Fare Elettronica - MikroC by Example

5/17/2018

FareElettronica-MikroCbyExample-slidepdf.com TEO RIA

Prima parte n° 252 - Giugno 2006

L’ambiente di sviluppo Seconda parte n° 253/254 - Luglio/Agosto 2006

Controllare le uscite del PIC Terza parte n° 255 - Settembre 2006

RISORSE

SPECIALE

PRATICA

MikroC: By Example:

Gestione di pulsanti, tastiere e display LCD

D

opo il notevole successo riscosso dalla serie di articoli sul MikroBasic, vogliamo presentarvi, a partire da questa 80 a i r o e T

puntata, il MikroC: un ambiente di sviluppo, in ANSI C per PICmicro prodotto della MikroElektronika, simile al MikroBasic per semplicità IL MIKROC di utilizzo ed efficienza. In questa Il MikroC è un ambiente di sviluppo prodotto puntata conosceremo gli strumenti dalla Mikroelektronika, società jugoslava molto conosciuta per altri suoi prodotti di successo messi a disposizione dal pro- quali il MkroBasic o le schede di sviluppo gramma ed inizieremo ad usarlo con alcuni semplici esempi. Nelle prossime puntate utilizzeremo il MikroC per realizzare progetti sempre più complessi ed interessanti.

6 0 0 2 O N G U I G A C I N O R T T E L E E R A F

Dal momento che su Fare Elettronica si è già parlato estesamente sia dei PIC che del linguaggio C, non dedicheremo molto spazio alla teoria, ma ci concentreremo soprattutto sugli aspetti pratici, sulle applicazioni e sugli esempi. Inizieremo con dei programmi molto semplici, per cui anche chi si fosse perso qualcosa, non dovrebbe avere alcun problema a seguirci (alla fine dell’articolo comunque verranno indicati alcuni riferimenti bibliografici per recuperare).

Quello che ci proponiamo di fare a partire da questa puntata è mostrare come realizzare una serie di interessanti applicazioni utilizzando i microcontrollori PIC ed il linguaggio C. L’ambiente di sviluppo che utilizzeremo sarà il MikroC v5.0, che inizieremo a conoscere in tutte le sue caratteristiche già dal prossimo paragrafo. Com’è noto il linguaggio C, al pari di altri linguaggi ad alto livello (Basic o Pascal), permette di scrivere programmi complessi in maniera semplice e veloce, però rispetto a questi produce un codice mediamente più compatto e veloce, simile a quello che otterrebbe programmando in assembler. Il Csi quindi permette di sfruttare meglio le caratteristiche del microcontrollore, e di controllare più accuratamente il suo funzionamento e le sue periferiche.

EasyPIC. in particolare èpensato un compilatore che Ilè MikroC stato specificamente per i microcontrollori PIC, ed è quindi in grado di gestire tutte le caratteristiche peculiari dei vari modelli e produrre codice ottimizzato per questi dispositivi. In realtà definirlo “compilatore C” è piuttosto restrittivo, dal momento che il MikroC integra anche una grande quantità di strumenti ausiliari, sia per la scrittura del codice, sia per soddisfare molte delle esigenze che sorgono quando si programmano sistemi a microcontrollore. Altro aspetto molto interessante è la presenza di una completa documentazione interattiva ed di una nutrita serie di funzioni di libreria pronte per essere utilizzate nelle applicazioni. Grazie a queste caratteristiche, utilizzando il MikroC è possibile scrivere applicazioni complesse in pochissimo tempo, come verrà mostrato in questa serie di articoli. Nel prossimi paragrafi analizzeremo in dettaglio le principali caratteristiche dell’ambiente di sviluppo. Il compilatore

Il MikroC comprende un compilatore ANSI C che implementa praticamente tutti gli aspetti

http://slidepdf.com/reader/full/fare-elettronica-mikroc-by-example

1/80

5/17/2018

FareElettronica-MikroCbyExample-slidepdf.com

L’ambiente di sviluppo

di Antonio Di Stefano

standard del linguaggio, e che è stato appositamente pensato per i microcontrollori PIC (tutti i modelli della serie 12, 16 e 18). Il compilatore è in grado di generare dal codice C direttamente il codice oggetto (cioè i file .hex caricabili sul PIC) o anche codice assembler leggibile, ed eventualmente modificabile dall’utente. Il compilatore supporta tutti i tipi di dati previsti dall’ANSI C, sia quelli interi che quelli floating point, utilizzando per questi ultimi un formato a 32 bit compatibile con lo standard IEEE-754. In quest’ultima versione è possibile richiamare le funzioni in maniera annidata e ricorsiva (nei limiti consentiti dallo stack del PIC). Per rendere più efficiente il codice generato, il MikroC applica una serie di ottimizzazione automatiche in

L’ambiente di sviluppo

fase compilazione. Oltrediagli aspetti standard del linguaggio, il compilatore è dotato di alcune estensioni dedicate, utili per interagire con i PIC. Ad esempio è possibile gestire in maniera molto semplice le routine d’interruzione o la posizione delle variabili all’interno della memoria.

funzioni utili sono quelle che permettono commentare o de-commentare le sezioni di codice evidenziato, o di indentarlo. Due strumenti utili mentre si scrive il codice sono il “Code Assistant”, ed il “ Parameter Assistant ”: due piccole finestre “pop-up” che servono a ricercare o a completare automaticamente il nome delle funzioni che si vuole richiamare, o i loro parametri, evitando di consul-

Figura 1 L’ambiente di sviluppo MikroC

La Figura 1 mostra un’immagine “panoramica” del ricco ambiente di sviluppo (IDE) offerto dal MikroC. Nonostante l’abbondanza di strumenti, scrivere e compilare un programma è molto semplice. L’area più grande visibile in figura è quella riservata alla scrittura del codice (Code Editor). Il codice scritto viene automaticamente “colorato” per distinguerne i diversi elementi (istruzioni, costanti, commenti, tipi, etc.). Questo facilita molto la lettura e la comprensione del codice, e può evidenziare la presenza di eventuali errori di scrittura. Esiste anche una funzione personalizzabile che corregge gli errori di digitazione direttamente mentre si scrive il testo (!). Altre

tare continuamente la guida o altri punti del codice. Sulla sinistra (Figura 2) si trova il “Code Explorer”, dove vengono riassunti tutti gli elementi inseriti nel codice: funzioni, etichette, costanti, e variabili con il loro valore e ambito di visibilità. Cliccando su una qualsiasi delle voci verrà evidenziato nel codice la sua posizione. Questo risulta


81 T e o r i a

F A R E E L E T T R O N I C A G I U G N O 2 0 0 6

2/80

5/17/2018


RISORSE

SPECIALE

PRATICA

Prima parte MikroC By Example: L’ambiente di sviluppo

utilissimo sia per trovare velocemente gli elementi nel codice, sia per evitare errori nell’uso delle variabili globali, o con le ri-defini-

(usata in fase di simulazione e per determinare il valore di alcune costanti), e l’elenco dei files che compongono il progetto.

zioni variabili. Qhelp, Il tabe l’inizializzazione posto accanto, delle denominato mostra un elenco di tutte le funzioni di libreria integrate nel compilatore (sia quelle standard del C che le librerie per le funzioni avanzate). Cliccando su una delle voci si aprirà la guida in cui la funzione viene descritta in dettaglio, spesso anche con degli esempi di utilizzo. Il piccolo riquadro sottostante riassume le proprietà del progetto corrente: il modello di PIC da utilizzare, la sua frequenza di lavoro

In basso trova posto la finestra dei messaggi, in cui vengono visualizzati i risultati di compilazione e gli eventuali messaggi di errore. Nella stessa zona è presente un pratico convertitore di dati decimali / binari / esadecimali, chiamato “Qconvertor ”.

82 a i r o e T

Figura 2 Il Code Explorer


I tool aggiuntivi

Come accennato prima, il MikroC offre una grande quantità di strumenti aggiuntivi oltre a quelli strettamente indispensabili per scrivere il codice e compilarlo. Questi tool possono aiutare moltissimo nella fase di creazione dei programmi e nei test, e risulta molto comodo averli integrati in un unico ambiente. Un primo strumento legato al compilatore è quello che permette di analizzare il codice prodotto, in termini di occupazione di memoria (Fig. 3). E’ possibile tenere sotto controllo l’occupazione della ROM (o Flash) e della RAM del PIC, lo spazio occupato dalle diverse funzioni del programma loro distribuzione in memoria. Analizzandoe la questi dati è possibile in modo molto rapido capire come ottimizzare il codice dal punto di vista dell’occupazione di memoria. Gli altri strumenti, dai più semplici a quelli più

Figura 3 Strumenti di analisi dell’occupazione di memoria


3/80

5/17/2018


sofisticati, sono richiamabili dal menu Tools. Tra quelli più semplici abbiamo una sempre utile tabella ASCII ed un “editor” per caratteri

anche altri tipi di terminali, che hanno un utilizzo simile, ma ambiti diversi: l’HID Terminal, usato per comunicare con dispositivi USB HID

a 7 segmenti (Fig. 4), che permette di disegnare il carattere voluto, ed ottenere il valore numerico corrispondente ai segmenti accesi e spenti. Tra gli strumenti più sofisticati spiccano l’USART Terminal (Fig. 5) che può essere utilizzato per comunicare via seriale (RS232) con un qualsiasi dispositivo o sistema esterno. E’ possibile gestire la comunicazione impostando tutte le consuete opzioni, inviare i dati (digitandoli) e visualizzare in tempo reale quelli ricevuti dal dispositivo esterno. Esistono

e che ingloba anche una funzione per la creazione dei descrittori USB (la classe HID è utilizzata da dispositivi come joysick, mouse o tastiere, ma è utilizzabile anche per trasmettere in maniera semplice dati ad un PC via USB); l’ UDP Terminal permette di scambiare dati utilizzando una connessione di rete ed il protocollo UDP. L’MMC Card Terminal invece è utilizzato per leggere blocchi di dati da una memoria tipo Multimedia Card (MMC) o Secure Digital (SD). Come vedremo la presenza di questi strumenti è dovuta al fatto che il MikroC offre delle funzioni di libreria per interfacciarsi a questi tipi di dispositivi. Tra gli altri tools meritano una segnalazione quello per creare immagini per display grafici (Fig. 6), che tra i display annovera anche il Nokia 3110, quello per gestire il bootloader, per la formattazione dei dati della EEPROM, e per la programmazione del micro via USB.

