC30F4013 y pulsar Siguiente Seleccionar Microchip C30 Toolsuite de la lista despiegable Active Toolsuite a. Para el MPLAB ASM30 Assembler seleccionar C:\Archivos de programa\ Microchip\MPLAB C3ü\bin\pic3ü-as. exe b. Para el MPLAB C30 Compiler seleccionar C:\Archivos de programa\Microchip \MPLAB C30\bin\pic30-gcc.exe c. Para el MPLAB LINK30 Object Linker seleccionar C:\Archivos de programa\ Microchip\MPLAB C3Q\bin\pic30-ld. exe d. Para el LIB30 Archiver seleccionar C:\Archivos de programa\Microchip\MPLAB ASM30 Suite\bin\pic30-ar. exe
210
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
5. Dar nombre al proyecto, sumac, y elegir ubicación 6,. Añadir el fichero C:\Archivos de programa\ Microchip \ MPLAB C30\ support\ gld\ p30f4013.gld y marcarlo con un tic para que se copie a la carpeta del proyecto. (En función del dsPIC a utilizar; seleccionar un fichero distinto correspondiente al modelo en cuestión.) 7. Finalizar el asistente 8. Mediante al menú Project-> Build options -> Project, y en la pestaña General, seleccionar el direc torioG:\Archivos de programa\Microchip\MPLAB C30\lib\ a través del botón Browse de la sección Library Path. Nótese que aquí no se debe cambiar la ruta de los ficheros include como en el ejem plo en ensamblador, sino que se debe cambiar la ruta de las librerías 9. Crear un fichero desde el menú File-> New y guardarlo en la carpeta del proyecto con el nombre de sumac. c (nótese que se debe especificar la extensión .c del archivo) 10. Añadir dicho fichero al proyecto a través de la opción Project->Add files to Project... y seleccionar el fichero fuente sumac. c
.
Ya está preparado el proyecto para ser escrito y compilado. Recuerde que debe ser especial mente cauteloso a la hora de seguir estos pasos si desea tener éxito en esta tarca, pues el olvido de alguno de los pasos anteriores puede llevar a producir errores de compilación o linkado que crea rán más de un quebradero de cabeza. El estado del proyecto se debe corresponder con el represen tado en la Figura A2.14.
Q su m a c .m c p 0 ¡
Source Files sumac. c Header Files O bject Files Library Files
É3 Linker Scripts !
L~ p30f4013.gld
•• O ther Files
Figura A2.14. Estado del primer proyecto en lenguaje C.
A continuación se detalla el código fuente correspondiente al programa en sí, mostrado en el Lis tado A2.2. Luego, mediante la opción del menú Project-> Build All, deberá compilarse el proyecto. 7' i---..--'..
.
••
• ■'
// Programa Ejemplo 1.c #include "p30f4013.h" int main(void)
í
WREGO = 1; w h ile (l)
í
Listado A 2.2. Programa sumac en lenguaje C (Continúa)
•C -K w X « v
.'.•.V í V /A V .'
APLICACIÓN 2: EL ENTORNO DE DESARROLLO MPLAB IDE
WREGO } roturn 0;
211
c^ffíñíía:: - " U S t l >*
í ¡ Y ¡ í ■’ ■i'V.-i
V .rr * w -
- o-
Listado A2.2. Programa sumac en lenguaje C (Continuación) Siguiendo los pasos correctamente deberá obtener un BUILD SUCCEEDED tras construir el pro yecto. También deberá aparecer un mensaje de alerta o wam ing, advirtiendo de que el uso de los regis tros en lenguaje C como WREGO no es conveniente. Efectivamente, no lo es, ya que es más recomen dable hacer uso de variables al igual que se hace normalmente en este lenguaje. Aún así, y para hacer el programa lo más parecido al anterior desarrollado en ensamblador, se ha utilizado este recurso. De no obtener el resultado deseado, estudie el error i ndicado en la ventan Output. La falta de un punto y coma, o el no haber seguido todos los pasos con exactitud a la hora de crear el proyecto, pueden originar el fallo. Analicemos lo que hace el programa. // Programa Ejemplo 1.c
Vi.XtTO:TOXO.ttO.
En esta ocasión el comentario viene precedido por//. Este comentario es un comentario de línea. Es decir, que todo lo que esté escrito tras estos símbolos y en la misma línea será ignorado por el compilador. Si desea escribir comentarios de más de una línea incluya al principio del comentario los símbolos /* y al final del mismo */. Por ejemplo:
P Este es un coi:nentario
de mas de una línea */ HaSfl8S688S8BBwSw88ro^
La siguiente línea es una directiva del compilador. Sirve para incorporar el fichero de includes correspondiente al procesador empleado, en este caso el dsPIC30F4013.
#include ‘p30f401^.h*1
La inclusión de este fichero permite entre otras cosas trabajar con símbolos en vez de con posi ciones de memoria absolutas, etc. x 'i;
int main(void)
í<
Todos los programas en C empiezan con la función main. La palabra reservada int significa que la función main devolverá un valor entero. Y la palabra reservada void significa que la función main no recibe ningún parámetro para su ejecución. A continuación comienza un segmento de código y dichos segmentos de código siempre deben estar entre llaves {}.
212
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
WREGO = 1;
Es una instrucción de asignación. Asigna el valor 1 a WREGO que es un registro general.
while(l) { WREGO = 2 + WREGO;
••••*•%v X v iv I'X v '.- i -X 'X v X*X'X *X*>^V- '•*•'**•‘X*1'X -"X .“- - / » X /X v ,*
••
•••-•■••...
#
. *.v. . ú l l j ' ! ' > ’**•<
^ : * r
-.*•>
♦.v ¡ J v X * X v - '-''
• ••• • • • • • > •-..............-.-.vv:-
v - : - . - : •'
: x-:% x
Estas instrucciones representan el bucle principal del programa. Se trata de un bucle while que se repite siempre que sea cierta la condición que acompaña a la palabra reservada while entre pa réntesis. Verdadera es toda condición cuyo resultado no sea cero. Luego al poner un 1, esa condi ción siempre va a ser cierta. Y al igual que en el ejemplo en ensamblador, este bucle se va a estar repitiendo siempre, sin tener un final. Lo que se va a repetir en ese bucle es el siguiente segmento de instrucciones delimitado por las llaves. Otra asignación que hace que el registro WREGO adquiera el valor de la suma de los valo res contenidos en el registro WREGO más un 2. Así, y al igual que en el ejemplo en ensamblador, el programa va asignando al registro WREGO números impares a base de ir sumando 2 al número impar inicial 1.
re tu rn 0;
Hay que devolver un valor del mismo tipo que la función. Es decir, se debe devolver un valor en tero. Normalmente la devolución del número 0 indica que todo ha progresado de form a correcta. Por eso, y a pesar de saber que el programa no alcanzará nunca esta instrucción siempre deberemos co locar esta instrucción en los programas en C. De haber conseguido una ejecución correcta, seguramente se querrá comprobar que el programa funciona y hace lo previsto. Realice los ejercicios de autoevaluación y pase al siguiente capítulo donde podrá sim ular su ejecución mediante el MPLAB S1M, una herramienta muy útil a la hora de depurar y probar programas antes de implementar el hardware.
AUTOEVALUACIÓN Conceptos clave de este capítulo X v v w > * S v X ’X*X*X* X-X X X*X\ *X-‘*
X-X*X*X*X-X X'*X*X '
.
1. ¿Qué ficheros son necesarios para todo proyecto escrito en ensamblador? 2 ¿Para qué sirven los ficheros añadidos a un proyecto en C? 3. ¿Qué hace la instrucción ADD W0,W1,W0? ¿Cuál es la etiqueta de inicio de programa en ensamblador? i 5. ¿Dónde se encuentra la rutina de Reset de nuestros programas? S v w S fS ra /X y I\< v X *
■■:’y .
:• 5 i Í Iv X v X ;
APLICACIÓN 2: EL ENTORNO DE DESARROLLO MPLAB IDE
213
E jercicios
•
•
Al programar Ejemplo hs, el primer programa en ensamblador, no está del todo optimizado. Es cier to que el programa va generando números impares en el registro WO, pero se puede hacer de una forma más óptima. Más rápida. Una pista: existe una instrucción que se ejecuta muchas veces y que no es necesario que se ejecute tantas.
¿Cuál de los dos lenguajes le ha parecido más interesante? ¿Cuál de los dos se adapta mejor a sus necesidades? A lo largo de los siguientes capítulos trataremos de proponer más ejemplos en los dos lenguajes para que pueda elegir con mayor criterio el lenguaje más adecuado para sus necesidades.
A 3 .1 . IN T R O D U C C IÓ N
En la aplicación anterior se han creado unos programas introductorios para controladores dsPIC. En la presente se analizará el comportamiento de los mismos mediante un simulador dentro del entorno de desarrollo, ejecutándolos paso a paso, de forma continua, observando cómo cambian las variables y las posiciones de memoria, además de seguir profundizando en la programación de los dsPIC.
A 3.2 . S IM U L A N D O EL PRIMER P R O G R A M A EN E N S A M B LA D O R
El prim er paso será cargar el proyecto anterior desarrollado en lenguaje ensamblador mediante la opción File OpenWorkspace y abrirlo con todos sus componentes. Cuando aparezca en pantalla la ventana del proyecto se hace doble clic sobre el fichero suma.s para disponer del código fuente. (Figura A3.1.) IH jOCSéf* V'dfC’. UOfJpr
A*
«SMm Q fó c#
.1* (**i . o u tk u m : fedSUd
t >: i* ?1 T?
Jfc ;
Figura A 3 .1 . El primer proyecto suma.mcw. 215
216
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
Para sim ular este ejemplo existen varias opciones. La primera, y la más sencilla, es sim ular lo en el ordenador haciendo uso de una herram ienta integrada en el MPLAB IDE, denominada MPLAB SIM. O tra opción sería grabar en un dsPIC el program a y depurarlo sobre circuito me diante otras herram ientas de la em presa M icrochip, como el MPLAB ICD2. Puede ser intere sante el uso de esta herram ienta en proyectos com plejos, donde los problem as con el hardware así lo requieran, pero para los ejem plos didácticos el sim ulador MPLAB SIM es una herram ien ta suficiente. El primer paso será entonces seleccionar el simulador. Para ello, se debe acceder al menú Debugger -> Select Tool -> 3 MPLAB SIM. (Figura A3.2.)
Debugger
Programmer
Tools
►
Clear Memory F9
Animate Halt
Window
None
'Select Tool
Run
Configure
F5
1 MPLAB ICD 2 2 MPLAB ICE 4000 ✓ 3 MPLAB 5IM 4 MPLAB ICE 2000 tfíTfi
nni9A
F'
Figura A3.2. Selección de la herramienta MPLAB SIM.
En la Figura A3.2. puede observarse cómo el menú Debugger varía sus opciones al seleccionar el MPLAB SIM. Ahora dispone de nuevas opciones Run, Anímate, Step Into, Step Oven etc., que permiten hacer uso del depurador de programa para ejecutar código paso a paso, animarlo, poner puntos de ruptura, etc. El siguiente paso consiste en que el sim ulador ejecute una instrucción. Para ello la herra m ienta dispone del menú D ebugger -> Step Into. Al seleccionarlo, es posible que el programa muestre un m ensaje indicando que el proyecto debe com pilarse por no estar al día (The Project is out o f date. W ould you like lo build it now?). En tal caso pulsando A ceptar el proyecto se com pilará de nuevo. Pulsando de nuevo D ebugger -> Step In to ... ¡no aparecerá nada en pantalla! Efectivamente, no se observa ningún cambio en pantalla, pero el programa se está ejecutando. ¿Que es lo que pasa? Debería apreciarse cómo el ordenador señala la instrucción que está ejecutan do y, sin embargo, no se ve absolutamente nada. En el tema anterior se comentaba la necesidad de trabajar con proyectos para facilitar la tarea. Una de las facilidades es que los ficheros añadidos a los proyectos preparan unas funciones que se deben incluir siempre. Ahora mismo, el programa está ejecutando una de esas instrucciones in cluidas en los ficheros que se han añadido al proyecto. Más concretamente, está ejecutándose la ru tina de Reset. Luego, la primera instrucción que se ejecuta no es la primera instrucción del fichero suma.s.
A3.2.1. Explorando la memoria de programa
Para poder ver todas las instrucciones que ejecuta el simulador, se pulsa en el menú Debugger la op ción Reset -> Processor Reset. Luego, se procede a visualizar la memoria de programa mediante el menú View ->Program Memory.
APLICACIÓN .3: PONIENDO EN MARCHA EL SIMULADOR
217
Program Memory Line ; Address
Q4QÌ00
00002
000000
00004 00006 00008
Labei
Disassembly goto _ceset nop _DefaultInterrupt _De£aultInterrupt _Defau.Lt Interrupt DefaultInterrupt
0001A8 0 0 0 1A8 0 0 0 1A8
0000À ;<■; ;
Opcode
00000
0001À8
______ __ _________________
Opcoce Hex | Machine ||' Symbo'lic
PSV Mixed | PSV Data
Figura A3.3. Visualization de la memoria de programa.
La ventana de la Figura A3.3 muestra el contenido de la memoria del programa. Es el programa que realmente ejecuta el procesador. La ventana dispone de varios botones en la parte inferior que permiten visualizar dicha información de distintas formas. Quizás la más apropiada para seguir el ejemplo sea la que adopta la ventana por defecto, llamada Symbolic. En la columna Dissasembly se puede observar la primera instrucción del programa: goto reset. Por eso lo primero que hace el programa es atender la rutina de Reset. También puede observarse una flecha en la parte derecha de la misma figura. Esa flecha indica cuál es la próxima instrucción que va a ejecutar el simulador. Ahora sí, al pulsar Debugger -> Step Into, se aprecia cómo la flecha se va desplazando por la memoria de programa. Puede resultar interesante intentar descifrar lo que va haciendo el programa. Obsérvese que el programa pasa por una rutina de inicialización de datos, llamada _data_init, y cómo se ejecutan otras instrucciones hasta que llega a la primera instrucción del fichero suma.s. ¿Cómo sabremos que ya ha llegado esa prim era línea de nuestro fichero? Al seguir ejecutando paso a paso el programa lle gará un punto en el que en la columna Label de la ventana de exploración de la memoria del pro grama, aparecerá la etiqueta niain. (Figura A3.4.)
204 205 206 207 208 209
0 0 1 96 0 0 1 98 0019À 0019C 0019E 001A0
0 00000 DA4000 FE0000 200010 200021 400001
nop R e se rve d B R re s e t m ov.w # 0 x 1 , wO m ov.w # 0 x 2 , w l a d d .w w O ,w l,w O
m a in suma 2
. O pcode H ex
M achine | Symbolic
PSV M ixed
PSV D a ta
Figura A3.4. Encontrando el inicio de nuestro programa,
A3.2.2. Estableciendo puntos de ruptura y ventanas de inspección
Otra opción, mucho más cómoda y sencilla, es utilizar un punto de ruptura para saltar todas las ins trucciones anteriores. Sin necesidad de abrir la ventana de exploración del programa, se crea un punto de ruptura en la primera instrucción mov del fichero suma.s. Para crear dicho punto de rup tura, basta con hacer doble clic con el ratón en la parte izquierda de la línea de código donde se de see que se pare el programa (en la Figura A3.5 dicha posición está marcada con una letra B). Al
218
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
hacerlo, aparecerá una B en dicha línea, que indicará que en esa línea existe un Breakpoint o pun to de parada. Para quitarlo puede volver a hacer doble clic con el ratón en ese punto y desaparece rá la B y el punto de parada.
;
C r e a c ió n
de
n ú a e ro i
in p a r e r
. g l o b a l _ J ta in
-t-e x c m a in :
r io v
# 0 * 0 0 0 1 ,W 0
;M o v c í i o s
un
uno
a
M0
svmaZ: nov add
# 0 x 0 0 0 2 ,K1 T 0 O ,¥ 1 ,M O
;M o v e 3 c o s ; s u in a a io s ;e l
y o to
sum aZ
un «1
2
r e s u lta d o
; R é p e c li a o s
a l
r e ç is c r o
r e s is t ro
e l
«&
W0 y
ü l V I
y
d e j& m c s
VO
b u c le
sun&2
. end
Figura A3.5. Añadiendo un punto de parada en el programa.
A continuación, tras provocar de nuevo un Reset (Debugger -> Reset -> Processor Reset), en vez de pulsar D ebugger-> Step Into, que ejecuta una sola instrucción, se accede al menú Debugger ->Run. M ediante esta opción, el programa se ejecuta y rápidamente aparece la flecha encima del punto de parada marcado por B, lo que significa que se ha ejecutado todo el código inicial hasta esa linca. El contador del program a se encuentra apuntando a la prim era dirección del código. Para com prender los resultados de la ejecución del código se debe poder observar ios valores de los registros WO y W l. La ventana Walch del menú View perm itirá añadir cuantos elementos se deseen monitor i zar. f. . . . . . . — ■ I
-
W atch
Ê Ü B
Add SFR) ÍACCA A d d re s s
| Watch 1
Watch 2
_v ; [ Add Symbol)
v
j __ SP
S y m b o l Mame
j
V a lu e
Watch 3 j Watch 4 j
Figura A3.6. Ventana de inspección de valores Watch.
Desde la ventana de la Figura A3.6, se añadirán los registros W0 y W 1 para ir monitorizando los valores que van tomando cada uno de ellos. Desplegando la lista que se encuentra a la derecha del botón Add SFR se selecciona el registro WREG0 y a continuación pulsando el botón A dd SFR, se añade dicho registro a la ventana de inspección. Se repite este proceso con el registro WREGJ, de forma que la ventana Watch quede como la de la Figura A3.7.
■
W atch
Add SFRj jWREGI
V:j (A d d Symbol]
A d d re s s
| j Watch 1
m
SP
S y m b o l Name WREGO WREG1
0000 0002 '
E
219
i
APLICACIÓN 3: PONIENDO EN MARCHA EL SIMULADOR
V a lu e 0x0000 0x0000
r
i
i
Watch 2 j Watch 3 1 Watch 4 ¡
Figura A3.7. Ventana de inspección con los registros WRECO y WREC1.
Al ejecutar el programa paso a paso se conocerán los valores que van tomando de los registros. Al pulsar la tecla F7 {Debugger -> Step Into) se observará el nuevo valor de WREGO que será 0x0001, que se corresponde con la ejecución de la instrucción
que mueve el valor 1 a W0. Además aparecerá en rojo para indicar que acaba de ser modificado di cho valor.
A 3 .2 .3 . R esolviendo el e je rc ic io d el tem a a n te rio r
Al pulsar de nuevo F7 se observa cómo WREG1 tom a el valor 0x0002 correspondiente a la ins trucción
y al pulsar F7 WREGO tom a el valor 3, resultado de sumar WREGO y WREG1. Pulsando F7 el programa vuelve a la instrucción de carga del registro W REG1. Al ejecutar esta instrucción de nuevo, se vuelve a m over un 2 a W l, que ya tenía un 2. Luego es ta instrucción no es muy interesante que esté aquí. Se está repitiendo esta instrucción constante mente cuando no es necesaria. Si recuerda, en el tema anterior se proponía como ejercicio mejorar el programa. Esa mejora se refería a esta cuestión. El program a sería más óptimo si se colocara es ta instrucción antes de la etiqueta suma2. Puede observarlo en el Listado A4.1.
220
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
ill
\.t 4 ' . ' . l ; Programa Ejemplo l.s ««»*»
. 1,
;•;
mí ; Creación de números impares .global _main .text __main: mov #0x0001.W0 mov #0x0002,W1 suma2: add W0,W1,W0 goto suma2 .end
• • : ••
;Movemos un literal a W0 ;Movemos un 2 al registro W 1 ;sumamos el registro W0 y W 1 y dejamos ;el resultado en W0 ¡Repetimos el bucle suma2
•I'XÍOX.
Ü ¿p W&f:
Listado A4.1. O p tim ización del p rim e r programa.
Si se sigue pulsando la tecla F7 se aprecia cómo el programa no tiene fin y como el registro WREG1 no varía nunca, manteniendo siempre el valor 2 y, sin embargo, WREGI va tomando los valores de los números impares: 1, 3, 5, 7, 9,... Ejercicio:
Una vez depurado el programa en ensamblador, trate de hacer lo mismo con el programa en lenguaje C. Simúlelo en pantalla observando cuál es la primera instrucción que se ejecuta, añada un punto de parada e inspeccione los valores que va adquiriendo WREG0.
A3.3. CARACTERÍSTICAS DEL SIM ULADOR
En el resto de aplicaciones de esta segunda parte del libro se emplea este simulador, de ahí la im portancia en conocer a fondo esta herramienta. Sin abandonar el prim er ejemplo, se estudió el problema del acarreo por desbordamiento en la suma, que se producía al sumar 2 a OxFFFF. La capacidad del registro de 16 bits se desborda y en tonces se activa el bit de acarreo (C) para indicar que el resultado que aparece en el registro WREG0 es incorrecto y le falta un bit por delante. Existen varias posibilidades para estudiar esta situación. La primera, y la peor, sería pulsar F7 hasta que el registro WREGO tenga el valor OxFFFF y después hacer la suma y observar el bit de acarreo. Una de las características que tiene el simulador es que permite cambiar ciertos valores de re gistros, posiciones de memoria, etc. Así, la segunda opción para mostrar cómo entra en acción al bit de acarreo es cam biar el valor del registro WREGO a OxFFFF. Para ello, se utilizará otra ventana que permite visualizar el valor de WREGO y el del registro SR, que es el encargado de indicar, entre otros, el valor del acarreo. Esta opción se encuentra disponible en la ventana View -> 10 Special Function Registe rs, representada en la Figura A3.8. En primer lugar se debe reiniciar el programa mediante la opción del menú Debugger -> Reset -> Processor Reset. A continuación, pulsando F9 se consigue que el programa llegue hasta el pun-
APLICACIÓN 3: PONIENDO EN MARCHA EL SIMULADOR
□PE*
Special F u n c tio n Registers
Address s SFR Name MR EGO 0000 0002 WREG1 WREG2_____ 0004 0003 000A oooc
nnnv
221
VJREG4 UREG5 UREG6 TTDlTf'V?
Hex 0000 0000 0000
0 0 0
0000 0000 0000 nnnn
0 0 0 n
i lo 1 e n s a rn b la d o i\c rtO c 3I0 1 e n s & m b la d o r\c rt 1 c d Io 1 e n s a m b la d o r\s u m ¡
Figura A3.8. Inspección de registros.
to de ruptura, inicio del programa. Seguidamente, pulsando dos veces F7 se ejecutan las dos pri meras instrucciones. Es entonces cuando en la pantalla de Special Function Registers, WREGO to ma el valor 1 y WREG1 toma el valor 2. Pero como se desea acelerar el proceso del desbordamiento, haciendo clic en la ventana de Special Function Registers, dentro del valor de WREGO en hexadecimal escribe FFFF, de forma que la pantalla es la de la Figura A3.9. y g js
M i S p e c ia l 1 u n c tio n R e g is te rs j
JLclclress V 1 0000
SFR K arre
ÍÍREGO ■SP.EG l
1 0004
WRSG2
0006 0008 non j
»R Z04
i
»ex 1 FT7T
D e c im a i
|
••'S
__ [ _ooooM 3S5BHEBBHBI■ 0000 0
..
u»sr.«;
H
3
B
H
0
0000 0000
0
nnnn
n
Figura A3.9. M odificando el valor de WREGO.
Ahora, sí se ha alcanzado la situación necesaria para observar el fenómeno de la generación del acarreo. El cursor verde que indica la próxima instrucción a ejecutar debe estar sobre la instrucción de suma add. Pulsando F7,el procesador realizará la suma y se observará que el resultado en WREGO pasará a 0001 y que el registro de estado SR, situado en la misma ventana de Special Function Registers, indicará que se ha producido un acarreo en la suma, al activarse el bit C de menos peso del registro y el bit DC que es el noveno. (Figura A3.10.) ■
Spécfol h ifttrln n Rogitlerc SFR Kerne Adeleca» \' 1 0342 SR O Zi-i CORCCtt sodcccc 003 S 0D48 XBOÖCRT XKAD2XD OD9A
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Esx
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0"010210 CODO
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Figura A3.10.E/ registro SR muestra que se ha producido acarreo.
A 3 .3 .1 . C o n fig u ra n d o el s im u la d o r y c o n ta n d o e l tie m p o
En muchas ocasiones, interesa saber cuánto tiempo tarda en realizar ciertas operaciones el dsPIC. Naturalmente, eso depende de la configuración del circuito del reloj. Para analizar estas y otras características el sim ulador dispone en el menú D ebugger -> Settings... de varias opciones de configuración.
222
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
Simulator Settings Uartl 10
>
Animation Ì Reaftima Updates
Ose/T race
Break Options
jj
|
Limitations SCL Options
Processor Frequency ' Units: — ® MHz
i
m
O KHz O Hz
Trace Options □ Trace All
f~ l B reak on Trace Buffer Full
} Aceptar j
| Cancelar
Aplicar
Figura A3.11. Configuración del simulador.
M ediante el cuadro de diálogo representado en la Figura A 3.11 se puede configurar aspectos ta les como el circuito del reloj conectado al controlador, opciones de ruptura, establecer las rutas de los ficheros que van a simular, la entrada y salida serie por el puerto UART, observar las limitacio nes del simulador, etc. El simulador también permite controlar el tiempo transcurrido en la ejecu ción de un programa. Así, se puede colocar un punto de ruptura y al parar en dicho punto, median te el menú D ebugger-> Stop Watch se puede conocer el número de ciclos de instrucción ejecutados, el tiempo transcurrido desde que se inició el programa hasta dicho punto, etc. A modo de ejemplo, se propone averiguar qué tiempo transcurre desde que empieza el progra ma hasta que llega a la primera instrucción mov del fichero suma.s. Para ello, una vez cargado el pro yecto suma en ensamblador, se establece un punto de ruptura en la primera mov (doble clic a la iz quierda de la instrucción). Este ejemplo utiliza el programa suma.s modificado con la corrección descrita en el apartado anterior. Tras resetear la simulación mediante la tecla F6 (Debugger -> Re set -> Processor reset) se debe pulsar F9 (Debugger -> Run) y al detenerse la ejecución en el pun to de ruptura acceder a la pantalla Debugger -> Stop Watch.
Stopwatch ( Synch] Instruction Cycles I
Zero
T,me
l uSecsJ
Processor Frequency
Total Simulated 32
32
6.400000
6.400000
(MHz)
20.000000
Figura A3.12. Contando el tiempo empleado por el controlador.
En la Figura A3.12. se observa cómo el número total de ciclos de instrucción empleados para eje cutar las rutinas de inicialización es de 32. Y el tiempo empleado, a una frecuencia de 20 MHz, ha sido de 6.4 j j s .
APLICACIÓN 3: PONIENDO EN MARCHA EL SIMULADOR
223
Al continuar pulsando la tecla F7 y accediendo a la ventana StopWatch, puede conocerse el tiem po empleado y el número de ciclos de cada instrucción. ¿Podría localizar una instrucción que se eje cute en 2 ciclos de instrucción en el programa de suma? E je rcicio :
Confeccione un program a que genere 10 números pares. ¿Cuánto tiempo tardará en ser ejecutado el programa con un cristal de 10 MHz? La solución dependerá del código empleado en el programa. Trate de confeccionar el programa más rápido, que utilice menos ciclos de instrucción. U na posible solución podría ser la siguiente: .global _main .text .main: repeat #0x04 add #0x0002,WQ nop .end
Este programa repite 5 veces la suma del contenido W0 más 2 para ir generando los 5 primeros números pares. Y tras esto coloca una instrucción nop, donde se puede establecer un brcakpoint o punto de ruptura y así medir el tiempo transcurrido hasta dicha instrucción. Se configurará el reloj del simulador mediante la opción Debugger -> Settings, de forma que la frecuencia de dicho reloj sea de 10 MHz. Una vez establecido el punto de ruptura en la instrucción nop y configurado el simulador, al eje cutar el programa con la tecla F9 (Debugger -> Run) y cuando el programa se detenga en dicha ins trucción, se debe acceder al menú Debugger -> StopWatch para observar el tiempo empleado, que en este caso será de 15,20 jas. Una de las nuevas instrucciones que se han desarrollado para los dsPTC es repeat. M uchos de los cálculos realizados en el tratamiento de señales son de carácter repetitivo, de ahí que se haya aña dido esta nueva instrucción al repertorio de instrucciones. Podría desarrollarse el program a en C y observar si hay alguna diferencia en el tiempo de ejecución entre éste y el desarrolado en ensam blador. Una posible solución en lenguaje C podría ser el siguiente programa: #inc!ude "p30f4013.h" int main(void) í
in tc o n t= l; int num = 0; while(cont <6) ( num = 2 + num; cont+-K I
re tu rn 0;
224
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
En lugar de utilizar el registro WREG, esta solución emplea variables, que es la forma más ha bitual de programar en el lenguaje C. Naturalmente, el programa se podría depurar para hacerlo óp timo, pero ésta es una solución típica en este lenguaje. Los números pares se generan en la variable num. Para poder observar el valor que toma esta va riable, se deberá hacer uso de la opción View -> Watch y seleccionar dicha variable en la lista Add symbol, y pulsar dicho botón. Al colocar un punto de ruptura en la última instrucción del programa, se puede conocer el tiempo empleado en esta solución. Se debe cambiar la configuración del simulador para que la velocidad del reloj sea de 10 MHz, al acceder al menú Debugger -> StopWatch. El tiempo empleado es de 34,4 ,us. La diferencia de tiempo es importante. No debe pensarse que siempre se dan estas diferencias tan grandes de tiempo para conseguir la misma solución en C y en ensamblador. De hecho, los dos pro gramas aunque parecidos no hacen exactamente lo mismo, y es por esto por lo que la diferencia se agranda. Pero sí se confirma que con el lenguaje ensamblador bien utilizado se pueden optimizar los programas. Sin embargo, con el lenguaje C se pueden realizar operaciones de una form a más ami gable, sin tener que conocer tan profundamente la arquitectura interna del controlador, obteniendo un mayor rendimiento en la fase de programación.
AUTOEVALUACIÓN C onceptos clave de este c a p ítu lo
1. ¿Qué depuradores soporta la herramienta MPLAB IDE?¿Dónde puede conocer las limitaciones del simulador software ? 2. ¿Qué pasa cuando se ejecuta un programa paso a paso?¿Cuándo se ejecutan las instrucciones del código fuente? 3. ¿Cómo se puede observar con el simulador el número de ciclos que tarda en ejecutarse una ins trucción? 4. Describa las limitaciones del simulador 5. ¿Mediante qué opción del menú se podría visualizar parte de la memoria de datos EEPROM?¿Po demos desde el MPLAB IDE escribir en ella?
E jercicios
^^^^^^S^SSSS^BSSSBSSSSSSSSSS^BSSBStBSSBSaBSBSSBBBSSBBSSBSSSBBKaSSSBSSSSBSSSSS^ Confeccione un programa en ensamblador que contenga la instrucción ADD, MOV, GOTO y CPSEQ. A continuación simule el programa y calcule el número de ciclos de instrucción en los que se ejecuta cada una de esas instrucciones. Confeccione un programa en lenguaje C que le permita observar cómo cambia el bit de acarreo de la palabra de estado.
- -
APLICACIÓN
Manejando las instrucciones típicas de los dsPIC A4.1. IN T R O D U C C IÓ N
En este terna se proponen diversos ejemplos de aplicación que se simulan con el MPLAB SIM y que contienen instrucciones específicas de los dsPIC.
A4.2. MANEJO DE INSTRUCCIONES DE SALTO EN ENSAMBLADOR
Para aquellos lectores que no han trabajado con anterioridad con el lenguaje ensamblador, puede re sultarles algo complicado manejar las instrucciones de salto. Hay dos tipos básicos de instrucciones de salto: Instrucciones de salto incondicional e instruc ciones de salto condicional. Las instrucciones de salto incondicional rompen el flujo de control en la ejecución del programa saltando a la dirección que se indique, es el caso de GOTO Etiqueta, BRA Etiqueta y CALL Etiqueta. Las instrucciones de salto condicional evalúan una condición y, en función del resultado de la misma, actúan de una forma u otra, es decir, saltan o no saltan. La instrucción BRA C es de salto condicional, de forma que se salta a la dirección de la etique ta si C = l y se ejecuta la instrucción siguiente si C = 0.
;Ejemplo de instrucción BRA MOV #0Xffff, WO ADD wO,#0X000l,W0 BRA CSALTO
;Movemos OXffff a WO ;Sumamos 1 a W0 para provocar el acarreo ;Si se activa el bit de acarreo salta a la etiqueta SALTO
SALTO:
También existen otras instrucciones de salto condicional, denominadas instrucciones de com paración y salto, por ejemplo la instrucción C.PSEQ, utilizada en el ejercicio de autoevaluación del 225
226
dsPIC DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
tema anterior. En el siguiente ejemplo, se utiliza la instrucción CPSEQ para buscar el primer nú mero mayor que cero que es “simétrico” respecto a los dos bytes de un valor. Es decir, que si se in tercambia la posición de sus dos bytes, se mantiene el valor.
MOV #0x0000,WO SUMA: ADD W0,#0x0001 ,W0 MOV W0.W1 SWAPW1 CPSEQ W0.W1
•• •
.
:Cargamos W0 con 0 ;Sumamos I a W0 ;Movemos W0 a W l ¡Intercambiamos los bits de W 1 ;Si los W0 y W1 son iguales salta la ;siguiente inst. ¡Realiza la suma ;Tratamiento de simétricos
. GOTO SUMA SIMETRICOS: .
>>>>X ‘>X XVVV‘X*^>!*>> -X*>X'XX'X X'SXx-x-.-x-x-x-X\-X'X-X-X-X-X■-.'■ x-x-v-:-x-X ;>-V ¡‘W <‘X jXX ^*x*x.X v,xx
y/'í-s. *x -x-x ■;•• ••
. x-x.,.:
En este ejemplo la instrucción CPSEQ primero comprueba que W0 y W1 tienen el mismo valor. Si no es así no hace nada y el programa sigue su curso ejecutando la siguiente instrucción GOTO SUMA. Una vez que W0 y W1 sean iguales, la instrucción CPSEQ hará que se salte la siguiente ins trucción GOTO SUMA y el programa accederá a la parte del programa etiquetada como SIME TRICOS. El programa ya habrá encontrado el prim er número simétrico mayor que cero.
A4.3. MANEJO DE INSTRUCCIONES DSP. INICIALIZACIONES Los dsPIC. incluyen 19 nuevas instrucciones específicas para el tratamiento de señales. En el si guiente ejemplo se estudia el manejo de la instrucción MAC. Esta instrucción puede resultar espe cialmente interesante para implementar un filtro FIR, cuya ecuación general se corresponde con la siguiente fórmula: yn = b0xn+ b,xn.| + b2x „_2 + b3Xn-3
La instrucción MAC puede ayudamos a resolver esta ecuación de forma rápida. Los coeficientes bo, bi, b2 y bí, así como los valores de xn, xn.j, xn.2 y xn.3, se representan en la siguiente tabla: b¡
Xn
0x0001
0x0002
0x0003
0x0005
0x0007
0x0002
0x0001
OxQOÓF
Para aprovechar al máximo la potencia de esta instrucción y hacer esta operación matemática lo más rápidamente posible, se deben alojar los coeficientes b¡ en el espacio de la memoria de datos X y los x¡ en el espacio Y, para que el controlador pueda acceder a los dos operandos simultáneamen te. El primer paso en el programa será colocar dichos datos en sus zonas correspondientes. Para ello se define una sección data en el espacio X, a partir de la dirección de memoria 0x0800, de tipo pa labra, llamada coeficientes, donde se almacenarán los valores de b¡.
APLICACIÓN 4: MANEJANDO LAS INSTRUCCIONES TÍPICAS DE LOS dsPIC
227
¡Programa MR global jtnain ¡Sección de datos X de la memoria. section coeficientes, data, xmemory. address(0x0800) bi: .hword 0x0001, 0x0003,0x0007,0x0001
Mediante estas instrucciones se ha creado una zona en el espacio X desde la posición 0x0800 hasta la 0x807 incluida con los datos correspondientes a b*. Luego se crearán las entradas corres pondientes a xn a partir de la posición OxOCOO en el espacio Y.
;Seceión de datos Y de la memoria. .section inputs, data, ymemory, address(OxOCOO) .........
u ............. r u ;n / \ n n
n „ j\ Á A c
r i.,n n n 't
n ..n n n r ?
Nótese la correspondencia de los datos de la tabla con los de la definición de la sección inputs.
.text ££&:■:
V:; ••••:
_main:
bset CORCON,#OxO
;Operaciones con enteros.
Al comenzar el programa se establece a 1 el bit 0 del registro CORCON para indicar que las ins trucciones DSP trabajan con números enteros. Luego, mediante los registros W 4 y W6, se recogen los datos de los espacios de memoria X e Y, respectivamente, y los registros W8 y W 10 actúan co mo punteros de las direcciones de la zona de memoria donde residen los coeficientes b¡ y xn.
mov #búW8 mov [W8++],W4
:Mover Ja dirección de bi a W8. ;E1 contenido de la dirección de W8 lo llevamos a W4 y ;de jamos W8 apuntando al siguiente dato.
Se debe introducir el dato de la primera multiplicación b0 en W4. Este dato se encuentra en la sección etiquetada como bi. Luego la instrucción mov #bi, W8 introduce en W8 la dirección de me moria 0x800, que es donde se encuentra b0. La siguiente instrucción mueve el contenido de la posición de memoria que se encuentra en W8 al registro W4. Es decir, lee la posición 0x0800, cuyo dato es OxOOFF, y lo guarda en W4. Además el programa ha realizado otra operación que es postincrementar la dirección apuntada por W8. Es decir, que con la mism a instrucción se consigue dejar W 8 apuntando al siguiente dato situado en la posición 0x0802, b|.
228
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
¡Mover la dirección de xn a W10. ¡Contenido de la dirección W 10 a W6. Dejamos W6 ¡apuntando al siguiente dato
El programa realiza una operación similar con los datos xn, apuntándolos con el registro W10 y almacenando el dato en el registro W6. Así, deposita xn en W6 y deja W10 apuntando a xn-i. Con las instrucciones descritas se realizan las siguientes acciones: • • • • • •
Colocar desde la posición 0x0800 los coeficientes b¡ (espacio X) Colocar desde la posición OxOCOO los valores de x„ (espacio Y) Recuperar en W4 el prim er valor b0 Recuperar en W6 el prim er valor xn Apuntar con W8 al siguiente valor b| Apuntar con W 10 al siguiente valor xn.j
A continuación el programa realizará cuatro multiplicaciones y las irá acum ulando en el acu m ulador A. Las cuatro sumas correspondientes a la fórmula general anteriorm ente descrita, yn = b0xn+ biXn-i + b2x n_2+ bjxn.3, se ordenan m ediante la instrucción repeat #0x003.
repeat #0x0003 ¡repetimos 4 MAC, una para cada suma.
Los dos componentes del prim er sumando de la fórmula (b0 y xn) se encuentran en W4 y W6. Hay que multiplicarlos entre sí y mover el contenido de la posición de memoria apuntada por W8 a W4 (para así tener en W4 el siguiente operando bi) y mover el contenido de la dirección apuntada por W lO a W6 (xn,a W 6 ) . -.' ; =-• • mac W4*W6,A,[W8]+=2,W4JW 10]+=2,W6
Además, y para dejar preparada la instrucción para repetirse la próxima vez, se postincrementa W8 y W10 en dos unidades (datos de tipo word), para que apunten a los siguientes datos b2 y x„_2 y que se manejan en el algoritmo. Al repetir 4 veces la instrucción mac, se realizan las 4 multiplicaciones necesarias a las que se suma el resultado de la mac anterior. Es conveniente comprobarlo con el simulador. El programa completo se corresponde con el siguiente listado:
¡Programa FIR ‘ ; Autor: Aritza Etxebarria Ruiz ¡resolución de la ecuación yn=b0Xn+blXn-l+b2Xn-2+b3Xn-3 típica de filtros FIR .include ,,p30f4013.inc,, .global _ma.in ¡Sección de datos de Ja Memoria X. Coeficientes b0,bl,b2 y b3 .section coeficientes, data, xmemory, address(0x0800) bi: .hword 0x000 j, 0x0003, 0x0007, 0x0001
APLICACIÓN 4: MANEJANDO LAS INSTRUCCIONES TÍPICAS DE LOS dsPIC
229
¡Sección de datos de la memoria Y. Xn. Xn-1, Xn-2, Xn-3 .section inputs, dala, ymemory, address(OxOCOO) xn: .hword 0x0002,0x0005,0x0002, OxOOOF .text _main: bset CORCON.#IF ¡Operaciones con enteros mov #bi,W8 ¡Mover la dirección de bi a \V8. mov [ W 8 + + J .W 4 ¡El contenido de la dirección de W8 io llevamos a W4 ¡y dejamos W8 apuntando al siguiente dato, mov #xn,W 10 ¡Mover la dirección de xn a W 10. mov fW10++],W6 ¡Contenido de la dirección W 10 a W6. Dejamos W6 ¡apuntando al siguiente dato repeat #0x0003 ¡repetir 4 veces (una por cada suma de la ecuación) mac W4*W6,A,LW8]+=2,W4,[W 10]+=2,W6 ; Instrucción MAC, Multiplicación y acumulación. ; Multiplicamos W4 y W6 y lo sumamos al contenido del acumulador A ¡ Además, movemos el contenido de W8 a W4, coeficiente b ¡ y postincrementamos W8 para que apunte al siguiente coeficiente b ¡ Así mismo, y gracias a que se encuentra en la zona de memoria Y, también podemos ; hacer que W6 recoja el dato apuntado por W 10, es decir el siguiente Xn ; y postincrementamos W 10 para que apunte al siguiente Xn. nop ¡ No operar. .end .
Recuerde crear el proyecto e introducir el programa descrito. Establezca un punto de ruptura o breakpoint en la prim era instrucción bset y ejecute el program a paso a paso para observar el fun cionamiento del mismo. Puede comenzar por observar los datos del espacio X y los del espacio Y. Para ello, acceda al me nú View -> File Registers y seleccione la pestaña XY Data en la parte inferior de la misma, para ob servar las posiciones 0x0800 y OxOCOO donde encontrará los coeficientes utilizados. (Figura A4.1.)
■
T i l e R o g i t l c r s :1 S iac Jrm s
S r
I
bus l
0800 am o 0820 3830 9040 0850 0860 0070 0630
0000
0000 □□OD
noon oaoo
0000
OCDO
0000 OGOO
0000
oooo oaoo
0000 OCDO
0£90 0SA 0
B
I Á
j1 o c ì□ E 0 0 . ,lL ° ¡ _ L ° i _ J 1 O S 11. 00 :! ^ nocD nop: DUOU o u o o ocoo 0003 0 0 0 ’ DUCO OGOO o o o o OOCD OOOD o o o o OCOO o c o o OCDO o c o o OOCD u o o o OOCD 0 0 0 0 oooo OCDO OODO o u o o 0000 ocoo 0000 0 0 0 0 OOOO o o o o
OC DO
OGOO
ocoo OC DO
OGOO
ocoo oooo 0000
OODO
ocoo
oooo
OCDO
ocoo
oooo
OCDO ocoo
oooo nouo
OCDO UOD0
ULJU
oooo
GODO
0000
OODO
OOOO oooo CDOO
oooo oono
oooo oooo
OOOO COOG
OCOO OOOO oooo
_ _ _
'/ X v X v
OOOG
aooo
OOOO
CDOC
OOOO
............ 3
_ _ _
■ f M A d d cfess 0 C 10 0 C 20 0 C 30
V Y
□002 0000
Y
OC DO □eoo GODO
Y Y Y
0 C 40 ccso O C6 0
Y
0C 70 0 C8 0 0 C9 0
Y Y V
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OCDO 0000 OODO 0000
p r u ” L S I 1 06 oono 0 CD7 0 1 -.0 o o o o c o o c i 0000 OCDO OCDO OOOC CDOO o o o o 0 0 0 0 OOOC ODOO o o o o CDOO oooo OOOO o o o a OC 02
0000 oono 0000
oooo □000
CDOO CDOO
OOOC
CDOO
0300
CDOO OOOC
COOC OOOO
OOOO OOOO
oooa oooa OOOC OOOC? oooo
CDOO oooo oono oooo oooo
r 01S6 CDOO oooo oooo oooo oooo oooo OOCO ooco oooo
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0000 0000 cooc ODOO
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1| W D íte
Figura A4.1. Visualizando el área de datos de los espacios X e Y.
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i cooo 0000 ODOO oooo 0000 oooo ooao DOGO ooco oooo
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>5
230
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
Hasta llegar a la instrucción MAC ejecutando el programa paso a paso (F7) observará cómo W4 contiene el prim er coeficiente, W8 apunta al siguiente coeficiente en la posición 0x0802, W6 por el contrario contiene a Xn y W 10 apunta al siguiente coeficiente en Ja posición 0x0C02, Puede obser var estos datos en la ventan de File Registers, en la vista Symbolic. (Figura A4.2.)
File Registers ÜÜÜG 0002 0004 0006 0008 000A OOOC 00 0 E 0010 0012 0014 n n
* f
0000 0000 0000 0000
0 0 0 0
00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000 00000001
0000
0
00000000
0C02 nnnn
3074
00001100
00000010
UREGO UREG1 TJREG2 UREG3 UREG4 UREG5 UREG6 UREG7 WREG8 WREG9 UREG10
nnr-.i-.r-.t-.i-.i-.
r-.i-.r-.r-.nr-.nt-.