Figura 4 Editor per display a 7 segmenti

83 T e o r i a

Le librerie

Figura 5 L’USART Terminal

Figura 6 Editor per display grafici

Uno degli aspetti più interessanti del MikroC è che comprende un grandissimo numero di librerie già pronte che implementano funzioni complesse. Sarebbe troppo lungo descriverle tutte, quindi qui ne daremo solo una veloce panoramica (le utilizzeremo comunque nelle prossime puntate). Chi desiderasse informazioni più dettagliate può consultare la documentazione del MikroC, che è scaricabile dal sito del produttore. Una prima classe di funzioni sono quelle per la gestione dell’hardware del PIC. In questa classe sono comprese funzioni per la gestione della UART (sia hardware che emulata via software), del generatore PWM e del convertitore Analogico/Digitale. Un'altra classe implementa algoritmi per la gestione di hardware esterno comune: tasti, display a LED, display LCD e display grafici, tastiere (a matrice o anche PS2), generazione di suoni, EEPROM seriali, Flash, etc. Un’altra classe ancora permette di gestire diversi tipi di interfacce e protocolli, anche molto complessi, quali SPI, I2C, RS485, CAN, Ethernet, memorie Compact Flash, e memorie MMC o SD (con il supporto del file system FAT). Sono anche presenti delle librerie con funzioni



4/80

5/17/2018


RISORSE

SPECIALE

PRATICA


che facilitano la conversione tra tipi diversi (es. da numero float a stringa e viceversa), ed alcune operazioni trigonometriche.

IL PRIMO PROGETTO

Per prendere confidenza con l’ambiente di sviluppo iniziamo con un progetto molto sempli-

ce, il classico “Hello world!” del mondo deiIl microcontrollori: faremo lampeggiare un LED. Il MikroC comprende anche un source code programma è molto semplice e si presta bene a debugger cioè un simulatore che permette di eseessere usato come “cavia” per le prime speriguire il codice creato sul PC, per capire se si com- mentazioni: una volta capito come fare lampegporta come voluto. Questo strumento è molto giare un LED non è difficile creare pattern via via importante per eseguire un primo test del pro- più complessi, iniziare a giocherellare con le gramma o di alcune sue routine. Il funzionamen- altre periferiche, e creare programmi molto più to è molto semplice: una volta compilato il pro- vari ed interessanti. Lo schema elettrico che utigramma, è possibile eseguirlo (anche in modalità lizzeremo è quello mostrato in Figura 7: il PIC è passo-passo), ed osservare il suo comportamento. collegato nel modo usuale all’alimentazione, ad L’esecuzione del programma può essere seguita un quarzo da 4MHz, e sul primo piedino della sia sulla finestra del codice, sia su delle finestre porta B è stato collegato un LED con una resiaggiuntive che mostrano il contenuto della RAM, stenza per limitare la corrente. quello dei registri interni e dello stack, e sulla finestra del “clock”, che può essere usata per valuta- Va notato che useremo un PIC 16F84, ma quere il tempo di esecuzione delle routine. I valori sto particolare potrebbe essere del tutto irriledella RAM e dei registri possono essere modificati vante: un programma scritto in C infatti, a diffedall’utente durante l’esecuzione, modificando renza di uno scritto in assembler è praticamente quindi il comportamento del programma. Questo indipendente dal microcontrollore usato! Se scririsulta indispensabile in alcuni casi, in quanto il viamo bene il nostro codice, con piccole modifiIl debugger

84 a i r o e T

debugger non simula in dettaglio il comportaessodi potrà funzionare solo diversi modelli PIC, ma anche su non diversi tipisu di micromento di alcuni dei circuiti interni del PIC, come che ad esempio i timer, gli ADC, le interruzioni, etc. controllori o processori (ad esempio AVR, 8051, Per facilitare l’osservazione dei valori assunti in ARM, etc.). Questo è uno dei maggiori vantaggi particolari punti del programma, si possono piaz- offerti dal C. zare dei breakpoint, che interrompono momenta- Per creare il nostro primo progetto iniziamo avviando il MikroC, e selezionando dal menu neamente l’esecuzione. Project la voce New Project. Si aprirà la finestra visibile in Figura 8. Inseriamo il nome del progetto (in questo caso LEDBlink), il percorso


Figura 7 Schema usato per fare lampeggiare il LED

in cui vogliamo salvare i file prodotti, una breve descrizione del progetto (in generale documentare i progetti è importante!). Scegliamo come dispositivo un PIC16F84 ed una frequenza di clock di 4MHz. Dalle opzioni sottostanti è possibile modificare i “fuses” del dispositivo, in questo caso usiamo il pulsante “Default” per selezionare quelli predefiniti (oscillatore HS, e Watchdog disabilitato). Dopo avere dato conferma, potremmo scrivere nell’apposita finestra il seguente codice:


5/80

5/17/2018


RISORSE

SPECIALE

PRATICA


void main() { PORTB = 0; TRISB = 0; while(1) { PORTB = 1; Delay_ms(500); PORTB = 0; Delay_ms(500); } }

86 a i r o e T

Il codice non è scritto in modo molto elegante, però è utile per capire come funziona: la funzione main è quella che verrà eseguita all’avvio, all’inizio viene assegnato il valore 0 a PORTB (che indica il valore assunto dai piedini della porta B del PIC), e TRISB (che determina la direzione dei pin, 0 indica che sono stati configurati tutti come uscite). A questo punto inizia un ciclo infinito realizzato con l’istruzione while. Dentro al ciclo viene assegnato il valore 1 a PORTB, cioè viene portato alto il piedino RB0. Quindi viene richiamata una routine che genera un ritardo di 500ms (mezzo secondo), viene portato basso il piedino RB0, e vengono attesi altri 500ms, quindi il loop si ripete. A questo punto è utile una piccola spiegazione: per capire su quale piedino della porta B agiamo, dobbiamo considerare l’espressione binaria del numero che abbiamo utilizzato, ciascun bit rappresenta ordinatamente un piedino della porta. Se avessimo voluto accendere i pin RB0 ed RB1 assieme (valore binario 00000011), avremmo dovuto usare il valore decimale 3. Per facilitare questo tipo di operazioni il MikroC riconosce

basta farli precedere da “0b” (in questo caso ad esempio potremmo scrivere 0b00000011). È possibile anche usare il Qconvertor posto in basso per eseguire questo tipotutti di conversioni. Una piccola nota importante: i programmi che scriveremo saranno sempre racchiusi da, o termineranno con, un loop infinito (eventualmente vuoto). Questo è necessario perché altrimenti, una volta terminata la funzione main, il programma si troverà in una condizione indefinita: potrebbe bloccare il microcontrollore, compiere delle azioni imprevedibili, o ripetersi in modo non corretto. Chi conosce il C o ha già usato altri compilatori, avrà notato che non è stato necessario includere nessuna libreria: il MikroC infatti provvede automaticamente a includere le definizioni relative al PIC usato (come PORTB e TRISB), e diverse funzioni di libreria. Per compilare il nostro programma, usiamo il pulsante Build Project (quello con gli ingranaggi in alto), o l’equivalente voce del menu Project. Il report di compilazione sarà visibile nella finestra in basso. alle statistiche sull’occuSe diamo un’occhiata pazione di memoria vediamo che il nostro programmino occupa 74 word nella Flash del PIC. Proviamo a scriverlo in un modo un po’ più ottimizzato: void main() { PORTB = 0; TRISB = 0; while(1) { PORTB = PORTB^0b00000001; Delay_ms(500);

anche i numeri scritti direttamente in binario, } }


Figura 8 Finestra per l’immissione dei dati del progetto

Per ottenere il comportamento “intermittente” abbiamo usato l’operatore XOR del C (l’accento circonflesso “^”). L’XOR ha l’effetto di invertire i bit della variabile in corrispondenza dei bit 1 indicati nell’operando, in questo caso quindi invertiamo solo il primo bit, quello corrispondente a RB0. Alla seconda inversione, il bit torna come prima, ottenendo l’effetto intermittente. Il programma quindi funzionerà esattamente


6/80

5/17/2018


come prima. Quanto occupa il nostro programma questa volta? Soltanto 42 word! Questo risultato è dovuto sia alla maggiore

RIFERIMENTI

compattezza del programma, fatto che Delay_ms è una macro, non sia unaal funzione, quindi prima veniva effettivamente copiata due volte nel programma!

• Maggiori informazioni sui PIC possono essere trovate sul corso “PIC By Example” pubblicato su Fare Elettronica (numeri da 157 a 176) e sul CDROM omonimo, o sul libro della serie “Conoscere ed usare” dal titolo “PICmicro” di Maurizio Del Corso e Tiziano Galizia, edito dalla Inware. • Maggiori informazioni sul linguaggio C si possono trovare nella serie di articoli “Vitamina C” pubblicato su Fare Elettronica (numeri da 217 a 246), o sul CD-ROM omonimo, o sul libro della serie “Conoscere ed usare” dal titolo “Il Linguaggio ANSI C” di Antonio Di Stefano, edito dalla Inware Edizioni. • Alcune spiegazioni più dettagliate sugli algoritmi e sui circuiti utilizzati in alcuni degli esempi (compresa la scheda EasyPIC) si possono trovare nel tutorial sul MikroBasic, pubblicato su Fare Elettronica (dal numero 238).

E se volessimo far lampeggiare due led, uno su RB0 e l’altro su RB1, in modo alternato? (Schema in Figura 9). Ecco come modificare il programma: void main() { PORTB = 0b00000010; TRISB = 0; while(1) { PORTB = PORTB^0b00000011; Delay_ms(500); } }

Abbiamo modificato soltanto due parametri: il valore iniziale (all’inizio un LED sarà già acceso, spento), ed abbiamo in modo che l’altro venissero invertiti entrambifatto i bit meno significativi.

• Il MikroC può essere scaricato dal sito Internet del produttore all’indirizzo: www.mikroelektronika.co.yu

87 T e o r i a

CONCLUSIONI

Nella puntata considereremo degli esempiprossima un po’ più complessi, che partendo da quelli appena visti ne espanderanno molto le possibilità utilizzando istruzioni e costrutti più potenti, per gestire il flusso del programma e le temporizzazioni. Non mancate!

Se vogliamo provare i nostri programmi con il debugger, possiamo richiamare la voce “Start Debugger” dal menu Run, ed usare le opzioni di step (stesso menù, oppure tasti F7 ed F8). Se invece vogliamo provare il codice direttamente sul circuito vero e proprio, dopo la compilazione avremo a disposizione il file .hex da caricare nel PIC. Potremo usare lo stesso MikroC se stiamo usando una delle schede EasyPIC (il download avviene via USB!), oppure potremo usare un programma esterno qualsiasi (come il noto IC-Prog) ed il nostro programmatore preferito. I LED dovrebbero iniziare a lampeggiare immediata- Figura 9 Schema per l’accensione di due LED alternati mente, come voluto.