TTT>
0001
1
00000000
01C2
450
00000001
11000010
0002
2
00000000
00000010
0000
0
00000000
00000000
0802
2050
00001000
00000010
00000000
r-.
4 H
Figura A4.2. Los registros generales.
Si continúa ejecutando el programa paso a paso, por cada vez que se ejecute la instrucción MAC, ésta acumulará en ACCA el resultado de la multiplicación de W4 y W6. Puede observar su valor mediante la ventana View -> Watch y añadir el SFR (Add SFR) y el registro ACCA. Con la primera ejecución de la MAC, el registro ACCA tom ará el valor 0x0002, resultado de multiplicar 0x0001 por 0x0002. Además, si se fija en W8 y W10, comprobará que apuntan a los si guientes datos a recuperar en las direcciones 0x0804 y 0x0C04, mientras los registros W4 y W6 contienen ya los siguientes datos a multiplicar, 3 y 5. Con la segunda ejecución, al resultado anterior 2 debe sumarle el resultado de multiplicar 3 por 5. Así, el resultado en el ACCA deberá ser de 17 (0x0011). Los registros W8 y W10 apuntan a los si guientes datos. Con la tercera MAC, se añade al resultado anterior, 17, el resultado de la multiplicación de 7 por 2. Es decir, que en el acumulador se cargará el valor 17+ 14 = 31 = 0x001 F. Y ya con la última mul tiplicación, se añadirá al resultado anterior 31 la multiplicación de 1 por 15, cuyo resultado final es de 31 + 15 = 46 = 0x002E. (Figura A4.3.)
1Add SFR] [ACCA A d d re s s 0022
y
[Add Symbol] i_SP S y m b o l Name ACCA
V a lu e 0X000000002E
Figura A4.3. El acumulador ACCA contiene el resultado final de la operación matemática que es 2E.
Este ejercicio muestra el potencial de la instrucción MAC junto con la instrucción repeat. Pue de parecer trivial porque los datos de los coeficientes han sido introducidos de form a directa y ar bitrariamente en memoria, pero perfectamente podrían haberse introducido unos coeficientes cal culados con herramientas como las de la aplicación Diseñando Filtros Fácilmente y obtener los
APLICACIÓN 4: MANEJANDO LAS INSTRUCCIONES TÍPICAS DE LOS dsPIC
231
valores x„ com o resultado de una conversión analógico digital de una señal de entrada, para así ob tener rápidam ente la señal de salida filtrada. Una m uy parecida es la instrucción MSC, idéntica a la m ac, pero que en vez de acum ular va res tando el resultado de la m ultiplicación al acum ulador (ACCA = ACCA - X • Y).
A4.3.1. Otras formas de inicializar los programas El ejem plo anterior, inicializaba parte del espacio X y parte de la m em oria Y de datos con ciertos valores. Se puede realizar otro tipo de inicializaciones en los program as. E je m p lo de in ic ia liz a c ió n de m em oria de datos
;Sccción de datos del espacio X. Coeficientes b0,bl,b2 y b3 .«section coeficientes, data, xmemory, address(0x0800) bi: .hword 0x000 L 0x0003, 0x0007, 0x0001 ■Sección de dalos del espacio Y. Xn, Xn.-l, Xn-2, Xn-3 .section inputs, data, ymemory. address(OxOCOO) xn: .hword 0x0002, 0x0005, 0x0002. OxOOOF
Para realizar la inicialización se ha utilizado la directiva .section, luego se asigna un nom bre a dicha sección y se debe especificar si los datos pertenecen a la sección de código ejecutable (.text ), sección de datos no inicializados (.bss) o sección de datos inicializados (.data). En nuestro caso, son datos que se han inicializado con un valor, de ahí que se haya elegido data. Por último, se elige el espacio donde se quieren inicializar esos datos. Se utilizará .xm em ory pa ra indicar que los datos se alojan en el espacio X, .ym em ory para indicar que los datos se guardarán en el espacio Y o .n e a r para indicar que los datos se guardarán en la m em oria cercana. Sólo falta indicar a partir de qué posición de m em oria se guardarán los datos m ediante . adress .
.section .section
Coeficientes
data
Xmemory
Nombre asignado
Sección del
Localización de
Dirección
ti la sección
programa
los datos
de memoria
_y
address(0x0800)
.. . ’ •; Ymemory: datos
bss: Datos no inicializados.
en espacio Ynear: datos en memoria cercana
La siguiente línea m uestra cóm o siguiendo a la especificación del tipo de dato a inicializar, se in troducen dichos datos. bi: .hword 0x0001, 0x0003, 0x0007, 0x0001 Para obtener la dirección de los datos bi se utilizará la instrucción mov #bi, WREG0.
232
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DF APLICACIONES
AUTOEVALU A C IÓ N Conceptos clave de este capítulo
/. ¿Qué significa que una instruc. i i 4. ¿Para qué sirve la instrucción mac?
.... Ejercicios
b lX iy f
-
b 2 X n .2 ~
b -jX n -s
i » ruló se dan los siguientes coeficientes:
.V /.V .SV.V.V»V/AVAVAY.N VAVV.V/,
1
«
É ||
b;
*n
0x0001
OxOOFF
0x0003
0x0005
0x0007
0x0002
0x0001
OxOOOF
vv^A'X
■
X
Procure hacer el pro nuevas instrucciones DSP.
M A;:
APLICACIÓN
y escribiendo las memorias FLASH y EEPROM A5.1. MANEJANDO LA MEMORIA DE PROGRAMA FLASH Existe la posibilidad de guardar datos en la memoria de programa FLASH y para su manipulación se requiere poder leer y escribir los mismos. Los dsPTC disponen de dos recursos para el acceso a datos en la memoria FLASH: las instrucciones de Tabla y el PSV, que ya se han estudiado en la pri mera parte de teoría. Los controladores dsPlC, disponen de varias instrucciones para el manejo de “tablas”. Median te estas instrucciones se pueden leer y escribir datos en la memoria de programa. A continuación, se describe el funcionamiento de estas instrucciones mediante la elaboración de un ejemplo y su co rrespondiente simulación. Este ejemplo simplemente cargará en los registros W1 y W2 los datos de una posición de la me moria de programa, la posición 0x00300. Recordemos que las posiciones de memoria se componen de 3 bytes, por eso se necesitan 2 registros de 16 bits para guardar los datos. Más concretamente, se guardará en la parte baja de W1 el byte más alto de la dirección 0x00300 y los bytes más bajos de dicha posición en W2. El siguiente ejemplo muestra cóm o acceder a la posición 0x00300 utilizan do instrucciones de Tabla. •PROGRAMA TABLAS ¡Lectura de la memoria de programa. .include Mp30f4013.inc" .global main . le x l
jmaíii: ;Sé carga en TBLPAG el número de página : de la memoria a leer MOV #tblpace (#0x00300), W0 MOV W0, TBLPAG ;Hay que mover a WO, ei desplazamiento dentro ;de la página que se desea leer MOV #tbloffset (#0x00300), W0 233
234
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
Una vez establecida la dirección de la m emoria FLASH, se utiliza la instrucción TBLRDH (Lectura palabra alta de Tabla) para acceder al byte alto de la memoria de programa y TBLRDL (Lectura palabra baja de Tabla) para leer los 2 bytes más bajos de la dirección de programa.
; A continuación se carga en W1 el byte más alto de la memoria de programa TBLRDH [WO], W1 ; En W2 se depositan los 2 bytes más bajos de la memoria de programa TBLRDL [WO], W2 nop .end
Compile el programa y ponga un punto de parada en la primera línea del mismo. A continuación acceda al menú View-> Program Memory y vaya hasta la posición de memoria 0x00300 (atención, esta dirección está expresada en hexadecimal, no se confunda con la posición 300 en decimal) y cambie el valor por defecto FFFFFF por 123456. Ejecute el programa paso a paso debiendo en W 1 el valor 0x0012 y en W2 el valor 0x3456. La escritura en la memoria FLASH es un poco más complicada que la lectura. Se puede realizar en bloques de 96 bytes que se corresponden con 32 instrucciones. A este bloque se le denomina fi la. Para programarlo se usa un algoritmo que se describe a continuación, en el que existe una se cuencia de control que se debe seguir exactamente para realizar el proceso de grabado. •
1er paso: Borrar el contenido de los 96 bytes que se van a escribir en la memoria FLASH. Pa ra ello, a su vez, se seguirá el siguiente algoritmo: 1.1. M over al registro de control NVMCON el valor 0x4041, que significa que comienza una operación de borrado de memoria FLASH. 1.2. M over la dirección de la memoria a borrar a los registros NVM ADRU y NVMDR. En NVMADRU se guarda el byte más alto de la dirección a borrar y en NVMDR los dos bytes de menos peso de esa misma dirección. 1.3. Cargar ‘55’ al registro de control NVMKEY. 1.4. C a rg a r4A A’ al registro de control NVMKEY. Esta doble escritura en NUHKEY es un control de seguridad. 1.5. Poner el bit WR del rcgsitro NVMCON a 1. Cuando la operación de grabado finalice dicho bit pasará a 0 automáticamente.
•
2° Paso: M ediante las instrucciones de manejo de Tabla TBLWTL y TBLWTH, cargar las po siciones a grabar con los datos deseados. Los 96 bytes, ordenadamente.
•
3er Paso: Se escriben los 96 bytes mediante el siguiente algoritmo: 3.1. M over al registro de control NVMCON el valor 0x4001. que indica el comienzo de una operación de grabado de memoria FLASH. 3.2. M over #0x55 al registro NVMKEY. 3.3. M over #0xAA al registro NVMKEY. 3.4. Poner el bit WR del registro NVM CON a 1. Esperar a que se ponga a cero y en ese momento se habrán grabado en la memoria de programa los 96 bytes.
Para programar más líneas de memoria bastaría con repetir este algoritmo las veces que fuera ne cesario. A continuación se presenta el código correspondiente a este algoritmo.
APLICACIÓN .5: LEYENDO Y ESCRIBIENDO LAS MEMORIAS FLASH Y EEPROM
235
¡PROGRAMA GRABAFLASII .include np30f4013.inc" .GLOBAL _main .text main: ; SECUENCIA DE BORRADO MOV MOV MOV MOV MOV MOV DISI MOV MOV MOV MOV BSET NOP NOP
#0X4041,w() W0,NVMCON #tblpage( #0x300), W0 W0,NVMADRU #tbloffsei(#0x300).w0 W0. NVMADR #5 #0X55,W0 WUNVMKEY #0XÁA*W0 W0,NVMKEY NVM CON ,#0XF
¿CARGAMOS EN NVMCON 0X4041 ¡PARA INICIAR EL BORRADO ;MOVEMOS A NVMADRU ;LA PÁGINA DE MEMORÍA DE LA DIRECCIÓN A BORRAR ¡MOVEMOS A NVMADR ;LOS 2 BYTES DE MENOS PESO DE LA DIRECCIÓN ;DESHABILITAMOS INTERRUPCIONES EN 5 INSTRUCCIONES ¡MOVEMOS LA SECUENCIA ;DE 55 Y AA ¡AL REGISTRO DE CONTROL ¡NVMKEY, COMO CLÁVE DE SEGURIDAD ¡ACTIVAMOS EL BIT WR (EL BIT 15 DE NVMCON) ;PARA QUE SE INICIE LA GRABACIÓN ¡DEBEMOS INTRODUCIR 2 NOPS
; CARGA DE LOS DATOS EN MEMORIA : RELLENAMOS LA FILA COMPLETA DE 96 BYTES MOV MOV MOV
#0X(),W() WO.TBLPAG #0x300, W0
; PRIMERA INSTRUCCION MOV #0x1111,W2 MOV #0X0012,W3 TBLWTL W2,[W0] TBLWTH W3.[W0++J
; SEGUNDA INSTRUCCION MOV #0x 1111,W2 MOV #0X0011AV3 TBLWTL W2,[W0J TBLWTH W3,[W0+4*] ; INSTRUCCION 3 MOV #0x1111,W2 MOV #0X001LW3 TBLWTL W2.[W01 TBLWTH W3.| W0++]
¡MOVEMOS A TBLPAG ¡LA PÁGINA DE MEMORIA DE LA DIRECCIÓN A ESCRIBIR ¡DEJAMOS EN W0 EL DESPLAZAMIENTO DENTRO ¡DE LA PAGINA ;CARGAMOS EN W2 LOS 2 BYTES DE MENOS PESO A GRABAR ;CARGAMOS EN \V3 EL BYTE MAS ALTO A GRABAR ESCRIBIMOS EN LA DIRECCION APUNTADA POR W0 EL ;CONTENIDO W2 ¡EN LA PARTE ALTA EL CONTENIDO DE W3 ¡REPETIMOS ESTE PROCESO CON LAS 31 INSTRUCCIONES ¡RESTANTES. EN TOTAL. 32 VECES ¡CARGAMOS EN W2 LOS 2 BYTES DE MENOS PESO A GRABAR ¡CARGAMOS EN W3 EL BYTE MAS ALTO A GRABAR ¡ESCRIBIMOS EN LA DIRECCION APUNTADA POR W0 EL ¡CONTENIDO W2 ¡EN LA PARTE ALTA EL CONTENIDO DE W3 ¡CARGAMOS EN W2 LOS 2 BYTES DE MENOS PESO A GRABAR ¡CARGAMOS EN W3 EL BYTE MAS ALTO A GRABAR ¡ESCRIBIMOS EN LA DIRECCION APUNTADA POR W0 EL ¡CONTENIDO W2 ¡EN LA PARTE ALTA EL CONTENIDO DE W3
236
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
Se debe repetir el código de las 4 instrucciones finales hasta completar las 32 instrucciones a gra bar. En todas ellas se está grabando el mismo dato #0x l i l i l í en la posición de memoria indicada.
; INSTRUCCION 32 MOV #0x 111 l,W2 MOV #0X001LW3 TBLWTL W2,[W0] TBLWTH W3,[W0++]
¡CARGAMOS EN W2 LOS 2 BYTES DE MENOS PESO A GRABAR ¡CARGAMOS EN W3 EL BYTE MAS ALTO A GRABAR ¡ESCRIBIMOS EN LA DIRECCION APUNTADA POR W0 EL ¡CONTENIDO W2 ¡EN LA PARTE ALTA EL CONTENIDO DE W3
; PROCEDIMIENTO DE ESCRITURA MOV #0x4001, W0 MOV WO,NVMCON
¡INDICAMOS AL REGISTRO NVCOM CON EL DATO 0X04001 ¡QUE DESEAMOS GRABAR DATOS EN MEMORIA FLASH
DISI #5 MOV #0X55,W2 MOV W2.NVMKEY MOV #0XAA,W 1 MOV W 1,NVMKEY BSET NVMCON,#WR NOP NOP ESPERA2: BTSC NVMCON,#WR GOTO ES PER A2 NOP .end
¡DESHABILITAMOS INTERRUPCIONES EN 5 INSTRUCCIONES ¡GENERAMOS LA SECUENCIA DE CONTROL DE SEGURIDAD ¡’55’ Y V\A’ EN NVMKEY
¡ESTABLECEMOS A 1 EL BIT WR DE NVMCON PARA QUE SE ¡INICE LA GRABACIÓN ¡ Y ESPERAMOS CON 2 NOP ¡ASÍ MISMO ESPERAMOS A QUE EL BIT WR ¡PASE A 0 ¡PARA SEGUIR CON EL PROGRAMA
Se puede ejecutar el programa y observar su resultado con el simulador. Para ello se recomien da establecer 3 punios de ruptura. El primero se coloca en la primera instrucción del programa, el segundo en la prim era instrucción de carga de datos en memoria, y el último en la última instruc ción NOP del programa. Al comenzar la simulación y pararse el programa en la prim era instrucción, se puede acceder a la memoria de programa para modificar la posición en la que se van a grabar los datos, posición 0x00300, y sustituir el valor OxFFFFFF por otro, por ejemplo, Ox AAAAAA. Al seguir la simulación hasta el siguiente punto de ruptura, se debe observar cómo el valor de di cha posición de memoria ha cambiado por el valor OxFFFFFF. Y por último, al llegar a la última instrucción de programa, se observará cómo desde la posición 300 hasta la posición 33E el valor almacenado en la memoria FLASH es 0x111111. (Figura A5.1.) La posibilidad de escribir en la memoria de programa, sin necesidad de cam biar el voltaje su ministrado al dsPIC, le proporciona un potencial importante. Se puede proporcionar al dsPIC una circuitería auxiliar para su conexión vía serie con un ordenador y cargarle con un programa que re ciba los datos por dicho puerto, los escriba en la memoria de programa y transfiera el control de la ejecución a dicha posición de memoria. Así, se podría grabar al dsPIC sin más circuitería que la de un puerto serie, con el consiguiente ahorro correspondiente.
APLICACIÓN .5: LEYENDO Y ESCRIBIENDO LAS MEMORIAS FLASH Y EEPROM
237
rogram M emory:/
Dis&sse 384 385 386 387 388 389 390 391 392 393 394 395
002 F E
noe r nopr
FFFFFF
00300 00302 00304 003 06 00308 0030À 0 03 0C 003 0 E 00310 00312 00314 00316 00318 0031A 0 0 3 1C 0 03 1E 00320 00322 00324 0032 6 0032 8 003 2 A 0 03 2C 0032E 00330 00332 00334
s u b r .u su b r. w su b r. w s u b r .w su b r. w s u b r .w s u b r .v su b r. v su b r. v su b r. u s u b r .n su b r . w su b r. w 3 u b r. w su b r. w s u b r .w su b r. w 3 u b r. w su b r. v su b r. v s u b r .w su b r. w su b r. u su b r. v s u b r .« su b r . w su b r. w
1 11 11 1 l l l l l l 111111 l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l 396 l l l l l l 397 l l l l l l 398 l l l l l l 399 l l l l l l 400 l l l l l l 401 l l l l l l 402 l l l l l l 403 l l l l l l 404 l l l l l l 40S l l l l l l 406 l l l l l l 407 l l l l l l 408 l l l l l l 409 l l l l l l 410 l l l l l l 411 l l l l l l 412 l l l l l l 00336 413 00338 l l l l l l 0033 A 414 l l l l l l 0033C 415 l l l l l l 416 0033E l l l l l l FFFFFF 417 00340 Machine il SjfrboSc PSVMixedl PSV Data j
3 u b r. w su b r. w su b r. w su b r. w su b r. v nour
u 2 , [ w l ] , [ w2 — ] w 2 ,[ w l] , [vZ — ] v 2 ,[ v l] ,[ v 2 ~ ] w 2 , [ w l ] , [w 2 — J v Z , [w l] , [ w 2 ~ ] ® 2 , [ w l ] , [w 2 — ] u 2 , [ w l ] , [WZ— ] w 2 , [ V i ] , [w 2 — ] W2, [ u l ] , [w 2 — ] w2, [ w l ] / [ w2 ] w2# [ w l ] , [ w 2 — ] w 2 , [ w l ] , [w 2 — ] u2 [ W l] , [ w2— ] v 2 , [ w l ] , [ w2— ] V 2 , [w l] , [ v 2 — ] w 2 ,[ w l] ,[ v 2 — ] w 2 , [w l] , [ v 2 — ] w 2 , [ w l ] , [w 2 — ] W2, [ w l] , [w 2 — ] w 2 , [ w l ] , [w 2 — ] “ 2 / [^ 1 ] / [W2— ] w2 , [ u l ] , [ w2— ] v 2 , [ w l ] , [ w 2 --] v2 , [ w l ] , [w 2 — ] w2 , [ w l ] , [ w2— ] w 2 , [ w l ] , [W2— ] w 2 , [W l] , [ w2— ] W 2 , [ w l ] / [w 2 — ] w 2 , [ w l ] , [ w2— ] w 2 , [ w l] , [ w2— ] w2 , [ v i ] , [w 2 — ] w 2 , [ u l ] , [w 2 — ]
Figura A5.1. Resultado de la memoria FLASH de programa tras su programación. A5.2. M ANEJANDO LA M EM ORIA DE DATOS EEPROM
La lectura de la memoria EEPROM se diferencia con respecto a la de FLASH en que se leen los da tos de 2 en 2 bytes, en vez de 3 en 3 bytes. Para realizar la lectura se escribirá en TBLPAG el nú mero de página de la memoria EEPROM y en WO el desplazamiento dentro de dicha página y lue go con una simple instrucción TBLRDL se leerá el dato. La EEPROM que sólo está disponible en la fam ilia dsPIC3()F com ienza en la posición 0x7FFC00. Se propone elaborar un programa que lea dicha posición. Para simularlo hay que cam biar previamente el valor contenido en dicha posición de memoria.
ion de memoria
» »
;MOVEMOS LA PAGINA DE LA DIR. A TBLPAG ;EL DESPLAZAMIENTO A WO CARGAMOS EN W4 EL DATO LEIDO ;NOP PARA PONER UN PUNTO DE RUPTURA
238
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
HI mismo ejemplo en lenguaje C sería el siguiente:
// T,cc EEPROM en C #include ”p3üf4013.h' mt main(void) TBLPAG = 0x7F: WREGO = OxFCOO; asm("TBLRDL [W0],W4M ) rcturn 0:
-
iii
C*v>.
Puede observarse en este ejem plo en C que, a veces, es necesario introducir ciertas instruc ciones específicas del lenguaje ensam blador en los program as en C. Para ello utilizam os la sentencia asm (“instrucción”), donde instrucción es la instrucción en ensam blador que no desea incluir. La grabación en la memoria EEPROM tiene muchas similitudes con la grabación en la memo ria FLASH. Cuando se graba esta memoria, se puede grabar una palabra de dos bytes o una línea de 16 palabras (32 bytes). A continuación, se describe el algoritmo de grabación de una palabra en la memoria EEPROM: •
1e r paso: Borrar la palabra de la EEPRO M a programar. Este paso se subdivide en los siguientes: 1.1. M over al registro de control NVM CON el valor 0x4044, que indica que comienza una operación de borrado de memoria EEPROM. 1.2. M over la dirección de la memoria a borrar a los registros TBLPAG y W0. 1.3. M over ‘55’ al registro de control NVMKEY. 1.4. M over ‘A A al registro de control NVMKEY. 1.5. Poner el bit WR del regsitro NVMCON a 1. Cuando la operación de grabado fina lice, dicho bit pasará a 0 automáticamente.
• 2o Paso: M ediante la instrucción de m anejo de tabla TBLW TL, escribir la palabra a program ar
• 3er Paso: Programar la palabra el siguiente algoritmo: 3.1. M over al registro de control NVM CON el valor 0x4004, que significa que comien za una operación de grabado de m emoria EEPROM. 3.2. M over #0x55 al registro NVM KEY 3.3. M over #0xAA al registro NVMKEY. 3.4. Poner el bit WR del registro NVMCON a 1. Esperar a que se ponga a cero y en ese momento se habrá grabado en la memoria EEPROM dicha palabra. El siguiente ejemplo muestra la programación de una posición de memoria EEPROM. El pro grama lee la posición de memoria 0x7FFC00, suma 1 al contenido de dicha posición de memoria y lo vuelve a grabar. Este programa podría ser de utilidad para lanzar una versión dem o de un pro grama, el cual podría ejecutarse un número determinado de veces.
APLICACIÓN .5: LEYENDO Y ESCRIBIENDO LAS MEMORIAS FLASH Y EEPROM
239
;EjempIo de PROGRAMACIÓN de una posición de memoria ;PROGRAMA GRABA EEPROM .include ”p30f4013.inc" .global _main .tcxt main: ; APUNTAMOS MEDIANTE TBLPAG Y WO A LA POSICIÓN 0X7FFC00 MOV #tblpáge(#Ox7FFCOO)>WO MOV WO.TBLPAG MOV #tb 1offse t(#0x 7FFC00). W0 ; Loemos el dato EEPROM Y LO GUARDAMOS EN W4 TBLRDL | W0|,W4 : LE SUMAMOS 1 A DICHO VALOR MOV #1,W3 W4,W3.W4 ADD ;BORRADO DE DIRECCION EEPROM #0X4044, WO PROGRAMAMOS NVMCON PARA BORRAR PALABRA EEPROM MOV WO. NVMCON MOV MOV #tblpage(#0x7FFC00),W0 ;APUNTAMOS CON TBLPAG Y WO LA DIR. A BORR. WO,TBLPAG MOV MOV #tbloffset(#0x7FFC00),Wr0 ;DESHABILITAMOS INTERRUPCIONES EN 5 INSTRUCCIONES #5 DISI ;MOVEMOS LA SECUENCIA MOV #0X55,W0 ;DE 55 Y AA A MOV W0,NVMKEY MOV #0XAA,W0 ;AL REGISTRO DE CONTROL ;NVMKEY MOV WO,NVMKEY :ACTÍVAMOS EL BIT WR (EL BIT 15 DE NVMCON) BSET NVMCON,#WrR ;PAR A QUE SE INICIE EL BORRADO NOP ;DEBEMOS INTRODUCIR 2 NOPS NOP ;ASÍ MISMO ESPERAMOS A QUE EL BIT WR ESPERA2: BTSC NVMCON,#WR ;PASE A 0 ;PARA SEGUIR CON EL PROGRAMA GOTO HSPERA2 NOP #tblpage(#0x7FFC00),W0 ;APUNTA MOS A LA DIRECCION A GRABAR MOV WO,TBLPAG MOV #tblofísel(#0x7FFC00),Wa) MOV ESCRIBIMOS EL DATO A GRABAR EN EL REGISTRO TBLWTL W4. [WOJ ;SECUENCIA DE GRABACIÓN ;EN NVMCON PROGRAMACION DE EEPROM #0X4(304,WO MÖV Wr0. NVMCON MOV ;DESHABILITAMOS INTERRUPCIONES EN 5 INSTRUCCIONES DISI #5 :MO VEMOS LA SECUENCIA MOV #0X55,WO :DE 55 Y AA A MOV W0. NVMKEY ;AL REGISTRO DE CONTROL MOV #0XAA,W0 ;NVMKEY MOV W0,N VM KEY ;ACTIVAMOS EL BIT WR (EL BIT 15 DE NVMCON) BSET NVMCON,#WR ;PARA QUE SE INICIE LA GRABACIÓN NOP :DEBEMOS INTRODUCIR 2 NOPS NOP :ASÍ MISMO ESPERAMOS A QUE EL BIT WrR ESPERA: ;PASE A 0 BTSC NVMCON,#WR ;PARA SEGUIR CON EL PROGRAMA GOTO ESPERA NOP .cnd
240
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
Simule el programa con el MPLAB SIM y, a través de la ventana View->EEPROM, compruebe cómo cambia el valor cada vez que se ejecuta el programa. El mismo programa en C puede resultar más fácil de entender.
// Graba EEPROM en C // PROGRAMA GRABAEEPROMC #include ”p30f4013.h"
int sccuenciagrabacionQ // Esta función escribe la secuencia de grabación // tanto para borrado como para grabación
i 1
TBLPAG = 0x7F: WREGO = OxFCOO; NVMKEY = 0x55; NVMKEY = OxAA; N V MCON bits. WR= 0x1 asmCNOP1’); asm(,,NOP,r); return 0;
//Apuntamos la página //Apuntamos el desplazamiento en la página //Movemos a NVKEY la secuencia 55 //Movemos a NVMKEY la secuencia A A //Activamos el bit WR de NVMCON //Esperamos 2 nops
%* ❖£ #❖+❖## sfc // Programa principal ■:<* * * *--Í-*** **-Jfí* **
int main(void) l int. a = 0; TBLPAG = 0x7 F; WREGO = OxFCOO; asmCTBLRDL [W0],W4B); WREG4 = WREG4 + 1; NVMCON = 0x4044; a = secuenciagrabacion(); while(NVMCONbits.WR == 1); TBLPAG = 0x7 F; WREGO - OxFCOO; asmC'TBLWTL W4, [W0]M); NVMCON = 0x4004; a = secuenciagrabacion(); whi le(N VMCONbi ts.W R == 1): return 0; !
//Variable auxiliar //Apuntamos a la página de la dirección a leer //Leemos el dato en WREG4 //Sumamos 1 a WREG4 //Configuramos NVMCON para borrar EEPROM //Ejecutamos secuencia borrado/grabación //Esperamos al bit WR de NVMCON sea 0 //Apuntamos a la página de la dirección a leer //Apuntamos el desplazamiento en la página //Escribimos en el registro el cont. de W4 //Configuramos NVMCON para grabado EEPROM[ //Ejecutamos secuencia borrado/grabacion //Esperamos al bit WR de NVMCON sea 0
N ótese que en el lenguaje C para acceder a la inform ación de los bits de cualquier registro, se de be escribir el nom bre de registro acom pañado de la palabra b its y a continuación, tras un punto de separación, el bit al que se desea acceder. A sí, por ejem plo, para poner a 1 el bit W R del registro N V M C O N se escribe lo siguiente: N V MCON bits. WR = 1;
APLICACIÓN 5: LEYENDO Y ESCRIBIENDO LAS MEMORIAS FLASH Y EEPROM
241
El simulador del entorno de desarrollo MPLAB IDE es una herramienta muy com pleta donde se pueden simular casi todas las características que presentan los controladores dsPIC. Esto convierte a esta herramienta en una plataforma de aprendizaje y de ensayo de proyectos inmejorable.
AUTOEVALU A C IÓ N Conceptos clave de este capítulo
Ejercicios ■/
mov #0x0002, WJ add WO, WJ, WO
¡Movemos un 2 al registro WJ ;Sumamos el registro WO y W¡ y dejamos ;el resultado en WO
APLICACION
los periféricos con Visual Initializer A6.1. IN T R O D U C C IÓ N
A lo largo del presente tema, se abordarán distintos ejemplos en los que se utilizan los periféricos que se hallan integrados en el dsPIC. Muchas de las patitas del controlador soportan distintas fun ciones. Los periféricos pueden desarrollar distintas tareas en función de cómo sean configurados. Para facilitar esta tarea de la inicialización de periféricos del controlador (puertas de entrada/salida, conversores analógicos, temporizadores, etcétera) el entorno de desarrollo MPLAB IDE dispone de una herramienta denominada Visual Initializer, VDI o Inicializador Visual. Mediante el uso del VDI se profundizará en la programación de los controladores dsPIC, reali zando ejemplos en los que se utilizan diversos periféricos. Siguiendo con la filosofía de esta parte de la obra, la ejecución de estos programas se hará de forma simulada, así por ejemplo, para el uso de las puertas de entrada/salida se hará uso de las ven tanas de inspección de manejo de los datos que deberían llegar desde el exterior al controlador y viceversa.
A 6.2 . V IS U A L IN IT IA L IZ E R
El Visual Initializer o VDI es una herramienta que incorpora el MPLAB IDE para simplificar en la difícil tarea de la configuración del dsPIC. El programa Visual Initializer hace que esta tarea sea tan fácil como pinchar y arrastrar iconos y cambiar los parámetros en un cuadro de diálogo. Una vez completada esta labor, genera el código necesario para usar tanto en los programas en ensamblador como en lenguaje C. También com prueba si existe algún tipo de inconsistencia en las configuraciones y genera mensajes de error en caso de existir conflictos en las asignaciones de patitas, m em oria, interrup ciones, etc. Para acceder a esta herramienta, resulta recomendable empezar un proyecto para tener seleccio nado el tipo de dsPIC con el que se desea trabajar y así la aplicación Visual Initializer muestre las opciones de los periféricos específicos de dicho controlador. 243
244
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DF APLICACIONES
Una vez arrancado el proyecto mediante el menú Tools->4 Visual lnitializer se pone en marcha esta utilidad. Al hacerlo, puede comprobarse como en el menú de la aplicación MPLAB IDE apa rece un nuevo elemento. (Figura A 6.1.) Visual Initializer
Configure
Window
SLI HELP View Errata View Data Sheet Setup Report Interrupt Usage Report SFR Usage by Address Report 5FR Usage by Name Report Pin Assignment Report Code Generation Options Code Generation
Figura A6.1. Menú c/e la aplicación Visual Initializer.
Además del nuevo menú también aparecerá en pantalla la ventana principal de esta herramien ta. (Figura A6.2.)
L
M P l AtJ ID L V / . 3 0 F ls D
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Window
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Checksum :
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dsPÍC30F4ni344-P¡nTOFP pm 9d
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M&AP.-SIM
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Procrammsr
o a b & a b lP O : d c n .o v .z c
Figura A6.2. Pantalla principal de la herramienta Visual lnitializer.
.M »
-
a wm B ■
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APLICACIÓN 6: PROGRAMANDO LOS PERIFÉRICOS CON VISUAL INITIALIZER
245
Al observar la ventana de la Figura A6.2, puede comprobarse que el dsPIC que aparece en pan talla no es el correcto. En la aplicación 0 se acordó utilizar el dsPIC30F4013 pero con encapsulado PDIP y el mostrado en pantalla no tiene dicho encapsulado. El encapsulado puede cambiarse con el botón derecho sobre la representación del controlador en la ventana y pulsando la opción Change package. Entonces aparecerá en pantalla un cuadro de diálogo con una lista desplegablc denomina da Package type y habrá que elegir 40 Pin-PDIP. MPLAB IDE V 7 .3 0 Re
[V isual In itia liz e r]
(Tdt View Project
Debugger
Progranrer
Took
Visual Jntislzer
Configure
Window Meb
Checksum:
0xbí67
E>t. Interface Op Amp 45?K3Cf*0):<
pc:fl
oibHblPO:acn'ovtc
Figura A6.3. Encapsulado PDIP del dsPIC30E4013 de 40 pines.
Tras esta operación, el encapsulado del dsPIC pasa a ser el de la Figura A6.3. Esta pantalla se encuentra dividida en 2 partes. La prim era, situada verticalm ente en la parte izquierda, con tiene las distintas opciones configurables del controlador (RTC, DSP. I/O P orts,...). El resto de la ventana, donde aparece el controlador, sirve para representar gráficam ente los elem entos inicializados en el mismo. Es im portante ensanchar la pantalla verticalm ente ya que de lo contra rio al pinchar en las opciones de la izquierda podría no desplegarse ninguna opción por falta de espacio. Para configurar cualquier periférico hay que seleccionarlo en el panel de la izquierda y arras trarlo sobre la representación del controlador. Al soltarlo, aparecerá un icono sobre el controla dor. A continuación, haciendo doble clic sobre dicho icono, aparecerá un cuadro de diálogo que hay que cum plim entar para configurar dicho periférico. En cualquier momento, para volver a configurar esos parám etros, puede volver a hacerlo haciendo doble clic sobre el icono añadido al controlador. (Figura A6.4.)
246
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
d s P IC 3 Q F 4 0 1 3 4 0 -P in P D IP
Oscillator
Inteiiupts and Traos
Port B
Port B Poit Pin Settings p io
[R B I
H~RB2
il RB3
ji RB4
1Unclaimed
Data Direction Initial Value
1°
|¡ RB5
RB6
-;??
-
Ext. Interface dp Amp
Figura A6.4. Configuración de los pines de la puerta B.
Para elim inar una configuración, basta con arrastrar el icono creado en el controlador a una par te de la ventana vacía, y así desparecerá. Una vez configurados todos los periféricos necesarios de esta forma tan fácil e intuitiva, tan sólo falta aplicar estos cambios sobre el proyecto. Para ello, se dispone de varias opciones confi gurables. Desde el menú Visual Initializer->Code Generarion Options se pueden configurar las opciones del código a generar. (Figura A6.5.) Code Generation Options
[Q
Q Generate code only when initialization values do not match POR states □
Generate code only for featuresAesources on processor package
I I Comment on code not generated □
Generate Read-Modiiy-Write instruction sequence for SFR initialization
Help
OK
Cancel
Apply
Figura A6.5. Configurar la salida de código.
Entre otras opciones, se debe indicar al generador de código que sólo genere el código de aque llas funcionalidades que disponga el controlador utilizado, marcando la opción Generate code only fo r features/re sources on processor package de dicha pantalla.
APLICACIÓN 6: PROGRAMANDO LOS PERIFÉRICOS CON VISUAL INITIALIZER
247
Una vez configuradas las opciones de generación de código, se puede generar dicho código me diante la opción Visual Initializer->Code Generation. Aparecerá el código en pantalla y se podrá salvar dicho código, incorporarlo al proyecto o copiar la parte que se desee e incorporarla al códi go fuente. (Figura A6.6.)
I Code G en eratio n Display N
H
H
H
B
ü A
; In itializatio n C ode for dsPIC 30F4013. Fam ily: co n tro ller control. P ack ag e: 40-Pin PDIP 4 0 p in s ¡.include "p 3 0 F 4 0 1 3 .m c”
j; Filter C ontrols u s e d to G e n erate Code: j; PO R M atch Filter OFF ; P ro v isio n e d F eatu re Filter ON ; M a sk s a re Ignored and u s e s U nM asked R e g iste r W rite s ¡.GLOBAL _ V isuallnitialization ; F e a tu re = fu s e s - f u s e s (DCRJ configuration !: B15:14=FSCK M 1:0 B 10:8=FO S2:0 B 4:0=FPR4:0 c o n fig __FOSC, OxCI 00 : B15=FW DTEN B5:4=FW PSA1:0 B3:0=FW PSB3:0 c o n fig __ FWDT, 0 x803F I: R1fi=MCI RFN R7=RORFN R5:4=RORV1 :fl R 3:n=FPW RT3:0 Help
I
fSi } Save to Project ] [ Close Window |
Figura A6.6. Código generado por la herramienta Visual Initializer.
A 6 .3 . C O N T R O L A N D O EL M U N D O EXTERIOR. PUERTAS DE E/S
Como primer ejemplo, se acomete la creación de un proyecto con el VDI. Recibirá una señal digi tal por una patita procedente, por ejemplo, de un interruptor y sacará por otra patita el valor inver tido de la entrada del controlador que se usa para encender o apagar un lcd. Para poder llevar a cabo este proyecto, se debe configurar una patita del controlador como en trada y otra como salida. Después el programa sólo deberá leer el valor de la patita de entrada, in vertir dicho valor, y mostrarlo por la patita de salida. Cree un proyecto para el controlador dsPIC 30F4013 y acceda al menú Visual initializer. En la barra vertical de la derecha elija la opción I/O Ports. Al hacerlo, bajo este epígrafe, aparecerán dis tintos iconos de las distintas puertas que dispone el controlador. Elija la puerta D (port D) y arrás trela hasta el controlador. A continuación haga doble clic sobre el icono de la puerta D arrastrada hasta el controlador y aparecerá el cuadro de diálogo de la Figura A6.7. En la pestaña RDO de la Figura A6.7 se configura el PINO de la puerta D, de form a que sea la entrada en la que se conectará el interruptor. Para ello, en la lista desplegable Data Direction, seleccione Input. En la pestaña RD1, configu re el PIN1 de la puerta D como salida, output en la lista Data Direction, para colocar allí el led co rrespondiente. Al finalizar pulse Ok. (Figura A6.8.)
248
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
- Port Pin Settings RDQ j RD1
I RD2 | RD3 § R08
{; RD9
Data Direction Initial Value
OK
Help
Cancel
Apply
Figura A6.7. Cuadro de diálogo de configuración de la puerta D. V dd
_
dsp¡c3óf4ó13 RDO
// RD1
FTT71 Figura A6.8. Diagrama de conexionado de las Entradas y Salidas. Ya ha configurado los periféricos del proyecto. Ahora sólo queda generar el código correspon diente e incorporarlo al programa. En primer lugar, acceda al menú Visual Initializer -> Code Ge neration Options y marque la opción Generate code only fo r features/resources on processor p a c kage. A continuación, acceda al menú Visual Initializer ->Code Generation para que aparezca en pantalla el código correspondiente. Al pulsar Save to Project se guardará un fichero con dicha inicialización, que se incorporará a la lista de ficheros del programa. Cierre dicha ventana y la venta na del Visual Initializer para regresar al proyecto. O bserve cóm o en el panel del proyecto ahora se encuentra un fichero llam ado init_ dsPiC 30f40l3.s. Ese fichero contiene la rutina de inicialización. Para llamar a dicha rutina de inicialización se debe incluir una instrucción cali _VisualInitialization en el código fuente del pro grama. El programa será el siguiente:
;PROGRAMA PORTO .include ?p30f4Q:l3.inc-? .global jmain .text „mam; cali _VisualInitialization
•:
:
m i ......
-
APLICACIÓN 6: PROGRAMANDO LOS PERIFÉRICOS CON VISUAI INITIALIZER
BXJCLH: fiTSS PORTD.#RDO BSET PORTD.#RDl BTSC PORTD.#RDO BCLR PORTD. #RD 1 GOTO BUCLE .end
249
;Si el bitO de PORTD está a Uno, salta ;Ponemos a l el kit 1 ;Si el bitO de PORTD está a cero, salta ;Ponemos a 0 el bit 1 •.Repetimos indefinidamente el bucle
O también podemos confeccionar el mismo proyecto en lenguaje C.
//PROGRAMA PORTDC // Programa ejemplo de maneje >. //de puertas de E/S en C tfinciiiue p3ur^yi3>a
int main(void) { VisualInitiali/.ation(): whileC 1) //Bucle infinito í if (PORTDbits.RDO == 0) PORTDbits.RDl - 1: else PORTDbits.RDl = 0 ; ) return 0; }
//Inicializamos las puertas
//Si el bit RDO es un 0 //Establecemos nivel alto en RD1 //En caso contrario nivel bajo
El simulador dispone de una utilidad para manejar datos del exterior. Se cambian los datos de la patita RDO de la puerta D. Para llevar a cabo este tipo de actuaciones, se debe crear un escenario en el que se añadirán para este ejemplo dos escenas, una para establecer un nivel alto por la patita RDO y así comprobar cómo reacciona el programa ante dicho estímulo, y otra para establecer un nivel bajo por la patita RDO. Para crear el escenario, se accede al menú D ebugger -> Stimulus Controller -> N ew Scenario. Inmediatamente aparece en pantalla un cuadro de diálogo para crcar el escenario. Este cuadro dis pone de varias líneas en blanco para implementar varias escenas. Pinche en la primera fila bajo la etiqueta Pin/SFR y aparecerá una lista desplegable en la que podrá elegir el pin RDO. En esa misma fila, en la columna Action, seleccione de la lista la opción Set High para que cuando utilice esta es cena se establezca en el bit RDO un nivel alto. Igualmente, en la fila inferior seleccione RDO y es tablezca una acción Set Low, que hará que se cargue un nivel bajo en la patita RDO. El resultado que debe obtener se ofrece en la Figura A6.9. El simulador permite salvar este escenario con la opción Save Scenario, para que cuando vuel va a abrir este proyecto no tenga que volver a crearlo. Si ahora se simulase el programa paso a paso, se podría cambiar el estado de RDO a nivel alto o a nivel bajo y observar su funcionamiento. Para cam biar a nivel alto o nivel bajo RDO debe pulsar
250
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
S tim u lu s C o n tro lle r - [U n title d ] Stimulus (SCL) Fíe
[
Attach
I .
Detsrh
inr-pat/Me'e*
Asynchronous Stimulus Fire : Pin / SFR j Action RDO
_
j Width
; Units
Comments / Message
Sei High
v ! Set Low
j Delete tow |
j
Save Scenario [ [
Exit
| [
Heip
Figura A6.9. Creación de un escenario para actuar sobre las señales externas del controlador.
en el inicio de la fila donde aparece el símbolo > y observar cómo al ejecutar el programa se ejecu tan las instrucciones correspondientes a dicho estado. Utilizando este escenario, compruebe paso a paso el programa y observe si el valor del segundo bit de la puerta D va cambiando de valor, en función de si se establece un nivel alto o un nivel bajo mediante el escenario creado.
A6.4. MANEJO DE TEMPORIZADORES. EL SEMÁFORO
M ediante el siguiente ejemplo se configura un tem porizador para hacer que el controlador actúe como un sem áforo. Durante cierto tiempo encenderá un led rojo y durante otro tiempo un led verde. Además de configurar el tem porizador tam bién se deben configurar 2 patitas del contro lador como salida para encender el led verde y el led rojo. Para ello se utilizarán los pines RDO y RD1. Para configurar estas patitas, se abre el Visual initializer y se cam bia el encapsulado del dsPIC mediante el botón derecho del ratón y la opción Change Package. A continuación, se accede a la opción 1/0 Parts, se selecciona la puerta D y se arrastra hasta la figura del controla dor. Al hacer clic sobre el icono correspondiente a dicha puerta, se podrán configurar RDO y RD1 como salida. (Figura A6.10.) A continuación se configura el Timer para que el semáforo esté cierto tiem po en rojo y otro en verde. Pero previam ente es necesario cam biar la frecuencia de trabajo del reloj del controla dor y establecer una frecuencia y un origen del reloj distinto al que trae por defecto el Visual Initializer. Acceda al cuadro de diálogo correspondiente haciendo clic sobre el icono OsciUator. Marque la casilla View Advanced Oscillator Settings y establezca como fuente de reloj Clock Source, Infernal LPRC. Y así la frecuencia del reloj se establecerá a 0 ,5 12 Mhz.
APLICACIÓN 6: PROGRAMANDO LOS PERIFÉRICOS CON VISUAL INITIALIZER
251
Figura A6.10.Configuramos las patitas RDO y RD1 como salidas.
Para configurar el temporizador, acceda a la opción Timer del Visual Initializer, elija el Timerl y arrástrelo hasta el controlador. Pulse sobre el icono del timer y configúrelo de la siguiente manera:
• Active la casilla Enable on Startup (Habilitar al iniciar). • En la casilla Timer Clock Prescale, seleccione 1:256para poder disponer de temporizaciones largas, m En la casilla Timer Period, coloque 1000 para realizar conteos de 1000 milisegundos = 1 segundo.