Codice MIP252080


7/80

5/17/2018


Prima parte n° 252 - Giugno 2006

L’ambiente di sviluppo Secondo parte n° 253/254 - Luglio/Agosto 2006


RISORSE

SPECIALE

PRATICA

MikroC by Example:

Gestione di pulsanti, tastiere e display LCD

I

n questa puntata scopriremo come scrivere in C degli algoritmi dedicati alla gestione delle uscite dei PIC,

104 a i r o e T

per comandare LED, display ed altri dispositivi, utilizzando le tecniche più efficienti e gli strumenti messi a disposizione dal MikroC.

siderare, dal momento che ciascuna di esse può adattarsi meglio a specifiche applicazioni. Supponiamo ad esempio di utilizzare 8 LED, ciascuno collegato ad un piedino della porta B come mostrato in figura 2, e di volerli accendere in sequenza nelle due direzioni (il classico effetto “supercar”). Le alternative più convenienti sono due: in un caso possiamo utilizzare gli operatori del C che permettono di manipolare i bit, nell’altro possiamo utilizzare una tabella di consultazione (look-up table). Consideriamo il primo caso, cioè partiamo da

GENERAZIONE DI PATTERN E SEQUENZE Nella scorsa puntata

abbiamo mostrato il codice per fare lampeggiare un LED collegato alla porta RB0 del PIC. Per comodità riportiamo in figura 1 lo schema elettrico del circuito e di seguito il codice utilizzato: void main() {

Figura 1 Schema usato per fare lampeggiare il LED

PORTB = 0; TRISB = 0; while(1) { PORTB = PORTB^0b00000001; Delay_ms(500); } 6 0 0 2 O T S O G A / O I L G U L A C I N O R T T E L E E R A F

}

Il programma è molto semplice: utilizza solamente un’operazione di XOR (l’operatore “^” del C) per ottenere l’inversione del primo bit della porta B (e quindi il lampeggio del LED), ed una routine di ritardo per determinarne la frequenza. Se dovessimo generare delle combinazioni più complesse (come avviene in molte applicazioni reali) questo approccio potrebbe non essere adeguato. Esistono diverse possibilità che è il caso di con-

Figura 2 Schema usato per accendere i LED in sequenza


8/80

5/17/2018


Controllare le uscite del PIC di Antonio Di Stefano

una configurazione delle uscite, ed otteniamo le altre operando sui bit. Il codice è il seguente: void main() { char dir; /* Direzione di scorrimento 1=sinistra, 0=destra */ dir=1; // Inizializz. porta B PORTB = 0x01; TRISB = 0; // Loop infinito while(1) { // Raggiunti bordi? if (PORTB&0x01) dir=1; if (PORTB&0x80) dir=0; // Aggiornamento direzione if (dir) { PORTB = PORTB << 1; } else {

porta B sono state configurate tutte come uscite (TRISB=0), e soltanto il primo piedino è stato posto alto (PORTB=0x01). Ricordiamo che il MikroC permette di esprimere i valori numerici anche in binario (anteponendo “0b” al numero), ma abbiamo preferito utilizzare la notazione esadecimale per rendere il codice maggiormente portabile. Per convertire questi valori in binario si può utilizzare il convertitore Qconvertor, che si trova in basso nella finestra del messaggi del MikroC. All’interno del loop principale viene dapprima verificato se il LED attualmente acceso è il primo o l’ultimo, e in ciascuno di questi due casi viene cambiata la direzione dello scorrimento. Per eseguire questo controllo è stata utilizzata l’istruzione if del

105 T e o r i a

C: solo sel’espressione la condizione parentesi verificata chedentro seguelevene esegui-è ta. L’espressione che viene controllata è l’AND binario tra i bit della porta B e 0x01 (oppure 0x08). Questa espressione darà 0x01 solo se il bit meno significativo della porta B sarà alto (lo stesso per il più significativo nel caso di 0x80), altrimenti zero. Per maggiore chiarezza avremmo potuto scrivere:

PORTB = PORTB >> 1; }

if ((PORTB&0x01)==0x01) dir=1; if ((PORTB&0x80)==0x80) dir=0;

Delay_ms(100); } }

Il funzionamento del programma dovrebbe risultare abbastanza intuitivo: inizialmente viene dichiarata una variabile ( dir ) per tenere traccia della direzione di scorrimento, in seguito vengono inizializzate le variabili e le porte, e poi viene eseguito il loop principale. Durante il funzionamento la variabile dir assumerà soltanto due valori (scelti da noi), quindi è conveniente dichiararla del tipo più piccolo possibile gestito dal C, cioè char (8 bit). Le linee della

ma ricordiamo che il C considera vera qualsiasi espressione che non valga 0, quindi anche non indicando il valore atteso otteniamo lo stesso risultato. Abbiamo usato lo stesso accorgimento per il frammento di codice successivo, che è quello che si occupa dell’aggiornamento della posizione. Se la variabile dir vale 1 viene eseguito uno scorrimento binario di una posizione a sinistra (a destra nell’immagine), altrimenti (else) viene eseguito uno scorrimento a destra (a sinistra nell’immagine). Gli scorrimenti (operatori “<<” e “>>” del C) produrranno la sequenza di valori: 0x01, 0x02, 0x04, 0x08,


F A R E E L E T T R O N I C A L U G L I O / A G O S T O 2 0 0 6

9/80

5/17/2018


Seconda parte

RISORSE

0x10…, 0x80, e poi a ritroso (quando cambierà la direzione di scorrimento) fino a 0x01. Dopo ogni scorrimento attendiamo 100ms

dichiarazione dell’array. Inoltre abbiamo dichiarato un’altra variabile (n) che verrà utilizzata come contatore, cioè come indice per scorrere

usando routine di libreriae Delay_ms, messa al’apposita disposizione dal MikroC, ripetiamo l’intera routine, all’infinito. Consideriamo adesso un altro approccio per ottenere lo stesso risultato. In questo caso utilizzeremo una look-up table per memorizzare le configurazioni delle uscite che vogliamo ottenere. Il codice è il seguente:

la tabella. ilNelvalore loop principale assegniamo tamente corrente della tabelladiretalla porta B, inoltre incrementiamo l’indice n (con l’istruzione n++). Quando l’indice raggiungerà il valore 14, sarà riportato a 0, e quindi il conteggio ripartirà da questo valore. Notare la differenza tra “==” ed “=” nell’istruzione if . Ricordiamo che il primo è un operatore relazionale, che controlla se il valore dell’espressione di sinistra è uguale a quello dell’espressione di destra (restituendo un valore di verità). L’altro operatore invece assegna un valore ad una variabile. Questa seconda versione del programma, sebbene richieda un po’ più di memoria, ha un vantaggio importante: basta cambiare i valori in tabella per ottenere comportamenti diversi. Si provi ad esempio ad utilizzare questi valori:

char n=0; char leds[14]={0x01, 0x02, 0x04, 0x08, 0x10, 0x20,

106

0x40, 0x80, 0x40, 0x20,

a i r o e T

0x10, 0x08, 0x04, 0x02}; // Inizializz. porta B TRISB = 0; // Loop infinito while(1) { PORTB=leds[n]; n++; if (n==14) n=0; Delay_ms(100); } }

O I L G U L A C I N O R T T E L E E R A F

PRATICA

MikroC by Example: Controllare le uscite del PIC

void main() {

6 0 0 2 O T S O G A /

SPECIALE

char leds[14]={0x81, 0x42, 0x24, 0x18, 0x18, 0x24, 0x42, 0x81, 0x42, 0x24, 0x18, 0x18, 0x24, 0x42};

Ci saranno due LED accesi che si muoveranno in direzione opposta (basta convertire in binario i valori per rendersene conto). L’approccio usato nel primo programma invece risulta più flessibile quando le configurazioni utilizzate non sono sempre le stesse, ma variano nel tempo, magari in base a condizioni esterne.

Per creare la tabella di consultazione abbiamo utilizzato un array (leds[…] ), in cui abbiamo inserito manualmente le configurazioni delle PILOTARE I DISPLAY A uscite volute (che sono le stesse che abbiamo 7 SEGMENTI ottenuto col programma precedente). Ci I display a 7 segmenti rappresentano un econooccorrono soltanto 14 voci per la tabella, che mico e funzionale dispositivo di visualizzazione. sono state inizializzate direttamente nella Vedremo quindi in questo paragrafo come uti-

Figura 3 Schema di un display a catodo comune

Figura 4 Schema di un display ad anodo comune


10/80

5/17/2018


http://slidepdf.com/reader/full/fare-elettronica-mikroc-by-example Codice MIP 253107

11/80

5/17/2018


Seconda parte

RISORSE

a i r o e T

posito strumento messo a disposizione dal MikroC, richiamabile selezionando la voce Seven Segment Convertor dal menu Tools

èboli possibile numeri, lettere e sim- (figura 6). È sufficiente il carattere grafici.rappresentare I display a 7 segmenti sono dispoche vogliamo visualizzaredisegnare per avere il valore nibili in due versioni, che differiscono per i col- numerico corrispondente ad uno dei due tipi di legamenti dei LED: in entrambi i casi i LED pos- display. Nel nostro caso ricaveremo il valore per sono essere pilotati indipendentemente da un le cifre da 0 a 9 e per le lettere da A, b, c, d, E terminale, mentre l’altro è comune a tutti. Il ed F (che ci potrebbero servire per rappresenterminale comune può essere l’anodo o il cato- tare valori esadecimali). Un modo molto semdo dei LED (e da questo particolare deriva il plice per associare questi caratteri ai valori nome del display). Quando il terminale comu- numerici consiste nell’utilizzare un array. ne è il catodo (figura 3), quest’ultimo sarà col- Vediamo quindi come realizzare un programma legato a massa, e per accendere un segmento che conta continuamente da 0 a 9: sarà sufficiente fornire un’alimentazione positivoid main() { va al rispettivo anodo (ad esempio utilizzando char n=0; un piedino di uscita portato a livello logico char segs[16]={0x3F, 0x06, alto). Nel caso di display ad anodo comune 0x5B, 0x4F, 0x66, 0x6D, (figura 4), questo terminale verrà collegato al positivo dell’alimentazione, e per accendere un 0x7D, 0x07, 0x7F, 0x6F, segmento sarà necessario portare a massa il 0x77, 0x7C, 0x39, 0x5E, 0x79, 0x71}; catodo del segmento che si vuole accendere (usando un piedino di uscita a livello logico // Inizializz. porta B basso). Per pilotare un display a 7 segmenti avremo quindi di almeno uscite del PIC, ebisogno con queste potremo gestire8 soltanto un carattere. Per fare le prime prove colleghiamo il display al PIC come mostrato in figura 5 (stiamo quindi utilizzando un display a catodo comune): i segmenti verranno pilotati tramite i piedini della porta B. Possiamo quindi procedere come negli esempi visti fino ad ora, l’unico problema è che dobbiamo ricavare per ogni carattere che vogliamo visualizzare il corrispondente valore da inviare alla porta B (che esprime quali segmenti sono accesi e quali spenti). Per fare questo possiamo utilizzare l’ap-