1.6 Bit Timer 1 Configuration Operational Sellings CPU Idle Operation
0 Enable on Slaitup O Gsled Time Accumulation Timer Clock Prescale: 1:256 Timet Period: j I imer Frequency:
1000
-
: Continue
>
Poliscale: 1 ' (msec)
0,00100003690; (KHz)
(Calc.)
¡- • Interrupt----------------------------------------------------- “ 0 Enable Interrupt on Startup Interrupt Priority: j 4
Heb
v ■
OK
Cancel
Apply
Figura A 6.11. Cofigurac.ión del Timer.
Observe la sencillez que supone trabajar con el VDI frente a configurar cada uno de los bits de los registros de configuración de este recurso. No es necesario recordar todos los bits que intervie nen en la configuración del mismo, tampoco se deben hacer cálculos matemáticos para establecer la cuantía del contador para así obtener un período determinado.
252
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
La herramienta Visual Initializer ha realizado estos cálculos para una frecuencia de reloj estableci da previamente. Esta frecuencia no coincide con la frecuencia que usa el simulador, así que para obte ner el resultado deseado deberá cambiar también la frecuencia de trabajo del simulador. (Figura A 6.12.)
O sc illa to r C o n fig u ra tio n Primsy Oscillalo« Sellings — i-----------¡ Fose (MHz): ¡0.512
|i
Fcy(MHz): 0.128000
linfe'.(MHz} 0 View Advanced Oscillalof Sellings Advanced Oscillator Sellings — Clock Souice:
Internal L PRC
Clock Divider:
Divide by 1
Switching and Monitor Mode:
Switching Disabled, Monilor Disabled
v>
O Enable Aux 32KHz Oscillator
Cancel
Figura A6.12.Cofiguración del reloj de la herramienta Visual Initializer.
Seleccione la herramienta MPLAB STM en el menú Debugger y en la opción Sim ulator Settings establezca como velocidad del reloj 0.512 (atención, no use la coma como separador decimal sino el punto). (Figura A 6 .13.) S im u la to r S e ttin g s ;
IJaill IO.
1?
Animation ì Reallime Updates
Ose / Trace Processo: Frequency
Break Options
fi
£
Limitations
SCL Options
j !
Units: ®MHz OKHz
¡0.512
OH
z
t Trace Options--------------EU Trace A l
O Break on Trace Buffer Full
l Aceptar |
j Cancelar ]
[
Aplicar
|
Figura A6.13. Configuración de la velocidad del simuJador.
Una vez configurado el temporizador y las puerta D como salida sólo queda configurar la herra mienta Visual Initializer mediante las opciones Generate code only for features/resources on pro cessor package en el menú Visual Initializer -> Code Generation Option, generar el código e in cluirlo al fichero del proyecto.
APLICACIÓN 6: PROGRAMANDO LOS PERIFÉRICOS CON VISUAL INITIALIZER
253
La programación del dsPiC emplea 2 ficheros fuente. Un fichero para el programa principal y otro en el que se atiende a la interrupción. El programa principal podría ser el siguiente:
;Programa SEMAFORO ;PD0 ROJO, PD1 VERDE .global _main .text _main: cali Visuallnitialization mov #0x000LWO mov W0,PORTD
:lnieiali/.amos la puerta D y el Timerl :Ponemos el semáforo en rojo
BUCLE: goto BUCLE .end
;Nos quedamos en un bucle infinito
G uarde el fichero e incluyalo en el proyecto. A continuación, cree otro fichero donde se escribirá el código correspondiente a la interrupción generada por el timer.
;PROGRAMA SEMAFORO .global__TJ Interrupt ;Atiende a la interrupción del Timer 1. •»Comprueba el estado del semáforo y lo cambia de color. T 1Interrupt: ; Borramos el flag de interrupciones. bclr 1FS0,#T1IF ;Si el bitO de PORTD está a Uno salta el rojo btss PORTD,#RD0 ;y pasa a verde goto ROJO VERDE: ;Ponemos verde el semáforo mov #0x0002,'W0 mov W0,PORTD goto final ROJO: ;Ponemos a rojo el semáforo mov #0x0001.W0 mov w0,PORTD final: ; Return de la interrupción RETFÍE
Es importante destacar la instrucción .global__T llnterrupt que indica al compilador la dirección donde debe atenderse a esta interrupción. Así mismo, hay que colocar la etiqueta__T llnterrupt, in terrupción del Timer 1, antes del código que cambie el semáforo de color. Nótese que la etiqueta lle va dos guiones b ajo s__ seguidos antes del texto TI Interrupt. La primera instrucción, al atender la interrupción, debe ser la de borrar el flag de interrupciones mediante la instrucción bclr IFSO, #0X0003, ya que de no hacerlo, al acabar el código de la inte rrupción, se volverá a ejecutar indefinidamente.
254
dsPIC DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
Para probar este programa en el simulador es recomendable colocar 2 puntos de parada, uno co mo siempre en la prim era instrucción del programa principal y otro en la primera instrucción del programa que atiende a la interrupción del Timer 1. Si además se añade en la ventana Watch del me nú View el registro PORTD, se comprobará como este registro cambia periódicamente pasando de valer 0x0001 (semáforo rojo) a 0x0002 (semáforo verde). Puede comprobar el tiempo transcurrido entre cada cambio utilizando la opción Stop Watch y también puede ver cómo va cambiando el con tador mientras el programa ejecuta el bucle principal visualizando el valor del registro T M R 1 en la ventana Watch del menú View. Es probable que a la hora de ejecutar el programa con el simulador compruebe que el programa se para en una parte del código desconocida. Volviendo a pulsar F9 el programa seguirá su ejecución normal. (Figura A6.14.) U MPiabmr V7.30 Fife
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O V .Ainterrupcion.s ■jiobal __ T im t« rru p t .in c lu d e
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''p 3 0 ? H 0 1 3 . i n c "
__ T i l r Æ c r L’u c t- :
^ILK IfSO , t l l l f i Reset del fiagde tnC«cxup< BTSS POJ>7£>,92DU ;ïx c l fcitO de P0RH> esto a Uno « alta «' COTO SDJO U8J®B ñor <0x0002,*0 co r
^ S y n c h | In sbucbon C j d e s
9999962 '
33S3SG2
f~Zc^n Ttr* ÍSec*1
1.393532
‘"Î.9S3S82
Pnx«*« Frequency fNHz)
20.000»»
tfO .? O R íD
•joto Iu ia jl
V.CJO: ÍÍ0 7 «O x O O O l .V O
Figura A6.14. Visualizando el tiempo con el simulador y la opción Stopwatch.
Existen muchos tipos de temporizadores, temporizadores de 32 bits, contadores de pulsos exter nos, etc. Todos son configurables desde la herramienta Visual Initializer fácilmente. Pruebe con otros contadores, contar pulsos externos mediante la creación de escenarios y descubra las posibili dades que ofrecen los controladores dsPTC en este campo. La solución en lenguaje C puede ser la siguiente:
#xnclude p 0 f4 0 1 3 .h ,t //Programa Semáforo en lenguaje C // PROGRAMA SEMAFOROC //Esta función atiende a la interrupción del temporizador void attribute (( interrupt )) _T1 Interrupt void)
{ IFSObits.TlIF = 0; if (PORTDbits.RDO == l) PORTD = 2; else PORTD = I ;
} //Programa principal int main (void)
//Borramos el flag de la interrupción //Si el semáforo está a rojo //lo ponemos en verde y viceversa
APLICACIÓN 6: PROGRAMANDO LOS PERIFÉRICOS CON VISUAL INITIALIZER
VisualInitiaUzation(); PORTO = J; while(l) { asm("drwdtM );
255
//Iniciatizamos puertas y temporizador //Ponemos a rojo el semáforo //Esperamos en un bucle infinito
á ttiM H É ia iü É i.: Para conseguir estas temporizaciones se ha jugado con el tipo de reloj empleado. No se han con seguido temporizaciones superiores al segundo. Puede ser interesante hacer uso de temporizadores de 32 bits. El manejo de estos temporizadores se estudia en el Laboratorio 2, Manejo de tempori zadores de 32 bits en la tercera parte de esta obra, donde se consiguen temporizaciones muy supe riores a la comentada con circuitos de reloj más completos.
A6.5. MANEJO DE INTERRUPCIONES. EL SEMÁFORO C O N PULSADOR
Una posible ampliación para el proyecto del semáforo podría consistir en dotarlo con un interrup tor para que el peatón solicite que se ponga verde. Cuando el peatón pulse este interruptor que es tará conectado a una patita del controlador, se genera una interrupción que hará que el semáforo se ponga rojo para los vehículos. Para llevar a cabo la simulación de esta nueva situación es necesario colocar un interruptor conectado a la patita INTO, que provocará que el semáforo pase a rojo. Tomando como base el ejemplo anterior hay que incluir una nueva configuración. La configura ción correspondiente a la interrupción externa en la patita INTO. Además se deben estudiar las prio ridades de las interrupciones y proteger la ejecución de las mismas para que 110 se interrumpan unas a otras. El primer paso será volver al Visual Initializer y habilitar la interrupción externa INTO. Para ello no debe arrastrar ningún objeto nuevo sobre el dsPIC ya que la opción para configurar las inte rrupciones ya se encuentra configurada. Se trata del icono denominado Interrupts and Traps sobre el que haciendo doble clic podrá proporcionar el cuadro de diálogo mostrado en la Figura A6.15. czn tzaj CZH
dsP1C H nR I013 4 0 -P in P D IP
► Osdlatcc
IriciiLpis on d I (oik
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I a— 1 E ®
1 Interrupts ami 1raps Configuration Gértttfil iriliil yoc*« ;abl=: ¡Mein
0;
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'.v .j
ODisable
'
. p Tup on àcarnJetorA ovaifbw 'j 'ííj-Tr¿fi Í T « r i ^tori Á r ^acr.i.rr«b»oi j ¿ r ¿ i U » n i .RB novedbw ú « d ln w
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Figura A 6.15. Configuración de las interrupciones del dsPIC..
U
__ ;
;
256
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
En el cuadro de diálogo de la Figura A6.15 se observa en la lista Enabled Interrupts la existen cia de la interrupción T I, la cual tiene una prioridad 4. En la lista Enabled Interrupts se puede ob servar cómo se encuentra disponible la interrupción INTO. Para habilitarla, selecciónela y pulse so bre la flecha con dirección hacia la izquierda. Desde aquí podrá cambiar las prioridades de las interrupciones, así como observar la configuración de las mismas. Pulse OK una vez añadida la interrupción INTO y vuelva a generar el fichero de inicialización con el que reem plazará el fichero de configuración anterior. A continuación, habrá que reprogramar el ejemplo anterior. Para ello añada un nuevo fichero al proyecto con el código correspondiente a la atención de la interrupción. .global__INTOInterrupt .include M p30F40J3.inc" __INTOInterrupt: disi #4 be Ir IFSO,#INTOIF mov #0x0001,W0 mov WO,PORTD rctfie
;Deshabilitamos otras interrupciones en las siguientes inst ;Borramos el flag de la interrupción INTO ;Ponemos el semáforo en ROJO ;para los vehículos finalizamos la ejecución de la interrupción
Resulta de especial interés la inclusión de la instrucción disi #4. Con esta instrucción se desha bilitan las interrupciones de nivel de prioridad del 1 al 6 durante las (4 + 1) siguientes instrucciones. Así, si en un momento en que el programa atiende a la interrupción del pulsador no se atenderá la interrupción solicitada por el Temporizador TIM ER 1. Para establecer prioridades entre estas inte rrupciones se utiliza el cuadro de diálogo de la Figura A6.15. En lenguaje C la solución puede ser la siguiente:
//PROGRAMA SEMAFOROINT
#includc "p30f4013.h" //Programa Semáforo en lenguaje C
//Esta función atiende a la interrupción del temporizador void__attribute (( interrupt )) _T1 Interrupt void) ( IFSObits.TI IF = 0; //Borramos el ílag de la interrupción if (PORTDbits.RDO == 1) //Si el semáforo está a rojo PORTD = 2; else //lo ponemos en verde y viceversa PORTD =1; 1 //Función que atiende a la interrupción externa INTO void_attribute__((___interrupt_)) JNTOInterrupt(void) { IFSObits.INTOlF = 0; //Borramos el flag de la interrupción PORTD = 1: //Ponemos en rojo el semáforo. 1
APLICACIÓN 6: PROGRAMANDO LOS PERIFÉRICOS CON VISUAL INITIALIZER
257
y temporizador semáforo
Figura A6.16. Ejecución del programa semáforo con pulsador con un escenario.
Para simular este programa se establece un punto de parada en el código que atiende a la inte rrupción externa y se crea un escenario para provocar dicha interrupción. Dicho escenario se puede crear a través del menú Debugger->Stimulus Controller-New Scenario. En la lista Asynchronous Stimulus añada INTO con la acción Pulse High. Así, al pulsar sobre el símbolo > situado al inicio de la fila creada, el programa deberá parar su ejecución en la primera línea del código que atiende a la interrupción externa. Observará que entonces el semáforo se pondrá en rojo. Pero todavía queda al go por mejorar en este programa. ¿Lo ha detectado? ¿Se atreve con ello? En este ejemplo puede observar que para atender a la interrupción INTO se ha necesitado incluir la etiqueta__INTOInterrupt. Esta etiqueta se encuentra definida en el fichero p30f4013.gld. Puede abrir este fichero y examinar la sección ** Section M ap fo r Interrupt Vector Tables para observar o buscar la etiqueta correspondiente a otro tipo de interrupciones, así por ejemplo se dispone de __ADClnterrupL para interrupciones del módulo conversor analógico digital,__TI Interrupt para in terrupciones del temporizador 1, etc. La siguiente tabla reúne algunas de estas etiquetas.
258
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
ETIQ U ETA
IN TERRU PCIÓ N
__INTOInterrupt
Interrupción externa por activación del pin INTO
__IC1 Interrupt
Interrupción del m ódulo de captura de entrada IC1
OC1 Interrupt
Interrupción del m ódulo de comparación de salida OC1
__T;1 Interrupt
Interrupción provocada por el temporizador T1
__IC2 Interrupt
Interrupción provocada por el módulo IC2
T2 Interrupt
Interrupción provocada por el temporizador T2
_SPI1 Interrupt
Interrupción provocada por el módulo SPI1
_UlR X Inlerrupt
Recepción de dato en el módulo UART U l
__U lTXInterrupt
Interrupción provocada por el envío de un dato en el m ódulo UART U1
AUTOEVALUACION Conceptos clave de este capítulo
¡ F
j j f
2. ¿Qué salida genera la herramienta Visual Initializer? 3. ¿Cómo se puede sincronizar la velocidad con la que trabaja la herramienta Visual Initializer y el si mulador MPLAB SIM? 4. ¿Do cuántos temporizadores dispone el controlador dsPIC30f4013? 5. ¿Dónde se encuentran almacenadas las definiciones de las etiquetas correspondientes a las dis tintas interrupciones?
E je rcicio
APLICACIÓN VrtV»Wl>
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V iW 'W iX írt V
¡xoyivi-r,
•••
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..v.v.»•«•»• v iv iw .* iv iv iv .v .v /.
• / » /
•
Periféricos avanzados
Wffi
A7.1. IN T R O D U C C IÓ N
A lo largo del presente tenia se manejarán diversos periféricos de los controladores dsPIC que son más específicos en el tratamiento de señales. Algunas aplicaciones son difíciles de simular ya que resulta complicado insertar una señal analógica al simulador, por eso, en algunos casos, el estudio se limita rá a describir el periférico, sus posibilidades y su inicialización para su conecto funcionamiento.
A7.2. EL M OTO R DSP
El comportamiento de las instrucciones DSP puede variar en función de la configuración del Motor DSP. Para configurarlo de una forma sencilla se procederá a utilizar la herramienta Visual Initializer. Previamente se seleccionará el modelo, en nuestro caso el dsPIC30F4013. A continuación se inicializará el Visual Initializer y se seleccionará el icono DSP, arrastrándolo hasta la imagen del con trolador. Al hacer doble clic con el ratón sobre dicho icono aparecerá en pantalla el cuadro de diá logo correspondiente para la configuración del Motor DvSP. (Figura A7.1.)
P I Enable Saturation on Accumulator A. n Enable Saturation on Accumulator B H71 Enable Saturatbn on Daia Space Writes from DSP Engine
He’p
or.
Cancel
Apply
Figura A 7.1. Ventana para la configuración del motor DSP. 259
dsPIC DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
260
Como primer parámetro, se configura el modo de multiplicación, Multiplication Mode. Este mo do afecta a instrucciones como MAC. Afecta a todas aquellas en las que se use el multiplicador de 17 bits del que disponen los dsPIC. Las instrucciones que se ven afectadas por esta configuración son las siguientes: IN STR U C C IÓ N
D ESCRIPC IÓ N
MAC
M ultiplicar y acumular.
MSC
M ultiplicar y restar. Es equivalente a la anterior, pero en vez de sumar el resultado, lo resta.
MPY
M ultiplica dos valores y deja el resultado en el acumulador.
MPY.N
M ultiplica y niega el resultado. A ^ -B*C
ED
Calcula la distancia euclídea parcial. A = (B-C)2
FDAC
Calcula la distancia euclídea parcial y la acumula. A = A + (B-C)2
Si se elige como Multiplication Mode la opción ¡niegen el resultado de las mencionadas ins trucciones se representará como un valor entero, si por el contrario se selecciona Fractional, el re sultado será un numero fraccionario. Existen otras instrucciones que multiplican ciertos valores, como MUL, en las que el resultado siempre es un valor entero y por tanto no utiliza esta configuración del motor DSP. Otra opción para configurar el Motor DSP es el Accumulator Roundy o redondeo del acumula dor. Para este parámetro existen dos posibilidades, Convergente convergente y Conventional, con vencional. La diferencia entre ambos modos se analiza en la parte teórica de esta obra, más con cretamente en el Anexo del Capítulo 4, M anipulación de datos del Motor DSP. Bajo el epígrafe Accum ulator Saturation M ode, se perm ite configurar el modo de saturación, pudiendo elegir el modo 1.31, “norm al”, que cargará en el acum ulador destino el valor 1.31 m áxim o positivo (ÜXÜ07FFFFFFF) o m áxim o negativo (0xFF80000000). El otro m odo es el 9.31, “supersaturación”, donde cargará el valor 9.31 m áximo (0x7FFFFFFFFF) o el mínimo (0x8000000000). Y, por último, se dispone de la posibilidad de habilitar o deshabilitar el modo de saturación ele gido para el acum ulador A, B o la zona de memoria afectada por instrucciones DSP. Una vez seleccionados los parámetros necesarios, basta activar la casilla Generate Code O nlyfor features/resources on processor package a través de la opción Code Generation Options del menú Visual Initializer, para que se genere el fichero init_dsPIC30F4013.s mediante la opción Code Ge neration -> Save to ProjecL Una vez generado el código de inicialización del proyecto, en el código fuente en ensamblador, se añade: r.-.v-:-•? \
¡
Cali Visuallnitialization ::r :
O bien, en lenguaje C :
_
-
VísualIniíializationO; A continuación, las instrucciones DSP que se utilicen se comportarán de acuerdo a los paráme tros elegidos en los pasos anteriores.
APLICACIÓN 7: PERIFÉRICOS AVANZADOS
261
A7.3. CONVERSOR AN A LÓ G IC O DIGITAL
El dsPIC30F40l 3 dispone de un conversor analógico digital de 12 bits de resolución. Para estudiar todas sus posibilidades, en primer lugar se presentan las características de este módulo para pasar a crear un proyecto en el que se estudiará un ejemplo de utilización.
A7.3.1. Descripción del módulo de Conversión Analógico Digital de 12 bits
El conversor analógico digital de 12 bits permite convertir señales analógicas de entrada en valores digitales de 12 bits con una velocidad de conversión de lOjis. Este módulo está basado en un regis tro de aproximaciones sucesivas y soporta hasta 16 entradas analógicas multiplexadas sobre un am plificador unipolar de muestreo y retención denominado CHO. La tensión de referencia puede pro ceder de la tensión del controlador (AVdd y AVss) o bien de dos patitas que pueden recibir dicha tensión de referencia (Vref-i- y Vref-). Además este conversor puede funcionar mientras el procesa dor está en modo Sleep con el oscilador RC. El módulo dispone de varios registros para su control. Asi los registros ADCON1, ADCON2 y ADCON3 controlan el modo de trabajo del conversor analógico digital. El registro ADCHS, por su parte, selecciona los canales de entrada. El registro ADPCFG configura las patitas com o entradas analógicas o como entradas/salidas digitales. Y el registro ADCSSL selecciona las entradas a esca near o explorar. Los resultados de la conversión se guardan en un buffer de 16 palabras, denomina das ADCBUFO, A D CBU F1,... ADCBUFF. En la Figura A7.2 se muestra un esquema del módulo conversor.
Figura A7.2. Esquema del Conversor Analógico Digital de 12 bits.
262
dsPIC DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
Para realizar una conversión, se deben seguir los siguientes pasos:
1. 2. 3. 4. 5. 6.
7. 8. 9. 10.
Configurar las patitas analógicas, las tensiones de referencia y las entradas y salidas digitales. Seleccionar los canales de entrada A/D. Seleccionar el reloj para la conversión. Seleccionar el disparo (trigger) de la conversión. Poner en marcha el módulo A/D. Configurar la interrupción (si fuera necesario). a. Limpiar el bit ADIF. b. Seleccionar la prioridad de la interrupción. c. Activar el bit ADIE. Comenzar el muestreo. Comenzar la conversión. Esperar a que se complete la conversión, lo que se detecta por una interrupción o porque el bit DONE del registro ADCON1 se pone a 1. Leer el buffer A/D con el resultado (ADCBUFO, ADCBUF1,...) y limpiar el bit ADIF.
A 7.3.2. T rabajando con el m ódulo Para trabajar con el conversor AD cree un proyecto para el dsPTC30F4013, inicie la herram ienta V isual Initializer. cam bie el Pcickage y acceda a la opción A D C del menú de periféricos del controlador. Pinche y arrastre el icono denom inado 12-Bit A to D hasta la figura del contro lador. Al hacer doble clic aparecerá en pantalla el cuadro de diálogo representado en la Figura A7.3. '
? hir A/n Co nverter Configuration Opeiaforá! Sailings -
Irteríup! Sellings-------------CFU Siaes Operation
□ ír-asIso.'íStcrt'.-p Dala OiipU Fu-tnat ¡Uríigrcc Irilóse Vcfcage Reí Souc«: ¡AVdd u Vtefh. AVss VrcH - Mode S e tth # ...........- -
-
[M o
O Enafcic Irteiiutf on Siérttp
CPU Ido Oration !Ccnir.wo v ■
Irterrupt Fikxly.
Corfipj'e asA/D Irrcuii
CJ Al!, between SamóteAS B ¡roiís
HÍ'PinO ~ ^
□ Frotí« íh scanning c( á!fe;ent A'D ¡rputa irlo
■ y. y Pri 3
CHO«aroVíí i ¡S a n c irm i*ledmanual/
v
A/O lrp .it Settings IfHO) "
Samclh; Mode ¡ Conversen Mode ;________
SaTolro Stait Mo».
¿
y F iii Fri 2
v.
SaTtrfeA Pos Input
, AH 0
Sarrpìe A Neg. Input : VflE FIrpUsto be sc3mcd: ¡LjlnoUO ¡i*! Irpi* I
-!□irpLí2
;5LUtpU3 Hefp
Sarpf© B P ot Inpt/. ¡AMO Serrcte B Neg. Input: ¡\*rl£F-
v
AcoV
Figura A7.3. Cuadro de diálogo para la configuración del conversor analógico digital de 12 bits.
Desde la ventana de la Figura A7.3 podrá configurar muchos aspectos del conversor analógico digital de 12 bits de resolución. A continuación se estudia cada uno de los apartados del cuadro de diálogo.
APLICACIÓN 7: PERIFÉRICOS AVANZADOS
263
Operational Settings
•
Enable on startup- Activando esta casillael conversor analógico digital se activa al iniciarse la eje cución del programa. De no marcarlo, se deberá activar a 1 el bit ADON del registro ADCON1 pa ra que se inicie el proceso dé conversión. Data Output Format: Establece cómo se desea recibirlos datos de la conversión, si enteros sin sig no (Unsigned Integer), enteros.con signo (Signed Integer), fracciónales sin signo (Unsigned Frac tional) o fracciónales con signo (Signed Fractional). Voltage Ref Sources Sirve para seleccionar la tensión de referencia. En esta lista despíegable se puede elegir entre cuatro opciones diferentes. Se puede elegir la tensión de las patitas AVdd y AVss como referencia, o la tensión de las patitas Vref+ y Vref-, entre otras. CPU Sleep Operation: Mediante esta opción se indica qué acción deberá tomar el conversor cuan do el controlador entre el modo Sleep si se desea que despierte al controlador (Wake up on Start Bit) o que no lo haga (No wake up). CPU IDLE Operation: Indica si el periférico continúa su operación (Continue) o se detiene (Stop) cuando entra en el modo de bajo consumo Idle.
En el cuadro Interrupt Settings, se puede configurar al conversor para que active una interrup ción cuando finalice la conversión. Es posible establecer que la interrupción se active al iniciarse el módulo así como su prioridad. Para atender a dicha interrupción deberemos usar la etiqueta _ADCínterrupt. En el cuadro A/D fnput Settings (CHO) se configuran los canales de entrada del conversor. Esta blece las patitas que serán utilizadas para realizar la conversión, así como las tensiones de referen cia de los multiplexores MUXA y MUXB. Estos multiplexores pueden actuar de manera que cada entrada al conversor se vaya alternando, una por el multiplexor MUXA y la siguiente por el MUXB. El conversor dispone de hasta 13 patitas, desde ANO hasta AN12, para actuar como entradas ana lógicas. Se marcan con un tick aquellas que se van a usar en el proceso de conversión. Mode Settings Para seguir configurando el modo de funcionamiento del conversor analógico digital hay que es tablecer cuándo se debe empezar a realizar el muestreo, cuándo realizar la conversión, etc. Para ello la herramienta dispone del cuadro Mode Settings, que se encuentra divido en las pestañas Sampling Mode y Conversión Mode. (Figura A7.4.)
; SampingMode j~Convession Mods! • d J Aft. between Sample A I B inputs : O Enable alt scanning of different A^D inputs into CHO samples • Sampling Start Mode:
: ;Samplng slatted manually | --------- ------— -------------- .
.
--------
; Inputs to be scanned: pT} Input 0 L'.: Input 1 L Input 2 , L Input3
V.
Figura A7.4. Configuración del modo de funcionamiento del conversor, pestaña Sampling Mode.
264
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
Bajo la pestaña Sampling Mode, de la Figura A7.4, se pueden seleccionar las siguientes opciones: P. Al seleccionar con un Lick la opción Alt. Between Sample A & B inputs, la entrada se irá al ternando entre el multiplexor A y el B. 2a. Habilitando la opción Enable alt. Scanning o f differente A/D inputs into CHO samples sc per mite que los datos de distintas entradas vayan alternativamente al amplificador de muestreo y retención CHO. 3a. En Sampling Start Mode se puede elegir cóm o comienza el muestreo en la conversión, pudiendo elegir entre manual (Sampling started manually) para lo que hay que poner a 1 el bit SAM P del registro ADCON1, o automáticamente tras la conversión anterior (Automatically after previous conversion). En este caso, es el bit ASAM del registro ADCON1 el que se de bería poner a 1 en caso de no usar la herram ienta Visual Initializer, ya que ésta lo hará de for ma automática. 4a. Por último, se puede seleccionar entre las 13 entradas. En la pestaña Conversion Mode se establecen los parámetros correspondientes a la operación de conversión. (Figura A7.5.) ¡ Sampfrig Mode j Conversion Mode j Trigger Source:
Manual Dearing of SAMP bit
Sample Period:
0
XError:
0
Conversions / Int:
i
Conversion Period:
0
Clock Source
•5* Tcy
v
~ ] usee ! (Calc.)
■ usee (Caic.)
A/D Buffer Fill Mode: Do not alt. fill both halves of A/D ;y
Figura A7.5.
Configuración del modo de funcionamiento del conversor con la pestaña Conversión Mode.
1. En la opción Trigger Source, se establece cuándo se activa la fase de conversión, que puede hacerse manualmente, una vez que se borre el bit SAMP (Manual clearing o fS A M bit) del registro A D C O N 1, mediante una transición por flanco ascendente en la patita INTO (Active Transition on INTO). También se puede hacer de forma síncrona utilizando el temporizador Timer 3 (Timer3 Compare) o el temporizador interno (Intem al Timer). 2. En la casilla Sample Period se establece el tiempo de muestreo en microsegundos. 3. En la casilla Conversions /In t se selecciona el número de conversiones que se realizarán an tes de que se genere la interrupción. Ese número debe ser menor que el número de bulfers (16) ADCBUF, ya que de lo contrario se perdería algún dato de la conversión. Este paráme tro se guarda en el registro ADCON2, en los bits SMPI. Después de cada interrupción, los da tos comienzan a guardarse siempre desde ADCBUFO. 4. En la casilla Clock Source se selecciona el reloj de conversión. La velocidad máxima es de 12 períodos de reloj por cada dato o muestra. 5. La casilla A/D Buffer FillM ode describe el modo y estado de llenado de la pila. El resultado se puede dividir en dos grupos de 8 que reciban de forma alterna el resultado de la conversión (Alt two 8words bujfers ofA/D), o bien, no dividirlos (Do not Alt. Fill both halves ofA /D ). Esta de cisión dependerá del tiempo que emplee la interrupción en procesar los datos de la conversión.
APLICACIÓN 7: PERIFÉRICOS AVANZADOS
265
Puede ser interesante realizar la conversión en modo SIeep ya que con ello se reduce notable mente la posibilidad de recibir ruido provocado por el resto de periféricos del controlador. Se procede a desarrollar el primer ejemplo. Desde Visual Initializer se marcan las siguientes casillas:
• m • • • • •
Enable on startup. De esta forma en la. inicialización se activa el módulo. Enable interrupt on startup. Establece una interrupción para cuando se lleve a cabo la con versión. En la pestaña Sampling Mode se elige Input 0. En la lista Sampling St^rt Mode se elige "automatically after previous conversion Asf tras una con versión comenzará la siguiente automáticamente. En la opción Trigger Source de la pestaña Conversion Mode se seleccionaInternal Timer. Como Sample Period, se escoge un período de 0.002 fe. [ En la pestaña Clock Source, se elige 3 0 * . 5* . Tcy.
El resto de parámetros se dejan tal cual aparecen por defecto en la herramienta Visual Initializer. A continuación, se activa la casilla Generate Code Only forfeatures/resources on processor pac kage a través de la opción Code Generation Options del menú Visual Initializer. Se genera el fichero init_dsPIC30F4013.s mediante la opción Code Generation -> Save to Project.
PROGRAMA CAD .include "p30f40J 3.inc'’ .GLOBAL „main .text _mairi: call JVisual Initialization bucle: goto bucle Tratamiento de la interrupción .global ___ADCInterrupt ADCInterrupt: BCLR IFSO, #ADIF Leemos el resultado en ADCBUFO :Aquí trataríamos la interrupción
;ínicializamos el conversor analógico digital ;Permanecemos en un bucle infinito
;Etiqueta correspondiente a la interrupción ;Borramos el flag de la interrupción
RETFIE .end
\ \ simular este programa se aprecia cómo se accede periódicamente al tratamiento de la inte rrupción. Aunque también sucede que la simulación se para en un punto del programa. Esto es deh tio a que no se ha aplicado una señal simulada en la patita muestreada. Volviendo a ejecutar la op ta ré Run del simulador, eliminaremos este problema. Cuando se detenga en el punto de ruptura sc irie c id o , el programa estará situado en la zona de instrucciones donde se debería tratar la lectubl recogida en el buffer ADCBUFO. Mediante la opción Debugger -> Stopwach se podrá estudiar e . r-empo transcurrido entre cada lectura.
266
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
Modifique los parámetros del Visual Initializer y siga estudiando los tiempos obtenidos. No así los datos obtenidos en ADCBUFO, pues es complicado simular una entrada analógica en las patitas de entrada, por lo que el resultado de la conversión siempre es cero. Otro ejercicio interesante consiste en analizar la secuencia generada en el fichero init_dsPIC30F4013.S para la inicialización del módulo. El programa anterior desarrollado en lenguaje C sería el siguiente: Contenido del fichero main.c
m
//PROGRAMA CADc # include ,'p30f4013.h" int main (void) /t VisualínitializationQ; while (1); return 0; }
//Inicializamos el conversor // Entramos en un bucle infinito l’.y.yX''
Contenido dei ficherò adcint.c •••
#include ”p30f40í3.h" unsigned int ADResultl = 0;
•:
.;X;
//Variable donde guardamos el resultado conversión
//Función que atiende a la interrupción por el módulo Conversor A/D void__attribute__((__interrupt__)) _ADClnterrupt(void); void attribute (( interrupt )) ADCInterrupt(void)
I IFSObits.ADIF = 0; ADResultl = ADCBUFO;
//Reestablecemos el flag de interrup. //Guardamos el resultado en ADResult 1
A 7.4 . C O M U N IC A C IO N E S UART
Este módulo permite establecer comunicaciones serie con el exterior. Se trata de un transmisor re ceptor asincrono, bidireccional, con un buffer de transmisión y recepción de 4 caracteres. Dispone de 2 patitas, denominadas TX y RX, que permiten enviar y recibir información en serie con la po sibilidad de activar una interrupción cada vez que se reciba o se envie un dato. Entre otros, para trabajar con el módulo UART, se utilizarán los registros U1TXREG para trans mitir los datos, U1RXREG para recibir los datos, U 1MODE para configurar el módulo, U1BRG para configurar la velocidad de transferencia en baudios y U1STA para comprobar el estado del módulo. La comunicación serie es un protocolo de comunicación muy extendido y conocido, por lo que a continuación y sin más preámbulos, se desarrolla un primer ejemplo Hola amigo, que transmite el mensaje Hola amigo!
APLICACIÓN 7 : PERIFÉRICOS AVANZADOS
267
La herramienta Visual Initializer configurará al módulo UART. Se crea un proyecto para el dsPIC30F40I3 y se inicializa Visual Initializer. Se cambia el encapsulado del dsPIC a formato PDIP y se elige del menú de periféricos la opción UART. El dsPIC dispone de dos módulos para comunicaciones UART. Se escoge el módulo UART1 y se arrastra hasta el dsPIC. Una vez allí, se hace doble clic sobre el mismo accediendo al cuadro de diálogo de configuración de dicho módulo UART1. (Figura A7.6.)
IJARTC Configuration. • Coirniumsctcn Settojs - - ................................. 0 Erv±lc en Startup
CPU Sleep Operation ¡ No tAake-up
v
Dock Source1; MítA- í:
CR-* Idte Operatic«;
v
SaudRate:
% Error
el: :!■ ■ !
.99X5
¡tes
0
v|
(Cae.)
DctoBh:
¡8
v
Stop Bits:
|1
v
pcrüy:
•:
[Nopanty
| Continue
il- C '.V v V jK íí
; . ; 'ó ;.;
O Enafcte auto-bdud detection : : £ri«K«s Afcct'rijtc P?r? I~| Enable loopback hetvceen T x í Rx v!
Icíe C lx k ParJy:
¡Active H¡gh
Opcicbcnal Scltngs Recewsr
Transmfcter
if 0 Erwble 7ifinsmt CJ Enable Irten^it o» Startup InieffuptPiiwfcy: Generate Int on buffe;si:e: ¡ 1 Ernply
Hefp
OK
Cancel
A c tfy
Figura A7.6. Cuadro de dialogo para la configuración del módulo UART1.
Se habilita el módulo en el inicio del programa activando la casilla Entibie on Startup. Si en vez de hacerlo automáticamente fuese manualmente habría que poner a 1 el bit UTXEN del registro U1STA. Con la casilla Baud Rate se escoge la velocidad en baudios a 9.600. Mediante la casil la Data Bits se determina el número de bits por carácter, en este caso 8 bits. La casilla Stop bits se pone un 1 pa ra establecer 1 bit de parada, y la lista Parity se deja con la opción No parity. De esta forma el mó dulo se configura para una comunicación a 9.600 baudios. 8 bits por carácter y 1 de stop. En la pestaña Transmitter se activa la casilla Enable Transmit para permitir la transmisión de datos. El Visual Initializer configura automáticamente al módulo para 9.600 baudios, como se puede apreciar haciendo doble clic sobre el icono Oscilador. Si desea configurar el módulo manualmente, sin hacer uso de la herramienta Visual Initializer, deberá calcular el valor a cargar en el registro UxBRG (donde x es 1 o 2 según el módulo seleccionado) de acuerdo con la siguiente fórmula: UxBRG = (Frecuencia / (16 • Baudios)) -1 Dispone de un ejemplo en el Laboratorio 4, Comunicación USART ene ripiada. Tras esta aclaración se genera el código de inicialización, para lo cual en la opción Visual Ini tializer -> Code Generation Options se marca la opción Gene rate Code Only fo r features/resources on processor package. A continuación, se elige la opción del menú Visual Initializer -> Code Ge neration, y se salva el código de inicialización en el proyecto gracias a la opción Save to Project.
268
d sP IC D ISEÑ O PRÁCTICO DE APLICACIONES
Por último, se crea el fichero fuente en ensamblador que transmitirá el mensaje por dicho puerto:
; PROGRAMA Hola Amigo .include "p30f4013.inc" .global _main ;Escribimos el mensaje en la sección X de la memoria .section holamundo,data,xmemory}address(0x0800) Mcnsaje: .ascii "Hola mundo!\r\n\0" .text X*;-;*::-x • _main: call „Visual Initialization ;Inicializa el dspic mov #Mensaje,Wl ;Mueve a W1 la dirección del mensaje Bucle: mov.b [W 1++), WO cpO.b WO bra Z,Fin call MandaCaracter bra Bucle MandaCaracter: btss U1STA,#TRMT bra MandaCaracter mov W0,U1TXREG return Fin: nop .end
-
■* .
;Lee el dato en WO ;Si el dato es 0 ;entonces ha acabado y salta a Fin ;En caso contrario escribe el caracter ;repite el bucle ;Espera a poder transmitir ;Si no puede transmitir sigue esperando ;Escribe el caracter en el buffer TX ;retoma a la llamada ;Fin del programa
Para ver cómo funciona este programa lo ideal es que trate de simularlo con la herramienta MPLAB SIM. Para ello deberá indicar al simulador que los mensajes de salida del módulo UART aparezcan por pantalla. Basta con acceder al menú Debugger->Settings... y, en la pestaña UART 10. se activa la casilla Enable UART 10 y luego se elige en la opción Window en el marco Output para que el resultado de la salida del módulo se visualice en pantalla. (Figura A7.7.)
Figura A7.7. Configuración del simulador para que muestre los datos del módulo UART en pantalla.
APLICACIÓN 7: PERIFÉRICOS AVANZADOS
269
Se ejecuta el proyecto, se aprecia cómo en la ventana Output, dentro de la pestaña correspon diente al simulador SIM UARTJ, aparece el mensaje esperado Hola mundo! (Figura A7.8.)
O u tp ut i
Buüd ¡; Version Control !¡ Find in Files : Visual Infcalizet
MPLAB SIM [ SIM U a f t l ^
H o la mundo!
Figura A7.8. Visualization de la salida del módulo UART1. Una vez configurado el módulo con Visual Initializer enviar un dalo por el puerto serie es tan sencillo como esperar a que el bit UTXBF del registro de estado U1STA esté desactivado para en viar el dato, simplemente escribiéndolo en el registro U1TXREG. Para recibir un dato, se habilita una interrupción en la inicialización del módulo UART1 y se usa la etiqueta__U 1RXInterrupt para acceder al dato que se recibe en U1RXREG.
A7.5. M Ó D U LO DE CAPTURA DE ENTRADA El dsPIC30F4013 dispone de 4 módulos de captura de entrada. Se utilizan para capturar la infor mación de un temporizador cuando se produce cierto evento en una patita de entrada del controla dor. Cada uno de estos módulos se denominan genéricamente IC 1, IC2, IC7 e IC8. Pueden ser muy útiles para medir la anchura de un pulso o la frecuencia de una señal. Cada módulo tiene asociado un registro de control, así para el módulo IC 1 el registro de control asociado es el IC1CON, y un registro buffer de captura de entrada, que es el registro IC1BUF. Los 3 bits de menos peso del registro IC1CON configuran el modo de funcionamiento del mó dulo de captura de entrada. Dichos modos son los siguientes:
• •
Detección Detección Detección Detección Detección
de flancos ascendentes y descendentes. de flancos descendentes. de flancos ascendentes. de 4 flancos ascendentes. de 16 flancos ascendenetes.
Mediante el bit ICTMR se selecciona la fuente de reloj del temporizador. Debe elegir entre el Timer2 y el Timer3. (Figura A7.9.) La herramienta Visual Initializer permite configurar este módulo fácilmente, pero si prefiere co nocer exactamente los pasos necesarios puede analizar el código generado por dicha herramienta. Para configurar este módulo no sólo es necesario añadir el icono correspondiente al IC1 al con trolador, sino también el Timer3 que es el que controla el tiempo. La Figura A7.10. muestra algu nos posibles valores de configuración. A continuación se debe añadir el módulo IC1. Como se pretende configurar el módulo IC1 para medir la anchura de un pulso, los parámetros que se deben definir son los siguientes:
270
dsPIC DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
T.\jR2 x I Cx
Prescaler
Detector de flanco y sincronizador
v
-¿ jo t m r
1f Lógica de c o n tra i
Ï
ICxBUF
Flag de interrupción#" ICxF
FIFO
Figura A7.9. Esquema del módulo de captura de entrada.
16 lì» Timer 3 Configuration • O pcfoli s ro l Sc tth g s — ■— ----------------;------------------------------------------ i ; 5 0 Enobie on Startup
CPU Id c Opwolion
; O Gated Tim e A ccurrdab'on : 7 rner CSock Prescale:; 1 64 • Tim ei Pefiod: 7 m et Frequency:
..........._‘^ 1 y ,
Postscsie:
j
1
! j ____________: (msec) |1
; (KHz)
(C alc)
i_____________________________ ■Interrupt
---------------------- —— — — --------- :
j [11 Enable IrtciruD! on Startup Intciiupt P iiaity.
V jj
Figura A 7.10. C.onfiguración del Timer3 para su empleo con el módulo IC1.
• •
•
Timebase fo r input capture: Selección del Timer2 o el Timer3 corno fuente de tiempo para el contage. Elegimos el Timer3. Capture Operating Mode: Permite elegir que evento se va a capturar. Disable para deshabi litar el módulo, Capture every falling edge para capturar cada flanco descendente. Capture every rising edge para capturar cada flanco ascendente, Capture every 4th rising edge para capturar cada 4 flancos ascendentes, Capture every 16th rising edge cada 16 flancos ascen dentes, Capture every rising and falling edge cada flanco ascendente o descendente o Interrupt or wake up on idle para despertar en el modo Idle. Seleccionamos Capture every rising edge and falling edge. El pulso empieza con un flanco ascendente y acaba con uno descendente. El ejemplo trata de capturar el valor del temporizador Timer3 con el flanco ascendente y con el flanco descendente. La diferencia entre una lectura y otra dará la anchura del pulso. Capture events per interrupt: Permite seleccionar que la captura se produzca en cada evento (Capture every event) o en el segundo, tercer o cuarto evento (Capture 2nd, 3rd o 4th event Se elige Capture 2nd, y así al capturar el segundo evento, es decir el flanco descendente deí
APLICACIÓN 7: PERIFÉRICOS AVANZADOS
•
271
pulso, se generará una interrupción que calcula la diferencia entre la primera lectura del tem porizador y la segunda y obtener así la anchura del pulso. Por último, se puede habilitar una interrupción para tratar estos eventos mediante la opción Enable interrupt on startup e Interrupt Priority.
In p u t Capture Configuration Input Cápiuie Settings IC1
[lC2 ~Íf í¿ 7 " X tC 8 !
T imebate for jiput capture
: T rrei 3
Capluie Operata*} Mode:
5Capture eveiy rising ©dos
.v : ¡
Ccplice Evcrjts per Interrupt: Capture eveiy event CPU Idte Operation
■ Contnue
y .\
y
3 E rabie Inleirupl en Startup fníerupt Prsoñty.
4
< !................. — r ~h^ "
..*>
^ OK. ] [
Cancel
App!^
Figura A 7.11. Configuración del módulo de captura de entrada.
Para tratar la interrupción correspondiente, se empica la etiqueta__IClInterrupt. Si, por el contrario, se desea calcular la frecuencia de una señal, hay que configurar el módulo de captura de entrada, igual que en el ejemplo anterior, a excepeción de que en Capture Operating Mode hay que seleccionar Capture every rising edge, ya que para medir la frecuencia se debe espe rar al segundo flanco ascendente. En este caso también la diferencia entre dos flancos ascendentes proporciona el período de la señal, cuyo valor inverso es la frecuencia de la señal. También suele utilizarse este módulo para el modo de detección automática de velocidad del mó dulo UART.
A 7.6 . M Ó D U L O DE C O M P A R A C IÓ N DE SALIDA
El controlador dsPIC30F4013 dispone de 4 módulos de comparación de salida de 16 bits, idénticos entre sí e identificados como OC1, OC2, OC3 y OC4. Permiten comparar el valor de un temporizador con el valor de uno o dos registros. Además permiten generar un pulso o tren de pulsos de sali da en el momento de la comparación. Estos módulos controlan el funcionamiento de las patitas de salida OC1, OC2, OC3 y OC4 respectivamente, por los que se genera la salida en función del re sultado de la comparación. El valor del temporizador puede elegirse entre el valor del temporizador 2 o el temporizador 3. Así mismo existen 3 registros, que en el caso del OC1 son el OC1CON, encargado de la configura ción del módulo OC1, O CIR, registro de datos del módulo y OC1RS, registro de datos secundario, que determinan el funcionamiento del mismo. Se inicializa el Visual Initializer y se selecciona el módulo OC (Output Compare) que se arrastra hasta el controlador. Previamente, se añade el Timer2, necesario para el funcionamiento del mismo.
272
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACION ES
-Output Compare Settings QCn
IQC2 ll 0C3 f o c T l
CPU Idle Operation 0C1R (hex]: OCIRS ft*»)
I QK 1I Cared | ( Appty | Figura A7.12. Configuración del módulo de comparación de salida.
En primer lugar se selecciona el módulo O C l accediendo a la pestaña correspondiente. A con tinuación, se elige el temporizador a utilizar, que previamente hay que haber configurado para esta blecer el tiempo que se desea que dure el evento. Para ello, en la pestaña Tim ebasefor input com pare se selecciona Timer 2. Después, en la lista Compare Operating Mode, se elige el modo de operación del módulo. Exis ten los siguientes módulos: Compare channel disabled Mediante esta opción se deshabilita el módulo y no funciona. OCx p in low to high En este modo, la patita O C l del controlador pasa de 0 a 1 en el siguiente ciclo de reloj tras al canzar el Temporizador seleccionado el valor que se haya escrito en el registro OCl R. Se gene rará una interrupción 2 ciclos de reloj después de activarse la señal O C l. OCx pin high to low En este caso la patita OCl se pondrá a 0 un ciclo de reloj después de que el temporizador selec cionado alcance el valor del registro OC1R. También en este modo de operación la interrupción se activa 2 ciclos después de que la señal pasa a 0. Toggles OCx pin En este caso, la patita O C l invierte su valor un ciclo después de que el temporizador seleccio nado haya alcanzado el valor almacenado en el registro O C 1R. La interrupción correspondiente también se genera 2 ciclos después de este evento. Single Output Pulse on OCx Pin La patita O C l se activa mientras el valor del temporizador tiene un valor comprendido entre los registros OC1R y OCl RS. El cambio a nivel alto se produce en el siguiente ciclo tras alcanzar el temporizador el valor de OC1R y se mantiene a nivel lógico 1 hasta el mismo ciclo en el que el temporizador toma el valor de OC1RS. Una vez alcanzado el valor de OC 1RS, aunque el tem porizador vuelva a alcanzar los valores OC1R u OC1RS, la salida O Cl seguirá a nivel lógico 0.
APLICACIÓN 7: PERIFÉRICOS AVANZADOS
273
Continuous Outpuí pulses on OCx Pin Este modo es idéntico al anterior salvo que las siguientes veces que el temporizado!* alcanza el valor OC1R se vuelve a generar el pulso en la salida O C L PW M mode Fault pin disabled Generación de un tren de pulsos de anchura variable con la patita de fallo desactivado. PWM mode Fault p in enabled Generación de un tren de pulsos de anchura variable con la patita de fallo activado. La patita de fa llo provoca una interrupción para poder colocar la salida en un estado prefijado por el programador. Se elige Continuous Output pulses on OCx Pin. La casilla OC1R se carga con el dato con el que se desea que se active el comparador. Depen diendo del modo seleccionado, en el siguiente ciclo tras alcanzar el temporizador el valor guardado en OC1R, se activará la salida y la interrupción correspondiente. Dicho valor se escribe en hexadecimal y en este caso es 0100. En la casilla OC1RS se debe colocar el segundo umbral para los modos en los que quiere que la salida se active desde un determinado período hasta otro. Dicho valor se coloca en hexadecimal y será 010A. Por último, se marca la opción Enable Jnterrupt on startup, para provocar una interrupción dos ciclos más tarde de comenzar la salida deseada en O C 1. •
Complete la tabla con los valores de O CI para distintos valores de TIMER2 en función de los parámetros elegidos en el Apartado A7.6
T IM E R 2
OC1
0x00f f
0
0x0 100 0x0/07
0x0102 0x0103 0x0109 0x010A 0x0 JOB 0x0 WC
•
¿Qué valor tendrá el T/MER2 cuando se provoque la interrupción__O CI Interrupt?
En la tercera parte de esta obra podrá encontrar un ejemplo de utilización de este módulo para el control de motores. Más concretamente en el Laboratorio 5, Control de motores mediante PW M , se hace uso de este módulo para controlar la velocidad de un motor y conseguir distintas velocidades de una forma sencilla.
274
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
A7.7. CONSIDERACIONES FINALES
A lo largo de la sección Programación y Simulación de Aplicaciones se ha tratado de proporcionar al lector las habilidades necesarias para iniciarse en la programación de los controladores dsPTC, una lase previa a la implcmentación física de soluciones hardware basadas en controladores dsPTC que abordaremos en la última sección del presente libro, denominada Laboratorio Experimental, y siempre tratando de presentar las características de estos controladores y su uso, de la forma más sencilla y clara posible.
AUTOEVALUACIÓN Conceptos clave de este capítulo
1. 2. 3. 4. 5.
¿A qué instrucciones afecta la configuración del Motor DSP? ¿Qué significa que la resolución del convcrsor analógico digital sea de 12 bits? ¿Para qué se necesita un temporizador junto con el módulo Input Capture? ¿Qué utilidad pueden desempeñar los módulos de comparación de salida? ¿Cómo se puede configurar el módulo UART para una comunicación a 2400 baudios, 8 bits de datos y uno de parada?
Ejercicios
1. Medíanle el simulador, almacene el siguiente código en memoria EEPROM: Dirección
Contenido
7FFCÓ0
0x4 F4 8
7FFC02
0x414C
A continuación, cree un programa en ensamblador que transmita por el puerto serie el contenido de esas direcciones de memoria. Simúlelo y descubra el mensaje enviado.
IIS
*
v
‘1
- £
2. Programe y simule un programa en lenguaje C; de forma que se lleve a cabo una conversión ana lógico digital por la patita ANO, con tensión de referencia en VREFH y VREFL, utilizando el tempo rizador interno con un período de muestreo de 0,002/is., con una velocidad de reloj de muestreo de 30 * .5 * .Tcy, de forma que cada 5 muéstreos se genere una interrupción y obtenga la media de esos 5 valores. Al tratarse de un periférico tan veloz, el calcular la media y tomar ese valor como el valor resulta do, permite minimizar el riesgo producido por la entrada de ruido en el muestreo.
1.
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del CD e instalación de las herramientas de trabajo .A
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C O N T E N ID O DEL C D
El CD que acompaña al libro dispone de los ejemplos explicados en el mismo, las aplicaciones de desarrollo utilizadas, así como los ficheros necesarios para realizar las actividades propuestas. La organización del CD en distintas carpetas se corresponde con la de la Figura AP.l. DOCUMENTACION
a p l ic a c io n e s
DSPIC FD LITE
LABORATORIOS
MPIABIDE
D
DSPICWORKS
P P
MPLAB C30
WINPICSOO
Figura AP.1. Árbol de directorios del C.D. Dentro de la carpeta APLICACIONES, se encuentran todos los ficheros necesarios para hacer las actividades de esta parte del libro. Así, existe una subcarpeta por cada capítulo/aplicación con los listados de los ejemplos realizados y, en la carpeta Filtros, encontraremos el fichero señal con rui do.wav necesario para la aplicación 1. Por último, también existe una carpeta denominada Autoevaluación donde se encuentran los listados de los programas necesarios para la resolución de los ejercicios de autoevaluación. La carpeta LABORATORIOS se encuentra subdividida en tantas subcarpetas como laboratorios realizados en el libro. Estas carpetas contienen el código fuente utilizado en cada uno de ellos y to dos los ficheros necesarios. En las carpetas M PLAB IDE, DSPICWORKS, DSPIC FD LITE, MPLAB C30 y WINPIC800, pueden encontrarse los programas de instalación de estas herramientas. Todos estos programas son propiedad de M icrochip y los tiene registrados en todo el mundo. Además las versiones más actua les de los mismos las puede encontrar en su sitio de Internet www.microchip.com. 275
276
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
En la carpeta DOCUMENTACIÓNpuede encontrar distintos datasheets de las distintas familias de dsPIC.
INSTALACIÓN DE MPLAB IDE
Es importante instalar esta herramienta antes que el compilador de C MPLAB C30. Para instalar la herramienta MPLAB IDE, se accederá a dicha carpeta del CD que acompaña al libro y ejecutando el programa Install_MPLAB_v730b.exe.También se puede obtener la última versión de este soft ware acccdicndo a la web de Microchip, www.microchip.com. Una vez iniciada la instalación se debe esperar hasta observar el primer cuadro de diálogo de la aplicación de instalación. Es conveniente cerrar el resto de aplicaciones abiertas en ese momento. En este primer cuadro de diálogo pulsamos Next. A continuación hay que aceptar el contrato me diante la opción / agree y pulsamos de nuevo Next. (Figura AP.2.)
Figura AP.2. Instalación de la herramienta MPLAB IDE.
A continuación, se elige el tipo de instalación, que se recomienda la instalación completa, Com plete. V se sigue pulsando Next hasta que se llega al cuadro de diálogo donde se pregunta sobre la carpeta destino. (Figura AP.3.) Es importante no cambiar la carpeta destino, ya que a menudo se hace referencia a ficheros que se encuentran en dichas carpetas, y si se cambia la carpeta de instalación base las referencias dadas en el libro no serán válidas. Tras esto, continúa la instalación normalmente, aceptando los contratos de software y pulsando Next, hasta que comienza la copia de los archivos al ordenador. Al finalizar este proceso, el progra ma de instalación pregunta si se desea leer instrucciones para la instalación de otras herramientas, como por ejemplo el 1CD2. En tal caso, se contesta que sí se quiere leer dichas instrucciones, e in cluso sería recomendable imprimirlas. (Figura AP.4.)
APÉNDICE A: CONTENIDO DEL CD E INSTALACIÓN DE LAS HERRAMIENTAS DE TRABAJO
277
C h oose D citm o lio n L ocation
M ic r o c h ip
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Figura AP.3. Selección de la carpeta de destino.
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M ic r o c h ip
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Visualizando las instrucciones de instalación de la herrmienta ICD2.
Por último, al pinchar en el último cuadro de diálogo de la instalación, el botón Finish, aparece rá en pantalla un visor de documentación de la em presa Microchip, visor que se puede cerrar para empezar a trabajar con el MPLAB IDE. (Figura AP.5.)
278
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE API ICACIONES
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Figura AP.5. Visor de documentación del MPLAB IDE.
INSTALACIÓN DE MPLAB C30
Se recuerda una vez más, que la versión del compilador de C MPLAB C30 que distribuye libre mente Microchip y que se acompaña en este CD, es una versión para estudiantes. Esta versión, pa sados 60 días tras su evaluación, pierde ciertas funcionalidades pero sigue siendo funcional. En ca so de que no sea estudiante, debería descargar de la web de Microchip una versión de evaluación de 60 días de esta misma herramienta que trascurrido este tiempo dejará de funcionar. Para instalar esta herramienta, hay que ejecutar el único programa ejecutable situado en la car peta MPLAB C30 del CD que acompaña al libro. La instalación es bastante trivial, se deben acep tar todas las opciones por defecto del programa de instalación y mediante el botón N ext avanzar en la misma hasta que se muestre un cuadro de diálogo como el de la Figura AP.6. Hay que contestar Yes y finalizar la instalación pulsando el botón Finish.
INSTALACIÓN DE DSPICWORKS
Para instalar esta herramienta, se ejecuta el programa setup.exe de la carpeta DSP/CW ORKS del CD que acompaña el libro. La instalación resulta trivial, simplemente se acepta todo sobre las distintas opciones que por defecto marca el programa, pulsando el botón Next, hasta llegar a la última pan talla donde se pulsa el botón Finish, tras lo cual habrá concluido la instalación de esta aplicación.
INSTALACIÓN DEL dsPIC Fd Lite
Para instalar esta herramienta se ejecuta el programa setup.exe de la caipeta dsPIC Fd Lite del CD que acompaña el libro.
APÉNDICE A: CONTENIDO DEL CD E INSTALACIÓN DE LAS HERRAMIENTAS DE TRABAJO
279
Figura AP.6. Configuración de las variables de entorno.
I ,a instalación resulta trivial, simplemente se acepta todo sobre las distintas opciones que por de fecto marca el programa, pulsando el botón Next, hasta llegar a la última pantalla donde al pulsar el botón Finish, se concluye la instalación de esta aplicación.
INSTALACIÓN DE W IN PIC 800 La instalación del W inPic800 es bastante simple, basta con copiar la carpeta WinPicSOO en el disco duro, seleccionar todos los ficheros copiados y, mediante el botón derecho y la opción Propiedades, desmarcar la opción de Sólo lectura. Tras esto bastará con ejecutar directamente el programa WinPic800.exe para tenerlo funcionando. Este programa de Siseo Benach es de libre distribución y pue de encontrarse actualizado en http://perso.wanadoo.es/siscobf/winpic800.htm.
ejercicios de autoevaluación SOLUCIONES APLICACIÓN 0
/. ¿Con qué herramienta se desarrollarán los programas para d sP lC ? Para los desarrollos propuestos se utiliza la herramienta MPLAB IDE, que genera los códi gos fuente, que se compilarán y simularán. 2. ¿ Es necesaria en esta segunda parte alguna placa de desarrollo o hardware basado en dsP lC ? No, sólo es necesario un PC y el software del CD que acompaña al libro para realizar todos los ejercicios y simulaciones planteados. 3. ¿De cuánta memoria de datos y de programa dispone el dsPiC30F4013? M emoria de programa de 48 KB de capacidad. Hasta I6K instrucciones. 2048 bytes de memoria SRAM. 1024 bytes de memoria EEPROM. 16 registros de trabajo de 16 bits cada uno. 4. ¿Con qué herramienta se debe tener especial cuidado al instalarla? ¿por qué? Debemos tener especial cuidado con la instalación del compilador de lenguaje C MPLAB C30, ya que es una versión demo y una vez instalado, sólo se puede utilizar de forma gratuita duran te 60 días. 5. ¿ Qué herramienta generara automáticamente el código fuente necesario para desarrollar un filtro para un controlador dsPIC? La herramienta para el tratamiento de filtros digitales dsPIC Fd Lite.
SOLUCIONES APLICACIÓN 1
I. ¿Qué es un filtro ? ¿Para qué sirve? Cite ejemplos de aplicación. Se trata de un elemento que discrimina cierto rango de frecuencias de una señal que pasa a través de él. 281
282
dsPIC DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
Un ejemplo de aplicación se puede observar en los microfíltros que se conectan a las líneas de teléfono cuando se utiliza ADSL para transmitir por el mismo canal voz y datos. 2. Defina los cuatro tipos de filtros esenciales que permite diseñar la herramienta dsPIC Fd Lite. Filtro paso bajo: Es aquel que permite el paso de frecuencias bajas y atenúa frecuencias mayores. Filtro paso alto: Es el que permite el paso de frecuencias desde una frecuencia de corte de terminada hacia arriba, sin que exista un límite superior especificado. Filtro paso banda: Permite el paso de componentes frecuenciales contenidos en un determi nado rango de frecuencias, comprendido entre una frecuencia de corte superior y otra infe rior, atenuando el resto. Filtro elimina banda: Es el que dificulta el paso de componentes frecuenciales contenidos en un determinado rango de frecuencias comprendido entre una frecuencia de corte supe rior y otra inferior. 3. En el ejemplo propuesto, ¿para qué sirven los parámetros Stopband Ripple (dB) y Pashhand Ripple (dB)? Definen el porcentaje de la señal original que debe eliminarse para la banda eliminada (stop band ripple) y el porcentaje de la señal original que puede eliminarse como máximo de la se ñal original en el rango de frecuencias fuera de la banda seleccionada (passband ripple). 4. ¿Para qué se ha usado la Transformada Rápida de Fourier? Para estudiar la señal en el rango de las frecuencias y así localizar una que sea muy distinta a la del resto de la señal y que probablemente esté generada por una fuente distinta. 5. ¿En qué lenguajes se puede generar el programa de filtrado? Tanto en ensamblador como en lenguaje C
Ejercicio
Los pasos para filtrar la señal son los siguientes: 1. 2. 3. 4. 5. 6.
Crear el filtro con el programa dsPIC Fd Lite. Generar y guardar el fichero de coeficientes. Convertir la señal de entrada del formato .WAV a formato .TIM. Desde el programa dsPICworks, aplicar el filtro sobre la señal original. Convertir la señal de salida de .TIM a .WAV. Escuchar la señal en el reproductor de Windows.
Si no se consigue, puede que estos datos le sean de ayuda, aunque quizás desee primero inten tarlo sin pistas. Características del filtro: Sampling Frequency: 44100 Passband Frequencies: 4800 5000 Stopband Fequencies: 4000 5600 Passband Ripple (dB): 0.1 Stopband Ripple (dB): 50
APÉNDICE B: SO LU CIO N ES A LO S EJERCICIOS DE A UTO EVA LUA CIÓ N
283
SOLUCIONES APLICACIÓN 2
1. ¿ Qué ficheros son necesarios para todo proyecto escrito en ensamblador? F icheros a añadir a n u estro p ro y ecto C:\Archivos de programa\M ¡croch¡p\M PLAB ASM30 Su¡te\lib\C rl0.s C:,\Archivos de program a\M icrochíp\M PLAB ASM30 Su¡ie\Mb'sCrtl .s Q \A rch ivo s de programa\M icrochip\M P LAB ASM.'iO Suite\support\gld\p30f4013.gld C:\Archiyos.de program a\M icrochíp\M PLAB ASM3.0 Suite.\support\inc\p3Qí4í)13.¡nc
2. ¿Para qué sirven los ficheros añadidos a un proyecto en C? Para añadir las definiciones de las rutinas de inicialización, definir posiciones de memoria, etiquetas para interrupciones, utilización de nombres sim bólicos,... 3. ¿ Qué hace la instrucción ADD W0,W 1,W 0? Suma el contenido de los registros generales WO y W1 y deja el resultado en WO. 4. ¿ Cuál es la etiqueta de inicio de programa en ensamblador? _main: 5. ¿Dónde se encuentra la rutina de reset de nuestros programas? Se encuentra entre los ficheros que añadimos a nuestro proyecto.
Ejercicio:
Resuelto en el Capítulo 4.
SOLUCIONES APLICACIÓN 3
/. ¿Q ué depuradores soporta la herramienta M PLAB IDE? ¿Dónde puedo observar las limi taciones del simulador software? Soporta tanto depuradores software como el MPLAB SIM, o depuradores hardware como la herramienta MPLAB ICD2. Para ver las limitaciones del simulador se puede acceder al menú menú Debugger -> Settings... y acceder a la pestaña Limitations. 2. ¿Q uépasa cuando se ejecuta nuestro programa paso a paso? ¿Cuándo se ejecutan las ins trucciones del código fuente? Al ejecutar el programa paso a paso la primera instrucción que se ejecuta no es la que se ha escrito en el fichero fuente, sino las que se han añadido en los ficheros del proyecto que con tienen las rutinas de reset, etc. Para poder ver la ejecución del código más rápidamente se es tablece un punto de ruptura en la primera línea de programa y se ejecute el mismo. Así, tras ejecutar esas rutinas de inicialización, el programa se detendrá en la primera línea de código y se podrá ver su ejecución paso a paso.
284
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
3. ¿Cómo se puede observar con el simulador el número de ciclos que tarda en ejecutarse una instrucción? Mediante la opción Debugger -> StopWatch se observa el número de ciclos y el tiempo trans currido entre distintos puntos del programa, 4. Describa las limitaciones del simulador. Las limitaciones del simulador MPLAB SIM pueden observarse en el menú Debugger->Settings, bajo la pestaña Limitations. Así por ejemplo, puede observarse que la comunicación UART no puede simularse en real, pero sí redirigir la salida a pantalla o a un fichero. 5. ¿Mediante qué opción del menú se podría visualizar parte de la memoria de datos EE PROM? ¿Podemos desde el MPLAB IDE escribir en ella? Mediante la opción del menú View-> EEPROM se puede leer y escribir en la zona de la me moria de datos EEPROM.
E jercicios
•
Confeccione un programa en ensamblador que contenga la instrucción ADD, MOV, GOTO y CPSEQ. A continuación simule el programa y calcule el número de ciclos de instrucción en los que se ejecuta cada una de esas instrucciones. Como solución al ejercicio, ya que una de las instrucciones que debe incluir el programa es la instrucción CPSEQ, se propone confeccionar un program a que inicialice el registro WREGO con un valor, por ejemplo OxOÜFR e ir sumando a WREG1 una unidad, hasta al canzar dicho valor. Para ello, se podría confeccionar el siguiente programa:
:AUTOEVALUACIÓN •APLICACIÓN 3.1. -.CONTANDO LOS CICLOS DE INSTRUCCIÓN ;EL PROGRAMA VA SUMANDO I A W L HASTA ;LLEGAR AL VALOR DE WO QUE LO INICIAMOS
;CON EL VALOR OxOOFF .global _main .text mam: MOV #OxOOFF,WO MOV #0x0000, W1 SUMA: ADD W ) ,#0x0001, W l CPSEQ W0,W1 GOTO SUMA FIN: NOP .end
;INICIALIZAMOS W0=0xü0FF ; 1N1CIALIZAMOS W 1=0x0000 ;SUMAMOS 1 A W1 ;SI SON IGUALES W 0Y W 1 SALTA ;LA SIGUIENTE INSTRUCCIÓN GOTO •VOLVEMOS A SUMAR iFINÁL. W0 Y W1 SON IGUALES
APÉNDICE B: SOLUCIONES A LOS EJERCICIOS DF AUTOEVALUACIÓN
285
Con la prim era instrucción MOV, el registro WREGO se inicializa con el valor OxOOFF. Con la siguiente MOV, W1 toma el valor 0. El programa pasa a continuación a un bucle que se repetirá siempre hasta que W 0 y W1 sean iguales. Ya que mientras no sean iguales se repetirá siem pre la instrucción ADD que suma uno a W l y la instrucción de salto in condicional GOTO SUMA. Sin embargo, cuando los dos datos sean iguales, la instrucción CPSEQ hará que la instrucción GOTO SUMA no se ejecute y por tanto se llegue al final del programa. Al simular el program a paso a paso, mediante la opción del menú D ebugger->Síopwatch, se puede observar el número de ciclos de instrucción ejecutados en cada momento. Así, se puede deducir fácilmente el número de ciclos de instrucción necesarios al ejecutar cada una de las instrucciones anteriores. Dicho número de ciclos de instrucción se recoge en la si guiente tabla: í
•
In s tru c c ió n
N ° C ic lo s de in s tru c c ió n
MOV
1
ADD
J_
CPSÉQ
1
GOTO
2
Confeccione un programa en lenguaje C que le perm ita observar cómo cambia el bit de aca rreo de la palabra de estado. La solución más rápida para observar el acarreo es colocar en un registro como WREGO el valor máximo que puede contener y sumarle 1.
// Aplicación 3.2 // Programa en C para la observación // del bit de acarreo. #include ,'p3Ü 013.h" int niain(void) { WREGO = OxFFFF; //Inicializamos WREGO a OxFFFF WREG0++: //Postincremento de WREGO rcturn(O); } •.
Al ejecutarlo paso a paso, se puede observar bajo el menú View->Special File Registers có mo cambia el valor del registro de estado SR al ejecutar el postincremento de WREGO.
SOLUCIONES APLICACIÓN 4
1. ¿Q ué significa que una instrucción de comparación y salto, salta la siguiente instrucción? Significa que cuando se cumpla la condición de salto, es decir cuando la condición de la ins trucción de salto sea cierta, entonces el programa no ejecutará la siguiente instrucción. Así,
286
cJsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
normal mente, para realizar una instrucción condicional tipo IF, suele colocarse una instruc ción de salto incondicional tras la instrucción de salto condicional. Con lo que se consigue que mientras la condición no sea cierta, el programa salte a la etiqueta de la segunda instruc ción y, por el contrario, cuando la condición sea cierta, entonces el programa siga la secuen cia de instrucciones siguientes. 2. ¿Qué utilidad tienen las distintas etiquetas de inicialización de datos? Sirven para inicializar la memoria de datos del controlador, disponiendo de distintas zonas de memoria según las necesidades del programa. 3. ¿ Cuántas instrucciones DSP se han añadido al repertorio de instrucciones de la fanula dsPIC30F? Se han añadido un total de 19 instrucciones DSP que permiten realizar complejos cálculos matemáticos de una forma rápida y eficaz. 4. ¿Para qué sirve la instrucción MAC? La instrucción MAC multiplica dos valores y acumula el resultado en el acumulador. Se uti liza a menudo en el filtrado de señales.
Ejercicios
•
Confeccione un programa en ensamblador, ejercicioDSP\ que calcule el resultado de la si guiente ecuación: yn = boXn - b ]X n.¡ b 2x n.2 - bjXn.3 -
Para el cálculo se usan los siguientes coeficientes: b,
Xn
0x0001
OxOOFF
0x0003
0x0005
0x0007
0x0002
0x0001
OxOOOF
A continuación, simule el programa y observe el resultado de la ecuación. Procure hacer el programa con el m enor número de instrucciones posible y utilizando las nuevas instruccio nes DSP. La ecuación del ejercicio planteado es muy similar al ejemplo de filtro FIR. Las ecuaciones son muy similares: yn = b()x„ - b ]xn.] - b2xn.2 - b3xn.3
e
yn = b0xn + b,xn.| + b2xn.2 + b3xn.3
En el caso de este ejercicio, para su resolución debe acumularse el valor del prim er coefi ciente b0xn y luego restar el del resto de coeficientes. Para la prim era suma se recomienda usar la instrucción MPY, y para la resta de los siguien tes coeficientes, usaremos la instrucción MSC de multiplicación y resta.
APÉNDICE B: SOLUCIONES A LOS EJERCICIOS DE AUTOEVALUACIÓN
287
;Programa Ejercicio DSP •‘resolución de la ecuación yn=b0Xn-blXn-l-b2Xn-2-b3Xn-3 ;Priinero haremos |a multiplicación bOXn con la instrucción MPY y a ;eontinuación gracias a la instrucción MSC iremos ;restando el resto de operandos include ”p30f4013.inc" .global _main ;Sccción de datos de la Memoria X. Coeficientes h0,bl,b2 y b3 .section coeficientes, dala, xmemory, address(0x0800) bi: .hword 0x0001, 0x0003. 0x0007, 0x0001 ;Sección de datos de la memoria Y. Xn, Xn-1, Xn-2, Xn-3 .section inputs, data, ymemory, address(OxOCOO) xn: .hword OxOOFF, 0x0005, 0x0002, OxOOOF
.tcxr _main: bsel CORCON,#lF mo\r#bi,W8 mov |W8++J,W4
;Operaciones con enteros ;Mover la dirección de bi a W8. ;C1 contenido de la dirección de W8 lo llevamos a W4 ;y dejamos W8 apuntando al siguiente dato, mov #xn,W10 ;Mover la dirección de xn a W10. mov [W J0++1AV6 :Contenido de la dirección W10 aWó. Dejamos W6 ;apuniando al siguiente dato ;lnstrucción MPY multiplicamos W4 y W8 sobre el acumulador ;y hacemos que tras la operación, estos contengan los siguientes coeficientes ;y que W8 y W10 apunten a los siguientes. mpy W4nV6,A,lW8]+=2,W4,[W101+=2,W6
repeat #0x0002 ;repetir 3 veces (una por cada resta de la ecuación) nivSCW4*W6,A*;[ W 8 ]+=2, W4,[W 10]+=2,W6 ; Instrucción MSC, Multiplicación y resta. ; Multiplicamos W4 y W6 y lo restamos al contenido del acumulador A ; Además, movemos el contenido de W8 a W4, coeficiente b ; y postincrementanios W8 para que apunte al siguiente coeficiente b ; Así mismo, y gracias a que se encuentra en la zona de memoria Y, también podemos ; hacer que Wó recoja el dato apuntado por W 10, es decir el siguiente Xn ; y postineremen tamos W10 para que apunte al siguiente Xn. n o p ; No operar. .end . :
En la Figura BP.l podemos observar el resultado en el acumulador, tras la simulación:
SOLUCIONES APLIACIÓN 5
I. ¿ Cuántos bytes como mínimo se deben grabar cuando se realiza una operación de grabación de memoria FLASH de programa? Como mínimo se deben grabar 32 instrucciones o posiciones de memoria, las cuales tienen cada una 3 bytes. Luego el número mínimo de bytes a grabar mediante esta operación es de 96 bytes.
288
dsPIC DISEÑO PRÁCTICO DF APLICACIONES
Figura BP.1. Resultado d$ la simulación del ejercicio.
Ejercicio:
•
Utilizando el simulador, visualice el código en hexadecimal correspondiente al siguiente programa:
mov #0x0002 , W i add WO. W l, WO
;Movemos un 2 a l registro W l ;sumamos el registro WO y W l y dejamos ;el resultado en WO •.
>-. ■
A continuación cree un programa que, leyendo esos datos de la sección de datos del progra m a, grabe ese programa en la m em oria FLASH de program a a p a rtir de la dirección 0x000300. Al simular el programa que acompaña al enunciado del ejercicio, se pueden observar los có digos de operación correspondientes a las instrucciones citadas, mediante la ventana Program Memory. En la Figura BP.2 se puede observar el código correspondiente. A sí el código que el programa debe grabar en la memoria de programa, deberán ser los si guientes 6 bytes: 20 00 21 40 00 01 El código fuente correspondiente al programa que graba estos 6 bytes se encuentra desarro llado en lenguaje C.
// PROGRAMA grabaprograma // Este programa escribe el código #include Mp30f40l3.h''
APÉNDICF B: SOLUCIONES A LOS E)ERCICIOS DE AUTOEVALUACIÓN .MPLAB IDE v7 .2 0 H a O it y « »
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• ____________
y
Syrrbcíc | PSV.Mwdj PSVData|
Obteniendo los códigos de operación del programa en ensamblador.
int secuenciagrabacionQ // Esta función escribe la secuencia de grabación // tanto para borrado corno para grabación
NVMADRLÍ = 0x0; NVMADR = 0x300; NVMKEY = 0x55; NVMKEY = OxAA; NVMCONbits.WR= 0x1; asmCNOP"); asmC'NOP"); retürn 0; ¡¡■Y* * * > ; : * -+ // Programa principal j[*
//Apuntamos la página //Apuntamos el desplazamiento en la página //Movemos a NVKEY la secuencia 55 //Movemos a NVMKEY la secuencia AA //Activamos el bit WR de NVMCON //Esperamos 2 nops
** *
* * # * * * * * ¿Je* * * + * *
int main(void) int a = 0; //Borramos la memoria NVMCON = 0x4041; a = sccuenciagrabacion(): while(N VMCONbi is.WR == 1); //PRJMERA INSTRUCCION WREG2 = 0x0021; WREG4 = 0x0020;
TBLPAG = 0x0; VVREGO = 0x300; asmCTBLWTL W2, [W0],,); asmC’TBLWTH W4,[W0++]");
/A'ariable auxiliar //Configuramos NVMCON para borrar FLASH //Ejecutamos secuencia borrado/grabación //Esperamos al bit WR de NVMCON sea 0 //Escribimos los 3 bytes 200021 correspondientes //a la instrucción MOV //Apuntamos a la pág. de la dirección a leer //Apuntamos al desplaz. dentro de la página //Escribimos en el registro el cont. de W2 en parte bajar //Escribimos el cont. de W4 en la parte alta
289
290
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
//SEGUNDA INSTRUCCION WREG2 = 0x0001; //Escribimos los 3 bytes 400001 correspondientes WRRG4 = 0x0040; //a la instrucción ADD WREG0 = 0x302; //Apuntamos al desplazamiento dentro de la página asmfTBLW TL W2. [W0]M); //Escribimos en el registro el cont. de W4 asmCTBLWTH W 4,[W 0++r); //Escribimos el cont. de W4 en la parte alta //Rellenamos el resto de las 32 instrucciones con l i l i l í for(a = 3;a<=32;a++) ir WREG2 = 0x11J ]; WREG4 = 0x0011; WREG0 = 0x300 + (a-l)*2: asm f’TBLWTL W2, [W0]"); //Escribimos en el reg el cont. de W4 asmfTBLW TH W4}|W0++],,); i NVMCON = 0x4001; a = sccucnciagrabacion(); while(NV MC O Nb it s.W R == 1); return 0;
ii’"!f"v>'<ó/
//Configuramos NVMCON para grabado EEPROM //Ejecutamos secuencia borrado/grabacion //Esperamos al bit WR de NVMCON sea 0
Tras simular el programa, puede observarse en la Figura BP.3 la ventana Program Memory con el código correspondiente a las dos instrucciones ya grabado.
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«D.EC2 - 0 x 0 0 0 1 .
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I»! M °lÁasíf Figura BP.3.
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oab.saa IPO á ctiavi r
La memoria de programa grabada correctamente.
>
APÉNDICE B: SOLUCIONES A LOS EJERCICIOS DE AUTOEVALUACIÓN
291
SOLUCIONES APLICACIÓN 6
7. ¿Q ué periféricos se pueden inicializar con la herramienta Visual Initializer? Todos los periféricos que disponga el modelo del controlador seleccionado cuando se crea el proyecto mediante la opción Project Wizard. 2. ¿Qué salida genera la herramienta Visual Initializer? La herram ienta Visual Initializer genera un fichero llamado initdsPIC30F4013.s que se lla ma con la siguiente instrucción en ensamblador:
y con el lenguaje C: yv' ..... Visual ' IO.UWInitial izationíV i l i i l i
fifigg&ggagg»»» !w ^w *'\v>íí:víi
3. ¿Cómo se puede sincronizar la velocidad con la que trabaja la herramienta Visual Initializer y el Sim ulador MPLAB SIM? Para sincronizar ambas velocidades, se debe proceder a configurar con la misma velocidad el Simulador MPLAB SIM y la herramienta Visual Initializer. Para ello, el programa MPLAB SIM dispone de la opción Debugger->Settings y bajo la pestaña Osc/Trace se puede esta blecer la velocidad del oscilador. Por otro lado, para acceder a configurar la velocidad de la herramienta Visual Initializer, se debe hacer doble clic sobre el icono Oscillator que se en cuentra en la representación gráfica del controlador. 4. ¿De cuántos temporizadores dispone el controlador dsPIC30f4013? 5 Temporizadores de 16 bits: Tem porizadorl, Temporizador2, Temporizador3, Temporiza d o ^ y Tcmporizador5. 2 temporizadores de 32 bits, el primero compuesto de los temporizadores 2 y 3 y el segundo por los temporizadores 4 y 5. 5. ¿Dónde se encuentran almacenadas las definiciones de las etiquetas correspondientes a las distintas interrupciones? En el fichero p30f4013.gld.
Ejercicio
•
Cree y simule un programa que cambie de estado un led, siempre que transcurra un minuto de tiempo, o bien se active por flanco ascendente una señal conectada a un pin del controlador La solución implementada va a contar 60 segundos. Es decir, usando la misma inicialización del ejemplo semáforo del Capítulo 5 y siguiendo los pasos detallados en ese capítulo se con sigue inicializar los periféricos utilizados para contar 1 segundo. En la rutina de atención a la interrupción del temporizador contaremos 60 llamadas y así se obtiene una temporización de 1 minuto. En esta inicialización tan sólo se debe cambiar la configuración de la interrupción INTO y sustituir el flanco ascendente por flanco descendente.
292
dsPIC DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
El código fuente del programa podría ser el siguiente:
#include "p30f4013.h" //Programa Semáforo en lenguaje C int segundos = 0; //Esta función atiende a la interrupción del temporizador void _attribute (( interrupt )) _T 1Interrupt(void) í JFSObits.TÍIF = 0; //Borramos el flag de la interrupción segundos = segundos +1; //Sumamos un segundo if (segundos ==: 60) //Cuando llegamos a 60 segundos, cambiamos semáforo { if (PORTDbits.RDO — 1) //Si el semáforo está a rojo PORTD = 2; else //lo ponemos en verde y viceversa PORTD = 1; segundos = 0; //Volvemos a contar un minuto, i i //Función que atiende a la interrupción extema INTO void attribute (( interrupt )) _INTOInterrupt(void) { IFSObits.INTOIF = 0; //Borramos el flag de la interrupción PORTD = 1; //Ponemos en rojo el semáforo.
//Programa principal int main (void) { Visuallnitialization(); PORTD = 1; while(l) f asrnCclrwdt"); 1
//Inicializamos puertas y temporizador //Ponemos a rojo el semáforo
//Esperamos en un bucle infinito
En la Figura BP.4 se puede observar el resultado del programa simulado en el que se apre cia cómo se cambia el semáforo después de haber pasado un minuto de tiempo.
SOLUCIONES APLICACIÓN 7
•
Complete la tabla con los valores de OC1 para distintos valores de TIMER2 en función de los parámetros elegidos en el Apartado A6.6
APÉNDICE B: SOLUCIONES A LOS EJERCICIOS DE AUTOEVAI UACIÓN
Figura BP.4.
•
293
Cambio clel semáforo al de un minuto.
TIMER2
OC1
OxOOFF
0
0x0100
0
0x0101
1
0x0102
1
0x0103
1
0x0109
1
0x0 JOA
1
0x0101i
0
0 x0 10C
0
¿Q ué valor tendrá el TIMER2 cuando se provoque la interrupción__O C lInterrupt? 0x0101
1. ¿A qué instrucciones afecta la configuración del M otor D SP ? Afecta a las instrucciones DSP, aunque algunas partes de esta configuración como es el caso del modo de multiplicación, sólo afectan a las instrucciones DSP que utilizan el multiplicador. 2. ¿ Qué significa que la resolución del conversor analógico digital sea de 12 bits? Significa que cuando se muestrea un dato de la señal original, se puede medir con una pre cisión/resolución igual al resultado de dividir la diferencia entre las señales de referencia entre 2 12. Así, por ejemplo, si la diferencia entre las señales de referencia es de 5 voltios, el conversor digital a analógico podrá diferenciar entre valores de 5/212 = 0,001220703125 voltios.
294
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
3. ¿Para qué se necesita un temporizador ju n to con el módulo Input Capture? El módulo Input Capture sirve para contar el tiempo en el que se da cierta condición en un pin de entrada, Ese tiempo se obtiene al compararlo con el valor de un temporizador. 4. ¿ Qué utilidad pueden desempeñar los módulos de comparación de salida? Una de esas utilidades es generar señales con una anchura de pulso determinada. 5. ¿ Cómo puede configurar el módulo U ARTpara una comunicación a 2400 baudios, 8 bits de datos y uno de parada ? Mediante la herramienta Visual Initializer, colocando en la velocidad Baud Rate 2400 bps, Data bits 8 y Stop bits 1.
E je rcicio :
•
Mediante el simulador, almacene el siguiente código en memoria EEPROM : D irección
Contenido
7FFC0Q
0x4F48
7FFC02
0 x414C
A continuación, cree un programa en ensamblador que transmita por el puerto serie el con tenido de esas direcciones de memoria. Simúlelo y descubra el mensaje enviado. Tras inicial izar el módulo UART con las características predefinidas, el código correspon diente al programa será el siguiente:
.global _main .include "p.WiOB.inc'’ .text _main:
CALL _VisualInitialization MOV #tblpage(#Ox7FFCO()),WO MOV \V0,TBLPAG MOV #tbloffset(#0x7FFC00),W0 ; Leemos el dato EEPROM MOV W0.W1 TBLRDL |\V1]AV0 cali MandaCaracter ADD W L# 1,W 1 TBLRDL [\Vt|,W0 cali MandaCaracter ADD W 1,# LW 1 TBLRDL [W1],W0 cali MandaCaracter
•
‘
;
;Movemos pag de la dir. a tblpag ;E1 desplazamiento a WO
;Cargamos en W4 el dato leído ; En caso contrario escribe el carácter ;Cargamos en W4 el dato leído : En caso contrario escribe el carácter ;Cargamos en W4 el dato leído ; En caso contrailo escribe el carácter
/;;;!£
APÉNDICE B: SOLUCIONES A LOS EJERCICIOS DE AUTOEVALUACIÓN
ADD WI,#1.W1 TBLRDL | W 1JAVO CALL MandaCaracter GOTO Fin MandaCaracter: btss U 1STA,#TRMT bra MandaCaracter mov WO.UITXRP'G retürn Fin: nop .end
295
; Espera a poder transmitir ; Bit UTXBF de U1STA ; Si no puede transmitir espera : hscribe el carácter en el buffer TX ; retorna a la llamada :Fin del programa
I ras habilitar en el simulador el módulo UART para obtener la salida por la pantalla se ob tendrá el mensaje secreto en la pantalla de salida del simulador como puede apreciarse en la Figura BP.5.
Figura BP.5.
•
Enviando el mensaje secreto por el puerto serie.
Programe y simule un programa en lenguaje C, de forma que se lleve a cabo una conversión analógico digital por el pin ANO, con tensión de referencia en VREFH y VREFL, utilizando el temporizado r interno con un período de mué sí reo de 0,002 micro segundos, con una velo cidad de reloj de muestreo de 30 * .5 * .Tcy deform a que cada 5 muestreos se genere una in terrupción y obtenga la media de esos 5 valores. Al tratarse de un periférico tan veloz, el calcular esa media y tomar ese valor como el valor resultado, nos va a perm itir minimizar el riesgo producido por la entrada de n u d o en nues tro muestreo.
296
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
Tras inicializar el módulo ADC, el código correspondiente a la solución del ejercicio será el siguiente:
#inelude "p30f4013.hM #include
; :'.v.áá§||
unsigned int ADR1 = 0; unsigned int A_DR2 = 0; unsigned int A.DR3 = 0; unsigned int ADR4 = 0; unsigned int ADR5 = 0; unsigned int ADRESULTADO = 0; //Función que atiende a la interrupción por el módulo Conversór A/D void__attribute__((__interrupt__)) _ADCJnterrupt(void); void_attribute__((__interrupt__)) _ADCInterrupt(void) i lFSObits.ADIF = 0; //Reestablecemos el flag de interrup. ADR1 = ADCB UFO; //Guardamos el resultado en ADResultl ADR2 = ADCBUF1; //Guardamos el resultado en ADResult 1 ADR3 = ADCBUF2; //Guardamos el resultado en ADResultl ADR4 = ADCBUF3; //Guardamos el resultado en ADResultl ADR5 = ADCBUF4; //Guardamos el resultado en ADResult 1 ADRESULTADO = (ADR1 + ADR2 + ADR3 + ADR4 + ADR5) / 5; //Media }
•
' ■
' .*V-
.
int main (void) íl Visuallnitial ization (); while (1); return 0; }
'■>*•
V
.-.V.
!!*■;vi»
* ‘vl’vOX»!
■ v’.-i
//Inicializamos el conversor // Entramos en un bucle infinito
Al simular el programa, la interrupción se genera cuando se han muestreado 5 valores. Dichos valores se almacenan en los registros ADCBUF1, ADCB UF2, ADCBUF3, ADCBUF4 y ADCBUF5. Al hacer la media de estos 5 valores se alcanza un resultado más inmune al ruido.
Tercera parte Laboratorio experimental
Laboratorio 0. EL SISTEMA DE DESARROLLO PIC S chool............................................................299 Laboratorio 1. APLIC AC IÓ N DE INSTRUCCIONES DSP C O N ENTRADAS Y SALIDAS DIG ITALES................................................................................................323 Laboratorio 2. M A N E JA N D O A FO N D O LOS TEMPORIZADORES DE 32 BITS.....................333 Laboratorio 3. O P T IM IZ A N D O LA CONVERSIÓN A N A LÓ G IC O -D IG IT A L DE ALTA PRECISIÓN................................................................................................... 343 Laboratorio 4. C O M U N IC A C IÓ N ENCRIPTADA C O N EL USART.............................................. 351 Laboratorio 5. C O N TR O L DE UN M O TO R DE CC M EDIANTE P W M ...................................... 359 Laboratorio 6. D IS E Ñ A N D O FILTROS................................................................................................367 Laboratorio 7. G R A B A N D O LA M E M O R IA FLASH DE PROGRAMA C O N U N BO O TLO ADER........................................................................................... 375 Laboratorio 8. M A N E JA N D O A F O N D O LAS INTERRUPCIONES............................................. 385 Laboratorio 9. PILO TAN D O UN FÓRMULA 1 ................................................................................. 393
LABORATORIO
El sistema de desarrollo PIC School L0.1. IN T R O D U C C IÓ N
La obra que tiene en sus manos consta de tres partes diferenciadas: Ia Teoría: funcionamiento y programación de los dsPIC. 2a Simulación y programación de aplicaciones. 3a Desarrollo de experimentos, proyectos y programas con hardware y software. Cada parte tiene una importancia fundamental para adquirir los conocimientos teórico-prácticos necesarios para diseñar aplicaciones con dsPIC, pero la última en la que se maneja un modelo con creto de dsPIC al que se conectan diversos periféricos y dispositivos y se ejecutan programas en tiempo real es imprescindible para que el lector ponga “manos a la obra” y comience a diseñar y construir proyectos reales. Microchip realiza un gran esfuerzo para poner a disposición de los usuarios de los productos que fabrica un conjunto de programas y herramientas que faciliten el diseño de las aplicaciones. Así, go za de un gran prestigio el entorno de desarrollo MPLAB, cuya última versión siempre se puede ba jar libremente del sitio de Microchip en Internet, y que constituye la plataforma que soporta la ma yor parte de las etapas del diseño y la depuración. Para cubrir el objetivo eminentemente didáctico de la implcmentación de los proyectos que pro ponemos en esta parte de la obra se ha seleccionado un equipo desarrollado y comercializado por la prestigiosa empresa Ingeniería de M icrosistemas Programados (www.microcontroladores.com). Se trata de un entrenador didáctico universal denominado PIC School que sirve para todo tipo de microcontroladores PIC así como de periféricos y dispositivos complementarios. Este entrenador, ju n to con una serie de materiales complementarios para el desarrollo de aplicaciones dsPIC, conforman la plataforma necesaria para la programación de los distintos laboratorios de esta tercera parte. El PIC School goza de una enorme flexibilidad porque se basa en un sistema modular con el que se puede abarcar el aprendizaje de todos los microcontroladores de 8 y 16 bits cncapsuiados con 40 patitas como máximo. Existen m ódulos para los m icrocontroladores PIC12F, PIC16FXXXX, P1C18FXXXX, PIC24, dsPIC y otros. También hay módulos enfocados a la experimentación de 299
300
dsPIC. DISFÑO PRÁCTICO DF APLICACIONES
dispositivos específicos como el bus CAN, USB, Internet, Bluetooth, etc. Para conseguir esta am plia gama de aplicaciones, la tarjeta contiene un grabador, fuente de alimentación, numerosos pe riféricos y recursos que pueden conectarse a cualquier patita del procesador y una tarjeta de mon taje sin soldadura para añadir otros sensores o complementos que se requiera en cada módulo. Cada uno de estos módulos contiene el hardware específico para el desarrollo de los experimentos, un tutorial didáctico en el que se explica el funcionamiento de los elementos a los que se destina junto a una colección de proyectos completamente resueltos y comentados y, finalmente un CD con toda la información y programas necesarios para la implementación de dichos proyectos. Así mismo, en el CD que acompaña a esta obra, podrá encontrar todos los laboratorios desarrollados en esta ter cera parte de laboratorios experimentales. (Figura LO. 1)
Figura L0.1. El entrenador universal PIC School.