6 0 0 2 O T S O G A / O I L G U L A C I N O R T T E L E E R A F

PRATICA


lizzarli. Un display a 7 segmenti è composto da 8 LED disposti a formare 7 segmenti più un punto decimale (non sempre presente), con cui

108

SPECIALE

Figura 5 Collegamento al display a 7 segmenti

TRISB = 0; // Loop infinito while(1) { PORTB=segs[n]; n++; if (n==10) n=0; Delay_ms(1000); } }

Come si può notare il programma è quasi identico a quello visto precedentemente, sono stati modificati soltanto i valori contenuti nell’array, che in questo caso codificano i caratteri voluti. Se si estende il conteggio fino a 16 sarà possibile visualizzare anche le cifre Figura 6 Il convertitore per display esadecimali da A a 7-seg F. Non possiamo


12/80

5/17/2018


superare 16 perché altrimenti leggeremmo una posizione dell’array che non esiste, ottenendo un risultato imprevedibile. E se volessimo utiliz-

char cifra[4]={1,2,3,4};

zare più cifre, eutilizzare quindi più unità 7 segmenti? Occorrerebbe molte piùa porte di I/O, oppure ricorrere alla tecnica del multiplexing, molto utilizzata in questi casi. Occorre collegare i display come mostrato in figura 7 ed utilizzare soltanto 4 linee di I/O aggiuntive (questa volta provenienti dalla porta A) per gestire le 4 cifre. Il funzionamento è semplice: le linee della porta B saranno condivise da tutti i display, che quindi riceveranno gli stessi dati, ma soltanto un display alla volta sarà acceso, comandando attraverso la porta A i transistor BJT sui cui collettori si trovano i display. In questo modo riusciamo a comandare individualmente i singoli display: se vogliamo visualizzare un carattere sul display più a sinistra, dovremo inviare il codice del carattere sulla porta B e portare alto soltanto RA0. Ovviamente soltanto un display alla volta potrà essere acceso. Occorre quindi accenderli in successione ad una velocità tale da non farne percepire all’occhio lo spegni-

TRISB = 0;

// Inizializz. porte TRISA = 0;

// Loop infinito while(1) { ds = 1; for(n=0; n<4; n++) { PORTB = segs[cifra[n]]; PORTA = ds; Delay_ms(2); ds = ds << 1; } } }

Il codice somiglia molto a quello visto in precedenza, le uniche differenze riguardano l’utilizzo di un altro array (cifra[…] ), che contiene le cifre da visualizzare nei 4 display, e l’impiego della porta A per selezionare il display. Il loop principale contiene un ciclo for, che viene ripetuto per 4 volte (una per ogni cifra), al cui interno viene impostato il valore della cifra corrente sulla porta B, ed aggiornato il contenuto della porta A. In pratica all’inizio la porta A conterrà il valore 0b0001, alla porta B viene assegnato il valore adatto a rappresentare la prima cifra, si attende 2ms, al valore della porta A viene applicato uno scorrimento a sinistra di un bit, ottenendo 0b0010, ed il ciclo for riprende con la seconda iterazione, in cui viene assegnato alla porta B il codice per la seconda cifra. Si prosegue così fino alla quarta, e quindi si esce dal

mento. Per ogni ottenere effetto sufficiente accendere cifraquesto almeno ogniè 20ms. Dal momento che le cifre sono 4, dovremo tenerle accese singolarmente meno di 5ms. Per evitare un effetto di “sfarfallamento” possiamo anche usare una velocità maggiore (senza esagerare, altrimenti otterremo una bassa luminosità). Riassumendo: • Sulla porta B dovranno essere inviati ciclicamente i valori corrispondenti alle 4 cifre che vogliamo visualizzare. • Sulle porta A dovrà essere portata alta una ciclo for , ma non dal loop principale, che si sola linea alla volta, quella corrispondente alla ripeterà all’infinito. Sul display dovrebbero cifra da visualizzare (avremo quindi ciclica- apparire le cifre 1234 indicate nell’array cifra . mente 0b0001, 0b0010, 0b0100, 0b1000). A questo punto potremo pensare di sfruttare il display realizzato per implementare delle funIl codice che implementa questo comporta- zioni utili. Se ad esempio riuscissimo a visualizzare il valore di una qualsiasi variabile, potremmento è il seguente: mo usare il display come un comodo dispositivo di output (sia nelle applicazioni, sia in fase di void main() { debug). Per fare questo possiamo utilizzare char n, ds; alcune funzioni messe a disposizione dalle librechar segs[16]={0x3F, 0x06, 0x5B, 0x4F, 0x66, 0x6D, rie del MikroC, ed in particolare quelle che permettono di creare delle stringhe a partire dal 0x7D, 0x07, 0x7F, 0x6F, valore numerico di una variabile. Una di queste 0x77, 0x7C, 0x39, 0x5E, funzioni è la seguente: 0x79, 0x71}; http://slidepdf.com/reader/full/fare-elettronica-mikroc-by-example

109 T e o r i a


13/80

5/17/2018


Seconda parte

RISORSE

SPECIALE

PRATICA


void ShortToStr(short number,

TRISA = 0;

char *output);

TRISB = 0;

// Conversione ShortToStr(val, cifra);

La prende in ingresso una variabile di tipofunzione short , ed un puntatore ad un array di 4 caratteri (come il nostro cifra[…] ), e restituisce nell’array di caratteri una stringa corrispondente al numero indicato come primo parametro. Ad esempio:

// Loop infinito while(1) { ds = 1; for(n=0; n<4; n++) {

short t = -24;

PORTB=segs[cifra[n]-48];

char txt[4];

if (cifra[n]==32)PORTB=0x00; if (cifra[n]==45)PORTB=0x40;

ShortToStr(t, txt);

PORTA = ds; Delay_ms(2);

110 a i r o e T

In questo caso l’array txt[…] conterrà i seguenti 4 caratteri “ –24” (il primo carattere è uno spazio). Esistono anche le funzioni IntToStr, WordToStr, FloatToStr, che lavorano nello stesso modo, ma usano tipi di variabili diversi e restituiscono un numero maggiore di caratteri. Possiamo utilizzare questa funzione con il codice fino ad ora scritto? Si, ma dobbiamo apportare qualche piccola modifica. La funzione infatti restituisce unaSestringa, cui valori sono codificati in ASCII. diamo iun’occhiata alla tabella dei codici ASCII (menu Tools/ASCII Chart) vediamo che i codici che ci vengono restituiti vanno dal 48 al 57 (decimale) per i caratteri numerici, ma comprendono anche il 32 dello spazio, ed il 45 del segno “–“. Se escludiamo i due segni non numerici, i codici dei caratteri numerici possono essere ottenuti semplicemente sottraendo 48 al codice ASCII (o anche considerando solo i 4 bit meno significativi, cioè eseguendo un AND con 0x0F). Il codice diventa quindi il seguente:


void main() { char n, ds, val; char segs[16]={0x3F, 0x06, 0x5B, 0x4F, 0x66, 0x6D, 0x7D, 0x07, 0x7F, 0x6F, 0x77, 0x7C, 0x39, 0x5E, 0x79, 0x71};

ds = ds << 1; } } }

In pratica è stata aggiunta soltanto la variabile var , la chiamata alla funzione ShortToStr, ed alcuni controlli nel loop che visualizza i dati. In particolare all’inizio visualizzata la cifra nuta dal codice ASCIIè meno 48), poi viene(otteverificato se il carattere è uno spazio o un segno meno, ed in questi casi viene corretto l’output sulla porta B con i caratteri corrispondenti (tutti i segmenti spenti nel caso dello spazio, o solo quello centrale acceso nel caso del meno). Poi viene assegnato il valore appropriato alla porta A, come accadeva nell’esempio precedente. A questo punto possiamo visualizzare il contenuto di qualsiasi variabile del nostro programma. Un’ultima nota interessante: non abbiamo mai utilizzato il punto decimale presente nei display. Se lo volessimo accendere in una qualsiasi delle quattro cifre, sarebbe sufficiente attivare il bit più significativo della porta B. Questo può essere ottenuto eseguendo un OR (operatore “|” del C) tra il codice del carattere attualmente visualizzato ed il valore binario 0b10000000 (cioè 0x80 esadecimale): if (punto) PORTB=PORTB|0x80;

char cifra[4];

TIMER ED INTERRUZIONI val=-47; // Inizializz. porte

Il precedente esempio ha mostrato come sia possibile utilizzare un display a 7 segmenti per visualizzare il contenuto di una variabile. Come abbia-


14/80

5/17/2018


mo visto per ottenere una buona visualizzazione delle 4 cifre è necessario rispettare delle precise temporizzazioni. Risulta quindi piuttosto difficile

prestabiliti. Nel nostro caso il codice all’interno della routine dovrà aggiornare il display un digit alla volta. Occorrerà quindi impostare il timer ed

aggiungere funzioni programma prima, perchéaltre qualsiasi altroalcompito inseritovisto nel loop principale altererebbe le temporizzazioni del display, e risulterebbe a sua volta rallentato dai tempi di attesa utilizzati per il display. Per risolvere questo problema è necessario separare e rendere indipendenti le temporizzazioni e le funzioni di gestione del display dalla normale esecuzione del programma: questo può essere ottenuto utilizzando il timer del PIC e le interruzioni. Il meccanismo è molto semplice: il PIC ha un timer ad 8 bit (chiamato Timer0 o TMR0) che conta da 0 ad 0xFF (in totale 256 valori), ed è incrementato ad ogni ciclo macchina (4 cicli di clock) o suoi multipli. Quando il valore del timer supera 0xFF, può essere generata un’interruzione. Utilizzando il timer è quindi possibile richiamare un’apposita funzione (la routine d’interruzione) a intervalli di tempo

ilogni suo2ms. prescaler in modoledainterruzioni generare un interrupt Per abilitare associate al TMR0 dobbiamo impostare ad 1 i bit GIE e T0IE del registro INTCON, ed abilitare il prescaler col fattore di divisione voluto sul registro OPTION_REG (per maggiori dettagli si veda il datasheet del PIC o il tutorial “PIC By Example” già pubblicato su Fare Elettronica). Se abbiamo una frequenza di clock di 4MHz, possiamo ottenere un’interruzione ogni 2ms usando un fattore di divisione pari a 8 (infatti 4*256*8/4MHz=2ms). Dopo avere impostato il corretto valore nei registri, dobbiamo scrivere la routine di gestione delle interruzioni. Per fare questo sarà sufficiente creare una funzione chiamata “interrupt”, il MikroC la riconoscerà come routine di gestione delle interruzioni, e la richiamerà automaticamente in caso di interruzioni. Il codice risultante è il seguente:

111 T e o r i a

Software MikroC Un potente compilatore C per PICmicro ✔

Code Editor

✔

Code Explorer

✔

Debugger

✔

Statistiche

Tutto in un ambiente Windows facile ed intuitivo

Un set di strumenti veramente indispensabili per sviluppare applicazioni con i PICmicro Codice MIP 253111

Ordinalo subito su www.farelettronica.com oppure telefona allo 02.66504755



15/80

5/17/2018


RISORSE

SPECIALE

PRATICA


Seconda parte

char n, ds, cifra[4]; n++;

char segs[16]={0x3F, 0x06, 0x5B, 0x4F, 0x66, 0x6D,

ds <<= 1;

0x7D, 0x07, 0x7F, 0x6F, 0x77, 0x7C, 0x39, 0x5E,

if (n > 3) { n = 0; ds = 1;

0x79, 0x71}; }

void main() { short val;

// Reset del timer // Inizializz. porte

TMR0 = 0;

TRISA = 0;

// Reset flag TMR0IF/TMR0IE INTCON = 0x20;

TRISB = 0; } n=0; ds=1;

112

val=-125;

a i r o e T

ShortToStr(val, cifra); OPTION_REG

= 0x82;

TMR0

= 0;

INTCON

= 0xA0;

while(1) { }

}

void interrupt() { PORTA=ds; PORTB=segs[cifra[n]-48]; if (cifra[n]==32) PORTB=0x00; if (cifra[n]==45) PORTB=0x40;

Le differenze rispetto alla versione precedente sono essenzialmente 3. Innanzi tutto alcune delle variabili utilizzate prima sono state dichiarate fuori dalla funzione main, quindi risultano essere delle variabili globali: tutte le funzioni possono leggerle e modificarle. Questo risulta utile dal momento che devono essere inizializzate o modificate all’interno della funzione main, ma devono essere lette ed utilizzate dentro la routine d’interruzione, inoltre il loro valore deve essere mantenuto anche quando si esce dalle rispettive funzioni. In questo modo all’interno del loop principale si potrà assegnare un valore all’array cifra , e la routine d’interruzione provvederà a visualizzarlo indipendentemente. La funzione main è quasi vuota: contiene solamente le istruzioni di inizializzazione dei registri e delle variabili, e finisce con un


Figura 7 Schema del display a 4 cifre


16/80

5/17/2018


loop infinito vuoto, che in pratica attende solamente il verificarsi delle interruzioni. La routine d’interruzione invece svolge le stes-

while(1) { ShortToStr(val, cifra); Delay_ms(250);

val++; se viste prima, solo che opera su } unafunzioni cifra alla volta: aggiorna il valore di PORTA e PORTB come nel programma precedente, modifica il valore di n e ds in modo Notare che in questo caso il ritardo di 250ms da puntare al prossimo carattere, e prima di inserito non influisce completamente sull’agterminare resetta il valore del timer e del gornamento del display, che continua a funzionare con le sue temporizzazioni! suo flag d’interruzione. Non è necessario utilizzare la funzione di ritardo dal momento che i valori impostati CONCLUSIONI sulle porte saranno mantenuti fino alla pros- Abbiamo visto alcuni esempi abbastanza utili e sima interruzione, che si verificherà dopo versatili, in questo caso applicati al pilotaggio di circa 2ms. LED e display a 7 segmenti, ma la cui struttura A questo punto sarà possibile eseguire altre può essere applicata anche ad altri tipi di disposioperazioni nel loop principale e modificare tivi esterni (relè, motori, buzzer…). Nella prossicome si vuole l’array cifra[] , ed il display ma puntata verranno presentate le routine in C sarà aggiornato di conseguenza ed in per la gestione di dispositivi di input quali pulsanti, tastiere di varo tipo, e display LCD intelligenti. maniera automatica. Ad esempio si può realizzare un conteggio Codice MIP 253104 inserendo nel loop il seguente codice:

113 T e o r i a

Scheda easyPIC3 La rivoluzionaria scheda di sviluppo per PICmicro ✔ Programmatore USB2.0 on-board ✔ Tastiera a 32 tasti ✔ 32 LED per il monitoraggio degli I/O ✔ 4 cifre LED a 7 segmenti ✔ Predisposizione per moduli LCD alfanumerici ✔ Predisposizione per moduli LCD grafici ✔ Predisposizione per comunicazione RS232 ✔ Predisposizione per tastiera PS2 ✔ Predisposizione per sensore di temperatura DS1820 ✔ Supporto per tutte le famiglie PIC (anche PIC10F)* ✔ Predisposizione per comunicazione USB ✔ Alimentazione esterna o via USB ✔ Fornita con 16F877 ✔ Disponibile con o senza display

Codice MIP 253113

Ordinala subito su www.farelettronica.com oppure telefona allo 02.66504755



17/80

5/17/2018


Secondo parte n° 253/254 - Luglio/Agosto 2006


Gestione di pulsanti, tastiere e display LCD Quarta parte

RISORSE

SPECIALE

PRATICA

MikroC by Example:

n° 256 - Ottobre 2006

Generazione di segnali PWM

I

pull-down poste tra i pulsanti e massa servono n questa puntata scopriremo per fissare a livello basso i rispettivi piedini di I/O come gestire con il MikroC quando i pulsanti non sono premuti (in caso contrario il potenziale dei pin potrebbe essere alcuni semplici ma fondamentali dispositivi di input collegati al PIC, facilmente influenzato da interferenze esterne).

88 a i r o e T

quali pulsanti e tastiere. Vedremo inoltre come utilizzare un display LDC intelligente per visualizzare le informazioni

Utilizzeremo il pulsante posto su RB1 per accendere il LED e quello posto su RB2 per spegnerlo. Il codice C che implementa questo comportamento è il seguente: void main() { // Inizaliz. porta B TRISB = 0x06; PORTB = 0;

I PULSANTI

// Loop infinito

Moltissime applicazioni richiedono l’utilizzo di interruttori diutente pulsanti per rendere possibile l’interazioneotra (o ambiente) e programma. La gestione di questi dispositivi potrebbe sembrare a prima vista molto semplice. In realtà occorre tenere in considerazione molti aspetti un po’ “nascosti” che potrebbero portare a risultati del tutto inaccettabili. Per capire quali sono questi problemi consideriamo il circuito mostrato in figura 1. Abbiamo utilizzato un PIC16F84 collegando alla porta B due pulsanti ed un LED. Le resistenze di

6 0 0 2 E R B M E T T E S A C I O N R T T E L E E R A F

Figura 1 Accensione e spegnimento di un LED

while(1) { if (PORTB&0x02) PORTB = 1; if (PORTB&0x04) PORTB = 0; } }

Come si può vedere, per leggere lo stato dei due pulsanti i piedini corrispondenti della porta B sono stati configurati come ingressi, scrivendo il valore corrispondente nel registro TRISB (il valore 0x06 corrisponde al valore binario 0b00000110, in cui gli 1 rappresentano i pin configurati come ingressi). Per controllare se i pulsanti sono premuti viene testato il bit corrispondente della porta B con l’istruzione if , e viene assegnato il valore corrispondente alle uscite. Tutto funziona senza problemi, ma forse non come si può immaginare. Per capire meglio quello che succede proviamo a fare in modo che alla pressione di uno dei due tasti il LED venga accesso, ed alla successiva pressione venga spento. Il codice è il seguente:


18/80

5/17/2018


Gestione di pulsanti, tastiere e display LCD void main() { // Inizaliz. porta B TRISB = 0x06; PORTB = 0; // Loop infinito while(1) { if (PORTB&0x06) PORTB = PORTB^0x01; } }

Se carichiamo il programma sul PIC e proviamo a premere un tasto, potremo osservare un comportamento diverso da quello atteso: il LED si accenderà e si spegnerà in continuazione mentre il tasto rimane premuto, ad una velocità tale da non vederne neanche il lampeggio, e sarà impossibile fermarlo in uno stato prestabilito. Qual è il problema? Dobbiamo ricordarci che l’esecuzione del programma sul PIC è estremamente più veloce di qualsiasi nostra azione, di conseguenza, anche premendo brevemente il pulsante, il LED verrà acceso e spento migliaia di volte! Un primo accorgimento per evitare queste ripetizioni consiste nell’attendere che il pulsante venga rilasciato prima di ripetere il ciclo. In questo modo dovremo effettivamente premere due volte il pulsante per accenderlo e spegnerlo. Il codice è il seguente:


un’istruzione while che ripete in continuazione un loop vuoto fino a quando il tasto risulta premuto, al rilascio del pulsante si uscirà dall’istruzione e verrà ripetuto il loop principale. Ora il programma dovrebbe funzionare meglio, ma si possono notare ancora delle incertezze nella risposta. Queste imprecisioni sono dovute al “rimbalzo” meccanico dei pulsanti, che si verifica alla pressione del tasto e genera un segnale che può oscillare diverse volte tra livello alto e livello basso prima di stabilizzarsi. Queste oscillazioni durano tipicamente alcuni millisecondi e possono variare a seconda dalle caratteristiche meccaniche del pulsante. Vediamo come affrontare questo problema con-

89 T e o r i a

siderando (figura 2) ed un programma un po’un piùcircuito completo. Nel circuito un display a 7 segmenti è collegato alla porta B del PIC, mentre due pulsanti sono collegati alla porta A. Quello che vogliamo ottenere è che ad ogni pressione del pulsante S1 il numero sul display venga incrementato di uno, mentre ad ogni pressione di S2 il conteggio venga decrementato. Ecco il codice: void main() { signed char cont=0; char segs[16]={0x3F, 0x06,

void main() {

0x5B, 0x4F, 0x66, 0x6D,

// Inizaliz. porta B

0x7D, 0x07, 0x7F, 0x6F,

TRISB = 0x06;

0x77, 0x7C, 0x39, 0x5E,

PORTB = 0; // Loop infinito while(1) {

0x79, 0x71}; // Inizializz. porte TRISA = 0x03;

if (PORTB&0x06) PORTB = PORTB^0x01;

TRISB = 0x00;

// Attesa rilascio

PORTA = 0x08; // Loop infinito

}

while(PORTB&0x06) {};

}

while(1) { // Aggiorna display PORTB=segs[cont];

Per attendere il rilascio del tasto è stata inserita

// Controlla polsanti


F A R E E L E T T R O N I C A S E T T E M B R E 2 0 0 6

19/80

5/17/2018


Terza parte

RISORSE

if (PORTA&0x01) cont--; // Correzione contatore if (cont>9) cont=0; if (cont<0) cont=9; // Attende rilascio while(PORTA&0x03) {}; } }

a i r o e T

Il problema di questo approccio (attesa rilascio + ritardo) è che occorre letteralmente fermare il programma per qualche istante, ritardando sia tutti gli altri compiti, sia la risposta stessa del sistema alla pressione del tasto. Quest’ultimo effetto può essere particolarmente fastidioso, soprattutto nelle interfacce utente. Vedremo più avanti una soluzione più sofisticata ed elegante a questo problema.