El entrenador universal PIC School, no solamente sirve para desarrollar los laboratorios de esta tercera parte de la obra, sino que además funciona com o grabador de distintos PTC y dsPIC y como sistema de desarrollo en el que los elementos que contiene no están conectados, disponiendo de una plataforma de ampliación y de adaptadores con los que puede aprender todo tipo de microcontroladores PIC, así como productos relacionados. Hay un módulo para cada producto.
L0.2. EL FA B U LO S O "P IC S c h o o l"
Las principales características del PIC School son las siguientes: •
Permite traba/ar directamente con microcontroladores PIC de 8 bits de las gamas baja, media y al ta con encapsulados de 8, 18, 28 y 40 contactos pudiendo incluso, con ayuda de un adaptador dar soporte a los dispositivos de 16 bits y a los potentes dsPIC. Además dispone de un oscilador de cuarzo que permite trabajar a diferentes frecuencias, permitiendo también utilizar el oscilador RC incluido en algunos microcontroladores. Asimismo, y mediante un módulo adaptador, también permite la ejecución, depuración y grabación de controladores digitales de señales dsPIC.
LABORATORIO 0: EL SISTEMA DE DESARROLLO PIC School
3 01
•
Dispone de un amplio y representativo número de periféricos, con la ventaja que ninguno de ellos se encuentra conectado de forma predeterminada a las líneas de E/S del microcontrolador. Es el propio usuario quien; mediante un sencillo cableado sin soldadura, conecta y asocia ios distintos periféricos á esas líneas de E/S según lo requiéra la aplicación. Esto permite tener un contacto más directo con él hardware y un mayor control del mismo. Además dispone de una amplia superficie de BOARD en la cual se pueden conectar, sin soldadura, los periféricos necesarios para un pro yecto que no estén incluidos en el entrenador.
•
Existe una serie de módulos de prácticas opcionales en donde se van tratando diferentes temas réíacíon¿idos con los microcontroladores: comunicaciones, Bluetooth, USB, CAN, R.F., control de motores, periféricos avanzados y un largo etcétera. En esos módulos también so describen apli caciones que permítan conocer las características de los PIC desde la sencilla familia 12FXXX has ta ¡os potentes 18FXXXX. Cada módulo consta de un conjunto de prácticas y todos los compo nentes necesarios para implcmentarlas.
•
El.PIC School tiene tres modos de operación diferentes que se seleccionan fácilmente mediante un conmutador. El modo "RUN” se emplea cuando el dispositivo está grabado con el programa de aplicación a ejecutar. Todas las líneas de E/S están disponibles para el control de periféricos. El modo PC " se émpJé'a durante los ciclos de grabación del dispositivo. Esta grabación se realiza mediante el canal serio de un PC dotado del software de grabación correspondiente (WinPic 800, IcProg, etc:.). Se suministra el cable de conexión con el PC. Finalmente el modo ICSP” permite co nectar el laboratorio PIC School con otros grabadores externos dotados de las señales ICSP o bien con depuradores en circuito como el ICD2 de Microchip. De esta forma es posible la emulacíón/depuración/grabación del dispositivo contenido en el laboratorio. También existe un adapta dor opcional para conectar PIC School al puerto USB del PC.
A la hora de seleccionar los periféricos incluidos en este potente entrenador, cabe destacar que se han elegido los más empleados que se distribuyen en las siguientes categorías. Periféricos de entrada • • •
Dos potenciómetros capaces de simular cualquier entrada analógica. Cuatro interruptores deslizantes y cuatro pulsadores para soportar las entradas digitales. Un generador lógico capaz de generar ondas simétricas cuadradas de 1Hz, 10Hz, 100Hz y 1KHz indicado especialmente para aquellas aplicaciones que necesitan controlar tiempos o para aplica ciones en las que se emplean los módulos de captura y comparación (CCP) incluidos en algunos . ... microcontroladores.
•
Un teclado matricíaí de 4x4 teclas considerado el dispositivo de entrada por excelencia en aplica ciones microelectrónicas.
Periféricos de salida m Ochó diodos LED que permiten monitorizar el estado de las líneas a las que se conectan. • Un dríver de cuatro canales capaz de proporcionar salidas de alta corriente permitiendo la conexión de motores, lámparas incandescentes, relés, etc. • Una pantalla LCD de 2x16 caracteres que permite la representación de mensajes mediante letras, números o símbolos especiales.
Periféricos de comunicación % Interfaz serie. RS232 que permite adaptar los niveles lógicos del microcontrolador a niveles RS232. • Interfaz CAN, que convierte las señales del microcontrolador según las especificaciones de este BUS tan utilizado en redes sensoriales. m Conector RJ11, qué permite la conexión de dispositivos I2C, iButton, RS485, etc. • Conector USB, que permíte la conexión con cualquier dispositivo estándar existente en el mercado.
302
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
De esta forma, gracias a esta nueva herramienta, se solventan las cuatro grandes limitaciones existentes en el resto de entrenadores comerciales para microcontroladores: 1.a Es un entrenador válido para todas las gamas de microcontroladores PIC, permitiendo al usuario seleccionar siempre aquel dispositivo que más se ajuste a las necesidades específicas de cada proyecto. Pudiendo, además, seleccionar la frecuencia y tipo de reloj más adecuados en cada caso. 2.a Dispone de los periféricos más universales utilizados en la microelectrónica, permitiendo que la conexión entre estos y el microcontrolador se realice a medida de cada experimento. Ade más, gracias a la board que posee, cualquier dispositivo adicional se puede incorporar con fa cilidad. De esta forma se puede obtener el primer prototipo funcional de un proyecto en el mí nimo tiempo y sin tener que realizar ni una soldadura. 3.a Gracias a sus tres modos de funcionam iento, el PIC School se adapta a todas las etapas que conlleva el desarrollo de una aplicación m icroelectrónica, perm itiendo la emulación, prueba y grabación de m icrocontroladores PIC cam biando sólo la posición de un conm u tador. A sí se evita la utilización de varios dispositivos que realicen cada una de esas tareas. 4.a Dada la gran cantidad de módulos específicos para el aprendizaje práctico de microcontrola dores, dsPIC y productos novedosos, es posible conseguir en poco tiempo el conocimiento y la experiencia para desarrollar cualquier aplicación real.
LO.3. ARQUITECTURA DE PIC School
La arquitectura de la tarjeta de entrenamiento universal PIC School, se divide en varias secciones que se presentan de forma pormenorizada.
LO.3.1. Fuente de alimentación
Encargada de obtener la tensión general de +5Vcc con la que se alimenta el laboratorio PIC School, todos los periféricos de la misma y el procesador empleado. (Figura LO.2.)
Figura LO.2.
Fuente do alimentación.
LABORATORIO 0: EL SISTEMA DE DESARROLLO PIC School
303
API
CM 1
SW3
D
D1
-W ON /O FF
U1
■JA7.S05/TQ
IN
-O +5VCC
OUT
1N4007
AP?
R3 330
3-15VDC
1 3
A
c2 :
100n
C 28 lOOuF
Figura L0.3.
D3 Vcc ON
AP3
Esquema eléctrico de la fuente de alimentación.
El esquema eléctrico de la fuente se muestra en la Figura L0.3. A través del conector CN1 se aplica una tensión de 9 a 15VDC procedente de un alimcntador estándar con el positivo al centro. El interruptor SW3 conecta el sistema. El diodo DI evita la polarización inversa y con ello los da ños que se pudieran ocasionar al equipo. El regulador U 1 estabiliza la tensión a +5 Vcc con 1A má ximo. Dicha tensión, junto con GND están disponibles en el conector A PI y AP2 respectivamente para alimentar a los circuitos y prototipos del usuario. En el conector AP3 está disponible también la tensión de entrada sin estabilizar +Vin para aquellos circuitos que la requieran. El diodo led D3 indica la presencia de tensión +5Vcc.
LO.3.2. El o s c ila d o r
Se encarga de generar la frecuencia principal de trabajo del microcontrolador. Su esquema se muestra en la Figura 1-5. Está formado por el dispositivo integrado XI y la red RC formada por R20 y C1. Me diante el jum per JP2 se obtiene la señal de reloj CLKIN. Cerrando 1-2 dicha señal la proporciona el oscilador X I. Cerrando 2-3 la señal se obtiene de la red RC. El valor de estos componentes determi na la frecuencia de la misma (consultar parámetros proporcionados por Microchip). (Figura LO.4.)
+ 5 V cc
Figura LO.4.
Circuito oscilador principal.
46 V c c
304
dsPIC. DJSEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
El dispositivo XI contiene en su interior un oscilador preciso controlado por cuarzo y todo ello en una cápsula metálica en formato DIP8. Este oscilador, también llamado “Canned O scillator”, se puede adquirir para diferentes frecuencias según las necesidades. Basta simplemente cambiar uno por otro para que la aplicación se ejecute a más o menos velocidad.
L0.3.3. Los microcontroladores
Es la sección mas importante del entrenador PIC School y donde se instala el dispositivo PTC con el que se va a trabajar. Básicamente consta de cuatro zócalos donde se pueden insertar los disposi tivos de 8, 18, 28 y 40 patitas tal y como se muestra en la fotografía de la Figura 1.7.
Figura LO.5. Zócalos de inserción de los microcontroladores.
Para los ejercicios de esta parte de la obra, se debe introducir el dsPIC30F4013 junto con un zó calo adaptador en el espacio reservado para dispositivos de 40 patitas.
LO.3.4. Entradas analógicas
Están formadas por dos potenciómetros, tal y como se muestra en la fotografía de la Figura L0.6.
Figura L0.6.
Entradas analógicas.
LABORATORIO 0: EL SISTEMA DE DESARROLLO PIC School
305
El esquema eléctrico de las entradas analógicas se m uestra en la Figura L0.7. Las líneas de los potenciómetros son directamente accesibles desde el bloque de conexión A P I6 correspondiente y se les puede conectar cualquier tipo de circuito eléctrico analógico.
A P 16 ENTRADAS A N A LO G IC AS
Figura L.0.7. Esquema eléctrico de las entradas analógicas.
LO.3.5. Entradas d ig ita le s
Se muestran en la fotografía de la Figura L0.8 y constan de 4 interruptores deslizantes y otros tan tos pulsadores.
Figura L0.8. Entradas digitales del entrenador PIC School.
La Figura L0.9 muestra el esquema eléctrico de estas ocho entradas cuyas señales están dispo nibles en el bloque de conexiones A P I8. Las señales E0-E3 proceden de los cuatro interruptores
306
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
deslizantes. Cuando estos están abiertos (hacia arriba) proporcionan nivel lógico “ 1” gracias a las resistencias pull-up de RP2. Cuando cualquiera de ellos se cierra (hacia abajo) se conecta directa mente con la señal GND proporcionando nivel “0"’. Por otra parte, los cuatro pulsadores en situación de reposo permanecen abiertos generando ni vel lógico “ 1” gracias a las resistencias pull-up contenidas en RP3. Cuando se accionan se cierra el circuito con GND y se genera nivel “0”.
Figura L0.9.
Esquema eléctrico de las entradas digitales.
LO.3.6. El generador lógico
Se muestra en la Figura LO. 10 y está basado en el dispositivo SYM10AA. Es capaz de generar on das cuadradas simétricas a frecuencias de 1Hz, 10Hz, 100Hz y lKHz. Está especialmente indicado para aplicaciones de control de tiempos y también para evaluar y ensayar con los módulos de cap tura y comparación (CCP) contenidos en ciertos modelos de dispositivos PIC. El esquema eléctrico de dicho generador es el que proporciona su propio fabricante y se mues tra en la Figura LO. 1J. Puede servir como base para múltiples aplicaciones. La señal de salida se obtiene mediante el bloque de conexiones AP8. Por defecto la frecuencia de salida es siempre de 1Hz. Mediante el pulsador SW 2 se va seleccionando secuencialmente la fre cuencia a 10Hz, 100Hz, IKHz y vuelta a empezar con 1Hz. Los leds D5-D8 monitorizan la fre cuencia de salida en todo momento.
LABORATORIO 0: EL SISTEMA DE DESARROLLO PIC School
307
Figura L0.10. Generador lógico de señales.
F R E Q .S E L E C
^
i---- o
SW 2
o—
R17 +5VC C
R 23
+5VOCO-
U6 SEL
470 1Hz
2
D5
7
10 K
10HZ VDD
022 :
1 00H z 1KHZ
lOOn GND S Y M -1 0
OUT
/ y “ 6 5
07
1A
08
L rf
3
AP8
FR EQ
OUT
Figura L0.11. Esquema del generador lógico.
L0.3.7. El te c la d o
Como se aprecia en la Figura LO. 12, el laboratorio PIC School va provisto de un teclado matricial de 4 x 4 teclas. Se trata del periférico de entrada por excelencia que va a permitir introducir todo ti po de datos para su posterior procesamiento.
Figura L0.12. El teclado.
308
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
El control del teclado supone el tener que aprender y utilizar una serie de técnicas y conceptos que se emplean en las más diversas aplicaciones. M anejar conceptos tales como barrido del tecla do, led a pulsada, rebotes, interrupción con cada pulsación, wake up con cada pulsación, ctc.? da rán al usuario la posibilidad de acometer ambiciosos proyectos de carácter profesional. Un dato relevante a tener en cuenta es que a pesar de disponer de 16 teclas, tan sólo son necesa rias 8 líneas de E/S del microcontrolador para su control. Ello es debido a su distribución matricial. La Figura 1.17 muestra el teclado asociado al bloque de conexiones AP21. En dicha figura también se puede apreciar la relación entre fila-columna y la tecla asociada. A sí pues, la tecla 1 está asocia da con la fila 0 (F0) y la columna 0 (C0). En el laboratorio P1C School las 8 líneas del teclado se puede conectar a cualquier puerta del PIC, pero se sugiere conectarlo a las líneas de la puerta B (como se muestra en la Figura LO. 13). Esto se debe a que la mencionada puerta tiene, en la mayoría de los dispositivos PTC, un par de característi cas muy interesantes para el control de un teclado: resistencias pull-up internas para las líneas de en trada y posibilidad de interrupción cuando cualquiera de esas líneas de entrada cambie de estado. SW5
Figura L0.13. Esquema eléctrico del teclado.
Las cuatro filas F0-F3 de la Figura LO. 13 se conectan a RB4-RB7 y las cuatro columnas C0-C3 se conectan con las líneas RB0-RB3. La intersección fila-columna da lugar a seleccionar una tecla en concreto. Es decir, si se pulsa por ejemplo la tecla 4, supone unir eléctricamente la fila F1 con la columna C0, que es tanto como decir que las líneas RBO y RB5 del PIC se han unido. La rutina software encargada de explorar el teclado tiene que determinar qué tecla se ha pulsado. Pa ra ello, por ejemplo, se configuran las líneas RB0-RB3 (las columnas) como salidas y RB4-RB7 (las fi las) como entradas. Secuencialmente se van activando cada una de las columnas al tiempo que se lee el estado de las filas. Cuando se detecta que una fila está activa es porque se pulsó una tecla. Basta cono cer qué columna se activó en ese momento para sacar la relación fila-columna que define a dicha tecla. Esta tarea, conocida como barrido de teclado, ha de repetirse de forma constante y periódica. De esta manera y, a la velocidad de trabajo del PIC, será posible detectar una pulsación en cualquier momento. Haciendo uso de algunas de las prestaciones que ofrecen los dispositivos PIC en la puerta B, es po sible desarrollar rutinas más sofisticadas y eficaces. Efectivamente, programando los registros opor tunos de un PTC podemos hacer que las entradas RB4-RB7 (las filas) se conecten a las resistencias pull-up internas que hacen que esas líneas, en estado de reposo, estén a nivel “ 1”. Por otra parte, tam bién podemos habilitar la interrupción por cambio de estado de cualquiera de las entradas de la puer ta B. En este momento las salidas RB0-RB3 (columnas) se ponen a nivel “0” y esta situación de re poso se mantiene mientras no se pulse ninguna tecla. El microcontrolador puede dedicarse a otras tareas o quedarse en standby reduciendo el consumo hasta que ocurra un suceso como puede ser la pul-
LABORATORIO 0: EL SISTEMA DE DESARROLLO PIC School
309
saeión de cualquier tecla. Efectivamente, puesto que RB0-RB3 (columnas) están a “0” y RB4-RB7 (fi las) están a “ 1” gracias a las resistencias pull-up internas, cuando se pulse cualquier tecla se produce una interrupción por cambio de estado en cualquiera de las líneas RB4-RB7 (filas). Esa interrupción provoca la inmediata atención del microcontrolador que pasa a ejecutar la rutina que se encargará de averiguar qué tecla se pulsó.
LO.3.8. Salidas d ig ita le s
Están formadas por 8 diodos led (S0-S7) que sirven para monitorizar el nivel lógico de las líneas a las que están conectados.
Figura LO.14. Salidas digitales.
En el laboratorio PIC School los leds son accesibles mediante el conector A P I7 tal y como se mues tra en el esquema de la Figura LO.l 5, y se pueden conectar individualmente a cualquiera de las líneas del microcontrolador. Estas líneas son capaces de suministrar 25mA por lo que no es necesario ningún circuito adicional de amplificación excepto las resistencias de absorción contenidas en el pack RPl. RP1 SIL 330
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SALIDAS DIGITALES
Figura LÖ.15. Esquema eléctrico de las salidas digitales.
310
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
Un nivel lógico “ 1” por cualquiera de esas líneas provoca el encendido del led correspondiente. Un nivel “0” lo apaga. Es una forma muy simple y económica de reflejar el estado binario de las li ncas de salida, donde cada led simula el estado de la carga que se desea controlar.
LO.3.9. Salidas digitales de alta corriente
El laboratorio PIC School dispone de un driver de 4 canales soportado por el dispositivo L293D y capaz de proporcionar salidas de alta corriente.
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Figura LO. 16. Salidas digitales de alta corriente.
En la Figura LO. 17 se puede apreciar el esquema eléctrico. El dispositivo integrado L293D dis pone de 4 canales amplificadores o drivers capaces de proporcionar salidas de hasta 0,6 A a 36V ca da uno, a partir de señales TTL de baja corriente. Mediante el conector AP6 se conectan las señales E1-E4 a amplificar y que proceden de sendas salidas del microcontrolador. El conector CN7 está formado por un conjunto de bomas o ciernas donde se obtienen las salidas S1-S4 debidamente amplificadas y se realizan las conexiones con las cargas a controlar. Mediante el jum per JP8 se selecciona la tensión de salida para las cargas. En la posición l -2 (por defecto) dicha tensión es de +5Vcc. En la posición 2-3 la tensión que alimenta a las cargas se apli ca externamente a través de la bom a +VM. Mediante estas salidas de alta corriente el laboratorio PIC School puede controlar cargas de consu mo elevado, como pueden ser lámparas incandescentes, relés, motores DC, motores paso a paso, etc. Cabe indicar que el dispositivo L293D integra en su interior sendos diodos para la absorción de com entes inversas provocadas por cargas inductivas.
L0.3.10. Interfaz serie RS-232
Su ubicación dentro del laboratorio se muestra en la Figura LO. 18. Consiste en el clásico interfaz se rie que permite adaptar los niveles lógicos del microcontrolador a niveles RS-232.
LABORATORIO 0: EL SISTEMA DE DESARROLLO PIC School
311
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Figura LO.17. Esquema de las salidas digitales de alta corriente.
Figura L0.18. Interfaz serie RS-232.
Según el esquema eléctrico mostrado en la Figura LO. 19 el interfaz está formado por el popular adaptador de niveles M AX-232. Mediante el conector AP5 se dispone de las señales de transmisión y recepción (TxD y RxD) así como las de control de flujo CTS y RTS. Estas señales proceden del microcontrolador. El conector CN5 es un conector DB9 hembra estándar, que permite realizar la co nexión con el periférico serie. Mediante un led bicolor (D17/D18) se monitoriza todo tipo de trans misión y/o recepción.
312
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
Este interfaz permite realizar todo tipo de comunicaciones serie entre el laboratorio P1C School y cualquier otro equipo mediante el protocolo estándar RS-232. La velocidad de transferencia irá en función del tipo de microcontrolador empleado y su velocidad de trabajo. Se recuerda que algunos dispositivos PTC incorporan en su interior una UART completa que se encarga de realizar la mayor parte de los procedimientos propios de la comunicación según los pro tocolos tanto RS-232 como RS-485. En este último caso basta con montar el sencillo circuito de adaptación correspondiente sobre el módulo board de montaje sin soldadura con que cuenta PIC School. CN5 MAX232 U4 RTS RxD CTS TxD
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Figura LO.19. Esquema eléctrico del interfaz serie RS-232.
LO.3.11. In te rfa z bus CAN
Está compuesto por el dispositivo adaptador MCP2551 que convierte las señales lógicas según las especificaciones del bus CAN.
Figura L0.20. Interfaz bus CAN.
LABORATORIO 0: EL SISTEMA DE DESARROLLO PIC School
313
El bus CAN permite crear una red con una transferencia de datos muy robusta y fiable entre el microcontrolador principal (host) y todo tipo de dispositivos o nodos CAN conectados entre sí median te 2 hilos. Este protocolo es muy empleado por la industria del automóvil y algunos dispositivos PIC incorporan mediante hardware interno todos los mecanismos necesarios para su implementación. En la Figura L0.21 se muestra el esquema eléctrico de este interfaz incorporado en el laborato rio PTC School. Por el conector APIO se proporcionan, procedentes del microcontrolador, las seña les RxCAN y TxCAN que van a parar al circuito de adaptación MCP2551. Las señales de salida CANH y CANL se obtienen por el conector CN6 (DB9 macho) y de aquí van a parar a los diferen tes nodos de la red. El circuito de adaptación es capaz de conectar con hasta 112 nodos. Mediante el jum per JP1 se habilita o no la resistencia Terminal R2 según qué lugar ocupe el laboratorio en la red (por defecto habilitada).
Figura L0.21. Esquema del interfaz CAN.
LO.3.12. Pantalla LCD
Se trata de uno de los periféricos más versátiles e interesantes que dispone el laboratorio PIC School. Se muestra en la Figura L0.22 y es capaz de visualizar dos líneas de 16 caracteres alfanuméricos cada una. Este potente periférico de salida va a permitir representar cualquier tipo de mensaje compuesto de letras, números y símbolos produciendo además diferentes efectos de visualización como des plazamientos a izquierda y derecha, parpadeos, scrolls, etc. 1.a transferencia de información entre la pantalla LCD y el microcontrolador se realiza en para lelo en grupos de 4 u 8 bits de datos y se conecta con las líneas de E/S mediante el conector AP20. El esquema eléctrico se muestra en la Figura L0.23.
314
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
Figura LO.22. P¿intalla LCD.
Existe además otro conector, el AP9, donde se conectan las señales que controlan el flujo y ti po de información que se transfiere. Con la señal RS se determina si la pantalla recibe el código ASCII del carácter a visualizar (nivel “ 1”) o bien un código de instrucción (nivel “0”). Mediante la señal RW el m icrocontrolador informa a la pantalla LCD si se va a leer o escribir sobre la mis ma. Finalmente, con la señal E, se habilita o no a esa pantalla. Cuando esta señal vale “0” la pan talla queda desconectada, las líneas de datos quedan en alta impedancia. Cuando vale “ 1”, la pantalla queda habilitada para recibir o mandar datos.
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Figura L0.23. Esquema eléctrico del LCD.
La resistencia R19 permite ajustar el contraste del LCD. Con el valor de 4K7 se consigue un con traste medio aceptable. Su valor se puede modificar.
LO.3.13. C o n e cto re s para in te rfa z RJ11 y USB
Son simples conectores de propósito general y se pueden observar en la fotografía de la Figura LO. 24.
LABORATORIO ü: EL SISTEMA DE DESARROLLO PIC School
315
Figura LO.24. Conectores USB y R) 7 7.
LO.3.14 Sección de g rab ació n Se m uestra en la fotografía de la Figura L0.25 y se encarga, mediante el software oportuno, de realizar los ciclos de lectura/grabación del dispositivo PIC contenido en el laboratorio.
Figura LO.25. Circuito grabador de la placa PIC School. El esquema por bloques de la Figura L0.26 trata de sintetizar el funcionamiento del circuito de grabación que dispone el laboratorio PIC School. Todos los dispositivos PIC disponen de 3 señales para la lectura/grabación de la memoria de pro grama, la memoria EEPROM para datos y la memoria de configuración. La señal PTCDATA permite transferir los datos de forma serie y síncrona entre el PIC y el hardware de grabación, la señal PICCLK transporta la señal de reloj para el sincronismo de los datos y la señal PICMCLR, que inicia los ciclos de lectura/grabación y aplica la tensión Vpp necesaria. Estas tres señales son además compartidas y empleadas como líneas de E/S de propósito general una vez que el PIC ha sido grabado.
316
dsPIC DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
Estas tres señales se conectan con tres fuentes diferentes según el modo de operación seleccio nado mediante el conmutador SW4.
Figura L0.26. Esquema por bloques del circuito de grabación.
El modo RUN se emplea cuando el dispositivo está grabado. Las tres señales del PIC anterior mente mencionadas se consideran líneas de E/S de propósito general y están disponibles a través de los bloques de conexión correspondientes, para ser utilizadas por los periféricos de la aplicación. En el modo IC SP el laboratorio queda configurado para que el PTC actual insertado se pueda lccr/grabar a través de las señales que se aplican mediante el conector R J11 (ICSP: In Circuit Se rial Programing). Estas señales a su vez las debe proporcionar un grabador externo dotado de su correspondiente software de grabación. Se puede em plear el módulo 1CD2 de M icrochip junto con el entorno integrado de desarrollo M PLA B, que se puede obtener de form a gratuita desde www.m icrochip.com. El módulo ICD2 además de grabar dispositivos es capaz de realizar depu ración en circuito en tiempo real, con ciertos modelos de dispositivos PIC. En el modo PC la lectura/grabación del PIC se realiza a través de las señales del canal serie de un PC dotado del correspondiente software de grabación. Un diodo led, el Vpp ON, indica transfe rencia de datos entre el PC y el laboratorio. Entre los múltiples tipos de software existentes, noso tros hemos elegido el WinPICBOO y el IcProg, con los que hemos obtenido excelentes resultados. Ambos programas se pueden descargar y actualizar de forma gratuita en las direcciones http://perso.wanadoo.es/siscobf/winpic800.htm y en www.ic-prog.com. Se reitera una vez más que, aunque un software de grabación determinado grabe múltiples dis positivos y de diferentes familias, es necesario que también haya compatibilidad a nivel hardware. Esta compatibilidad viene dada fundamentalmente por la distribución de patillas del dispositivo en cuestión.
L0.4. EL M Ó D U L O DSPIC PARA LA PIC S chool
Para aprender a diseñar experimentalmente aplicaciones con la PIC School sobre diferentes dispo sitivos y temas. Ingeniería de Microsistemas Programados S.L. comercializa diversos módulos conteniendo los componentes complementarios a los existentes en la PIC School y que requieren los proyectos que se proponen. Así existen módulos para el aprendizaje de PIC12F, PIC18F, Internet, Buetooth, USB, etc. El módulo dsPIC, cuyo kit de materiales se muestra en la Figura LO.27 tiene la
LABORATORIO 0: EL SISTEMA DE DESARROLLO PIC School
317
misión de soportar todas las experiencias que se proponen en este libro y muchas más y consta de los siguientes componentes: 1.° Adaptador de zócalo con dsPIC30F4013 incorporado. 2.° Motor de corriente continua. 3.° Circuito integrado para controlar LCD LCDSYM20AA. 4.°.Cables y material auxiliar. 5.° Tutoríal con ejercicios y proyectos progresivos comentados y resueltos (este libro). 6.° CD con información técnica y programas.
Figura L0.27. Fotografía que muestra los materiales que componen el "módulo dsPIC" para realizarlos proyectos sobre dsPIC propuestos en este libro y muchos más en la PIC School.
Para comenzar a trabajar con este módulo, deberá montarse el zócalo adaptador de dsPIC incor porando el dsPIC30F4013 sobre la placa PIC School. Para ello, la placa PIC School dispone de un único zócalo de 40 pines donde se deberá insertar. En cada aplicación sólo deberá estar insertado el microcontrolador usado.
LO.5. DESC R IPC IÓ N DEL SOFTWARE
El sistema PIC School puede programar un dispositivo dsPIC directamente a través del puerto serie o emplear el canal ICSP y un programador de M icrochip. En caso de realizar la grabación con un grabador de Microchip, el software de grabación es el MPLAB, que permite la creación de un pro yecto, su depuración, simulación y programación en el dispositivo. En caso de que no se disponga de un sistema de desarrollo de Microchip, es posible grabar los dsPIC directamente con el hardwa re de grabación que se encuentra en la tarjeta PIC School. Para ello, hay que disponer de un fiche ro hexadecimal correctamente compilado y de un software de programación que se encargue de
318
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
transferir el fichero desde el ordenador hasta la memoria del dsPIC. Para realizar esta función de programación, se puede utilizar el software WinPlCSOO. Se trata de un excelente programa de libre distribución que puede descargarse de Internet y que se encuentra en la carpeta de Software de Pro gramación del CD del libro.
LO.5 .1 . S o ftw a re W IN P IC 8 0 0
Este magnífico programa de Francisco Benach permite la programación de la mayoría de dispositi vos dsPIC presentes en el mercado. Según van saliendo nuevos modelos al mercado, se puede des cargar una versión actualizada del software que incluya su programación. La página web a través de la cual pueden descargarse gratuitamente versiones futuras que permitan grabar nuevos dsPIC es: http://perso.wanadoo.es/siscobf/winpic800.htm Cuando se ejecuta el programa WinPlCSOO apare ce la pantalla principal que dispone de unos menús de acceso a configuraciones del programa y tam bién de unos ¡conos para acceder directamente a las funciones más empleadas, como borrar la me moria de programa, introducir un nuevo fichero en la memoria del dsPIC, etc. Se trata de un software genérico de programación de microcontroladores PIC, pero que también recoge la gama de circuitos dsPIC. En la parte superior derecha de la pantalla existe un menú desplegable mediante el cual se puede seleccionar el tipo de dsPIC que se va a programar. En la parte central del programa hay una pantalla en la que se muestra el código hexadecimal con el que se está trabajando para la memoria de programa o de datos y un acceso directo a un menú de selección de la palabra de con figuración. El primer paso antes de realizar ninguna operación de carga de ficheros es la configuración del tipo de hardware de programación que se va a emplear. Para configurar el tipo de hardware se ha de acceder al menú Configuración y seleccionar la opción Hardware. Aparecerá una pantalla en la que se puede seleccionar el tipo de circuito de programación disponible. En nuestro caso, es necesario seleccionar el programador tipo PIC School. Además de seleccionar este tipo de programador, otro paso indispensable consiste en seleccionar el puerto COM del ordenador a través del cual se conec tará a la tarjeta PIC School. Por ejemplo, en la pantalla mostrada en la Figura L0.28, se ha selec cionado el puerto C 0M 3. Para seleccionar un puerto en el que conectar el equipo PIC School, se de be verificar previamente que es un puerto serie que se encuentra libre en el ordenador, es decir, que no está siendo empleando por un MODEM, un ratón u otro dispositivo. No hay que modificar el res-
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Figura L0.29. Primer paso: es necesario seleccionar el tipo de programador y escoger un puerto serie del PC.
to de iconos y casillas de selección que aparecen en la parte derecha de la pantalla. La selección del tipo de programador que se va a utilizar tan sólo es necesario la prim era vez que se ejecuta el programa. Para aplicaciones posteriores, esta configuración habrá quedado almacena da como predeterminada, y se podrá comprobar en la parte inferior izquierda de la pantalla princi pal, en donde aparece PIC School y el puerto COM seleccionado. El primer paso antes de iniciar una programación consiste en seleccionar el modelo de dsPTC con el que se va a trabajar. En nuestro caso, se selecciona el 30F4013. El menú de selección se encuen tra en la zona superior derecha de la pantalla principal. Al lado del nombre de cada modelo, se pue de apreciar una breve descripción de sus características principales. (Figura LO.30.) Tras seleccionar el dispositivo, hay que abrir el fichero hexadecimal que se ha generado previa mente con el program a MPLAB y que se va a introducir en la memoria de programa del dsPIC. Pa ra abrir este fichero, se puede seleccionar el prim er icono de la parte izquierda de la pantalla que muestra una carpeta abierta. Al haber seleccionado un fichero hexadecimal para la memoria de pro grama, aparecerá en la pantalla del software de grabación un conjunto de datos en hexadecimal que se corresponden con el valor binario que va a ser introducido en cada una de las posiciones de me moria de programa del dsPIC. El software permite hacer un recorrido por toda la memoria FLASH del dsPIC y observar los vectores que están ocupados con instrucciones y aquellos que se encuen-
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Figura L0.31. Fichero hexadecimal abierto y listo para ser grabado en el dsPIC.
tran libres, en los que aparecerá el código por defecto FFFFFF. Además de programar la memoria FLASH del dsPIC también es posible introducir datos en la memoria EEPROM de datos durante el proceso de grabación del chip. Para poder acceder a la me moria de datos EEPROM se selecciona el icono con el texto Datos, el cual se encuentra a la dere cha del icono con el texto Código, que es el que se selecciona para cargar la memoria de programa. Al seleccionar Datos, se pueden introducir valores en las posiciones que se deseen programar en la memoria EEPROM del dsPIC. Finalmente, antes de iniciar el proceso eléctrico de grabación, es conveniente revisar la palabra de configuración del chip. Para acceder a la palabra de configuración se debe seleccionar el icono Config que se encuentra a la derecha del icono Datos que se ha utilizado en el paso anterior. Se abre una nueva pantalla en la que se puede acceder a todos los modos de configuración que admite el disposi tivo dsPIC que se ha seleccionado. En caso de que al compilar el programa se tuviera asignados unos valores para la palabra de configuración, éstos aparecerán aquí cargados directamente, no siendo ne cesario volver a tener que seleccionar los valores de la palabra de configuración para el dsPIC. Muy importante, al trabajar con la placa PIC School, deberá seleccionarse como Oscilador Principal (Pri mar)* Oscillator) la opción de la lista desplegable X T w/PLL 4X- X T crystal oscillator with 4x PLL. Una vez cargado el fichero .hex deberá comprobarse antes de grabar el programa en la placa PIC School que la opción del oscilador principal es la indicada ya que ésta es la utilizada por la placa. Sólo queda iniciar el proceso eléctrico de programación. En prim er lugar se borra la memoria de programa del dsPIC, para que contenga todas las posiciones con el valor FFhFFF y la programación de un nuevo fichero se realice de forma óptima. Para borrar la memoria FLASH del dsPIC se dis pone de un icono de acceso directo que muestra un chip con una cruz roja sobre él. Si se sitúa el ra tón sobre este icono aparecerá un texto que indica “Borrar todo”. Hay que seleccionar esta opción. Tras borrar la memoria, el siguiente paso consiste en grabar el nuevo programa. El icono de ac ceso directo para realizar esta función muestra un chip con una flecha roja sobre él. Al situar el ¡co no encima, aparece el texto “Programar todo”. Al realizar la programación del chip, aparecerá una ventana que indica el progreso de la programación y en caso de que se detecte alguna anomalía, apa recerá un mensaje indicando que ha habido un error durante la programación. (Figura L0.34.) Tras realizar una programación es interesante com probar que el circuito ha sido correctamente grabado. Para realizar esta función, se dispone del icono que muestra una V de color amarillo en cima de un chip. Si se coloca el ratón encima, un texto indicará la opción Verificar Todo. Si la ve-
LABORATORIO 0: EL SISTEMA DE DESARROLLO PIC School
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Figura L0.32. Cargando valores a programar en la memoria de datos del dsPIC.
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Figura L0.33. Seleccionando la palabra de configuración. Es un paso fundamental para que el progra ma que se va a programar se ejecute correctamente.
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Detectado PIC -> DESCONOCIDO Borrando PIC . . . E rro r . . . E rro r . . .
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Cenar automáticamente esta ventana al terminar
Figura L0.34. Ventana de progreso de programación del dsPIC.
322
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
rificación es correcta, el chip se encuentra correctamente programado y en caso de no funcionar nuestro programa se deberá a una palabra de configuración errónea o algún error cometido en el código fuente escrito con el MPLAB. En caso de que el software de grabación indique error, hay que revisar el hardware de progra mación. Por ejemplo, hay que comprobar que el equipo P1C School se encuentra correctamente ali mentado, lo cual se aprecia por el LED de color rojo de Power ON iluminado. También es funda mental comprobar que el puerto serie del PC a través del cual se está comunicando el equipo P1C School con el ordenador es un puerto válido del ordenador y el mismo que se ha seleccionado en el menú de configuración del software. Otro icono que permite realizar una función que puede resultar interesante es el de lectura de la memoria del dsPIC, que muestra una flecha verde sobre un chip. Al realizar la lectura de la memo ria de un dsPIC se nos transfiere hacia el ordenador el contenido de la memoria de programa, de la memoria de datos y la palabra de configuración. Esta lectura del dsPIC será posible siempre que se encuentre programado sin la memoria protegida, puesto que si un chip al grabarse tiene habilitada la opción de protección de memoria no será posible leer su contenido. Es recomendable realizar una última configuración a través del menú Configuración: Software. Consiste en habilitar la primera casilla de la pantalla del menú señalada con el texto: Verificar tras la programación. Gracias a esta opción, cada vez que se programe un nuevo dsPIC se realizará au tomáticamente el proceso de verificación y el software indicará con certeza si el chip ha quedado coW inPic800 [ S oftw are configuración ]
r Verificar
tras la programación
i“ A v i s a r a n t e s de b o r r a r y p r o g r a m a r Usar A u t o s e l e c c i ó n del disp ositivo r
D e t e c t a r y a u t o s e l e c c i o n a r el d i s p o s i t i v o a l e n t r a r
P ”A c t u a l i z a r e l A r c h i v o a n t e s d e p r o g r a m a r
j...C a n c e l a r
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Figura LO.35. Opciones del menú de configuración.
C o n fir m a r
LABORATORIO
1
Aplicación de instrucciones DSP con entradas y salidas digitales
L1.1. OBJETIVOS
Esta primera práctica utiliza las entradas y salidas digitales del equipo PIC School y el M otor DSP de los dsPIC. Los objetivos de la práctica son: • •
Realizar el primer programa básico con dsPIC ejecutando correctamente todos los pasos de de sarrollo de un proyecto, que posteriormente se pueden aplicar a ejercicios mucho más complejos. Manejar entradas y salidas digitales y las instrucciones DSP para realizar tareas que serían muy costosas en un microcontrolador MCU.
Las operaciones básicas que realiza un m icrocontrolador MCU son las sumas, restas y opera ciones lógicas tipo AND, OR, XOR, etc. Otra limitación importante de las familias clásicas de microcontroladores de M icrochip es el empleo de registros de 8 bits de datos, lo cual resulta muy limitado para aquellas aplicaciones que necesitan cálculos matemáticos con valores de m ayor lon gitud. Como ejemplo, a continuación se muestra la rutina en ensam blador que realiza una opera ción tipo M ultiplicación de 16 bits con un m icrocontrolador PTC de la familia 16F87x: MULVIó: MÜLU16LOOP:
Figura L1.1.
CLRF RESULT16 CLRF RESULTI6J-I BTFSC TEMPY J6,0 CALL ADDI6 STATUS.C BCF RRF TEMPY 16_H,F RRF TEMPY 16,F BCF STATUS,C RLF TEM PX16,F RLF TEMPX16_H,F MOVF TEMPY 16,F
Rutina de M ultiplicación de 16 bits con un microcontrolador M CU de 8 bits. (Continúa). 323
324
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
ADD 16:
Figura L1.1.
BTFSS STATUS,Z GOTO MULU16LOOP MOVF TEMPY16_H,F BTFSS STATUS,Z GOTO MULU16LOOP RETURN MOVF TEMPXJ6,W ADDWF RESULT 16 BTFSC STATUS,C INCF RESULT 16_H MOVF TEMPX16_H,W ADDWF RESULT 16_H RETURN
Rutina de Multiplicación de 76 bits con un microcontrolador MCU de 8 bits. (Continuación)
Debe tenerse en cuenta que no se trata tan sólo del número de instrucciones, sino que es un bu cle que se repite hasta 16 veces para llegar a la respuesta final. Es una operación muy costosa para un microcontrolador. Sin embargo, en un dsPIC se dispone de instrucciones específicas para realizar operaciones complejas y una arquitectura que optimiza enormemente el desarrollo de funciones trigonométricas o logarítmicas en comparación con los microcontroladores. La Figura L1.2 muestra algunas ins trucciones específicas contempladas en la arquitectura de los dsPIC, en las que se manejan valores de 40 bit de tamaño. Se las denomina “instrucciones DSP.” IN S T R U C C IO N E S D S P IC
O P E R A C IO N E S A L G E B R A IC A S
LDAC
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MAC
x' *
A = ( x - y)2
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ED
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CLR
MAC
A - A + x2
MPY
A = x* y
MPY.N
A = -x * y
MSC
A = A- x*y
Figura L1.2. Algunas instrucciones específicas para operaciones algebraicas con los dsPIC. L1.2. DESCRIPCIÓN DEL LABORATORIO Este laboratorio trata el manejo de instrucciones DSP. Supongamos que tenemos un robot o un vehícu lo autónomo que circula por un circuito. Está dotado de dos sensores de ultrasonidos que le indican la distancia a la que se encuentran las paredes situadas a la derecha e izquierda de la pista. El objetivo es seguir el recorrido por el centro de la pista. Realizando una simple resta entre la distancia de los dos sen sores, se puede conocer si el robot está situado más cerca de la pared izquierda que de la derecha, pero además, gracias a esta operación es posible calcular este error de manera exponencial, de forma que se pudiera generar la aceleración necesaria en las ruedas del vehículo para corregir el error de posición.
LABORATORIO 1: APLICACIÓN DE INSTRUCCIONES DSP CON ENTRADAS Y SALIDAS...
325
En el ejercicio se emplean los interruptores El y E2 para introducir el dato correspondiente al primer sensor ultrasónico y los sensores E3 y E4 para el dato del segundo sensor ultrasónico. Como salida, se emplearán los diodos led del laboratorio PIC School, donde aparecerá el dato correspon diente a la distancia. Será necesario emplear la operación de multiplicación y realizar una división. Mientras la distancia sea menor que 4, otro led distinto permanecerá apagado. Si la distancia supe ra este valor, dicho led se encenderá. El programa se repite cíclicamente.
Figura L1.3.
Organigrama del Laboratorio /.
326
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
D ISTANCIA E U C L ÍD E A -IN S T R U C C IÓ N ED
-S e n so r 1
■Sensor 2
B ro r c u a d rá tic o de posición
Figura L1.4.
Gráfico que muestra el resultado tras aplicar la operación ED.