La gestione del display a 7 segmenti è stata trat- TASTIERE A MATRICE tata nella scorsa puntata, ed il codice utilizzato In alcune applicazioni può essere richiesta l’uso è praticamente lo stesso. Le due istruzioni if di una testiera dotata di un discreto numero di verificano se uno dei due pulsanti è premuto e tasti (circa 10 o 20). Ovviamente non è conveaggiornano la variabile cont di conseguenza. niente utilizzare un pin di I/O per ciascun tasto, L’istruzione while seguente attende che i pul- si può invece adottare una tecnica simile a quelsanti vengano rilasciati (il controllo viene fatto la utilizzata per i display a 7 segmenti: indirizzasu entrambi, per questo è stato utilizzato il valore separatamente le righe e le colonne della re 0x03 nell’AND). Infine viene corretto il valo- tastiera. In questo modo è possibile gestire 16 re del conteggio se questo supera 9 o scende tasti utilizzando soltanto 8 I/O! Lo schema è sotto 0 (per questo motivo la variabile di con- quello mostrato in figura 3, ed è comunemente teggio è stata dichiarata come signed char ). utilizzato in diversi dispositivi commerciali. I pieProvando il programma si può notare lo stesso dini da RB0 a RB3 sono configurati come uscite, difetto visto prima: ad ogni pressione si posso- e pilotano le colonne della tastiera. no avere infatti variazioni del conteggio 1. Occorre risolvere ancora il maggiori problemadidei rimbalzi. Un metodo banale per fare questo consiste nell’inserire un’attesa di qualche decina di millisecondi alla fine del loop, come segue: … Delay_ms(50); } }


PRATICA

MikroC by Example: Gestione di pulsanti, tastiere e display LCD

if (PORTA&0x02) cont++;

90

SPECIALE

Figura 2 Conteggio up-down su display a 7 segmenti

Iingressi pin da e RB4 a RB7 utilizzati sono configurati comeil vengono per leggere valore presente sulle 4 righe. Quando i tasti vengono premuti, cortocircuitano una riga con una colonna. Dal momento che le uscite vengono attivate una alla volta (come accadeva con i display a 7 segmenti), leggendo il valore delle righe è possibile sapere quale tasto è premuto. Ad esempio, all’inizio della scansione RB3-RB0 varranno 0b0001, quindi sarà selezionata la prima colonna. Se leggiamo 0b0100 su RB7-RB4 significa che il tasto premuto è T9. Scrivere una routine per la lettura di una tastiera potrebbe sembrare un’impresa difficile, o quantomeno noiosa, ma per fortuna non abbiamo bisogno di farlo! Il MikroC infatti mette a disposizione delle routine di libreria molto semplici da usare. Le funzioni in questione sono Keypad_Init, Keypad_Read e Keypad_Released . La prima serve per selezionare la porta


20/80

5/17/2018


del PIC che dovrà gestire la tastiera, la seconda restituisce un numero da 1 a 16 se uno dei tasti è stato premuto, 0 altrimenti, mentre la

TASTIERE PS/2

terza esegue la stessa funzione, ma blocca l’esecuzione del programma fino a quando un tasto non è stato premuto e rilasciato. Un esempio di utilizzo è il seguente:

pin di I/O è possibile adottare una soluzione molto pratica: possiamo collegare al PIC una tastiera PS/2, del tipo utilizzato di solito per i PC. Sono sufficienti due linee di I/O: una per i dati seriali, l’altro per il clock. Ad ogni pressione di un tasto la tastiera invierà il suo “scan code”, sotto forma di una stringa di 11 bit, in cui saranno presenti un bit di start, 8 bit di dati, un bit di parità dispari, ed un bit di stop. Se il tasto viene tenuto premuto, la tastiera invierà di nuovo il dato ogni 100ms circa. Quando il tasto viene rilasciato la tastiera invierà un codice 0xF0, seguito dallo scan code del tasto. I tasti “speciali” (tasti F1-F12, tasti cursore, etc.) sono preceduti da un codice 0xE0. Anche in questo caso non sarà necessario scrivere a mano le routine di gestione, perché il MikroC mette a disposizione delle funzioni già pronte che rendono estremamente semplice

… // Tastiera su porta B Keypad_Init(&PORTB); … // Se è premuto un tasto… c=Keypad_Read(); if (c) { … } // Oppure: // attende la pressione c=Keypad_Release(); …

Se abbiamo bisogno di un maggior numero di tasti e vogliamo utilizzare un minor numero di

91

T e o r i a

Compilatore MikroC Un potente compilatore C per PICmicro ✔

Code Editor

✔

Code Explorer

✔

Debugger

✔

Statistiche



Ordinalo subito su www.farelettronica.com oppure telefona allo 02.66504755



21/80

5/17/2018


Terza parte

92

RISORSE

SPECIALE

PRATICA


l’uso di questi dispositivi. Le funzioni che utilizzeremo sono Ps2_Init e Ps2_Key_Read. Queste funzioni restituiscono le informazioni sui

identica a quella vista in precedenza, le uniche differenze risiedono nella chiamata alle due funzioni che gestiscono la tastiera. Inizialmente è

tasti premuti, e gestiscono anche la conversione da scan code ad ASCII. Per effettuare una prima prova consideriamo lo schema di figura 4, in cui un display a 7 segmenti è collegato alla porta B del PIC, mentre la tastiera è collegata alle linee RA0 ed RA1 della porta A. Il programma che segue legge i dati inviati dalla tastiera e visualizza sul display il carattere corrispondente se questo è un numero oppure una lettera da A ad F.

stata richiamata la funzione di inizializzazione, indicando che la tastiera è collocata sulla porta A. All’interno del loop principale viene richiamata la funzione Ps2_Key_Read. Questa funzione restituisce 1 se è stato premuto o rilasciato un tasto, oppure 0 in caso contrario. Nel primo caso le informazioni sul tasto saranno contenute nelle tre variabili, che vengono passate per riferimento (e che quindi vengono modificate dalla funzione). La variabile key contiene il codice ASCII del tasto premuto o rilasciato, la variabile special vale 1 se è stato premuto un tasto “speciale” (e che quindi key non contiene un valido codice ASCII). La variabile down vale 1 se il tasto è stato premuto, o 0 se è stato rilasciato. Nel programma viene verificato prima di tutto se si è verificata la pressione di un tasto (e non un rilascio), ed in seguito viene fatto un controllo sul valore ASCII del tasto: se questo corrisponde ad un valore numerico o ad una lettera

void main() { unsigned short key, special, down;

a i r o e T

char tasto=0; char segs[16]={0x3F, 0x06, 0x5B, 0x4F, 0x66, 0x6D, 0x7D, 0x07, 0x7F, 0x6F, 0x77, 0x7C, 0x39, 0x5E, 0x79, 0x71}; // Inizializz. TRISB = 0x00; // Inizializz. PS/2 Ps2_Init(&PORTA); // Attende inizializz. Delay_ms(100); TRISA = 0;

dalla alla F (sia minuscole che maiuscole), viene Agenerato il carattere corrispondente da visualizzare sul display. Come si può vedere il funzionamento di queste routine è molto semplice e si presta ad essere utilizzato in molte applicazioni.

PORTA = 15; // Loop infinito while(1) { // Legge tastiera e aggiorna carattere if (Ps2_Key_Read(&key, &special, &down)) { if (down) { if ((key>='0')&&(key<='9'))

DISPLAY LCD INTELLIGENTI

I display LCD intelligenti sono un’altra categoria di dispositivi molto comodi e versatili. Essi permettono infatti di visualizzare testo e numeri disposti su un certo numero di righe e di colonne. La programmazione di questi dispositivi non è

tasto=key-'0'; if ((key>='a')&&(key<='f')) 6 0 0 2 E R B M E T T E S A C I O N R T T E L E E R A F

tasto=key-'a'+10; if ((key>='A')&&(key<='F')) tasto=key-'A'+10; } } PORTB=segs[tasto]; Delay_ms(20); } }

La parte del programma che gestisce il display è

Figura 3 Schema di una tastiera a matrice


22/80

5/17/2018


complicatissima, ma può risultare sicuramente un tantino laboriosa. Anche in questo caso il MikroC ci viene incontro fornendoci delle funzioni di libreria già pronte che permettono di utilizzare in modo molto semplice ed intuitivo questo tipo di display. Le funzioni permettono di visualizzare sul display delle stringhe di testo o dei caratteri, indicandone le coordinate iniziali se desiderato. Vediamo subito un semplicissimo esempio, che applicato allo schema di figura 5, visualizza sul display la stringa “Fare Elettronica!” disposta su due righe: void main() { char *testo1 = “Fare”; char *testo2 = “Elettronica!”; TRISB = 0x00; Lcd_Init(&PORTB); Lcd_Cmd(LCD_CLEAR); Lcd_Out(1,1, testo1); Lcd_Out(2,5, testo2); while(1) {} }

Dapprima viene inizializzato il display sulla porta B, in seguito viene inviato un comando per pulire lo schermo (i comandi disponibili sono parecchi, e si rimanda al manuale del MikroC per un elenco completo), ed infine vengono stampate le due stringhe, la prima nella posizione iniziale (in alto a sinistra), la seconda nella riga sottostante, spostata di 5 caratteri dal bordo sinistro. Mettendo assieme quello che abbiamo imparato fino ad ora, possiamo realizzare un’applicazione leggermente più complessa, che permette di apprezzare la versatilità delle funzioni di libreria viste: proviamo a collegare al PIC una tastiera PS/2 ed un display LCD, e creare un programma che ci permetta di scrivere sul display tramite la tastiera, come avviene di solito sullo schermo di un normale computer. Lo schema da considerare è quello di figura 5, a cui la tastiera può essere collegata alla porta A del PIC, come visto in figura 4. void main() { char x, y; unsigned short key, special, down;

2006

MILANO 20-23 SETTEMBRE

32a BIENNALE INTERNAZIONALE DELL’AUTOMAZIONE, STRUMENTAZIONE, MICROELETTRONICA E ICT PER L’INDUSTRIA

Registrati on-line all’indirizzo www.fieremostre.it/prebs e riceverai un’email che, presentata alle reception dei Padiglioni 11-9 e 18 di Fiera Milano, ti permetterà di ritirare la tessera gratuita di accesso

Siamo presenti al

padiglione stand S15 9 e abbiamo riservato un omaggio per i nostri abbonati

ACCORRETE NUMEROSI!