L1.3. ESQUEMA ELECTRÓNICO
El hardware necesario para poner en funcionamiento la práctica se encuentra en su totalidad dentro de la tarjeta PTC School. Por una parte, es necesario el hardware de programación de la tarjeta, pa ra introducir el programa compilado en la memoria FLASH del dsPIC. Una vez grabado el progra ma en la memoria del chip, para que un dsPIC entre en funcionamiento requiere de muy pocos ele mentos hardware externos, al igual que sucede con los microcontroladores MCU. Es necesario alimentar correctamente el dsPIC, introduciendo las señales de tierra por los pines 12, 20, 31 y 39 y la tensión positiva de alimentación por los pines 11, 21, 32 y 40. El circuito oscilador está basado en un cristal de cuarzo de 4 MHz y dos condensadores cerámicos de 18 pF. La última conexión re querida para el funcionamiento del dsPIC es la correspondiente a la tensión positiva en el pin de Re set. Es recomendable utilizar un circuito de Reset como el mostrado en el esquema, que utiliza un pulsador para activar un reset manual del chip para el caso que se requiera ejecutar el programa des de su inicio. Figura L1.5. Las conexiones descritas hasta ahora son universalmente válidas para la mayoría de los proyec tos con dsPIC, con la única diferencia que se pueden utilizar tensiones de alimentación menores, por ejemplo 3,3 V, y otros circuitos osciladores, como un cristal de cuarzo de 7,37 MHz. Los elemen tos periféricos complementarios de este circuito son los cuatro interruptores, los cuatro diodos led para mostrar el resultado y un último led que nos avisa que la distancia es de un valor mayor a uno fijo. Tal y como están configurados en la tarjeta, los conmutadores envían un uno lógico cuando es tán accionados hacia la zona superior de la placa. Los diodos led son dispositivos activados por ni vel alto, por lo tanto se encenderán cada vez que el pin de salida correspondiente del dsPIC se en cuentre a nivel lógico uno.
L1.4. CO NSTRU CC IÓ N DEL PROGRAMA
Para escribir el programa, se utiliza el entorno MPLAB de Microchip. Hay que crear un nuevo proyecto, para lo cual se accede al menú Project y se ejecuta la opción Project W izard, que es una
LABORATORIO 1: APLICACIÓN DE INSTRUCCIONES DSP CON ENTRADAS Y SALIDAS. AP17
327
AP18
Figura L1.5. Esquema electrónico del Laboratorio 1. utilidad que facilita la creación y configuración de un proyecto. La primera selección que se soli cita es el modelo de dsPIC, que para esta práctica es el 30F4013. A continuación, se sclccciona el com pilador M icrochip ASM 30 Toolsuite, que consta de 3 programas. Si al lado de alguno de es tos programas aparece una cruz roja, se indica que la ubicación del program a no es correcta. Para corregir este error hay que situarse en Location y seleccionar cada programa directam ente de la carpeta en la que se haya instalado el MPLAB, que por defecto es “C:\Archivos de programa\M icrochipYMPLAB ASM 30 Suite\bin” . Figuras L1.6 y L1.7.
P ro je c t W iz a rd
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Step One: Select a device
Device:
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Cancel«
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Ayuda
Figura L1.6. Selección del dispositivo dsPIC30F4013. El siguiente paso consiste en dar un nombre al proyecto y seleccionar una carpeta en la que guar dar los ficheros generados, como el fichero hexadecimal que será generado y que se programará en la memoria FLASH del dsPIC. Finalmente, el cuarto y último paso del Project Wizard solicita aña dir los ficheros de código necesarios para el proyecto. En este caso, hay que seleccionar el fichero “Laboratoriol.s” que se encuentra en la carpeta Laboratorio 1 dentro de la carpeta Laboratorios del CD que acompaña al libro. Cualquiera de los pasos que se han realizado en esta configuración, pue den ser modificados una vez creado el proyecto. Por ejemplo, también es posible crear el proyecto sin añadir el fichero con el código fuente y crearlo posteriormente.
328
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
P ro ject Wi7ard Step Two: Select a language tQQlsvrte
Active T oolsuite:
Toobuite Contents MPLA.B LINK30 Objcct Linker (pic30-ld.ox©) UB30 Archiver (pic30-ar exe) ■Location
C:\Aichivosdepiograma\Microchp\MPLABASM30Sute\bin\pic30-as. ■ Browse Help! My Suite Isn’t Listed!
~~|
f~l Show a9 installed toolsuites
~[| Siguiente:
Cancelar
Ayuda
Figura L1.7. Selección del compilador ASM.30, de libre distribución y propiedad de Microchip.
La ventana del proyecto debe contener el fichero Laboratorio l.s bajo el directorio Source, el fi chero p30f4013.gld bajo el directorio Linker Script y el fichero p30f4013.inc bajo el directorio Header Files. Es imprescindible añadir estos tres ficheros en el proyecto para que el programa pueda ser compilado sin errores. Los ficheros con nombre p30f4013 son universales para cualquier apli cación que utilice este modelo de dsPIC. Figura L1.8. Para añadir estos dos ficheros a un proyecto hay que seleccionar la opción Add File pinchando con el botón derecho del ratón encima de cada directorio, tanto “Header files” como “Linker Script”. Después hay que buscar los ficheros en el disco duro, ya que se encuentran dentro de las carpetas de instalación del MPLAB en unos directorios nombrados INC y GLD, es decir, con las mismas ex tensiones que los ficheros. Dentro de estas carpetas se encuentran los ficheros de definición para to dos los modelos de dsPIC. El fichero p30f4013.gld que se encuentra en la ubicación “C:\Archivos de programa\Microchip\MPLAB ASM30 Suite\Support\gld” del disco duro del ordenador. El fi chero p30f4013.inc está en la ubicación “C:\Archivos de programa\Microchip\MPLAB ASM30 Suite\Support\gld”.
■ I L ü b o r a to n o l.m c w Q Laboratoriol.m cp Q Source Ríes j- Practica l.s É Header Files : p30f4013.inc Object Files Library Files B Linker Scripts p30f4013.gld Other Files
Figura L1.8.
Ventana del proyecto Laboratorio!.
LABORATORIO 1: APLICACIÓN DE INSTRUCCIONES DSP CON ENTRADAS Y SALIDAS...
329
Al comienzo del programa en ensamblador hay que realizar una llamada al fichero p30f4013.inc. También es recomendable incorporar la definición de la palabra de configuración para el programa, la cual será generada en el fichero hexadecimal y cargada directamente por el software de grabación. También cabe destacar que el resto de patitas del dsPIC que no se utilizan en el proyecto conviene configurarlas como entradas digitales.
.include ”p30f4013.inc” .text [lobal main _main: C.LR PORTD #0x000F, WO MOV MOV WO, TRISD #0xFFü0AV0 MOV WUTRISB MOV WO,PORTD MOV bucle: CORCON,#IF BSET MOV PORTD.W4 W4,#OxOOOC,W l AND w i, #0x0002,m LSR W4,#Ox0003,W3 AND W3.W2 CPSGT GOTO W3 MAYOR W3,W2,W7 SUB MULTIPLICA GOTO W3MAYOR: SUB W2.W3.W7 MULTIPLICA: W7*W7,A MPY MOV ACCAL,W2 MOV W2.PORTB MOV #0x0004, WO CPSGT W2AV0 APAGAR BRA BSET PORTD,#Ox8 GOTO bucle APAGAR: BCLR PORTD,#0x8 bucle GOTO .end
SE CONFIGURA LA PUERTA D COMO ENTRADA RD0 RDl RD2 Y RD3 RD8 COMO SALIDA (AVISO) PUERTA B COMO SALIDA APAGA RD8, AVISO TRABAJO CON ENTEROS LEE PORTD EN W4 SE LEEN LOS BITS RD2 Y RD3 EN EL REGISTRO W2 Y RD0 Y RDl EN W 3 SI W3 > W2 HACEMOS W 3 -W 2 EN CASO CONTRARIO W2-W3
MULTIPLICAMOS LA DIFERENCIA POR SI MISMA PARA ELEVARLA AL CUADRADO MOSTRAMOS EL RESULTADO POR PORTB SI EL VALOR ES INFERIOR A 4 APAGAMOS EL AVISO EN CASO CONTRARIO ENCENDEMOS AVISO
REPETIMOS EL BUCLE INDEFINIDAMENTE
Figura L1.9. Código fuente del Laboratorio 1.s.
L1.5. CONEXIÓN DE LOS PERIFÉRICOS Para conectar los distintos periféricos em pleados en este laboratorio, deberá seguirse con detalle las conexiones descritas en la tabla siguiente.
330
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
Pin del dsP !C 30F 4013
E lem ento d e la PIC SCHOOL
RD8
S7 de SALIDAS DIGITALES (les)
RBO
SO de SALIDAS DIGITALES
RB1
SI de SALIDAS DIGITALES
RB2
S2 de SALIDAS DIGITALES
RB3
S3 de SALIDAS DIGITALES
RDO
E0 de ENTRADAS DIGITALES (Interruptor)
RD1
El de ENTRADAS DIGITALES
RD2
E2 de ENTRADAS DIGITALES
RD3
E3 de ENTRADAS DIGITALES
L1.6. G R A B A C IÓ N V EJECUCIÓN
Para compilar el programa se accede a la opción Project, Build All. Aparece un mensaje que indica Build Succeeded en caso de que el programa no tenga errores y se haya generado correctamente el fichero hexadecimal con extensión .hex que se introducirá en la memoria FLASH del dsPIC. El úl timo paso consiste en conectar el equipo PIC School al ordenador mediante el puerto serie y ejecu tar el programa de grabación WinPICSOO. Desde este software se programa el dsPIC, siguiendo los pasos señalados en el apartado Software W inPlC800 del capítulo anterior. Resulta conveniente recordar que a la hora de grabar el programa en la taijeta PIC School, se de berá colocar el interruptor del circuito de grabación en la posición PC para realizar la grabación por el puerto serie.
Figura L1.10. Para grabar el programa el interruptor del circuito de grabación deberá situarse en la p o sición PC.
Una vez grabado el programa en el dsPIC mediante el botón Programar Todo del programa WinPic800, para ver el programa funcionando deberá pasarse el mismo interruptor anterior a la posición RUN, es decir a la posición central. Sólo así com enzará a ejecutarse el programa creado.
LABORATORIO 1: APLICACIÓN DE INSTRUCCIONES DSP CON ENTRADAS Y SALIDAS...
331
Ahora ya sólo falta probar el ejercicio con los periféricos incoiporados en la tarjeta P1C School y de este modo comprobar que el funcionamiento se corresponde con los objetivos de la práctica. Ya es posible modificar el valor de los interruptores de la tarjeta PTC School para que se visualicen distintos valores en los diodos led que se corresponderán con la distancia. El dato binario mostrado en los led será mayor según se aumente la diferencia entre el dato introducido por los grupos de 2 interruptores. Cuando en un grupo de conmutadores se simule la máxima distancia ( l - 1) y en el otro grupo la mínima (0-0). se encenderá el led de aviso (RD8) ya que el resultado de la operación será mayor de 4. El zumbador dejará de pitar cuando el dato de respuesta vuelva a situarse por debajo de este um bral. El programa se repite cíclicamente.
Figura L1.11. Probando el ejercicio con el equipo PIC School.
L1.7. LIBRERÍA M A TE M Á T IC A
Además de las instrucciones matemáticas específicas que se han presentado en esta práctica, cabe destacar que M icrochip ha desarrollado una librería específica de funciones matemáticas y que ade más opera con precisión de simple y doble coma flotante según el estándar IEEE-754. Esta librería denominada dsPIC30FMcith Library de libre distribución se suministra compilada, de modo que no hay acceso para visualizar cómo se desarrollan las funciones matemáticas, pero sí se pueden utili zar en los proyectos. Además, tiene la peculiaridad de poder llamar a estas funciones desde lenguaje C o desde len guaje ensamblador. En la Figura L1.12 se muestra una tabla que resume las funciones matemáticas presentes en esta librería y los ciclos de ejecución que necesita cada una de ellas operando en coma flotante.
332
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
G ru po
de F u n d o n e s
Operaciones básicas en coma flotante
F unción
C iclo s d e e je c u c ió n
Suma
122
Resia
124
M ultiplicación
109
División
361
Cociente
385
Acos
478
Asin
363
Atan
696
Atan2
3206
Cos
3249
Funciones Trigonométricas c Hiperbólicas
Funciones Logarítmicas y Exponenciales
Sin
2238
Tan
2460
Cosh
1049
Sinh
525
Tanh
338
Lxp
530
Frcxp
39
Ldexp
44
Log
2889
Log10
3007
Pow
2134
Sqrt
493
Ceil
94
Floor
51
Fabs
6
Potencias
Funciones de redondeo Valor absoluto
M odf
151
Fmod
129
Funciones de Aritmética Modular
Figura L1.12. Tabla con las instrucciones de la librería dsPIC30F Math Library.
NOTA: En el CD que acompaña al libro podrá encontrar los programas de los laboratorios en lenguaje ensamblador y en C.
jando a fondo los temporizadores de 32 bits L2.1. OBJETIVOS
Este laboratorio profundiza en el manejo de temporizadores de 32 bits. Para ello, y al igual que se realizara en el apartado de Simulación y Programación de Aplicaciones, se desarrollará un semáfo ro con pulsador. Los objetivos de este laboratorio son los siguientes:
• • •
Profundizar en el manejo de temporizadores de 32 bits y estudiar sus ventajas. Manejar interrupciones controladas por el temporizados así como interrupciones externas provo cadas con un pulsador. Mostrar mensajes de texto por la pantalla LCD.
La introducción de temporizadores de 32 bits en la arquitectura de los dsPIC permite controlar períodos de tiempo mucho más grandes que con los anteriores temporizadores de 16 bits de una for ma mucho más simple. Estos temporizadores de 32 bits se crean mediante la agrupación de 2 con tadores de 16 bits. Así, en el presente laboratorio, el temporizador empleado es el compuesto por los temporizadores 2 y 3 de 16 bits cada uno.
L2.2. DESCRIPCIÓN DEL LABORATORIO
Para implcmentar el semáforo con pulsador se utilizarán varios recursos de la tarjeta de desarrollo PIC School. Por un lado, las salidas de los leds S7 y S5 representarán la luz roja y la luz verde del semáforo respectivamente, cuyo valor ROJO o VERDE también se reflejará sobre la pantalla LCD incluida en la tarjeta. Por otro lado, el semáforo estará dotado con un pulsador que será el E7 de las entradas digitales de la placa, con el fin de que un peatón pueda pulsarlo y así el semáforo cambie a ROJO para que los vehículos se detengan. 333
334
dsPIC DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
Durante 10 segundos, el semáforo estará en rojo, para después pasar a verde durante otros 10 se gundos, volver a color rojo y así sucesivamente. Esta secuencia sólo se interrumpirá cuando se ac tive el pulsador E7 que hará que el semáforo páse a rojo y comience de nuevo el contaje de 10 se gundos antes de pasar a color verde.
Figura L2.1. Diagrama de flujo de la aplicación Semáforo.
L2.3. ESQUEMA ELECTRÓNICO
El esquema electrónico de este laboratorio es sencillo. Por un lado se debe conectar la patita RAI 1/INT0 a un pulsador de la sección de Entradas Digitales (E7) de la placa PIC School y por otro lado, conectar las patitas RDO y RD1 a 2 leds de la sección Salidas digitales de la placa (S7 y S5). Para la conexión de la pantalla LCD al dsPIC30F4013, se utilizará el controlador serie SYM 20AA que permite de una forma sencilla, mediante una transmisión UART y utilizando solamente una patita del controlador dsPIC, mostrar mensajes por la misma. Así, simplemente iniciando uno de los módulos UART del controlador, podremos enviar mensajes a la pantalla LCD a través de la patita U1TX. El controlador serie SYM 20-AA requiere de las conexiones reflejadas en la Tabla L2.1. Pin SYM 20-AA
Tabla L2.1.
Pin PIC School
Pin 1
L6 de PIC School
Pin 2
L7 de PIC School
Pin 3,5
G ND de PIC School
Pin 4,6,8,10,11,12,13
Sin conectar
Pin 7
RF3 de dsPIC30F4()13
Pin 9
E de PIC School (LCD)
Pin 14
+5Vcc de PIC School
Pin 15'
RS de PIC School
Pin 16
RAV de PIC School
Pin 17
L4 de PIC School
Pin 18
15 de PIC School
Conexiones del controlador LCD serie SYM 20-AA.
LABORATORIO 2: MANEJANDO A FONDO LOS TEMPORIZADORES DE 32 BITS
335
Nótese que deben quedar ciertas líneas de la pantalla LCD sin conectar. Así las líneas LO, L1, L2 y L3 quedarán libres sin ningún tipo de conexión, así com o la entrada GND de la pantalla.
A P 17
S A L ID A S D IG IT A L E S
Figura L2.2.
A P 18
E N T R A D A S D IG IT A L E S
Esquema electrónico del laboratorio 2.
Para enviar datos a la pantalla LCD se aplica a la patita U1TX del m ódulo UART1 del dsPIC30F40l3, a 9600 bps, 8 bits de datos, 1 de stop y sin control de flujo, el código ASCII del ca rácter a mostrar. Previamente es conveniente enviar el carácter OxOOOC que borra la pantalla y co loca el cursor en la prim era fila y columna de la pantalla. Así para escribir la palabra ROJO, hay que enviar la siguiente secuencia de caracteres en hexadecimal: OxOC, 0 x 5 2 ,0x4F, 0x4A, 0x4F, correspondientes al código de limpiar pantalla, y los códi gos ASCII de las letras R, O, J y O respectivamente.
L2.4. C O N S T R U C C IÓ N DEL P R O G R A M A
La programación del controlador se realizará desde el entorno de desarrollo MPLAB IDE. Puede elegir entre hacer el desarrollo en lenguaje ensamblador o lenguaje C. El program a en lenguaje ensam blador se encuentra divido en tres partes principales. La pri m era m uestra la rutina de atención a la interrupción externa, que sim plem ente hace que el se máforo se ponga en rojo y vuelva a com enzar la secuencia del temporizador. Además m uestra el mensaje ROJO en la pantalla LCD.
336
dsPIC DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
.global _main .global INTOInterrupt .global_T3Intcrrupt __INTOInterrupt: DÍSI #3 :V BCLR IFS0,#0 MOV #0x0001;wo MOV WO,PORTD CLR TMR2 CLR TMR3 MOV #OxOGOC,WO CALL TRANSMITE MOV #0x52,WO CALL TRANSMITE MOV #0x004F,W0 CALL TRANSMITE MOV #OxO()4A,WO CALL TRANSMITE MOV #0x0O4F,W0 CALL TRANSMITE RETFTE
;Tratamiento de la interrupción externa ;Deshabilitamos interrupciones ;Borramos el flag de la interrupción ;Ponemos a rojo el semáforo ;moviendo 1 a PORTD ;Borramos el temporizador ;Para que empiece de nuevo ;Limpia la pantalla LCD ;Transmite la letra R ;Letra O ;Letra J ;Letra 0 ;Devolvemos el control al programa principal
La segunda parte se activa cuando el temporizador alcanza su objetivo y simplemente comprue ba el estado del semáforo para cambiar al estado contrario. Así, si estuviera en rojo, pasaría a verde y viceversa, mostrando los mensajes correspondientes por la pantalla LCD y los leds conectados al puerto D.
__T3Interrupt: BCLR IFS0,#7 BTSS PORTD,#0 GOTO ROJO VERDE: MOV #0x0002,W0 MOV W0,PORTD MOV #OxOOOC,WO CALL TRANSMITE MOV #0x0056,W0 CALL TRANSMITE MOV #0x0045,W0 CALL TRANSMITE MOV #0x0052,W0 CALL TRANSMITE MOV #0x0044,W0 CALL TRANSMITE MOV #0x0045,W0 CALL TRANSMITE GOTO FINAL ROJO:
;Tratamiento interrupción Timer 32 bits ;Borramos el flag T3IF de la interrupción ;Si el semáforo está verde, lo ponemos ;cn rojo ;y en caso contrario ;lo ponemos en verde ;en los leds conectados al puerto D ;Borramos LCD ;Mostramos ía V ;E ;R ;D ;E ;Lo ponemos en rojo
LABORATORIO 2: MANEJANDO A FONDO LOS TEMPORIZADORES DE 32 BITS
MOV #0x0001 ,W0 MOV W0,PORTD MOV #OxOOOCWO CALL TRANSMITE MOV #0x52,W0 I f CALL TRANSMITE MOV #0x004F,W0 CALI, TRANSMITE MOV #0x004A,W0 CALL TRANSMITE MOV #0x004p,w0 CALL TRANSMITE FINAL: RETFDE
337
;Limpia la pantalla LCD ;Transmite la letra R ;Letra O ;Leíra J
. •" *
;Letra0
;Retomo de la interrupción
La tercera parte se corresponde con el programa principal, que realiza la incialización de los pe riféricos y después entra en un bucle hasta que se origine alguna interrupción.
.tcxt _main: ;ínicialización del puerto D CLR MOV MOV MOV MOV CLR
PORTD #0xFCF0, WO WO, TRISD #0x000 LWO WO,PORTÉ) WO
;Inicial izainos el puerto D como ;RD0 y RD1 como salidas •configurando TRISD ;Ponemps el semáforo ;en rojo moviendo 1 a PORTD
¡Configuración de interrupción externa INTO MOV #0x000-1, W0 ;Activamos la interrupción externa MOV WO, 1EC0 ;INT0 del pin R A 11
:Inicialización del Timer CLR T2CON CLR T3CON CLR TMR3 CLR TMR-2 MOV #0x0280,W0 MOV W0JPR3 MOV #0x0000,W0 MOV W0,PR2 BSET BCLR BCLR BCLR BSET
IPC1,#I2 ÍPC1,#Í3 IPC1, #14 IFS0,#7 ifeCO, #7
Para cualquier operación con Timers Borra el contenido del tcmporizador TMR3 Borra el contenido del temporizador TMR2 Inicializamos el temporizador con el valor 0x02800000 (10 segundos aprox) PR3 = 00A0 PR2 = 0000 Activamos ílag T3IP = 0 0 1 Nivel de prioridad 1 Borramos el flag de interrupción del Timer3 Habilita interrupciones del Timer 3
338
dsPIC DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
BSET T2CON, #3 BSET T2CON, #15 'configuración IJART1 CLR Ü1BRG MOV #0x0019,WO MOV W0.U1BRG MOV #0x0510, WO MOV WO, IJISTA MOV #0x8020, W0 MOV W0, U1MODE MOV CALL MOV CÁLL MOV CALL MOV CALL MOV CALL
#OxOOOC,WO TRANSMITE #0x0052,W0 TRANSMITE #0x004F,W0 TRANSMITE #0x004A ,W0 TRANSMITE #0x004KW0 TRANSMITE
;FIag T32 = 1 . Habilitamos Timer 32 bits ¡Comienza el temporizador con prcescaler 1:1 ; y fuente del reloj el ciclo de instrucción ; Configuración de la velocidad ; del UART1 según la fórmula descrita en la aplicación 6 Configuración del registro U 1STA
; Limpia pantalla ; Envía R ; Envía O ; Envía J ; Envía O
¡PROGRAMA PRINCIPAL PRINCIPAL: ;Refrescamos Perro Guardian CLRWDT ;mientras esperamos que se origine alguna interrupción GOTO PRINCIPAL TRANSMITE: BTSS U 1STA,#TRMT BRA TRANSMITE MOV W0,U1TXREG RETURN .end
¡Espera a poder transmitir ;Transmite el dato por el registro LJ1TXREG
Para la inicialización de la configuración del temporizador de 32 bits, deberá tenerse en cuenta el reloj utilizado en la placa PIC School, que se trata de un cuarzo tipo XT w /PLL 4X de 4 MHz. Para conseguir una temporización de 10 segundos deberá calcularse el número de ciclos de instruc ción correspondientes. Si el cristal es de 4 MHz, el período de un ciclo de instrucción será 1/4 MHz. Si dividimos 10 segundos entre este valor nos dará el número de ciclos a contar, que deberá multiplicarse por 4 de bido a las características (XT w/PLL 4X ) del circuito de reloj, obteniendo a sí un valor de 0x02800000 en hexadecimal, número de ciclos a contar. Por otro lado, para conseguir una velocidad de 9600 baudios, deberá aplicarse la fórmula ana lizada en la Aplicación 6, Periféricos avanzados, correspondiente a la Segunda Parte de la obra. U1BREG = (Frecuencia / (16 • Baudios)) -1 = (4.000.000 / 153.600)-!= 26-1 = 25 = 0x19 En el Laboratorio 4y Comunicación USART encriptada se ahondará en el concepto anterior.
LABORATORIO 2: MANEJANDO A FONDO LOS TEMPORIZADORES DE 32 BITS
b l mismo programa en lenguaje C podría ser el siguiente:
«include up30f4G13.hM void attribute (( interrupt )) _T3Intermpt(void) ( IFS0bils.T3TF = 0; if (PORTDbits.RDO = I) PORTD - 2; else PORTD= I; } voidattribute (( interrupt )) JNTOInterrupt(void) ( IFSObits.INTOIF = 0;
PORTD= I; TMR2 = 0; TMR3 = 0:
; } int main(void) ’-'Jr i ' \ , . . . ■
'
.
'
'
//Inicialización del temporizador T2CON = 0; T3CON = 0: TMR3 = 0; TMR2 = 0; PR3 = 0x0280; PR2 = 0: IPC1bits.T31P = ObOO 1; ÍFS0biis.T3IF = 0: IEC0bits.T3IE = 1: T2C:ONbits.T32 = 1;
T2CONbits.TON = 1; //Inicialización del Puerto D PORTD = 0:
TRTSD = OxFCFO; //Inicialización de la rutina externa INT0 in c o = 1; //Comí enzo semáforo PORTD = 1; //Programa principal whiled) asmf'elrwdt"): return(O);
}/
339
340
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
Una vez compilado el programa, se procede a su grabación en la placa PIC School, de igual manera que en capítulos anteriores. Debe tenerse especial cuidado a la hora de configurar en la pestaña Config del programa WinPic800, y seleccionar como fuente primaria del reloj X T x/P L L 4X - X T With 4X PLL.
L2.5. C O N E X IÓ N DE LOS PERIFÉRICOS
Además de las conexiones anteriormente descritas para el controlador LCD serie, se deberán co nectar los siguientes periféricos de la placa PIC School, según la Tabla L2.2.
Pin del dsP IC 30F 4013
Tabla L2.2.
E lem en to d e la PIC S ch ool
RAÍ 1
E7 de E. DIGITALES
RDO
S7 de SALIDAS DIGITALES
RD1
S5 de SALIDAS DIGITALES
RF3/U1TX
PIN 7 DEL CONTROLADOR LCD SERIE
Conexiones del semáforo en la placa PIC School.
La Figura L2.3 recoge las conexiones anteriormente descritas.
Figura L2.3. Conexionado del semáforo en la placa PIC School.
L2.6. GRABACIÓN Y EJECUCIÓN
Una vez cargado el fichero hexadecimal en el programa WinPic800, habrá que configurar en la pes taña Config del programa WinPicSOO el reloj de la placa PIC School. Para ello, una vez cargado el fichero .hex, seleccionará de la lista desplegable Primary Oscillator la opción X T W/PLL 4X - X T cristal oscillator with 4X PLL. Tras llevar a cabo esta operación, pulsando la opción Grabar Todo, se programará el controlador con la aplicación del semáforo.
LABORATORIO 2: MANEJANDO A FONDO LOS TEMPORIZA DORES DE 32 BITS
341
Al pasar el interruptor de la placa PIC School a modo RUN, comenzará la ejecución del programa. El led S7 de la placa que simula la luz roja de un semáforo, se encenderá durante los primeros 10 segundos. A continuación, se encenderá el led S5 que simula la luz verde del semáforo durante otros 10 segundos. De manera simultánea, aparecerán en pantalla los mensajes ROJO y VERDE.
Figura L2.4. Ejecución del programa semáforo sobre la placa PIC School.
Si en algún momento se pulsa E7, entonces automáticamente comenzará de nuevo la secuencia de 10 segundos de la luz roja.
LABORATORIO .....................
'* ; ; 7 •
M ! 1 !!!!!•! 1'
analógico/digital de alta precisión L3.1. OBJETIVOS
El siguiente laboratorio describe cómo realizar una conversión analógico/digital de 12 bits optimi zada empleando el dsP!C30F4013. Los dsPIC presentan mayor resolución de conversión que los microcontroladores de M icrochip, ya que éstos son de 8 y 10 bits en función del modelo. Además, la velocidad de conversión también se ha elevado. Estas mejoras unidas a la capacidad de cálculo DSP van a permitir optimizar notablemente los resultados de las conversiones A/D. Los objetivos de es ta práctica son:
• •
Desarrollar una conversión analógico/digital de 12 bits de resolución empleando el equipo PÍC School Mostrar las ventajas del cálculo del dsPIC para realizar conversiones A/D optimizadas.
En esta práctica se van a utilizar las ventajas del conversor analógico/digital de los dsPIC unido a su capacidad de cálculo, ya que se va a muestrear 10 veces una señal en el mínimo tiempo posi ble para calcular el dato promedio de la conversión. Para un microcontrolador resultaría muy costoso tener que promediar 10 señales, y si el dato fue se alto, por ejemplo 1000, posiblemente se utilizaría una memoria externa para almacenar las mues tras y posteriormente ir leyéndolas, sumándolas y finalmente realizar una costosa operación de di visión para un m icrocontrolador M CU. O btener datos prom edios de señales analógicas es interesante para filtrar posibles ruidos o perturbaciones que puedan influir en un instante concreto en el valor de salida de un sensor analógico. Gracias a la capacidad de cálculo de los dsPIC, es posible emplear una fórmula estadística que permite ir obteniendo el dato promedio de un conjunto de datos sin necesidad de tener que almace narlos para realizar el promedio. La fórmula es: M edia_actuat = ((M edia„anterior * (Contador - 1)) + D ato_Nuevo) / Contador
343
344
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
En la hoja de cálculo de la Figura L3.1 se puede apreciar cómo la media aritm ética obtenida como el sumatorio de todas las muestras dividido por el número de ellas, coincide con el dato fi nal obtenido em pleando la fórm ula estadística. Esta fórmula implica el empleo de m ultiplicacio nes y divisiones de 16 bits, y debe realizarse a gran velocidad, no siendo aceptable su duración en un m icrocontrolador MCU.
C ontador
D ato N u evo
M edia A ctual
1
88
88
2
12
50,00
3
300
133,33
4
453
213,25
5
452
261,00
6
451
292,67
7
213
281,29
8
1025
374,25
9
2096
565,56
10
4000
909,00
Sumatorio
9090
Media Aritm ética
909
Figura L3.1. Cálculos matemáticos para obtener el promedio de valores.
L3.2. DE S C R IP C IÓ N DEL LA B O R A TO R IO
Para simular este ejercicio se utilizará un potenciómetro de la tarjeta PIC School que servirá para introducir una señal analógica variable entre 0 V y 5 V y el dato resultado del mencionado cálcu lo estadístico se visualizará en modo binario por la pantalla LCD. Aunque la conversión analógi co/digital es de 12 bits, en pantalla se mostrarán los 16 bits del registro donde se almacenará el resultado, por eso los cuatro prim eros bits siem pre serán cero. El potencióm etro utilizado se corresponde con el nombre P1 del grupo ENTRADAS ANALOGICAS de la tarjeta y su señal es introducida en la patita ANO del dsPIC. En el organigrama de la Figura L3.2 se observan los pasos que hay que seguir para realizar correctamente este laboratorio. Tras realizar las configuraciones necesarias en el dsPIC para con figurar correctamente patitas de entrada y salida y la conversión A/D se realizan las 10 muestras y el valor del resultado es mostrado en la pantalla LCD. El programa finaliza tras mostrar este re sultado, permaneciendo en un bucle infinito. Al igual que sucede con un m icrocontrolador MCU, la estructura general de un programa con dsPIC debe ser un bucle que se repite indefinidamente ejecutando un conjunto de tareas o un conjunto de acciones a realizar y que una vez terminadas no requieran ninguna otra ejecución. En este último caso, hay que finalizar el program a en un bucle infinito de espera o introduciendo el dispositivo en modo bajo consumo, el cual detiene la CPU y, por lo tanto, finaliza la ejecución de más instrucciones.
LABORATORIO 3: OPTIMIZANDO LA CONVERSIÓN ANALÓGICO/DIGITAL DE ALTA...
345
Selección de! DSPJC Selección de la palabra de
►
INICIO Configuraciones de Entrada y Salida
Configuración d e . Ir»
in r n i A n -
'
NO
Aplicar la Fórmula estadística
Muestra del resultado en ia pantalla LCD
Figura L3.2.
Organigrama del programa de conversión analógico/digital optimizada.
L3.3. ESQUEMA ELECTRÓNICO
El esquema electrónico que resuelve esta práctica utiliza el dsPTC30F4013 correctamente alimen tado y con su circuito de Reset y oscilador, un potencióm etro ajustable con vástago y la conexión a la pantalla LCD descrita en el Laboratorio 2, Utilizando tempo rizadores de 32 bits. Las cone xiones necesarias para el dsPTC son las mismas que en la anterior experiencia y se vuelve a utili zar un circuito oscilador con cuarzo de 4 M Hz ya que es el que hay en la tarjeta PIC School. Cuan do se realizan conversiones analógico/digitales es conveniente que la impedancia de salida del sensor o del potenciómetro que se va a utilizar no supere los 10 KÍ2. Por esta razón, la resistencia interna del potencióm etro utilizado en esta práctica es de 1 KQ. Deberá conectarse el potenció metro en sus extrem os a señales de 0 V y 5 V para obtener una tensión variable entre estos dos valores según se mueva el vástago. Asimismo, se utilizará la patita U1TX para enviar a la pantalla LCD el resultado.
346
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
Figura L3.3.
Esquema electrónico del Laboratorio 2.
L3.4. C O N S T R U C C IÓ N DEL P R O G R AM A
Para la construcción del programa se utilizará la herramienta de inicialización de periféricos Visual Initializer. Esta herramienta, como ya se describió en la Segunda Parte, permite configurar de for ma rápida y cómoda el conversor analógico digital. Para ello se configurará este periférico según los datos de la Finura L3.4.
12-bit A/D C onverter Configuration UlH\Sl üéJInÿt
C 'je ié * s ,v J S « « h j! ............................................................ _ Cnabjt 5 1 _ . Cf. ».a .
1
CPU&63pO,Vli>Mrt v,
CdáOütnAFcttut i'- 'ú y e d if ít j a
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Figura L3.4.
Configuración del módulo de Conversión Analógico Digital.
LABORATORIO 3: OPTIMIZANDO LA CONVERSIÓN ANALÒGICO/DIGITAI DF AITA.
347
Una vez configurado el módulo, se generará el código fuente necesario para dicha inicialización a través del menú Code Generation de la herramienta Visual Initializer. El programa también utiliza el módulo UART1 para enviar datos a la pantalla LCD. La confi guración de dicho módulo no se realizará a través de la herram ienta Visual Initializer, ya que, se cre ará un fichero con el código fuente correspondiente a la visualización de datos por el LCD total mente aparte del programa que realiza la conversión. Así, dicho fichero podrá utilizarse en cualquier otra práctica sin tener que reescribir el código correspondiente y sin tener que volver a inicializar el módulo dentro de la herramienta Visual Initializer. Tras esta inicialización, el programa entra en un bucle infinito hasta que se dé la interrupción ge nerada por el Conversor Analógico Digital, que se encargará de.aplicar la fórmula estadística y mos trar los datos en pantalla.
.include ';p30f40!3.inc" .section .ndata eontador: .hword 0x0800 media: .hword 0x0802 dato_nuevo; .hword 0x0804 .section .rcxt .global ADCInterrupt
__ADCInterrupt: BGLR 1FS0.#ADIF MOV ADC BUFO,W0 MOV W0,dato_nuevo INC contador DEC eontador. WREG MUL media MOV dato_nuevo,W5 ADD W2,W5,W3 MOV contador,'W4 REPEAT #17 DIV.U W3.W4 MOV WO,media MOV #OxOOOA ,W4; MOV conta dor,W0 CPSEQ W4,W0 RETFIE MOV medi a, W0 MOV w0,w2 CALL W2TOLCD MOV #0x0000,W 0 MOV W0,eontador MOV W0,media RETFIE .global „main
; Variable contador de la fórmula ; Variable media de la fórmula ; Dato recogido del conversor ADC ; Tratamiento de la interrupción
;Borrado del 11ag de intemipción ¡Recogida del dato de la interrupción ;Se incrementa el contador ;Se multiplica por la media
;Di visión entera
;La operación se hace 10 veces
;Sc muestra el valor por el LCD ;Se reinician las variables
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
348
..mam: CALL _Visua}lnitialization MOV #0x0000, WO MOV W0,dato_nuevo MOV W0,media MOV W0,contador bucle'
;lnicialización del CAD ;lnicialización de las variables
;Bucle infinito goto
bucle
cnd
Figura L3.5.
Listado del programa Laboratorio 3.
Cabe destacar la instrucción CALL W2TOLCD que llama al procedimiento guardado en el fi chero W2TOLCD.S que se encuentra en el mismo directorio que la aplicación. Dicho procedimien to utiliza el controlador analizado en el laboratorio anterior para mostrar por el LCD el contenido del registro W2 en binario. Así mismo, introduce un retardo para que pueda visualizarse, ya que de lo contrario, la conversión se haría tan rápidamente que no le daría tiempo a la pantalla LCD a vi sualizar los datos correctamente.
L3.5. C O N E X IÓ N DE LOS PERIFÉRICOS
Para las conexiones de este laboratorio resulta altamente recomendable aprovechar el conexionado del controlador serie LCD de la práctica anterior. Así, el resto de conexiones tan sólo serán las in dicadas en la Tabla L 2 .1.
Tabla L2.1.
Pin d el dsP IC 30F 4013
E lem ento d e la PIC SCHOOL
ANO
P1 de ENTRADAS ANALÓGICAS
RF3/U1TX
PIN 7 DEL CONTROLADOR LCD SERIE
Conexiones de los periféricos del Laboratorio 3.
Además deberán conectarse a +5v y a GND las conexiones de referencia del potenciómetro P l de ENTRADAS ANALÓGICAS.
L3.6. G R A B A C IÓ N Y EJECUCIÓN
Para probar el experimento se puede abrir el proyecto que se encuentra en la carpeta LABORA TORIOS, LABORATORIO 3 del CD del libro o desarrollar un proyecto nuevo siguiendo los pa sos comentados en la primera práctica y con la ayuda del fichero laboratorio2.s, que se encuentra en la misma carpeta del CD y contiene el código fuente del ejercicio. Tras escribir el programa, hay que com pilarlo para obtener el fichero hexadecimal y posteriormente ejecutar el software de gra
LABORATORIO 3: OPTIMIZANDO LA CONVERSIÓN ANALÓGICO/DIGITAL DE ALTA..
349
bación WinPIC800 para grabar la memoria de programa del dsPTC empleando el equipo PIC School conectado al puerto serie del ordenador. Una vez grabado el ejercicio en el dsPlC modelo 30F4013, se coloca el interruptor del circuito de grabación en modo RUN para comenzar su ejecución. En la pantalla LCD aparecerá un dato bi nario que mostrará los 16 bits, de los cuales, los últimos 12 muestran el resultado de la conversión A/D tras realizar la fórmula matemática. Según se cambie de posición el valor del potenciómetro P 1 se observará cómo varía el resultado mostrado en la pantalla LCD. El resultado binario mostrado en los diodos irá creciendo desde 000000000000 hasta 111111111111, a medida que el valor de la se ñal analógica de entrada pasa desde 0V hasta 5V.
Figura L3.5. Probando el ejercido de conversión A D en la tarjeta PIC School.
NOTA: En el CD que acompaña al libro podrá encontrar los programas de los laboratorios en lenguaje ensamblador y en C.
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encriptada con el USART
•
L4.1. OBJETIVOS
En esta práctica se propone comunicar un dsPIC con un ordenador empleando el puerto serie del PC. Se utiliza el hardware de comunicaciones USART disponible en el dsPIC que permite realizar este lipo de comunicación sin emplear recursos de la CPU. Los objetivos de la práctica son:
• •
Configurar correctamente el dsPIC para el envío y recepción de datos por el puerto serie. Utilizar el Motor DSP para realizar una encriptación de los datos en las comunicaciones.
Para visualizar los datos enviados desde el dsPIC en el PC se puede utilizar cualquier programa Hypcrtcrminal de comunicaciones, como el software Hyperterminal que se encuentra en la carpeta Accesorios/Comunicaciones del sistema operativo Windows. Aprovechando las posibilidades matemáticas de los dsPIC se pueden desarrollar mecanismos de encriptación de comunicaciones mucho más avanzados que con un microcontrolador MCU. Con un microcontrolador, para codificar un dato rápidamente se le puede sumar o restar una cantidad fija, que sólo sea conocida por el equipo con el que se establece comunicación. Por ejemplo, si se quiere enviar el carácter ASCII “z’\ correspondiente al código ASCII 122, se le puede sumar una cantidad de forma que al transmitir el dato no pueda ser reconocido. El equipo receptor deberá restar la misma cantidad al recibir el dato para desencriptarlo y convertirlo en un ca rácter inteligible. Esto se aplicará a todos los datos transferidos. Sin embargo, un simple desplaza miento de datos a través de sumas y restas es una protección muy sencilla, que puede ser fácilmen te descubierta por un programa que pruebe a restar y sumar cifras hasta localizar cadenas de información válidas. Con un dsPIC es posible com plicar mucho la encriptación ya que las operaciones matemáticas que se pueden ejecutar a gran velocidad son mucho más complejas que las sumas o restas de un mi crocontrolador MCU. Por ejemplo, podemos elevar al cuadrado un dato, dividirlo entre una canti dad y después enviar dos datos, el cociente y el resto de la división. Para poder desencriptar esta información, habría que conocer que hay 2 datos en transmisión por cada dato enviado, que está 351
352
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
previamente elevado al cuadrado y luego desglosado en cociente y resto de una división, que en el caso de esta experiencia tendrá como divisor el valor 100.
L4.2. DESCRIPCIÓN DEL LABORATORIO
En la aplicación el dsPIC esperará la recepción de un carácter ASCII por el puerto serie. Una vez recibido el dato, lo reenviará hacia el PC a modo de ECO y hacia la pantalla LCD, pero aplicando antes una codificación para encriptar los datos. Las comunicaciones se realizan a una velocidad de 9600 baudios, 8 bits de datos y con 1 bit de stop. Estos parámetros de la comunicación hay que te nerlos en cuenta a la hora de configurar el dsPIC, ya que la comunicación por el puerto serie es de tipo asincrono y es necesario que los dos equipos conozcan previamente estos parámetros.
Figura L4.1.
Organigrama de la práctica de transferencia de datos encriptados.
El programa se repite de forma indefinida en un bucle. Se espera a la recepción de un dato del ordenador. Cuando llegue el dato se aplica el algoritmo de encriptación que consiste en elevarlo al cuadrado y dividirlo entre 100. Tras realizar esta operación tenemos un cociente y un resto, ambos de 8 bits. Estos dos datos son reenviados hacia el PC y se mostrarán en la pantalla del ordenador.
LABORATORIO 4: COMUNICACIÓN ENCRIPTADA CON EL USART
353
L4.3. ESQUEMA ELECTRÓNICO
£1 hardware necesario para este programa se encuentra en la tarjeta PIC School. La conexión con los periféricos es muy sencilla, ya que sobre el circuito conversor serie a LCD del laboratorio ante rior sólo hay que añadir una línea para recibir los datos del PC, a través de la línea U1RX que se co necta a la patita RxD del interfaz RS-232 de la placa PTC School.
Figura L4.2. Esquema electrónico de la práctica.
Las patitas, en las que se encuentran las salidas hardware de la USART, serán las utilizadas en este laboratorio. Para probar las comunicaciones y poner en marcha la práctica hay que conectar la tarjeta PTC School al ordenador empleando un cable para el puerto serie que disponga de un termi nal DB9 hembra en un extremo y un DB9 macho en el otro. Los conectores tipo DB9 son el están dar más extendido en las comunicaciones por el puerto serie. Es el mismo tipo de cable que se uti liza para programar los dsPIC a través del programa WinPIC800. Así, se usa el mismo cable de la siguiente manera: primero se programa el microcontrolador y una vez programado, en segundo lu gar, antes de pasar a modo “RUN”, se cambia el cable de posición en la PIC School, conectándolo al interfaz RS-232 para poder observar el funcionamiento de dicho laboratorio.
L4.4. C O NSTRU CC IÓ N DEL PROGRAMA
El código fuente del programa se encuentra en el CD del libro dentro del directorio LABORATO RIOS y en el subdirectorio LABORATORIO 4. El fichero se denomina LABORAT0RI04.S. Al principio es necesario incluir el fichero de definición p30f4013.inc que contiene todos los bits y re gistros de control nombrados. Al comienzo del programa la configuración que hay que realizar sólo afecta al hardware de las comunicaciones y a las patitas R J X y T1X del dsPIC. La primera de ellas debe configurarse como entrada digital para poder recibir los datos y la segunda como salida. Es necesario acceder a los re gistros de control de la USART para activar la comunicación a la velocidad adecuada.
354
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
.include "p30f4013.incM .global __U 1RXliiterrupt LÍ1RX Interrupt: BCLR IFS0,#U1RXIF ; MOV U 1RXREG,W7 : MPY W7*W7,A MOV ACCAL,W2 MOV #0x0064,'W3 REPEAT #17 DIV.U W2jW3 CALL TRANSMITE MOV W 1AVO CALL TRANSMITE RETFÍE
;Tratamiento de interrupción de recepción de dato. Primero se borra el flag de interrupciones Se mueve a W7 el dato recibido ;Se eleva al cuadrado dicho dato ;Se mueve a W2 ;Se divide entre 100 ;Se transmite el resultado de la división ;Sc transmite el resto de la división
.global _ main _main: BSET CORCON,#OxO CALL INÍCIAUART bucle: CLRWDT bucle GOTO
ÍNICIAUART: CLR U1BRG MOV #0x0019,'W0 MOV W0U1BRG MOV #0x8000, W0 MOV WO, Ul MODE MOV #0x0510, WO MOV WO, U1STA MOV #0x8020; WO MOV WO. Ul MODE MOV #0x0200, WO MOV WO, IECO CLR IEC1 CLR IEC2
;Trabajo con enteros ;Inicialización módulo UART ;Se espera en un bucle infinito ; a que se origine una interrupción por llegada ;de un carácter
;Se inicial iza U1BREG para transmisión ;a 9600 baudios con un reloj de 4Mhz ;Se habilita la recepción de datos
;Se habilita el módulo ;Sc habilita interrupción por recepción
RETURN
TRANSMITE: BTvSS U1STA,#8 BRA TRANSMITE MOV W0,U ITXREG
;Rutina que envía un carácter ¡Espera a estar disponible ; ;Envía el dato a través de U1TXREG
RETURN
.end Figura L4.3.
Código fuente del programa Laboratorio 4.
LABORATORIO 4: COMUNICACIÓN FNCRIPTADA CON EL USAR!
355
Una vez configurado el chip, el programa queda a la espera de recibir un nuevo carácter por el puerto serie, evento que es detectado por la USART. Cuando llegue el nuevo dato, se descarga y se aplica el algoritmo de cifrado para reenviarlo. Hay que destacar que la comunicación es full-duplex, de modo que si se recibe un nuevo dato mientras se está enviando la respuesta anterior también es almacenado en el buffer de recepción de la USART.
L4.5. C O N E XIÓ N DE LOS PERIFÉRICOS
La conexión de los periféricos es bien sencilla. M anteniendo las conexiones del adaptador serie al LCD del ejercicio anterior, sólo se deberán realizar las conexiones reflejadas en la siguiente tabla y que pueden apreciarse en la Figura L4.2. Pin del d sP IC 30F 4013
Elem ento d e la PIC SCHOOL
RF2/U1RX
RxD de! Interfaz RS-232
KB /U 1TX
Patita 7 del controlador LCD serie y TxD del interfaz RS-232
L4.6. GRABACIÓN Y EJECUCIÓN
Una vez abierto el proyecto LABORATORIO 4 que se encuentra en el CD del libro y tras compilar y grabar el programa en la memoria del dsPIC mediante el uso de la tarjeta PIC School y el softwa re WinPIC800, se deberá ejecutar un programa de comunicación en el PC para poder enviar datos por el puerto serie y recibir las respuestas del dsPIC. A modo de ejemplo, se muestran a continua ción los pasos necesarios para probar el ejercicio con el programa Hyperterminal de Windows, que se encuentra en el menú Accesorios/Comunicaciones. Recordemos que una vez pasado a modo ktRUN” deberemos cam biar el cable serie utilizado para la grabación del conector donde se en cuentra al conector del interfaz serie RS-232. Descripción de
\
conexión
£¿3*... Nueva conexión
Esciiba un nombre y elija un »cono para la conexión: Hombre: [directo C0M1 Icono:
(¡
Figura L4.4.
Aceptor
| [
Cancele?
Pantalla inicial Iras ejecutar el programa de Windows Hyperteminal.
Tras ejecutar el programa Hyperterminal hay que configurar una nueva conexión, para lo cual el programa solicita un nombre, y escoger un icono. A continuación, aparecerá otra pantalla en la que se escoge el puerto COM del PC con el que se quiere comunicar con el dsPIC. Es necesario seleccionar un puerto COM que esté libre, es decir, que no esté siendo utilizado por algún otro dispositivo hard ware conectado en el ordenador. En la pantalla que se muestra en la Figura L4.5 se ha escogido el
356
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
puerto C O M 1. El último paso de la configuración es la pantalla de selección de velocidad y tipo de datos. Se ha de escoger la misma configuración que la cargada en el dsPIC: 9.600 baudios, 8 bits de datos, sin paridad, 1 bit de stop y ningún control de flujo. Tras realizar este último paso, se abrirá el puerto serie del ordenador. Una vez que el programa entra en ejecución, todo carácter escrito con el teclado es enviado por el puerto serie hacia la taijeta PTC School. Cada vez que se reciba un carácter por el puerto es mos trado en la pantalla. Se puede seleccionar en el menú de configuración del Hypcrtcrminal la opción ECO de los caracteres escritos localmente, que sirve para que veamos en la pantalla los caracteres que estamos tecleando y están siendo enviados hacia el dsPIC. En la pantalla principal hay 2 iconos con los que iniciar y detener la comunicación, que tienen la forma de un teléfono colgado y un te léfono descolgado respectivamente.
directo C0M1
Escffca detafcs del número de teléfono que desea marcar E a is o región; Código de área:
£ -parta (34; |91
\
Número de telefona Conectar usando-
l
Aceptar
j |
C^xetar
]
Figura L4.5. Selección de un puerto CO M libre en e l ordenador. P ro piedades de COMI Conhguacwn efe puerto j
por segundo: 119200
B is de datos 18
Bits efe parada: ¡1
Control de Rupc ¡[
Restaurar predetenroadre
Aceptar j
[ Cancelar )
[
Apicar
Figura L4.6. Pantalla de configuración del puerto serie en el ordenador. Hay que escoger los mismos parámetros que los seleccionados en la USART del dsPIC.
Respecto a la configuración necesaria en la taijeta PTC School, se ha de grabar el dsPIC con el fi chero LABORATORIO 4.hex generado en el proyecto empleando el programa WinPIC800. Hay que tener en cuenta que el programa WinPIC800 utiliza el puerto serie del ordenador para transmitir los
LABORATORIO 4: COMUNICACIÓN ENCRIPTADA CON EL USART
Figura L4.7.
357
Programa Hyperterminal en ejecución. Las tedas pulsadas serán enviadas hacia el dsPIC y los caracteres recibidos se mostrarán p o r la pantalla.
ficheros hexadecimales a la memoria FLASH del dsPIC. Por esta razón, si se va a utilizar el mismo puerto serie que el WinPlCSOO para probar posteriormente el programa con el Hyperterminal, el soft ware WinPICBOO debe estar cerrado. De no ser así, el pueito serie estaría controlado por este otro pro grama y no se podría entrar en comunicación desde el Hyperterminal. Tras grabar el dsPIC, se pulsará el botón de Reset para comenzar la ejecución de la experiencia. Al teclear un carácter en el programa Hyperterminal de Windows se reciben dos caracteres en la pantalla del ordenador y en la pantalla LCD, que es un resultado ECO del carácter enviado pero encriptado. Se puede probar a realizar manualmente la operación de desencriptación y así comprobar que las operaciones son realizadas correctamente por el dsPIC. Todo carácter ASCII recibido tiene un valor asignado entre 0 y 255 que puede ser consultado en una tabla estándar de códigos ASCII o en el programa Mapa de Caracteres de las Herramientas del sistema operativo Windows.
Figura L4.8.
Fotografía de la PIC School conectada al puerto serie de un ordenador y con el Labor¿itorio 4 en ejecución.
358
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
En la fotografía mostrada en la Figura L4.8, se ha tecleado en el ordenador la letra m que se co rresponde con el código ASCII 109. El resultado de elevar 109 al cuadrado es 11881. Al dividir 11881 entre 100, el resultado es de 118 y resto 81, que se corresponden con los caracteres ASCII de v y Q respectivamente, que aparecen sobre la pantalla LCD.
NOTA: En el CD que acompaña al libro podrá encontrar los programas de los laboratorios en lenguaje ensamblador y en C.
íí 'í í ;
.
ORATORIO
■■ í : í 'í í í í ?j m í -m
Control de un motor de CC PWM
L5.1. OBJETIVOS Este laboratorio estudia cómo emplear la capacidad del dsPlC para generar señales PW M y regular la velocidad de funcionamiento de un motor de corriente continua. Se procederá a configurar el mó dulo OC1 del dsPIC 30F40l3 para generar una señal cuadrada que aplicada a un chip amplificador regule la velocidad de funcionamiento de un motor. El dsPIC30F4013 pertenece a la familia de pro pósito general de los dsP!C30F. Sin embargo, existe una familia específica que dispone de un hard ware adicional para el control de motores. Estos dispositivos, además de generar señales PW M pa ra control básico de motores de corriente continua, pueden controlar motores más avanzados, como los motores Brushlcss y los motores de inducción de corriente alterna. Microchip ha creado una serie de diseños de referencia para el control de motores de alto rendi miento empleando la familia dsPIC de control de motores. Estas aplicaciones realizan control vecto rial de un Motor de Inducción de Alterna, denominado por las siglas ACIM, y control sin sensores de un Motor de Continua sin escobillas, siglas BLDC. Estas aplicaciones son gratuitas y se encuentran descritas completamente en las notas de aplicación AN908 y AN901 de Microchip. Pueden descar garse desde www.microchip.com en la sección correspondiente a las Notas de Aplicación para dsPIC.
Figura L5.1. Sistema de desarrollo para control de motores dsPICDEM MC.1. 359
360
dsPIC DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
Gracias a las familias dsPIC30F y dsP33F específicas de control de motores pueden resolverse aplicaciones de control mucho más complejas que las habituales con cualquier otro microcontrolador MCU. Como ejemplo, se muestra en la Figura L5.2 el algoritmo de control vectorial que es de sarrollado por un dsPIC para gestionar un motor AC de inducción. Hace falta una gran capacidad de cálculo para resolver este algoritmo de control en tiempo real ya que dispone de lazos de posi ción, de velocidad, elementos de control Proporcional-Integral, etc. Para poner en funcionamiento los ejemplos de aplicación que facilita Microchip para control avanzado de motores, está disponi ble el sistema de desarrollo de control de motores dsPICDEM M CI de Microchip. (Figura L5.1).
Figura L5.2.
Control vectorial de motores de inducción AC mediante dsPIC.
L5.2. DESCRIPCIÓN DEL LABORATORIO En esta práctica se regula la velocidad del motor de corriente continua con cuatro velocidades dis tintas, seleccionables mediante dos interruptores de la tarjeta PIC School. Con la combinación 00, el motor estará parado e irá aumentando su velocidad progresivamente hasta que se seleccione el máximo valor binario, que se corresponde con los dos interruptores activados, valor 11. El ejercicio em plea el módulo hardware “Output Compare” del dsPIC configurado en modo PWM sencillo. Para realizar el control básico de un motor de corriente continua se emplea el con trol de velocidad en función de la tensión de alimentación del motor. Cuanta mayor sea la tensión en las bornas del motor, mayor será la velocidad de giro de su eje. Al aplicar una señal cuadrada a un motor de corriente continua, se consigue modificar la tensión media aplicada en los terminales del motor. M anteniendo la misma frecuencia de la señal cuadrada y modificando el ciclo de traba jo, es dccir, la proporción de tiempo que la onda cuadrada permanece a nivel alto respecto a nivel bajo, se consigue que el motor gire a distintas velocidades.
L5.3. ESQUEMA ELECTRÓNICO El esquema electrónico configurado en la tarjeta PIC School para esta aplicación em plea el driver de motores L293D como interfaz entre el dsPIC y el motor. No se puede conectar directam ente el
LABORATORIO 5: CONTROL DE UN MOTOR DE CC MEDIANTE PWM
361
Figura L5.3. Organigrama del Laboratorio 5.
dsPIC a un motor, puesto que no tiene capacidad para sum inistrar la corriente necesaria a través de sus patitas. H acer esto estropearía el dsPIC. Es necesario utilizar un driver que actúe como amplificador, convirtiendo las señales TTL generadas por el dsPíC en señales am plificadas en co rriente adecuadas para el manejo de un motor. El driver L293D tiene una capacidad de carga de 0,6 A, mucho m ayor que los 20 mA suministrados por cada patita de salida de un dsPIC. Otra ventaja de em plear este driver es que la tensión aplicada al motor puede ser independiente de la tensión de alim entación de la electrónica de control que se introduce a través de la patita +V de la zona DRIVER 4 CANALES 0,6 A de la placa PIC School. En el presente laboratorio se utili zará la fuente de alim entación común para toda la placa y, por esta razón, esa patita perm anece rá desconectada. AP18
ENTRADAS AL DRIVER
Figura L5.4.
Esquema electrónico del Laboratorio 5.
ENTRADAS DIGITALES
362
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
L5.4. CONEXIÓN DE LOS PERIFÉRICOS Para llevar a cabo el laboratorio sobre la placa PIC School, deberán realizarse 4 conexiones princi pales, resumidas en la Tabla L 5 .1. Deberá prestarse especial atención a conectar la entrada E4 del DRIVER 4 CANALES, a tierra (GND en la placa). Y por último, deberá conectarse el motor en los bornes S3 y S4 del DRIVER 4 CANALES.
Tabla L5.1.
Pin d el d sP IC 3 0F 4 0 1 3
Elem ento de la P IC S C H O O L
RDO/OÇ1
F3 de DRIVER 4 CANALES (E4 CONECTADO A GND)
RFO
EO de ENTRADAS DIGITALES
RF1
El de ENTRADAS DIGITALES
Conexión de los elementos utilizados en el Laboratorio 5.
L5.6. CREACION DEL PROGRAMA
En primer lugar el programa configura el módulo O C l comparador de salida. Al igual que se indi có en capítulos anteriores, se utilizará la herramienta Visual Initializer para llevar a cabo esta tarea.
16 Bit Tim er 2 Configuration 0 p eration al S e ttin g s ....... . 0 O
CP U Idle O peration
E n a b le o n S tartup
• Timer C lo c k Prescale: | 1 :2 5 6
v :
C o ntinue
G a te d T im e A c c u m u la tio n v
Postscale:
Timer Period:
1
Tim er F reque ncy:
1 ,0 0 0 0 6 4 0 0 4 0 9 ; (K H z )
:
(msec) (Calc.)
Interrupt □
E n a b le Interrupt o n S ta rtu p
Interrupt Priority:
Help
Figura L5.5.
OK
C a ncel
A p ply
Configuración del temporizador medíanle Visual Initializer.
El primer paso será configurar el circuito del reloj y colocar un reloj tipo XT w/PLL 4X a 4 MHz. A continuación, se configura el temporizador Timer2 estableciendo los parámetros recogidos en la Figura L5.5, es decir, habilitarlo al inicio (Encible on startup), “pre-cscaler” de 1:256 y un período de 1 milisegundo. Y por último, según recoge la Figura L5.6, se procederá a configurar el módulo O C l, estableciendo el Timer2 como elemento de con taje, modo de operación PW M M ode fa u lt pin disabled y cargando en OC1R el valor 7000 y en O C 1RS el valor FFFF.
LABORATORIO 5: CONTROL DE UN MOTOR DE CC MEDIANTE PWM
363
Output Compare Configuration Output Compare Settings---------0C1
0C2
; 0C3
: 0C4
:-V:
Compare Operating Mod«
Ì PWM mode. Fault pin disabled
CPU Idle Operation
■Continue
OCIR (hex):
■'Vj :§
Timebase lor input compare: j Timer 2
VÌ
0C1RS (hex):
i
•
I O Enable Interrupt on Startup '
Interrupt Priority:
0
Help
Figura L5.6.
OK
Cancel
Apply
Configuración del módulo OC1.
Una vez configurados los elementos, se inicia la construcción del programa, que simplemente, llamará a la rutina de inicial ización de los componentes, después configurará las patitas RFO y RF1 para que lean los valores de los interruptores EO y E l y, en función de su estado, asignará un valor u otro al registro OC1RS, que hará que se generen distintas señales de salida y, por lo tanto, distin tas velocidades en el motor. A continuación, se presenta el código fuente comentado correspondiente al programa que reali za la función descrita.
; Control de motores vía PWM .include >30f4013,incn .global _main _ m a in :
CALL MOV MOV MOV MOV MOV MOV COMPRUEBA: BTSC GOTO BTSS GOTO GOTO ROI „UNO: BTSS GOTO
_VisualInitialization #0x0003.WO W0,TRISF #0x0,WO W0,ADPCFG #0x0100, WO W0.PR2
;Inicialización de TMR2 y OC1 ;RF0 y RF1 entradas
PORTF,#RFI RD1„.UNO PORTF,#RFO m a r c h a _ c>;r o MARCHAJUNO
;Comprueba valor interruptores El y E0 ;E1 es 1 ;Comprueba H0 cuando B1 es 0 ;Velocidad 0 ;Velocidad 1
PORTF,#RFO MARCHA_DOS
;Comprueba E0 cuando El es 1 ;Velocidad 2
:PORTF señales digitales ;Valor máximo de OC1
364
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
GOTO MARCHA CERO: MOV MOV GOTO MARCHA_UNO: MOV MOV GOTO MARCHAJDOS: MOV MOV GOTO MARCHA_TRES: MOV MOV GOTO .end
MARCHA.TRES
;Velocidad 3
#0x0,W0 WO,OC1RS COMPRUEBA
;Mueve 0 a OC1RS ;Ia velocidad será 0 ;Compmeba interruptores
#0x0030,W0 WO,OC1RS COMPRUEBA
;Mueve a OC1 RS 30 ; Velocidad baja (máximo 100) ;Comprueba interruptores
#0x0080,W0 WO,OC 1RS COMPRUEBA
;Mueve a OC1RS 80 ;velocidad alta ;Comprueba interruptores
#0x0100,WO WO,OC1RS COMPRUEBA
•»Mueve a OC1RS el valor 100 ;Velocidad máxima ;Comprueba interruptores
Al mover 0x0100 a PR2, para conseguir distintas velocidades, se carga el registro OC1RS con valores inferiores c iguales a dicho valor. Así, para un valor 0 el motor no se moverá y, sin embar go, para un valor 0x0100, el motor irá al máximo de revoluciones. Para cambiar el giro del motor, podría jugarse con la conexión E4 del DRIVER 4 CANALES y, si en vez de conectarlo a tierra, se conecta a un interruptor (por ejemplo E3), accionando dicho interruptor en un sentido u otro podrá cambiarse el giro del motor.
L5.7. GRABACIÓN Y EJECUCIÓN DEL PROGRAMA
Este proyecto se encuentra en el CD del libro, en la carpeta LABORATORIOS y subearpeta Labo ratorios. El proyecto puede abrirse desde el programa MPLAB para ver el código fuente y compi larlo. El siguiente paso consiste en grabar el fichero hexadecimal de la práctica en la memoria del dsPIC empleando el software WinPIC800 y el equipo PIC School. Para hacer esta operación hay que seguir los mismos pasos que se han explicado en la sección del software WinPIC800 y que se han seguido en el resto de laboratorios. Una vez grabado el programa, se pulsará el botón de Reset de la tarjeta para comenzar su ejecu ción. Según se modifique el valor de los interruptores E0 y E l de la tarjeta, varía la señal PWM ge nerada por el dsPIC y se aprecia su efecto con el movimiento de giro del motor. D e las cuatro com binaciones posibles de velocidad que se pueden introducir con los dos conmutadores, el valor 00 corresponde a la velocidad inferior (motor parado) y el valor l í a l a más elevada, creciendo de for ma progresiva.
LABORATORIO 5: CONTROL DF UN MOTOR DE CC MFDIANTE PWM
Figura L5.7.
365
Control de un m otor de CC mediante PWM en la tarjeta PIC School.
NOTA: En el CD que acompaña al libro podrá encontrar los programas de los laboratorios en lenguaje ensamblador y en C.
L6.1. OBJETIVOS
Este laboratorio aborda la tarea de resolución de una ecuación típica de filtrado de señales. Concre tamente resuelve la ecuación general para filtros FIR representada en la Figura L 6 .1.
yn = boXn + b , X n., + b 2X n.2
Figura L6.1. Ecuación general de un filtro FIR.
La resolución de este tipo de ecuaciones resulta de especial interés en el tratamiento digital de señales. Una de las características fundamentales para una vez capturada la señal se pueda aplicar el filtro y reconstruir la señal filtrada es la velocidad de proceso. Los dsPIC disponen de una ins trucción especialmente eficaz para realizar esta función, denominada MAC, que permite realizar esta ecuación de una form a rápida y sencilla.
L6.2. DESCRIPCIÓN DEL LABORATORIO
Para introducir los coeficientes de la ecuación general se utilizará el módulo UART del dsPIC con el que se introducen los datos desde el teclado del ordenador. Cada uno de estos coeficientes se co rresponde con cada uno de los bytes transmitidos por este módulo de comunicación. La aplicación, mientras recibe todos sus argumentos, irá mostrando en todo momento el valor acumulado de las operaciones realizadas por la pantalla LCD. Por cada dato recibido por el puerto serie se mostrará en la línea superior de la pantalla el valor del dato recibido así como el de la par te baja del acumulador en el que se almacena el resultado yn de la ecuación. Los datos deberán enviarse de forma ordenada, es decir, en primer lugar se enviará bü, a conti nuación x„, más tarde bj, xn.i, b2, y por último x„_2. 367
368
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
Cada vez que se reciben dos operandos se efectúa la suma de ambos y se acum ula el resul tado en el A cum ulador A, m ostrando el valor de sus 16 bits de menos peso en la parte inferior de la pantalla LCD. En la parte superior se visualizará el último dato recibido por el puerto USART. El Acumulador A consta de 40 bits. La pantalla LCD tiene la posibilidad de mostrar 32 caracte res. Para poder visualizar los 32 bits de menos peso del acumulador hay que activar una interrup ción externa que origina que se visualicen estos bits por la pantalla LCD. Para distinguir que los da tos mostrados en pantalla se corresponden con los 32 bits de menos peso del acumulador o con el último byte recibido y el contenido de los 16 bits de menos peso también del acumulador, cuando se visualice únicamente el acumulador, parpadeará el cursor.
Inicialización del módulo UART
______I _____ Recepción de un ► byte b, del módulo UART
____________ ▼_____ Visualizadón del dato recibido y la parte baja del Acumulador A
Recepción del segundo byte x„
Activación interrupción extema INTO
\/ Muestra los 32 bits de menos peso del Acumulador A
Multiplicación y acumulación (MAC) de b, * x„ T
Visualización del dato recibido y el valor del Acumulador A
Figura L6.2. Diagrama de flujo del Laboratorio 6 .
L6.3. ESQUEMA ELECTRÓNICO
El laboratorio 6 hace uso de varios periféricos para su funcionamiento. Por un lado se encuentra la pantalla LCD que visualizará los resultados y que requiere del controlador serie. P or otro, se re quiere de la conexión al puerto USART a través del interfaz RS-232 para la recepción de los ope randos de la ecuación. Finalmente, esta aplicación requiere un interruptor de entrada para activar la interrupción encar gada de mostrar los 32 bits de menos peso del Acumulador A. El esquema electrónico correspon diente a estas funciones se muestra en la Figura L6.3.
LABORATORIO 6: DISEÑANDO FILTROS
35
R A 1 1 < 0 - Ê Z --------------------- 1
—
X- 2
3
RF2/U1RX
369
* “4
2 -K
*" 5
CANAL SERIE ENTRADAS DIGITALES
Figura L6.3. Esquema electrónico del Laboratorio 6.
L6.4. C O N E X IÓ N DE LOS PERIFÉRICOS
Para llevar a cabo las conexiones descritas en el esquema de la Figura L6.3, hay que interconectar adecuadamente los periféricos indicados en la Tabla L6.1 correspondientes a la tarjeta de desarro llo P1C SchooL La aplicación utiliza el controlador serie a LCD, cuya adaptación ya ha sido comentada en la boratorios anteriores.
Tabla L6.1.
Patita del d sP IC 30F 4013
Elem ento de la PIC S C H O O L
RF2/UIRX
RxD del interfaz RS-232
RF3/U1TX
Patita 7 del controlador LCD serie
RA1 l/INTO
E7 de ENTRADAS DIGITALES
Conexiones de la PIC School para el Laboratorio 6.
L6.5. CREAC IÓ N DEL PRO G RAM A
Para la programación del dsPíC se ha creado un proyecto que contiene dos ficheros fuente princi pales. El fichero lahom torioó.s se corresponde con el código principal del programa y, por otro la do, el fichero LCD.s contiene las rutinas necesarias para manejo del LCD de la PIC School a través del adaptador serie a LCD. A continuación, se describen las paites principales del fichero laboratorioó.s que dispone de las rutinas principales de la aplicación. El fichero LCD.s contiene rutinas ya explicadas en laboratorios anteriores.
370
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
.include "p30f4013.inc" global__JNTOInterrupt ; Tratamiento de la interrupción INTO _ÍNTOlnterrupt: BCLR CALL CALL MOV CALL MOV CALL RETFIÉ
IFS0,#0 LIMPIA PARPADEA ACCAH,W2 W2TOLCD ACCAL,W2 W2TOLCD
;Borra flag de interrupción ;Borra pantalla LCD ;Muestra cursor parpadeando en LCD ;Muestra ACCAH en la línea sup. del LCD ;Muestra ACCAL en la línea inf. del LCD ;Retorna de la interrupción
La primera parte del código se corresponde con el tratamiento de la interrupción externa INTO. Al activar el pulsador E7, se provoca una interrupción que muestra en la pantalla LCD los 32 bits de menos peso del Acumulador A.
.global__U1RXInterrupt U1 RXInterrupt: BCLR IFS0,#U 1RXIF MOV U1RXREG,W2 BTSC W3,#0X0 GOTO OPERA MOV W2.W4 MOV #0X0001,W3 GOTO MOSTRARPANTALLA OPERA: MOV W2,W6 MAC W4*W6,A CLR W3 MOSTRARPANTALLA: CALL LIMPIA NOPARPADEA CALL CALL W2TOLCD MOV ACCAL.W2 CALL W2TOLCD RETEJE
;Borra flag interrupción RXUART1 ;Mueve el dato recibido a W2 ;Si W3 es uno significará que ha recibido ;el segundo dato y realizará la multipl. ;Si es el primer dato lo guarda en W4 ;Marca en W3 que ya ha recibido un dato ;Muestra el primer dato en pantalla ;Si ha recibido el 2o dato ;Sa!va el 2o dato en W6 ;Multiplica los 2 operandos y acumula ;Pone a 0 W3 indicador de operandos ;Limpia pantalla ;No parpadea el cursor ;Muestra el último dato recibido ;Mucstra ios 16 bits de menos peso de A ;Retoma de la interrupción
Esta segunda parte se corresponde con el código de atención a la interrupción de datos por el mó dulo USART. Cuando recibe el primer dato lo salva en W4 y lo muestra junto con el valor de ACCAL. Al recibir el segundo dato, realiza la multiplicación y acumulación mediante el uso de la ins trucción MAC, mostrando de nuevo el último dato y el valor del registro ACCAL. La ejecución de esta instrucción MAC es la que realiza las operaciones matemáticas necesarias para la resolución de la ecuación planteada.
LABORATORIO 6: DISEÑANDO FILTROS
.global _main ;PROGRAMA PRINCIPAL _main: BSET CORCON,#OxO CALL INICIAUART CLR W3 bucle: CLRWDT GOTO bucle
371
;Operación con números enteros ;Inicializa la UART e INTO ;Pone cero el contador de operandos ;Entra en un bucle infinito a la espera ;de una interrupción
El programa principal simplemente inicializa los periféricos utilizados y entra en un bucle a la espera de que se dé alguna interrupción. INICIAINTO: •Configuración de interrupción externa INTO MOV #0x0001, W0 MOV W0, IEC0 RETURN
Rutina de inicial ización de la interrupción externa TNTO y USART.
INICIAUART: CLRU1BRG #0x0019,W0 MOV MOV WOAJIBRG MOV #0x8000. W0 W0, UlMODE MOV - MOV #0x0510, W0 MOV W0, U 1STA MOV #0x8020, W0 MOV í : W0, UlMODE MOV #0x0201, W0 MOV W0, IEC0 [EC1 CLR ÍEC2 CLR RETURN .end
;Configuración del registro U1BREG ;para un reloj de 4M Hz y 9600bps :Modo de transmisión
;Interrupciones activas para USART e INTO
L6.6. GRABACIÓN Y EJECUCIÓN DEL PROGRAMA
Una vez compilado el program a se utiliza el programa W inPic800 para grabarlo en la memoria del dsPIC. Es necesario seleccionar en la pestaña Config del programa WinPic800 la fuente de reloj XT w/PLL 4X para el correcto funcionamiento del laboratorio. Tras grabar el programa, se coloca el conector serie procedente del ordenador en la salida del Interfaz RS-232 de la tarjeta de entrenamiento para enviar datos desde el programa Hyperterminal
372
dsPIC. DISEÑO PRACTICO DE APLICACIONES
como ya se describió en laboratorios anteriores. La configuración de esta comunicación serie está establecida para una velocidad de 9600 bps, 8 bits de datos, 1 de stop y sin control de paridad. Tras realizar las conexiones descritas se coloca el interruptor del circuito grabador de la PIC School en la posición RUN para que comience la ejecución del programa. Los coeficientes a introducir en la ecuación general serán los indicados en la Tabla L6.2.
Tabla L6.2.
b¡
xn
65
66
67
68
69
70
Coeficientes a introducir en el ejemplo de ejecución del Laboratorio 6.
Los valores de la Tabla L6.2 se encuentran expresados en base decimal. Se han elegido dichos valores porque coinciden con los códigos ASCII de las letras A, B, C, D, E y F respectivamente. Así, la introducción de estos valores por el programa HyperTerminal de Windows será muy sencilla, te niendo que pulsar consecutivamente las teclas indicadas en mayúscula. Con estos valores, el resultado final de la ecuación de filtrado deberá ser el siguiente: y„ = 65 x 66 + 67 x 68 + 69 x 70 = 13.676 La ejecución de la aplicación, paso a paso, sigue el guión detallado en la Tabla L6-3. A c c ió n A l iniciar la ejecución del programa en la pantalla LCD no aparece ningún dato hasta recibir el primer operando por el puerto USART. A l pulsarla tccla A (mayúscula) en el programa HyperTerminal de Windows, se envía el código ASCII 65 como b¡, representa do en binario en la parte superior de la pantalla. Kn la parle inferior se muestra el valor de ACCAL. que será cero ya que todavía sólo ha recibido b¡ y no puede multiplicarlo por x„. Como segundo operando xn se envía la letra B, es decir 66, representado en la primera fila del LCD. En la segunda apa rece 4290 en binario resultado de 65*66, Ai introducir el siguiente dato. C (67), el valor del acumu lador no varía, ya que necesita de otro dato más para reali zar la siguiente multiplicación y acumulación.
Con el cuaito dato, D (68), cambia de nuevo el resultado del acumulador, 8846 = 4290 + 68 * 67.
Con el quinto dato. E (69). de nuevo el valor del acumula dor no varía.
j Con el último dato, F (70), aparece ya el resultado de la j ecuación final. 13676 = 8846 + 69*70.
Tabla L6.3.
Seguimiento de la ejecución del Laboratorio 6.
LABORATORIO 6: DISEÑANDO FILTROS
373
En cualquier momento podría pulsarse el interruptor E7 para ver los 32 bits menos significati vos del Acumulador A, como se muestra en la Figura L6.4.
Figura L6.4.
Fotografía que muestra la visualización do los 32 bits de menos peso del Acum ulador A.
El cursor parpadea para distinguir que en la línea superior de la pantalla LCD se muestra el con tenido ampliado del Acumulador A y no el último dato recibido.
NOTA: En el CD que acompaña al libro podrá encontrar los programas de los laboratorios en lenguaje ensamblador y en C.
••••••
•-
LABORATORIO
Grabando la memoria FLASH de programa con un bootloader L7.1. OBJETIVOS
Una característica muy interesante de los dsPIC consiste en la posibilidad de autoprogramarse. Aprovechando esta característica, el presente laboratorio muestra cómo confeccionar un programa bootloader que permita la programación del dsPIC sin necesidad de un circuito grabador, recibien do los datos por el puerto serie. Esta posibilidad significa el abaratamiento en el desarrollo hardware de aplicaciones, ya que el circuito de grabación del dsPIC se sustituye por un circuito de recepción de datos por el interfaz RS232 que es mucho más económico. También puede resultar muy útil en aplicaciones que cambien frecuentemente de parámetros de código de ejecución, en las que con una conexión por el puerto se rie se actualizarían fácilmente. Para conseguir el resultado deseado, el laboratorio 7 desarrolla los siguientes objetivos: • •
Analizar y comprender la estructura de la memoria de programa. Crear un programa capaz de grabar la memoria FLASH de programa.
17.2. DESCRIPCIÓN DEL LABORATORIO Para la implemcntacíón de este laboratorio se requieren dos elementos principales. Por un lado se requerirá un program a bootloader en el PC que transmita los datos a grabar en el dsPIC por el puer to serie y, por otro lado, un programa en el dsPIC que reciba dichos datos y los grabe en la memo ria de programa. El programa bootloader del PC se encuentra en el CD que acompaña a esta obra, dentro de la car peta LABORATOR!OS\ LABORATORIO 7\ MINIBOOTLOADERV Minibootloadcr.exe. Se trata de un pequeño programa que no requiere instalación alguna y que enviará por el puerto serie 96 bytes a razón de un byte cada medio segundo. Esos 96 bytes se corresponden con 32 instrucciones del progra ma. Cada instrucción está formada por 3 bytes y la grabación en memoria FLASH se realiza en bloques de 32 instrucciones, de ahí que el programa Minibootloader.exe envíe 96 bytes por el puerto serie. 375
376
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
Puerto sene
jCOMI
v
Env«f ptogtema
Figura L7.1. Aplicación Minibootloader.exe.
El programa Minibootloader es muy sencillo. Para su ejecución se selecciona el puerto serie a utilizar de la lista desplegable Puerto serie y se pulsa el botón Enviar programa. Con el fin de sim plificar la complejidad de esle laboratorio, el programa enviado al dsPIC siempre será el mismo y se encuentra en el propio programa Minibootloader. El dsPIC dispone de un programa que recibe los datos enviados por el progama Minibootloader y los graba en la memoria FLASH. Una vez grabado dicho programa, se enciende un led para indi car que la grabación se ha llevado a cabo. Cada dato recibido a través del puerto serie, el dsPIC lo visualiza en la pantalla LCD por la fila superior de la pantalla y en la fila inferior de la pantalla la posición de la memoria de datos donde almacenará temporalmente los datos recibidos hasta que pueda grabarlos en la memoria FLASH. Como la grabación en la memoria FLASH se hace de 32 en 32 instrucciones, hay que almacenar los datos recibidos hasta completar los 96 bytes en la memora de datos del dsPIC. Inicializa UART Inicializa contador de posición de memoria ▼ Recibe dato por UART ▼ Muestra dato por LCD y contador posición de memoria ; Aumenta contador de posición de memoria
N o /¿ H a recibido 96 b y t e s ? / .........
T
____
Graba datos en memoria FLASH de programa ▼ Activa la salida RDO paja encender led de aviso de fin.
Figura L7.2.
Diagrama de flujo del Laboratorio 7.
LABORATORIO 7: GRABANDO LA MEMORIA FLASH DE UN PROGRAMA CON UN.
377
L7.3. ESQUEMA ELECTRÓ NICO
El Laboratorio 7 emplea periféricos analizados en temas anteriores, como son el display LCD, el in terfaz RS-232 y una salida digital conectada al led S5 que señaliza que el proceso de grabación en memoria de programa se ha llevado a cabo. El esquema de estas conexiones se muestra en la Figu ra L7.3.
CANAL SERIE
Figura L7.3.
SALIDAS DIGITALES
Esquema electrónico del Laboratorio 7.
17A . C O N E X IÓ N DE LOS PERIFÉRICOS
La conexión de los periféricos queda resumida en la tabla siguiente y es muy similiar a la de labo ratorios anteriores, Ratita d e l dsP IC 30F 4013
E lem en to d e la PIC SCHO O L
RF2/U1RX
RxD del Interfaz RS-232
RF3/U1TX
Ratita 7 del controlador LCD serie
RDO
S5 de SALIDAS DIGITALES
L7.5. C O N S T R U C C IÓ N DEL PRO G RAM A
Para la construcción del Laboratorio 7 se ha creado un proyecto con 3 ficheros de código fuente. Un primer fichero llamado LCD.s es el encargado de las rutinas de visualización de datos por la pantalla LCD de la placa PTC School y su estudio ya se ha realizado en laboratorios anteriores.
378
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
Hxiste un segundo fichero, denominado grabaprograma.s, que se analiza a continuación y con tiene las rutinas necesarias para grabar los 96 bytes recibidos por el puerto serie en la memoria de programa a partir de la posición 0x0A00. Para determinar la primera posición desde la que se almacena el programa una vez creado den tro del MPLAB ID E con la opción View Disassembly listing se puede observar hasta qué posición ocupa el mismo. Con un pequeño margen se localiza una posición libre de la memoria de programa donde ubicar los datos recibidos por el puerto serie. Para este laboratorio se ha elegido la posición OxOAOO.
.global GRABA .include "p30f40i3.inc" GRABA: SECUENCIA DE BORRADO MOV MOV MOV MOV MOV MOV DfSI MOV MOV MOV MOV BSET NOP NOP CLR CLR
#0X4041,wO WO.NVMCON #tblpage(#OxAOO),WO WO.NVMADRU #tbIoftset(#0xA00),W0 WO, NVMADR #5 #0X55,W0 W0.NVMKEY #0XAA,W0 W0,NVMKEY NVMCON,#OXF
;carga en NVMCON 0x4041 ;para iniciar el borrado ;mueve a NVMADRU ;la página de memoria a borrar ;mueve a NVMADR ■los 2 bytes de menos peso de la dirección ;deshabilita interrupciones en 5 instrucciones ;mueve la secuencia ;de 55 y AA ;al registro de control ■NVMKEY ;activa bit WR (el bit 15 de NVMCON) ;para que se inicie la grabación ■introducir 2 NOP
W2 W3
El fichero grabaprograma contiene la rutina GRABA que comienza borrando 32 instrucciones a partir de la posición OxOAOO de la memoria de programa.
; CARGA DE LOS DATOS EN MEMORIA ; RELLENAMOvS LA FILA COMPLETA DE 96 BYTES MOV #0X0, w o MOV W0,TBLPAG MOV #0xA00,W0 MOV #0x090 i,W4 MOV #0x096 LW6 OTRAÍNSTR: MOV.B [W4],W3
;Mueve a TBLPAG ;la página memoria de la dirección a escribir ;deja en W0 el desplazamiento de la página ;el primer byte recibido está en 901 ;el último en 0x0961 de la memoria datos ;carga en W2 los 2 bytes de menos peso
LABORATORIO 7: GRABANDO LA MEMORIA FLASH DE UN PROGRAMA CON UN.
ADD MOV.B SL ADD MOV.B ADD TBLWTL
W4J0x0001,W4 [W4],W2 VV2,#0x008, W2 W4>#0x000l,W4 | W4],W7 W7,W2.W2 W2,( W0J
TBLWTII ADD CPSEQ GOTO
W34W0++] W4,#0x0001,W4 W4.W6 OTRAINSTR
379
lañade 1 al coniador de dirección ;carga el dato en W2 ■.desplaza el dato al byte alto de W2 ;añade 1 al contador de memoria ;niüéve el contenido a W7 ;suma W2+W7 para tener en W2 2 datos ;escribe dirección apuntada por W0 el ;contenido W2 ;guarda W3 :suma uno al contador ;comprueba si es el último dato :graba otra instrucción
A continuación la rutina recupera los datos de las posiciones de memoria 0x0901 hasta la posi ción 0x0960 para su grabación en memoria.
; PROCEDIMIENTO DE ESCRITURA MOV MOV DISI MOV MOV MOV MOV BSET NOP NOP ESPERA2: BTSC GOTO NOP
#0x4001.W0 WO,NVMCON #5 #0X55,W2 W2.NVMKEY #0XAA,W1 WLNVMKEY NVMCON,#W R
NVMCON,#WR ESPERA2
;indica a NVCOM el dato 0x04001 ;para realizar grabación memoria ;deshabilita interrupciones en 5 instrucciones ;genera la secuencia de control ;’55’ y CAA’ en NVMKEY
;A 1 el bit WR de NVMCON para que se ;inice la grabación ; y espera con 2 NOP ;asimismo espera a que el bit WR ;pase a 0 ;para seguir con el programa
Se ejecuta el procedimiento de escritura en memoria como ya se estudiara en secciones anteriores de esta obra.
CLR BSET RETURN
TRÍSD PORTD,#OxO
ániciaJiza PORTD como salida ;enciende el led conectado a RD0 ;retomo
Por último, enciende el lcd conectado a RD0 para indicar al usuario que el proceso de grabación ha finalizado. Esta rutina GRABA del fichero GRABAPROGRAMA.s es llamada desde el programa principal al macenado en el fichero laboratorio?.s. Este fichero contiene las rutinas principales de la aplicación.
380
dsPIC DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
.include "p3Gf401 3.ine" cclhhñl
Ï T1R XTnfp.mmf
‘ _ÜlRXInterrupt: ¡Recepción de un byte por UART BCLR IFS0,#U1RXIF CLR WO MOV U 1RXREG,Wr0 W0,[W4] MOV.b ADD W4,#0X0001,W4 MOV #0x0960,W3 CPSEQ W4,W3 GOTO FÍNRX GRABA CALL FÍNRX: U 1RXRHG,W2 MOV CALL LIMPIA CALL W2TOLCD MOV W4,W2 W2TOLCD : CALL RETFIE
;Se guardan los datos consecutivamente ;a partir de la posición 0x0901 ;hasta la posición 0x0961 ;Si se reciben todos los datos ;entonces se graban en FLASH ;Visualiza el dato recibido ;en la primera línea del LCD •»Visualiza la posición de memoria ;donde guarda dicho dato ;Retomo de la interrupción
Esta rutina de interrupción es la encargada de ir guardando los datos recibidos por el puerto se rie en la memoria de datos del dsPIC. La rutina va guardando los datos desde la posición 0x0901 hasta la posición 0x0961. Los guarda en la memoria de datos para que este proceso de almacena miento sea más rápido y para que una vez recibidos todos los datos se llame a la rutina GRABA en cargada de almacenarlos en la memoria FLASH de programa. Mientras no recibe el último dato la rutina visualiza en pantalla el dato recibido y la posición de memoria donde es almacenado. .global _main main: CALL MOV
INICIAUART #0x0900,W4
bucle: CLRWDT GOTO bucle INICIA UART. CLR U1BRG MOV #0x0019,W0 MOV W0,U 1BRG MOV #0x8000. W0 MOV W0. U1MODE MOV #0x0510. W0 MOV W0, U 1STA #0x8020. WO MOV MOV W0, UÌMODE MOV #0x0200, W0 MOV W0. BÉCO CLR IEC1 IF.-C2 CLR RETURN .end
•Jnicialización del módulo UART ;Dirección donde empezar a ;guardar los datos ;PROGRAMA PRINCIPAL ;Bucle infinito a la espera ;de interrupción Jnicialización UART ;Configura U 1BREG para 4MHz ;y 9600bps ;Gonfigura modo
;Configura interrupciones ;Retomo subrutina
LABORATORIO 7: GRABANDO LA MEMORIA FLASH DE UN PROGRAMA CON UN...
381
Esta parte del código contiene el programa principal, que simplemente inicializa el módulo UART para una com unicación serie a 9600 baudios, 8 bits de datos, 1 de stop y sin control de paridad. Inicia también el contador de posición de memoria donde almacenar los dalos y entra en un bucle, infinito esperando que se produzca una interrupción en el módulo UART al recibir los da tos del programa Minibootloader.
17. 6. GRABACIÓN Y EJECUCIÓN DEL PROGRAMA Una vez compilado el proyecto y generado el fichero laboratorio?.hex hay que cargar dicho fiche ro en el dsPIC a través del programa WinPicBOO. Es conveniente recordar que en la pestaña Config hay que seleccionar XT w/PLL 4X en la opción Primary Source antes de la grabación del mismo.
Figura 17 A .
Fotografía del Laboratorio 7 montado sobre la PIC School.
A continuación, se situará el interruptor del circuito grabador de la placa PIC School en modo RUN para ejecutar el programa. En la pantalla LCD no aparecerá ningún dato hasta que se arranque en el PC el programa Minibootloader, se conecte el cable serie en el conector del interfaz RS232 y se pulse el botón Enviar Da los del programa Minibootloader. Deberá elegirse de forma adecuada el puerto serie a utilizar.
Puerto serie:
¡C O M I
E n viai programa
Figura L7.5. Programa Minibootloader.
v
382
dsPIC DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
Al pulsar el botón Enviar programa el dsPIC comienza a recibir datos por el puerto serie que se visualizan en la pantalla LCD junto con la dirección de la memoria donde se almacena, tal como se puede observar en la Figura L7.6.
Figura L7.6.
El display LCD muestra el dato recibido y la posición de memoria donde es almacenado.
Una vez enviados los datos al dsPIC, el programa Minibootloader muestra un mensaje en pan talla indicando que el envío ha finalizado. Figura L7.7. Luego el dsPIC activa el led S5 para indicar que el proceso de grabación ha concluido. (Figura L7.8.)
Mirribootloa...
X
Datos enviados Aceptar
1 í ____ 1
Figura L7.7.
Fin del envío de datos.
Figura L7.8.
El led S7 se enciende al finalizar la grabación del programa.
Queda por com probar que la grabación ha sido correcta. Mediante el program a WinPicBOO se leerá el contenido de la memoria de programa del dsPIC para efectuar esta comprobación. Se coloca el interruptor del circuito de grabación en posición PC. Y en el program a WinPic800 se pulsa la opción Leer Todo. Tras realizar esta operación en la pestaña Datos se observa que en la posición OxOOAOO se encuentran unos bytes distintos al resto, que son los enviados por el programa Minibootloader. (Figura L7.9.)
LABORATORIO 7: GRABANDO LA MEMORIA FLASH DE UN PROGRAMA CON UN...
p
W¡nPic800
\g ¡*i \
0 :; M ® *><.-
: Sn ¿ ; <)x009A0: OX009B0: uxuuycu: Ok 009D 0: OX009E0: OxOOOFO: QxOOAOO: OxOOAlO: UX00A20: O x00A30: 0x00A 40: OxQOASO: *
FÍRE3
- v 3.56.c 'fiiwbííwow CcWvjocwi i{ik*no w n g nAnwJa xvw
FFFPFF FFFFFF FFFFÍT FFFFFF FFFFFF FFFFFF EF22D2 FFFFFF FFFFFF FFEFFF FFEFFF FFFFFF
^
v m
".