23/80

5/17/2018


RISORSE

e viene attivato il cursore tramite gli appositi comandi, poi ha inizio il loop principale, in cui si verifica se c’è stata attività sulla tastiera, se è

// Inizializz. TRISB = 0x00; // Inizializz. display Lcd_Init(&PORTB); // Inizializz. PS/2 Ps2_Init(&PORTA); // Attende inizializz. Delay_ms(100); Lcd_Cmd(LCD_CLEAR); Lcd_Cmd(LCD_UNDERLINE_ON); x=1; y=1; // Loop principale while(1) { // Legge tastiera e visualizza if (Ps2_Key_Read(&key, &special, &down)) {

a i r o e T

if (down) { if (!special) { // Testo if ((key>31)&&(key<128)) { Lcd_Chr(y,x,key); x++;

// Avanza cursore

} } else { if (key==30) x--;

// Cursore sx

if (key==31) x++;

// Cursore dx

if (key==32) y=1;

// Cursore su

if (key==33) y=2;

// Cursore giù

if (key==13) { // Enter: cancella x=1; y=1; Lcd_Cmd(LCD_CLEAR); } } // Aggiornamento posizione if (x>16) x=16; if (x<1) x=1; 6 0 0 2 E R B M E T T E S A C I O N R T T E L E E R A F

PRATICA


Terza parte

94

SPECIALE

// Aggiorna posiz. cursore Lcd_Out(y,x,""); } } } }

Come si può vedere il programma è un mix di quelli presentati precedentemente. Il display è stato assegnato alla porta B mentre la tastiera alla porta A. Inizialmente il display viene ripulito

stato premuto un tasto (variabile down=1), se si tratta di un tasto alfanumerico o meno (variabile special ). Il carattere viene quindi inviato al display oppure gestito opportunamente se corrisponde ad un tasto speciale. Come si può vedere le coordinate del cursore vengono gestire dal programma, questo permette di evitare che il cursore possa superare l’area visibile del display. I caratteri sono stampati con la funzione Lcd_Chr, che prende in ingresso le coordinate (riga e colonna), ed il codice ASCII del carattere da stampare, che in questo caso è quello restituito dalla tastiera. Tra i tasti speciali quelli riconosciuti e gestiti sono i tasti cursore, che permettono di spostarsi nelle quattro direzioni, ed il tasto Enter, che viene utilizzato per cancellare il testo visualizzato. Per evitare che il cursore esca dall’area visualizzata (larga 2 righe di 16 caratteri), sono presenti degli appositi controlli che limitano le coordinate x ed y del cursore. La funzione Lcd_Out, che di solito serve per visualizzare una stringa una data la posizione, è usata soltanto per in aggiornare posizionequidel cursore (infatti visualizza una stringa vuota). ANTIRIBALZO CON INTERRUZIONI

Come è stato accennato prima, implementare la funzione di antirimbalzo ed antiripetizione (o ripetizione ad una velocità controllata) può causare qualche inconveniente, se non si progetta bene il tutto. Esistono molte buone soluzioni a questo problema, e di seguito ne mostreremo una che può essere facilmente adattata alle diverse esigenze e ad un numero di pulsanti qualsiasi. L’idea è quella di utilizzare le interruzioni, seguendo la stessa filosofia che abbiamo usato per gestire i display a 7 segmenti di 4 cifre: generare un’interruzione ad intervalli regolari con un timer, e verificare lo stato dei pulsanti in questi intervalli. In pratica ad ogni interruzione verifichiamo se lo stato dei pulsanti è cambiato, in caso affermativo iniziamo a contare da zero, e continuiamo fintantoché lo stato rimane uguale. In questo modo sapremo che se il contatore raggiunge una certa soglia lo stato dei pul-


24/80

5/17/2018


realtà fa anche di meglio: gestisce anche il ritardo con cui aggiornare il valore quan-

Figura 4 Collegamento di una tastiera PS/2 al PIC

santi si è stabilizzato, e quindi possiamo considerare il loro valore valido. Una volta utilizzato il valore dei pulsanti, azzeriamo il contatore in modo da prepararci alla successiva pressione. La nostra routine in

do il pulsante rimane premuto! Infatti il valore caricato nel contatore è differente a seconda che siano verificati dei cambiamenti di stato (pulsante premuto o rilasciato) o che si sia utilizzata la variabile. In questo modo possiamo ottenere una risposta molto veloce alla pressione, ma una velocità di ripetizione molto più lenta quando il pulsante rimane premuto, adatta quindi ai tempi di reazione dell’utente. Il codice che segue mostra la tecnica descritta applicata allo schema di figura 2, in cui i pulsanti controllano l’incremento o il decremento del numero visualizzato sul display a 7 segmenti.

95 T e o r i a

5 9 0 5 5 2

I P M e c i d o C



25/80

5/17/2018


RISORSE

SPECIALE

PRATICA


Terza parte

char tasti, tpress;

if (tasti&0x04) cont--;

void main() {

tpress=0;

char cont=0;

}

char segs[16]={0x3F, 0x06, 0x5B, 0x4F, 0x66, 0x6D,

// Correzione contatore

0x7D, 0x07, 0x7F, 0x6F,

if (cont>9) cont=0;

0x77, 0x7C, 0x39, 0x5E,

if (cont<0) cont=9;

0x79, 0x71}; // Inizializz. porte

} }

TRISA = 0x03; PORTA = 0x08; TRISB = 0x00;

void interrupt()

// Inizializz. registri

{

OPTION_REG

96 a i r o e T

= 0x82;

TMR0

= 0;

INTCON

= 0xA0;

if (tasti==PORTA) { if (tpress<250) tpress++; } else {

// Loop principale

tpress=180;

while(1) {

tasti=PORTA;

// Aggiorna display

}

PORTB=segs[cont];

// Reset timer e flag

// Controlla polsanti

TMR0 = 0;

if (tpress>200) { if (tasti&0x02) cont++;

INTCON = 0x20; }

Figura 5 Collegamento del display LCD al PIC


Rispetto al codice mostrato prima le differenze sono minime, e consistono nell’impiego della routine d’interruzione e delle variabili tpress, che viene usata come contatore per lo stato dei pulsanti, e la variabile tasti , che è in pratica una copia della porta A. Come si può vedere quando viene rilevata una transizione (variabile tasti è diversa dal valore di PORTA), il valore del contatori riparte da 180 e non 0, quindi per raggiungere la soglia (200) impiegherà minor tempo rispetto a quando il valore viene utilizzato (tptress è riportato a 0). Va notato che la routine può essere facilmente

estesa a più pulsanti su più porte, e può essere integrata con la routine di gestione del display vista nella scorsa puntata (o con altre che richiedano simili tempistiche). CONCLUSIONI

Nella prossima puntata vedremo come generare con il PIC ed il MikroC dei segnali PWM e come utilizzarli per delle interessanti applicazioni. Vedremo anche come generare del suoni e melodie con il PIC. Non mancate!


Codice MIP 255088 26/80

5/17/2018


Terza parte n° 255 - Settembre 2006

Gestione di pulsanti, tastiere e display LCD Quarta parte n° 256 - Ottobre 2006

Generazione di segnali PWM Quinta parte n° 257 - Novembre 2006

MHZ

RISORSE

SPECIALE

PRATICA

MikroC by Example:

Realizzazione di un timer digitale programmabile

questa energia verrà dissipata (o utilizzata) dal dispositivo stesso. L'energia media su un periodo di generare e gestire segnali sarà quindi funzione del rapporto tra la durata del livello alto e quella del livello basso (questo rapanalogici utilizzando le normali porto è chiamato "duty cycle "). Se vogliamo otteuscite digitali del microcontrollore. nere un valore "medio" stabile occorrerà che il In questo articolo verranno descritte dispositivo collegato sia "sufficientemente lento", in modo da eseguire proprio l'operazione di diverse tecniche per generare "media" nel tempo. segnali PWM utilizzano i PIC Nel caso di un microcontrollore (o altro dispositivo digitale) potremo ottenere un valore di tensioed il MikroC. ne analogico compreso tra circa 0V e 5V (o comunque la tensione del livello logico alto), semplicemente generando un'onda quadra e varianINTRODUZIONE do il duty cycle dallo 0% al 100%. Come già Quella di generare o controllare segnali analogi- detto è necessario che il circuito collegato a valle

L

a modulazione PWM permette

92 a i r o e T

6 0 0 2 E R B O T T O A C I N O R T T E L E E R A F

ci utilizzandofrequente. un microcontrollore un'esigenza abbastanza In molti casiè infatti un'informazione binaria tipo acceso/spento non è sufficiente, ma occorrere un segnale analogico vero e proprio al cui livello possa essere associata un'informazione. Quasi tutti i microcontrollori mettono a disposizione dei convertitori Analogico/Digitali, ma quasi nessuno incorpora la funzione opposta. Una soluzione un po’ drastica (dal punto di vista dei costi) potrebbe essere quella di utilizzare un convertitore Digitale/Analogico esterno. Per fortuna nella maggior parte di applicazioni non occorre arrivare a tanto, ed è possibile utilizzare i dispositivi messi a disposizione dal micro per ottenere questa funzione. Per fare questo si ricorrere infatti alla modulazione PWM (Pulse Width Modulation, ossia modulazione a larghezza di impulsi), che consente appunto di generare dei segnali analogici partendo direttamente da segnali digitali. L'idea è la seguente: si utilizza un'onda quadra, di solito a frequenza costante, scegliendo opportunamente il tempo in cui essa si mantiene a livello alto in ciascun periodo. Questo tempo è quello in cui in ogni ciclo effettivamente forniamo energia al dispositivo collegato, nel tempo rimanente

abbia un comportamento "passa basso",Seinquesta modo da rispondere con sufficiente lentezza. condizione non è verificata, basta aggiungere un filtro passa basso passivo come mostrato in seguito. Ma come si genera un segnale PWM? Il metodo classico è illustrato in Figura 1. È utile comprendere questo metodo perché sarà quello che utilizzeremo negli esempi seguenti (implementato via software o hardware). Si utilizza un contatore che viene costantemente incrementato, ed un valore di soglia: se il valore del contatore è inferiore alla soglia, l'uscita sarà a livello alto, se il contatore è maggiore o uguale, l'uscita sarà posta a livello basso. Per valori bassi della soglia si otterranno quindi duty cycle bassi, e viceversa. Nei prossimi paragrafi vedremo come implementare questo meccanismo in C, utilizzando diverse tecniche.