D ato s
4
FFFFFF FFFFFF FFFFFF FFFFFF FFFFFF FFFFFF A802D4 FFFFFF FFFFFF FFFFFF FPFPFF FFFFFF
FEFEFF FFFEFF FFFFFF FFFPFF FFFFFF FFFFFF FE6000 FFFFFF FFFFFF FFFFFF FFEFFF FFFFFF
^ ¿V
Conf irj,
^ S I '
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j ?ic Í 0? %
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FFFPFF FFFFFF FFFFFF FPFFFP FFFFFF FFFFFF ¡JPFPFF Fp f p f f FFFFFF FFFFFF FFFFFF FFFFEF
3 :Q r'
r -
^ C o d .I C S P
FFFFFF FFFFFF FFFFFF FFFFPF FFFFFF FFFFFF OáOAO-1 FFFFFF FFFFFF FFFFFF FEFEFF FFFFFF
HK'zl &
30F4013
FFEFFF FFEFEF FFFFFF FFFFPF FFFFFF FFFFFF FF p f p f FFPFPF FFFFFF FFFFFF FFFFFF FFFEFF
FFFPFF FFFFFF FFFFFF FFFPFF FFFFFF FFFFFF FFFPFF FPFFFP FFFFFF FFFFFF FFFPFF FFEFFF
±1
J
m i ■
.
d
2_r m m
Figura L7.9.
ic s r
FPFFFP FFFFFF FFFFFF PPFFFF FFFFFF FFFFFF FFPFPF FFFFFF FFFFFF FFFF88 FFPFPF FFPFPF
Memoria de programa modificada en la posición 0x00A00.
383
LABORATORIO
L8.1. OBJETIVOS
Con este laboratorio se persiguen los siguientes objetivos:
• • •
Analizar el funcionamiento de las interrupciones. Asignar distintas prioridades a las interrupciones. Manejar correctamente la ejecución de las rutinas de interrupción, salvando los datos necesarios y protegiendo fa parte de código adecuada. » V .W .
L8.2. DESCRIPCIÓN DEL LABORATORIO
La velocidad de procesamiento de instrucciones del dsPIC es muy alta. Tratar de producir dos inte rrupciones que se produzcan de forma simultánea resulta bastante complicado. Este laboratorio tra ta de conseguirlo mediante la configuración de tres fuentes de interrupción distintas. L a primera pro viene de un temporizador de 32 bits, la segunda de una interrupción externa conectada al generador lógico de la placa PIC School y la tercera del módulo UART. La interrupción externa INTO se configura como la menos prioritaria y la ejecución de su rutina de atención mostrará en el LCD el mensaje INTO. La siguiente interrupción con más nivel de prio ridad será la del Temporizador de 32 bits, que aproximadamente cada segundo generará una inte rrupción que visualizará en el LCD el mensaje TEMP32. Por último, la interrupción más prioritaria será la proveniente del módulo UART que mostrará en la pantalla LCD el mensaje recibido por el puerto serie del ordenador. Al estar conectada la patita INTO al generador lógico de la tarjeta PTC School, podrán seleccio narse distintas frecuencias para la generación de interrupciones externas. Si se selecciona una fre cuencia de 1 Hz, se genera una interrupción por segundo y con una frecuencia de 10 H z se genera rán 10 interrupciones por segundo. 385
386
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
Figura L8.1.
Diagrama de flujo del Laboratorio 8.
L8.3. ESQUEMA ELECTRONICO
El esquema electrónico del Laboratorio 8 se m uestra en la Figura L8.2, en el que se conectan al dsPIC el módulo serie a LCD SYM 20-AA para m ostrar los mensajes de las interrupciones en la pantalla LCD, la patita RAI l/INTO al generador lógico para generar las interrupciones externas a distintas frecuencias y RF2 al interfaz RS-232 para recibir datos del ordenador vía serie y provocar la correspondiente interrupción.
RF3/ U 1TX
AP5 4 “^ R x O 3 2 -X 1 —X
AP8 i
< d > R F2/U 1R X
C A N A L S E R IE
Figura L8.2.
Esquema electrónico del Laboratorio 8.
RA11
o 4
F R E Q . OUT
LABORATORIO 8: MANEJANDO A FONDO LAS INTERRUPCIONES
387
L8.4. C O N E X IÓ N DE LOS PERIFÉRICOS
La conexión de los periféricos queda resumida en la siguiente tabla y es muy similiar a la de labo ratorios anteriores. Sólo se ha añadido un nuevo periférico que se encuentra en la tarjeta de desa rrollo PIC School denominado Generador Lógico que se conecta a la patita RA11/1NT0. Patita d el d sP lC 30F 4013
E lem ento d e la PIC SCHOOL
RF2/U1RX
RxP del Inlerfaz RS-232
RF3/U1TX
Patita 7 del controlador LCD serie
RA11/INT0
Frec. Ó ut del Generador Lógico
L8.5. C O N S T R U C C IÓ N DEL PRO G RAM A
El código principal del programa se encuentra recogido en un único fichero llamado laboratorios.s. En él se encuentran las rutinas de atención a interrupciones, así como la configuración de las mis mas y el programa principal de la aplicación.
‘Manejo de interrupciones .include "p30f4013.inc" .global _main .global__INTOInterrupt __INTOIntcrrupt: ;La interrupción de menos prioridad PUSH WO ;Salva el registro WO en la pila BCLR IFS0,#Ü ;Borra flag de interrupción de INTO CALL INTO ;Escribe 1NT0 en pantalla POP WO ;restaura el valor de WO RETFTE ;retorna de la interrupción
La primera parte del código se encarga de la interrupción externa INTO. Nótese cóm o la prime ra instrucción consiste en salvar en la pila los registros cuyo valor va a ser modificado por la rutina. Esta rutina, al mostrar el mensaje INTO por pantalla, cambia el valor del registro WO, de ahí que la primera instrucción sea PUSH WO para salvar su contenido actual en la pila de datos. A continua ción, borra el flag de la interrupción para que no se vuelva a atender la misma interrupción, para po der así mostrar el mensaje deseado, restaurar el valor de WO y retornar de la interrupción.
.global_T3Interrupt •Interrupción del Timer de 32 bits _T3Tnterrupt: PUSH WO ;Salva los registros utilizados PUSH W1 DI SI #0x3E00 ;Deshabilita interrupciones.
388
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
BCLR IÍSO,#7 CALL TEMPORIZADOR MOV #0x3E00, WO Wl CLR BUCLET32: ADD W l,#0x0001,W1 CPSEQ W1,W0 GOTO BUCLET32 Wl POP WO POP R E IR E
;Afecta a las de la UART ya que esta ;es de nivel 7 ;Borra flag T3IF activación interrupción ;Muestra mensaje TIMER32 en pantalla ;Crea un bucle para que el mensaje ;se mantenga durante cierto tiempo ; y sea visible
;Restaura valores de WO ;y w i ;Retorno de la interrupción
En la interrupción del temporizador puede apreciarse que se ha incluido una nueva instrucción. Además de las instrucciones PUSH que salvan los datos de los registros empleados en la rutina, se em plea la instrucción DIST. Esta instrucción deshabilita las interrupciones con prioridades comprendidas entre 1 y 6, de forma que si se provoca una interrupción externa por INTO mientras se está ejecutan do dicha instrucción, no se atendería durante el número de ciclos expresados por el argumento ordi nal que sigue al nemónico. De esta manera, además de que se ha configurado la interrupción del tem porizador con una prioridad superior a la de INTO se consigue que se atienda antes que la externa. La instrucción DISI no afecta a las interrupciones provocadas por fuentes de interrupción de prioridad 7 o mayor. La interrupción del UART tiene asignado nivel 7, para así superar la prioridad de las interrupciones del timer y la externa INTO. Nótese también que si al salvar los registros me diante la instrucción PUSH el primero fue WO y el segundo W l, el orden de recuperación con la ins trucción POP debe ser el inverso, primero W 1 y luego WO.
.global . ÍJÍ RXInterrupt ;lnterrupción de recepción de dato UART U l RXÍnterrupt: DISI #Ox3EOO ;Deshabilita resto de interrupciones PUSH WO ;Salva registros usados Wl PUSH BCLR IFS0,#U1RXIF ;Borra flag de atención interrupción CALL LIMPIA ;Limpia pantalla MOV U1RXREG,W0 ;Transmite el dato por el LCD CALL TRANSMITE MOV #0x3E00, WO ;Espera un pequeño tiempo para WL CLR ;que el dato sea perceptible BUCLEUART: W l,#0x0001,Wl ADD CPSEQ W1,W0 BUCLEUART GOTO Wl POP ;Restaura en orden inverso POP WO ;los registros salvados en la Pila ;Retorao de la interrupción RETFIE
LABORATORIO 8: MANEJANDO A FONDO LAS INTERRUPCIONES
389
Esta parte del program a ofrece la rutina de atención a la interrupción provocada por la recepción de un dato por el puerto UART. La única diferencia con el código correspondiente a la atención por la interrupción del temporizador es que tiene prioridad 7 y por tanto caso de ejecutarse simultánea mente tendrá preferencia sobre el resto de interrupciones. .text _main: ;Inicialización del Timer CLR T2CON CLR T3CON CLR TMR3 CLR TMR2 MOV #0x0040,WO MOV W0,PR3 : MOV #0x0000,W0 MOV W0,PR2 BCLR BCLR BSET BCLR BSET BSET BSET
TPC1,#12 JBPCJ,#13 IPC1, #14 IF$Í),#7 IEC0, #7 T2CON, #3 T2CON, #15
;Inicialización UART1 CLR U1BRG MOV #0x0019, W0 MOV W0,UJBRG MOV #0x8000, W0 MOV W0, U 1MODE MOV #0x0510, W0 MOV W0, U 1STA MOV #0x8020, W0 MOV W0, U1MODE BSET IPC2,#4 BSET IPC2,#5 BSET IPC2 #ó BSET IPC0?#0 BCLR IPC0,#1 BCLR IPC0,#2 MOV #0x0281, W0 MOV W0, ÍEC0 CLR IEC1 CLR IEC2 ;PROGRAMA PRINCIPAL PRINCIPAL: CLRWDT GOTO PRINCIPAL
Para cualquier operación con Timers Borra el contenido del temporizador TMR3 Borra el contenido del temporizador TMR2 Inicializa el temporizador con el valor 0x00400000 (1 segundos aprox.) PR3 = 0040 PR2 = 0000 Activa flag T3IP = 100 Nivel de prioridad 4 Borra el flag de interrupción del Timer3 Habilita interrupciones del Timer 3 Flag T32 = J . Habilita Timer 32 bits Comienza temporizador con preescaler 1:1 y fuente de reloj el ciclo de instrucción Configuración U1BRG para 9600 bps y 4MH/.
Configuración buffers Configuración modo
Prioridad de la interrupción de UART 7 IPC2 <6:4>= 111 Configura la interrupción INT0 con prioridad 1 IPC0<2:0> 001 Bit 0 INT0, Bit7 Timcr32 bits, Bit9 UART Habilita las 3 interrupciones
390
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
El programa principal simplemente configura los periféricos utilizados y entra en un bucle infi nito a la espera de que se dé alguna interrupción. Previamente se han configurado con los niveles de prioridad seleccionados las distintas interrupciones a través de los bits de configuración de los re gistros IPCO e IPC2.
L8.6. G R A B A C IÓ N Y EJECUCIÓN DEL PR O G R A M A
Una vez compilado el proyecto y generado el fichero laboraíorio8.hex se graba el mismo en el dsPIC a través del programa WinPicSOO. Es conveniente recordar que en la pestaña Config de este programa hay que seleccionar XT w/PLL 4X en la opción Primary Source antes de la grabación. Luego se debe conectar el cable serie del ordenador al interfaz RS-232 de la placa PÍC School para poder provocar interrupciones del módulo UART. Al pasar el interruptor del circuito de grabación de la placa PÍC School a modo RUN, comenza rá la ejecución del laboratorio. Entonces podrá observarse cómo se van alternando distintos mensa jes provenientes de la interrupción externa y del temporizador en la pantalla LCD.
Figura L8.3. Fotografía del montaje del Laboratorio 8 en la PIC School.
Variando la frecuencia del generador lógico mediante el pulsador correspondiente se com prueba cóm o a pesar de que la interrupción externa INTO es menos prioritaria que la provocada por el tem porizador se visualiza más tiempo. Esto se debe a que la ejecución de la interrupción del tem porizador se lleva a cabo durante un período de tiempo tan corto que no da tiempo a que se vea con claridad. A pesar de ello, a una frecuencia de 10 Hz todavía puede apreciarse que la pantalla muestra el mensaje TEM P32 y que no se mezcla con el mensaje 1NT0. En la Figura L8.3 se muestra cómo en el circuito del generador lógico se enciende un led según la frecuencia a la que esté funcionando el mismo.
LABORATORIO 8: MANEJANDO A FONDO LAS INTERRUPCIONES
Figura L8.4.
391
Mensaje correspondiente a la interrupción provocada por el temporizador de 32 bits.
Para com probar que la prioridad más alta se corresponde con la interrupción de la UART, aunque el generador lógico trabaje a una frecuencia de 10 Hz, si se arranca el program a HyperTerminal de Windows y se deja pulsada una tecla constantem ente, el mensaje más m ostrado es el de dicha tecla y no el de las interrupciones liNTÜ o TEMP32.
LABORATORIO
9
JH U
Pilotando un Fórmula 1
L9.1. OBJETIVOS
En las competiciones de Fórmula l los bólidos que compiten deben optimizar su velocidad y su pre cisión para alcanzar el éxito, que en muchas ocasiones depende de una milésima de segundo. Para gobernar estos vehículos tan sofisticados se necesita un procesador que reúna las características apropiadas, como es el caso de los dsPIC® de Microchip. Entre las características más relevantes que poseen los dsPIC para soportar la tarea de gobernar un bólido de Fórmula 1 se citan las siguientes:
1.a Amplio abanico de canales de comunicación. Destacan el módulo UART, el bus fC , el módulo SPI, el bus CAN y el módulo DCl. En esta simulación se utilizan 2 módulos UART del dsPIC30F4013 pa ra visualizar información en una pantalla LCD y recibir “órdenes de equipo” del Ingeniero Jefe. 2.a El módulo de comparación de salida PWM se emplea para controlar con rigor la velocidad del mo tor. Dicho motor está simulado en esta experiencia con uno eléctrico de corriente continua. 3:3 Interrupción externa de atención inmediata para implementar un pulsador de seguridad que de tiene al vehículo inmediatamente 4 a Un excelente conversorAD que transforma la señal analógica correspondiente a la temperatura del motor en un valor digital que se procesa y reduce la velocidad del motor cuando supera un umbral. La temperatura se simula mediante un potenciómetro. 5.a Potentes instrucciones DSP que facilitan el cálculo matemático de todos los procesos.
Todos los recursos y periféricos que requiere este proyecto están disponibles en el sistema de desarrollo PIC School, sobre el que se implementará el hardware y se grabará el program a de apli cación sobre un dsPIC 30F40l3.Ú nicam cnte habrá que conectar un motor de corriente continua externo a las salidas del driver de 4 canales que dispone la PIC School. Con esta experiencia se pretenden cubrir los siguientes objetivos: 393
394
• • • 0
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
Integrar en un proyecto el control mediante un dsPIC de diversos periféricos y dispositivos. Utilizar varios módulos de comunicación simultáneamente. Manejar señales externas con tas que realizar cálculos rápidos y precisos aprovechando la po tencia de las instrucciones DSP. Afianzarse en la programación con el lenguaje C y el empleo de subrutinas para gobernar dispo sitivos varios.
L9.2. DESCRIPCIÓN DEL LABORATORIO
Este laboratorio utiliza varios recursos de la placa PIC School para simular el funcionamiento de un bólido de Fórm ula 1. Por un lado, los interruptores EO y El de la sección de Entradas Digitales actuarán como acele rador del vehículo, proporcionando 4 velocidades distintas. También el pulsador E l servirá como botón de parada de emergencia, que hará que el vehículo se detenga inmediatamente. En la sección de Entradas Analógicas se utilizará el potenciómetro Pl para simular un sensor de temperatura colocado junto al motor del vehículo. Deberá medirse con precisión esta temperatura ya que cuando se observe que el motor se calienta demasiado, entonces se limitará el número de re voluciones por minuto. Por otro lado, se utilizará el driver de 4 canales para conectar un motor de corriente continua y así observar las variaciones de velocidad del vehículo. También se utilizará el intefaz RS-232 para recibir y enviar datos y órdenes de equipo al Inge niero Jefe. Por último, se hará uso de la pantalla LCD para informar al piloto de la velocidad del vehículo, temperatura del m otor y órdenes del equipo. El organigrama de la Figura L 9 .1 resume el funcionamiento de este proyecto. La velocidad del motor se configura a través del módulo comparador de salida OC1 que debe ser previamente inicializado. También se inicializará la puerta F del controlador para que a través de las patitas RFO y RF1, el conductor del vehículo dé más o menos velocidad al motor conectado a las sa lidas digitales. El conversor analógico digital del dsPIC se conectará al potenciómetro P 1 de la placa PIC School, que simule el valor de la temperatura del motor. Si dicha temperatura supera cierto umbral, la veloci dad del motor será decrcmentada. Por otro lado, a través de uno de los módulos UART del dsPIC, los ingenieros se podrán conec tar vía serie con el vehículo y enviar 3 órdenes distintas al vehículo. La instrucción L solicitará a la electrónica del vehículo a que envíe el dato de la temperatura a los ingenieros para que puedan es tudiar su evolución. El comando B hará que el motor baje sus revoluciones. Y por último, el comando S eliminará cualquier restricción anterior iniciada con el comando B. El vehículo dispondrá de un botón de emergencia que hará que se detenga el motor definitiva mente. Para su implementación se utilizará una interrupción externa (INTO) que se conectará a la en trada digital E7 de la placa PIC School. Durante el funcionamiento del vehículo y gracias a otro módulo UART el piloto del vehículo comprobará en la pantalla LCD la velocidad del motor y el valor de la temperatura.
LABORATORIO 9: PILOTANDO UN FÓRMULA 1
395
Figura L9.1. Diagrama de flujo del Laboratorio 9.
L9.3. ESQUEMA ELECTRÓ NICO
El esquema electrónico del Laboratorio 9 se muestra en la Figura L9.2, en el que se conectan al dsPIC: 1) El módulo serie a LCD SYM20-AA para mostrar los mensajes al conductor en la pantalla LCD. 2) La patita R A 11 /INTO a la entrada E7 para generar la interrupción externa y detener el ve hículo. 3) ANO se conectará al potenciómetro P 1 para simular la entrada analógica de la temperatura del motor. 4) U2TX a la patita TxD del interfaz serie para enviar información al Ingeniero del equipo. 5) U1RX a la patita RxD del mismo interfaz para recibir órdenes del equipo.
L9A
C O N E X IÓ N DE LOS PERIFÉRICOS
Además de la conexión típica del controlador serie a LCD, ya analizado en laboratorios anteriores, la conexión del resto de los periféricos queda resumida en la Tabla L 9 .1.
396
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
Figura L9.2 . Esquema electrónico d el proyecto de co ntro l de un b ólido de Fórmula / con un dsPIC30F4013 y la PIC School.
Ratita del dsP IC 30F 4013
E lem ento d e la PIC SC H O O L
RF2/U1RX
RxD del Interfaz RS-232
RF3/U1TX
Ratita 7 del controlador LCD serie
RAI 1/INTO
E7 de Entradas digitales
RF5/U2TX
TxD del Interfaz RS-232
ANO/RBO
Potenciómetro P1 (conectar además G N D y +5v en los extremos de dicho potenciómetro)
RDO/OCI
E3 del Driver de 4 Canales. Conectar E4 a G ND
M otor
Conectar m otor a S4 y S3 del Driver de 4 canales
RFO
EO de Entradas digitales
RFl
El de Entradas digitales
Tabla L9.1.
Tabla que presenta la conexión de las patitas del dsPIC30F4013 con los periféricos que controlan el bólido de Fórmula 1.
L9.5. C O NSTRU CC IÓ N DEL PROGRAMA
El programa se encuentra dividido en varias partes principales. En la primera se definen las varia bles globales a utilizar: Limitación que guardará la limitación de velocidad impuesta por los jefes de equipo, Temperatura para almacenar la temperatura del motor del vehículo y Parar, variable de con trol que hará que el coche se detenga cuando se dé la interrupción externa INTÜ. Debido a la longi tud del programa, a continuación se expone la solución en lenguaje C que es menos extensa que la solución en ensamblador y más fácil de comprender. No obstante, y para los lectores interesados, en el CD que acompaña al libro, se incluye el fichero del programa en lenguaje Ensamblador con co mentarios aclarativos.
LABORATORIO 9: PILOTANDO UN FÓRMULA 1
397
Figura L9.3. Montaje del proyecto de control de un bólido do Fórmula 1 sobre la placa PIC School.
#includc “p30f4013.tr //Variable que contiene la limitación de velocidad impuesta por el equipo int limitación; //Variable donde se almacena la temperatura del motor int Temperatura; //Variable de control para detener el vehículo con parada de emergencia int Parar;
En la segunda parte se definen variables auxiliares para el envío de textos, números binarios y caracteres a través de los módulos UART1 y UART2 para mostrar mensajes en la pantalla LCD y en la consola de los Ingenieros del Equipo.
//RUTINAS AUXILIARES ¡f-------------------------- .— _
void txt2LCD(char caracter): //Envía por U ART2 un dato en binario void binario2UART2(int long dato) 1 int long i; int long aux = 0x8000; IECObitsADIE = 0; while(U 2STAbí ts.TRM T == 0); U2TXREG =12;
//M anda al LCD un carácter
//Deshabilita ADC //Lim pia pantalla
398
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
aux)
//Para los 16 bits //envía un 1 o un 0 //por UART2
dato = dato - aux; while(U2STAbits.TRMT == 0); U2TXREG else i
while(U2STAbits.TRMT == 0); U2TXREG -O '; 11
aux = aux »
1;
I //for (j=0;i<=OxFFFF;i++); IECObits. ADTE = 1;
//Rotación para pasar al //siguiente bit //Habilita ADC
) //Envía un dato al LCD void txt2LCD(char caracter)
while(U 1STAbits.TRMT == 0); U1TXREG =caracter; 1 //Envía un texto al LCD void msg2LCD(char *cadena,int longitud) í
in ti; for (i=0;i
Estas funciones definidas son similares a las ya analizadas en laboratorios anteriores. En la tercera parte del código del laboratorio se encuentran las rutinas de atención a las inte rrupciones. La interrupción _ADCInterrupt se encarga de guardar en la variable Temperatura el resultado de la operación de conversión analógico digital del sensor colocado en ANO. La interrupción J U / RXInterrupt se encarga de recibir vía RS-232 las órdenes de equipo y ac tuar en consecuencia. Al recibir el comando L enviará a la consola de los ingenieros vía UART2 la lectura del sensor de temperatura. Con el com ando B limitará la velocidad del motor bajando en 0x10 su velocidad actual. El comando S anulará cualquier limitación anterior establecida con el comando B. Por último, la interrupción JNTO Inierrupt hará que la variable Parar tome el valor 0 y así se de tenga totalmente el vehículo emulando una parada de emergencia.
LABORATORIO 9: PILOTANDO UN FÓRMULA 1
399
// RUTINAS DE ATENCIÓN A INTERRUPCIONES
// Atención a la interrupción del módulo ADC void_attribute „((__interrupt__)) _ADCInterrupt(void) !
IFSObits.ADTF = 0; Temperatura = ADCBUFO;
//Borra tlag de interrupción //Guarda la temperatura
}
//Atención a recepción de orden de equipo void_attribute _((__interrupt__)) _U I RXInterrupt(void) i
char comando; IFSObits.U 1RXIF = 0; comando = U1RXREG; if (comando =='L') i
//Enviar Temperatura por UART2 binario2U ART2 (Temperatura); !
if (comando == ’B’) limitación = 0x10; if (comando — ‘S') limitación = 0;
//Reducir velocidad //Quitar restricción
1
//Rutina de interrupción INTO. Detiene el vehículo void_attribute__((__interrupt__)) _INT01nterrupt(void) {
IFSObits.INTOIF = 0; Parar = 0;
//La variable de control parar = 0
}
La cuarta parte contiene las rutinas de inicialización de los periféricos que ya se han estudiado en laboratorios anteriores.
//R U T IN A S DH IN IC IA L IZ A C IÓ N DE PER IFÉR IC O S void Jniciali/aINTOO {
IHCObits.INTOlH = 1; )
void Inicial i zaADC-0 {
A D PC FG = 0xF F F F ; A DCON1 = 0;
400
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
ADCSSL = 1; ADCHS = 0; ADPCFG = 0; ADCON3 = 0x0016; ADCON2 = 0; ADCON1 = 0x80E4; IPCO = 0x4444; IPC1= 0x4444; IPC2 = 0x4444; IECObits. ADIE = 1;// = 0x0800; }
void InicializaOC I (void) {
OC1RS OC1R OC1CON T2CON
=0; =0; =0x0006; = 0x8030;
}
void lnicializaUARTl() { //Transmisión y recepción de datos a 9600bps //con XT w/PLL 4X 4Mhz. U1BRG =0x0019; U1MODE =0x8000; UISTA =0x0510; UIMODE =0x8020; IECObits. U I.RXIE = 1; }
void InicializaUART2() (
U2BRG=0x0019; U2MODE=OxBOOO; U2STA =0x0510; U2MODE=0x8020; }
Y en la quinta y última parte del programa se encuentra el bucle principal del programa que tras inicializar los periféricos, va calculando la velocidad actual en función de los pulsadores conecta dos a la puerta F, el valor del sensor de temperatura y las órdenes de equipo. Así mismo, muestra la información referente a la velocidad y a la temperatura en la pantalla LCD al piloto del vehículo.
// PROGRAMA PRINCIPAL //= = = =
=
int main (void) {
=
= = = = =
LABORATORIO 9: PILOTANDO UN FÓRMULA 1
// Itüeiaiiza la puerta F RFO y RF1 como entradas TRLSF=3; //Iniciaiiza el módulo de comunicación UART1 InicializaUARTl(); //Iniciaiiza el módulo de comunicación UART2 IniciaiízaUART20; //Iniciaiiza el módulo de comparación de salida OC1 para control motor TnieializaOClO; //Iniciaiiza el conversor analógico para leer la temperatura Inicial izaADCQ: //Iniciaiiza la interrupción INTO para actuar como parada de emergencia fnicializalNTOO; //Iniciaiiza la temperatura y la limitación del motor a 0 Temperatura = 0; limitación = 0; //Iniciaiiza PR2 con el valor máximo a introducir en OC1RS PR2=0x0100: //Iniciaiiza Parar a 1 para que el programa entre en bucle infinito //hasta que se ejecute la interrupción INTO Parar = 1; // Bucle principal del programa \vhile(Parar == 1) {
int Velocidad; int Protección; Protección = 0; a s m .(,' c l r w ^ ,:,)¿.
Velocidad = 0; //te e los interruptores de la puerta F para elegir la velocidad if (PORTFbits.RFO == 1) Velocidad = Velocidad + l; if (PORTFbits.RFl == 1) Velocidad = Velocidad + 2; txt2LCD()f§ //Muestra temperatura en LCD y protege el motor //si la temperatura es superior a 0x07FF if (Temperatura >= 0x07FF) í
msg2LCD("T Alta ”,7); Protección = 0x10; • else : msg2 LC D("T. Baj a“,7): //Calcula velocidad en función de la temperatura y de las órdenes de equipo switeli (^lociclad) : :: case 0: OC1RS = 0; break; case 1: OC1RS = (0x0080 - Protección - limitación); break;
401
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dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
case 2: OC1RS = (OxOOCO - Protección - limitación); '•"Bréale; case 3: OC1RS =' (0x0100 - Protección - limitación); break; )
//Muestra mensaje de velocidad en pantalla switch (ÓC1RS) I
case 0x0: msg2LCD("Vcl: 0 \7); break; case OxAO: msg2LCD("Vel: A0*\7); break; case 0xB0: msg2LCD("Vel: B0”,7); break;
caseOxCO: msg2LCD(M Vel: C0"/7); break; case 0x60: msg2LCD("VeI: 60";7); break; case 0x70: msg2LCD("Vcl: 70,,t7); break; case 0x80: msg2LCD(”Vel: 80",7); break; case OxEO: msg2LCD("Vel: E0,f,7); break; case OxFO: msg2LCD("Vel: F0",7); break: case 0x100: msg2LCD("Vcl:100",7); break; }
//Retardo para una correcta visuali/.ación en la pantalla LCD int i; for(i=0;i<=0x 1FFF:i++); }
//Parada de emergencia OCIRS = 0; txt2LCD( 12); msg2LCD(M STOP",4); //Bucle infinito whileí 1) asm(”clrwdt"); }
LABORATORIO 9: PILOTANDO UN FÓRMULA 1
403
L9.6. GRABACIÓN Y EJECUCIÓN DEL PROGRAMA
Una vez com pilado el proyecto, grabado el mismo en el dsPIC a través del program a WinPic800, y una vez realizadas la conexiones de la PTC School descritas en el Apartado L9.4, se debe co nectar el cable serie del ordenador al interfaz RS-232 de la placa PÍC School para poder enviar y recibir las instrucciones de equipo a través del program a HyperTerminal de W indows u otro si milar. Al pasar el interruptor del circuito de grabación de la placa PIC School a modo RUN comenza rá la ejecución del laboratorio. En función de los valores introducidos en los interruptores EO y E l la velocidad del motor va riará desde 0x0000 hasta 0x0100. Dicho valor se indicará en la pantalla LCD.
Figura L9.4.
La pantalla LCD muestra la velocidad del vehículo.
En esta misma pantalla se puede leer si la temperatura es Alta o Baja. Con el potenciómetro P1 podrá variarse dicha temperatura y así podrá observarse cómo al variar la temperatura a Alta el mo tor baja su velocidad para protegerse.
•V '
f 1
g
;>•£;, %
y •- • •••:’ „
.. . .
_¡.
Frx
Figura L9.5. A l pasar la temperatura a Alta la velocidad del motor baja automáticamente.
Para conocer el valor exacto de la temperatura podrá utilizarse el programa HyperTerminal de Windows que conectado a través del puerto serie a una velocidad de 9600 baudios podrá comuni carse con el dsPIC. A sí enviando el comando L el vehículo responderá con el valor exacto en bina rio de la temperatura. (Figura L9.6) A través de este mismo program a podrán enviarse 2 com andos más. El com ando B con el que se lim itará la velocidad del m otor y el com ando S para elim inar dicha restricción. (Figura L9.7) Finalmente, accionando el pulsador E7 se activará la interrupción externa INTO que hará que el vehículo, y por consiguiente el motor, se detenga y visualice en la pantalla LCD el mensaje STOP (Figura L9.8).
404
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
- com lv - HyperTerminal Archivo BUclín Ver Uamer Ir ¿referí'- Ayycb De# ts S -Oc9 ES*
_ I ld f x !
0000101001010080
|0:00:12ureitafa
Figura L9.7.
AH3W
9600frN;l
■ — - ;r MAY .
>
La velocidad del m otor baja más debido a la instrucción del equipo.
f:
Figura L9.8. Mensaje de detención.
Las limitaciones de velocidad se mantendrán a pesar de que se varíe el valor de los interrupto res de control de velocidad.
índice
#SLIT4, 143 ACCA, 56,140 ACCB, 56,140 ACCSAT, 62,71 ACCU, 63 ACCxH, 63, 140 ACCxL, 64, 140 ACCxU, 140 Acumuladores, 43 ADD, 141,142, 123 ADDC, 123 ADDRERR, 102 ADSL, 182 AGUA, 42 AGUX, 42, 75 A GUY, 75 Airbag, 12 AIVT, 93 Algoritmos, 182, 352 ALTTVT, 93, 96 Amplificadores, 310 AN0-AN15, 157 Anidables, 103 Aritmética con saturación, 62 modular, 62 ASCII, 351 ASM 30 Toolsuite, 202, 327 Atascos, 117 ATM Ine, 36 Autoevaluación, 179,196, 212, 2 2 4 ,2 3 2 ,2 4 1 ,2 7 4 , 258 Autorcpctición, 170 Banco de Registros W, 49 Banco de registros, 43 Barrido de teclado, 308 BCLR, 127 BEÑO, 36
Bit reverse, 79 Bootloader, 375 BOR, 47 B R A C , 131,225 BRA GE, 131 BRA LT, 131 B R A N , 131 BRA NZ, 131 BRA OA, 131 B R A SA , 131 BRA, 131 Brinco, 129 BSET, 127 BSW.C, 127 BSW.Z, 127 BTG, 128 BTSC, 129 BTSS, 129 B IS T , 128 BTSTS, 128 Buffer circulares, 76 B usC A N , 164 Byte fantasma, 85 C, 51, 70 CAD, 4, 5 CALL, 113, 131 Camino de Dalos, 52, 67 CAN, 312 Cancelación del ruido, 23 Captura y Mantenimiento, 6 CDMA, 167 Cima de la Pila, 69 CLR, 122, 141, 144 CLRWDT, 135 CN, 155 CNEN1, 155 CNEN2, 155 CNPU1, 155 CNPU2, 155
CODEC, 20, 26, 164 Codificador de Cuadratura, 41 Código OP, 110, 111 COM, 122 Compatibilidad, 25 Compilador de C MPLAB C30, 178 Conflictos de prioridad, 100 Contador de Programas, 84 Control de motores, 12, 23, 28, 359 Control de sensores, 22 Controlador de Programa, 41 Controlador Digital de Señales, 9 Controlador DMA, 27, 167 Conversor AD de 10 bits, 157 Conversor AD, 4 1 ,4 6 , 157 Conversor analógico digital, 261 CORCON, 54, 70 COVTE, 58 CP F, 129 CP0, 130 C PB F, 130 CPSEQ, 130, 226 CPSGT, 130 CPSLT, 130 CPSNE, 130 Craftsmans Electric, 37 DA, 70 Datasheets, 276 DAW.B, 123 DC, 5 1 ,7 0 DEC, 123 Decodifícador de Instrucciones, 52 Dependencias, 118 Desbordamiento, 61 DEVID, 83 Diagrama de conexiones, 23, 26
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406
dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
Direccionamiento directo, 114 directo por registros, 115 indirecto con Registros de Desplazamiento, 115 indirecto por registros, 115 inherente, 113 inmediato. 117 modular, 71, 117 por inversión de acarreo, 117 por registro indexado, 113 DISI, 103, 136 D ISICN T.71, 103 Disparo Unico, 170 DIV, 123 DL<2:Ü>, 71 DOZE, 27, 47, 167 DPSRAM, 170 Drivcrs, 310 DRM, 13 DSC, 9, 17 Dskcam, 14 DSP, 4, 7 dsPIC Fd Lite, 186 dsPic30F Math Library, 331 dsPIC30F, 10, 18 dsPIC30F4013, 175 dsPIC30F50I3, 26 dsPTC30F6010, 39 dsPIC30F6014, 26 dsPlC33F, 10, 28, 168 dsPICDEM MCI, 360 dsPIC works, 179,190
Harvard, 7, 8,41 Herramientas software, 177 http://perso.wanadoo.es/siscobf/ winpic800.htm, 318 Hyperlerminal, 357
ED, 141, 145 EDAC, 141, 145 EDT, 71 EE Times, 10 EEMBC Automotive, 19 EEPROM, 88, 237 Encapsulados, 23 Encriptación, 352 Endurance. 39 Ensamblador, 201 Error Aritmético, 62,101 de Direccionamiento, 102 d eP ila, 101 Escenario, 249 Espacio X, 73, 75 Espacio Y, 73, 75 Excepciones, 93
iButton, 301 IC InSights, 10 ICPS, 91 TDLE, 4 7 ,167 IECx. 102 IF, 54, 71 IFSx, 102 I1R, 178, 186 INC, 123 Ingeniería de Microsistemas Programados, 299 Inicializador Visual, 243 Instalaciones, 276 Instrucciones de Bit, 127 de Comparación y Brinco, 129 de Control, 135
EXCH, 120 Extensión de Ceros, 52 de Signo, 52 Fallo delCD M A , 101 del Oscilador, 101 FBCL, 128 FF1L, 128 F F 1 R ,128 FFT, 184 FFT, 79 Filtrado, 367 Filtro, 186 de Caucr, 187 FIR, 76, 178, 226, 367 FLASH, 233, 327 Formato, 110 Forward Concepts, 10 FWDTEN, 167 Generador Lógico, 306 General Motors, 12 Gestión del sistema, 47 GPS, 13 Grabación, 315
de Movimiento, 119 de Pila y Registros Sombras, 133 de Rotación y Desplazamiento, 125 de Tabla, 71, 85 DSP, 140, 324 lógicas, 122 Matemáticas, 123 MCU, 119 INTO, 385 INTCON, 57 INTCON1, 104, 105 INTCON2, 104, 105 Intel, 7 Interrupción, 385 externa ÍNT0, 255 pendiente, 102 Interrupciones, 93, 255 exlemas, 99 Intrucciones DSP, 117 IPL, 100 IPL<2:0>, 70, 99 IPL3, 71, 93 IRQ, 102 TVT, 93 Jumper, 303 L293D, 361 LAC, 140, 141, 147 Latencia, 104 LATx, 155 LCD, 313,368 LCDSYM20AA, 317 Led, 309 Lenguaje C, 209 Librería Matemática, 331 Llamadas a subrutina, 113 LNK, 134 MAC, 7 ,4 2 ,6 7 , 141, 149, 226, 370 Marco de la Pila, 67 MAX-232, 311 MCLR#. 47 MCU, 8 MDI, 197 Memoria Cercana, 73 de Configuración, 83 de programa, 83
ÍNDICE
de Usuario, 83 Mensajes, 182 Menú Configure, 2ÜÜ Debugger, 200 Project, 199 Tool», 200 View. 198 M icrochip, 303 Microchip Technology Inc., 9 Microcontroladores, 8 M inibootloader.exe, 375 MIPS, 7 MODCON, 71, 77 Modificador, 80 Modo dsPIC, 317 entero. 54 fraccional, 54 1CSP, 316 PC, 316 RUN, 316 Módulo 12C, 163 CAN, 164 DCI, 164 de Captura de Entradas, 269 de Captura, 41, 158 de Comparación, 41 de Comparación /PW M , 159 de Comparación de Salida, 271 de Redondeo, 58 de Saturación, 58 PWM. 160 QEL 165 SPL 162 M ontaje superficial, 23 Motor, 362 DSP, 43. 52, 259 Motores de corriente continua, 23 de inducción de corriente alterna, 23 paso a paso, 23 MOVSAC, 141 MPLAB ASM30, 31 MPLAB C 3 0 ,31, 278 MPLAB ICD2, 216 MPLAB IDE, 31, 177, 197, 276 MPLAB Macros, 200 MPLAB SIM. 208, 216 MPLAB VDT, 31
MPY, 141, 145 MPY.N, 141, 145 MSC, 141, 146 Muestreo y retención, 261 MUL, 123 Multiplicador, 53 N, 5 1 ,7 0 NEC, 7 NEO, 122, 141, 145 Nivel de prioridad, 99 de la CPU, 99 Nomenclatura, 25 NOP, 110, 136 NSTDIS, 104 NVM, 89 NVMADR, 90 NVMCOM, 89 NVMKEY, 91 Nyquist-Shannon, 6 OA, 57, 70 OAB, 57, 70 OB, 57. 70 OV, 5 1 ,7 0 OVBTE, 57 Parcial, 64 Patitas de E/S, 151 PC, 84, 113 PCT, 15 PDIP, 23 Periféricos, 259 Perro Guardián, 41, 47, 167 PIC School, 300 PIC, 9 PIC18FXXXX, 299 P1C24, 299 PÍC24FXXX, 9 PIC24H, 168 PTC24HXXX. 9 Ping-pong, 170 Poost-incrementos, 117 POP, 134 POP.S, 68, 103 POR, 47 PORTx, 155 Posl-decremcntos, 117 Post-escritura, 149 Prcbúsqueda, 148 Presaturación, 260 Pretensores, 23
407
Prioridad, 390 Procesador digital de señales, 4 PROC.OP, 89" Project Wizart. 291 Propósito general, 20, 28 PSV, 114 PSV, 71, 75, 87 PSVPAG, 7 1 Puertas de E/S, 44, 247 Pull-up, 155 Punto de ruptura, 217 PUSH, 110, 134 PUSH.D, 134 PUSH.S, 68, 103 PWM para el control de motores, 41 PWM, 46, 364 PWRSAV, 136 PWRSAV, 167 QEI, 46 QFN, 23 RA, 70 RAGUX, 75 RCALL, 113 Redondeo Convencional, 64 Convergente, 64 Registro de Desplazamiento, 43, 58 de Estado. 51, 69 sombra, 67 Rendimiento, 7 REPEAT, 59 Reservado, 89 RESET, 110, 136 Resct, 47, 95 RETFIE, 103, 132 RETLW, 132 RETURN. 132 RISC, 7 RLC, 125 RLNC, 125 R N D .58, 64, 71 RRC, 125 RRNC, 125LSR, 125 RTSP, 88 Ruido, 182 S&H, 6, 157 SA, 57, 70
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dsPIC. DISEÑO PRÁCTICO DE APLICACIONES
SAB, 70 SAC, 140, 141, 148 SAC.R, 64, 140, 141 SADW, 58 Sample-and-Hold, 6, 46 SATA, 62,71 SATB, 62, 71 SATDW, 62, 64, 71 Saturación normaf, 62, 142 Saturación, 260 SB, 5 7 ,7 0 SE, 52, 123 Segmentación, 118 Semáforo, 250, 333 Señales analógicas, 3 SETM, 122 SFR, 65 SFTAC, 141, 148 SIM30, 31 Símbolos, 120 Sistema de alimentación, 2 3 ,2 8 Skip, 129 SL, 125 SLEEP, 47, 167, 265 SmarHome, 35 SOIC, 23 SPDIP, 23 SPLIM, 67 SR, 51 SRH, 51 SRL, 51 STKERR, 101 SUB, 141, 123, 143 SUBB, 123 Sumador/Restador, 4 3 ,5 6 Súpcr Saturación, 6 2 ,6 3 , 142
SWAP, 120 SYM 20-AA, 334 Tabla Alternativa de Vectores de Interrupción, 93 Tabla de Vectores de Interrupción, 83, 93 TBLPAG, 71, 76, 237 TBLRDH, 86, 234 TBLRDL, 8 6 ,234 TBLWTH, 86 TBLWTL, 86 Teclado, 307 Tcmporizadores, 156, 250 de 32 bits, 333 Teorema de Mucstrco, 6 Texas Instruments, 7 TIMER 1, 156 TIMER 2, 156 TQFP, 2 3 ,3 9 Transformación Rápida de Fourier, 191 Transformada de Fourier, 4 de La place, 4 Discreta de Fourier, 4 Rápida de Fourier, 4 Z ,4 UART, 161,266 ULNK, 134 Unidad de División, 58 US, 71 Valor entero, 61 fraccionario, 61
VDI, 243 Vector de Reset, 83 Visibilidad de Espacio de Programa, 75, 87 Visual Initializer, 200, 243, 255 Volvo, 35 www.miciocontroladores.com, 299 WO, 49 W 0 -W I5 ,67 W0-W3, 67 W12, 67 W13, 67 W14, 67 W15, 67, 68 W4-W7, 67 W8-W11, 67 WAGUX, 75 WDT, 167 W inPic800,279,318,3 71 WR, 89 WREG, 49 WREN, 89 WRERR, 89 XB, 80 XBREV, 71, 80 XMODEND, 71 XMODSRT, 71 XT w/PLL 4X , 381 YMODEND, 71 YMODSRT, 71 Z, 51, 70 ZE, 52, 123
PIC School w vm m icrocontroladores.com
En el Prólogo los autores afirman que “este es el libro que a ellos les hubiese gustado disponer cuando comenzaron a estudiar y manejar los dsPIC”. Es claro, eficaz y práctico y pone en manos de los usuarios de los microcontroladores convencionales una extraordinaria herramienta para dominar un dispositivo de nivel superior, con el que es posible acometer aplicaciones más avan zadas propias de los DSP y que tendrán un crecimiento especta cular en un futuro próximo. Los Controladores Digitales de Señales (DSC) de Microchip se comercializan en más de medio centenar de modelos diferentes de las familias dsPIC30F y dsPIC33F y consisten en la combina ción de los microcontroladores de 16 bits con los recursos nece sarios para soportar las funciones clásicas de los DSP. El L U
que acompaña al
La primera parte del libro tiene un marcado carácter teórico y en
libro contiene todos los
sus 12 capítulos se describe la arquitectura, el funcionamiento,
programas necesarios para
los periféricos y el repertorio de instrucciones de los dsPIC. La
el desarrollo de todas las
segunda parte se destina a manejar diversas herramientas soft
aplicaciones, así como los
ware de Microchip para la confección, inicialización, compilación
archivos con los códigos
y simulación de programas. Finalmente, la tercera parte, la más
fuente en ensamblador y C
importante ajuicio de los autores, desarrolla íntegramente el
de los ejercicios y proyectos
hardware y el software de 9 proyectos específicos para dsPIC
propuestos.
basándose en el extraordinario sistema de desarrollo PIC School.
The M cG raw H ill Companies