Figura 1 Generazione di un segnale PWM


27/80

5/17/2018


Generazione di segnali PWM di Antonio Di Stefano

cont++;

PWM CON CODICE SEQUENZIALE

Il codice riportato di seguito mostra com'è possibile implementare in C un semplice generatore di segnale PWM. In questo caso il segnale viene costruito letteralmente come spiegato prima: viene usata una variabile per implementare il contatore, una per la soglia ed una condizione che aggiorna il livello dell'uscita. Questo approccio ha il vantaggio di essere utilizzabile su qualsiasi PIC, anche i più semplici, in quanto non si ricorre ad alcuna periferica hardware specifica, ed è possibile avere l'uscita su qualsiasi piedino di I/O. Il segnale PWM generato viene utilizzato nello schema di Figura 2 per fare lampeggiare un LED con una variazione graduale della luminosità. Ci si potrebbe chiedere come mai non sia stato usato un passa basso. In effetti è unaffatto dispositivofiltro abbastanza veloce, e nonil LED esegue la media del segnale, ma ne segue fedelmente il valore. Tuttavia il risultato che si ottiene è buono, perché la media è eseguita dal nostro occhio, che ha un tempo di risposta di circa un ventesimo di secondo! Il codice è riportato di seguito. void main() { unsigned char cont, level, i; TRISB = 0; PORTB = 0;

i++; if (i==200) { level++; i=0; } } }

La variabile cont è usata come contatore, ed è quindi incrementata ad ogni iterazione. Dal momento che è ampia 8 bit, raggiunto il limite di 255 tornerà automaticamente a zero. La variabile level è usata come soglia. Se avessimo assegnato un valore fisso, avremo potuto ottenere un valore

93 T e o r i a

stabile di luminosità delèLED. In questo caso invece il valore della soglia variato progressivamente, in modo da avere un duty cycle che inizia dallo 0% (level=0) al 100% (level=255). La soglia è incrementata ogni 200 iterazioni, in modo da rendere visibile la variazione, per fare questo è stata utilizzata la variabile i , che serve proprio per contare quante volte viene eseguito il loop. Un paio di considerazioni importanti: quanti livelli di luminosità possiamo ottenere? Ben 256, cioè tanti quanti sono i livelli del contatore PWM. Qual è invece la frequenza della nostra onda PWM? Qui la risposta è meno ovvia: per completare un

cont=0; level=0; i=0; // Loop infinito while(1) { if (cont>level) { PORTB=0; } else { PORTB=1; }

Figura 2 Schema per l'accensione del LED con onda PWM


F A R E E L E T T R O N I C A O T T O B R E 2 0 0 6

28/80

5/17/2018


Quarta parte

94 a i r o e T

MHZ

RISORSE

N O R T T E L E E R A F

PRATICA

MikroC by Example: Generazione di segnali PWM

periodo è necessario che il contatore esaurisca il conteggio, quindi serviranno ben 256 iterazioni del loop per completare un solo periodo!

fatto che il segnale PWM generato ha una risoluzione di 16 livelli e non 256. Questo è stato ottenuto incrementando il contatore di 16 invece che

Supponendo di utilizzare un PIC funzionante a 4MHz, possiamo misurare quanto tempo impieghiamo per eseguire un'iterazione del loop utilizzando il Debugger del MikroC, facendolo funzionare in modalità step, e osservando il tempo di esecuzione riportato in basso. Il risultato è 16us, quindi 16us*256=4096us, cioè ben 4ms (244Hz)! Giusto in tempo per non percepire un fastidioso sfarfallio…Questo semplice calcolo mette in luce un problema tipico del PWM: se vogliamo ottenere una risoluzione alta, dobbiamo accontentarci di frequenze basse, a meno di non "contare" a velocità molto elevate (cosa non sempre possibile o conveniente).

di 1 (l'overflow si ha in 256/16=16 passi). Questo accorgimento, unito all'utilizzo delle interruzioni permette di ottenere una frequenza PWM molto più alta. unsigned char cont, level; void main() { // Inizializz. porte TRISA = 0x03; PORTA = 0x00; TRISB = 0x00; // Inizializz. Registri

PWM CON INTERRUZIONI

OPTION_REG

Uno dei problemi del codice presentato prima è che il periodo dell'onda PWM dipende dalla quantità delle istruzioni che sono presenti nel loop principale. Ovviamente in programmi completi il loop sarà affollatissimo di istruzioni e routine e quindi la

TMR0

= 0;

INTCON

= 0xA0;

risulterà inoltre indipendente dal contenuto del loop principale e dal resto del programma. Il codice riportato di seguito implementa il metodo appena descritto: il segnale PWM viene utilizzato per regolare la luminosità di un LED, il cui livello può essere regolato manualmente agendo sui due pulsanti SW1 ed SW2, che permettono di aumentarlo o diminuirlo (lo schema è riportato in Figura 3). Si può notare come la gestione dei pulsanti sia fatta nel loop principale, dove per evitare

= 0x80;

cont=0; level=0;

frequenza PWM risulterà bassissima e probabilmente nondel costante. Per risolvere questo inconveniente, come abbiamo fatto in altre occasioni, possiamo utilizzare le interruzioni. Programmiamo il timer TMR0 del PIC in modo da generare un'interruzione ad intervalli regolari, ed utilizziamo la routine di servizio per incrementare il contatore PWM ed aggiornare l'uscita. In questo caso la frequenza dell'onda generata sarà facile da calcolare essendo data dalla frequenza delle interruzioni diviso il numero di passi del contatore. Questa frequenza

6 0 0 2 E R B O T T O A C I

SPECIALE

// Loop infinito while(1) { if (PORTA&0x01) level+=16; if (PORTA&0x02) level-=16; Delay_ms(100); } } void interrupt() { if (cont>level) { PORTB=0; } else { PORTB=1; } cont=cont+16;

problemi rimbalzo è stato inserito addirittura un ritardo didi100ms! Tutto questo non interferisce con la generazione del segnale PWM, che invece segue tempistiche indipendenti. Un'altra differenza rispetto al codice presentato prima risiede nel

TMR0 = 0;

// reset timer

INTCON = 0x20;

// cancella flag IRQ

}


29/80

5/17/2018


I pin RA0 e RA1 della porta A sono impostati come ingressi ed utilizzati per rilevare la pressione dei pulsanti. La porta B è utilizzata per la

niente prescaler, etc.). Nel loop viene soltanto rilevata la pressione di uno dei due pulsanti ed aggiornato il livello, nella routine d'interruzione

generazione dell'onda PWM (sul piedino RB0). Sono abilitate le interruzioni relative al TMR0, ed impostati il suoi parametri (clock interno,

invece si trova lo stresso codice che prima era nel loop principale. Come già detto il contatore è incrementato di 16 unità invece che di 1, per ottenere una risoluzione di 16 livelli (4 bit). Si sarebbe anche potuto resettare il contare stesso una volta raggiunto il valore 16, in questo caso anche il livello sarebbe stato espresso come un numero compreso tra 0 e 15. GENERAZIONE PWM HARDWARE

Figura 3 Schema per controllo luminosità LED

Nonostante i vantaggi di utilizzare le interruzioni, la generazione del segnale PWM via software costituisce sempre un compito piuttosto gravoso per il PIC, soprattutto quando deve svolgere anche diversi altri compiti o la frequenza scelta è piuttosto alta. Una soluzione molto efficiente è costituita dall'impiego di periferiche hardware apposite presenti su molti PIC. In questo caso è sufficiente programmare il modulo appo-

95 T e o r i a

Compilatore MikroC Un potente compilatore C per PICmicro 

Code Editor



Code Explorer



Debugger



Statistiche



Ordinalo subito su www.ieshop.it oppure telefona allo 02.66504755



30/80

5/17/2018


Quarta parte

MHZ

RISORSE

SPECIALE

PRATICA


sito ed il segnale verrà generato in maniera del tutto indipendente dal software. Questo approccio come vedremo è reso più semplice

// Loop infinito while(1) { Pwm_Change_Duty(level);

dal fatto che il MikroC mette a disposizione alcune funzioni di libreria per utilizzare queste periferiche. Nell'esempio seguente viene utilizzato il modulo CCP (Capture / Cpmpare / PWM) di un PIC16F876 per controllare l'accensione e lo spegnimento "soft" di una lampadina a 12V (Figura 4). Va notato che quando si utilizza il generatore hardware l'uscita del segnale può essere prelevata soltanto dal piedino RC2 (non è selezionabile arbitrariamente).

if (PORTB) { delta=-delta; run=1; while(PORTB){}; } if (run) level=level+delta; if ((level==0)||(level==255)) run=0;

void main() {

96 a i r o e T

Delay_ms(20);

unsigned char level; }

char delta, run; } // Iniz. porte

La funzione Pwm_Init imposta la frequenza dell'onda PWM, la funzione Pwm_Start avvia la generazione del segnale (esiste anche Pwm_Stop per fermarlo), mentre Pwm_Change_Duty serve per cambiare il valore

TRISB = 0x01; PORTB = 0; PORTC = 0; TRISC = 0;

// Init. modulo PWM Pwm_Init(1000); // Freq. PWM 1000Hz Pwm_Start();

// Start PWM

delta=1; run=0; level=255;

di cycle generato. Come risulta si vede,particolarutilizzandoduty queste funzioni il codice mente semplice. Ad ogni pressione del pulsante viene attivato l'aggiornamento del livello (run=1) ed invertita la direzione d'incremento (il modo da ottenere una rampa in salita ed in discesa in maniera alternata). Una volta raggiunto uno dei


Figura 4 Schema per accensione e spegnimento soft di una lampada


31/80

5/17/2018


LA SOLUZIONE

per il disegno tecnico

Sprint-Layout sPrint-Layout è il compagno ideale di sPlan anche se può lavorare in modo del tutto indipendente. Il programma è studiato appositamente per la realizzazione di circuiti stampati, il quale, oltre le funzioni standard necessarie alla creazione di circuiti stampati, offre anche funzioni professionali quali: esportazione in formato GERBER ed EXCELLON. Tra le numerose ed innovative caratteristiche ne troviamo una studiata appositamente per gli hobbisti, infatti, è possibile scannerizzare un circuito stampato da una rivista o un qualsiasi supporto cartaceo ed importarlo per facilitarne il disegno o la modifica. La funzione di “photoview” mostra il circuito stampato così come apparirebbe una volta prodotto (funzione che utilizziamo per la rivista Fare Elettronica). Un libreria di componenti, facilmente creabili o modificabili, completa la ricca dotazione del programma. I disegni di Fare Elettronica sono realizzati con Sprint-Layout, da oggi potrai scaricarli dal sito e modificarli direttamente. € 39,00 (+Iva)

sPlan Splan è un cad appositamente realizzato per la stesura di schemi elettrici che implementa tutti gli strumenti necessari allo svolgimento del lavoro in modo semplice ed efficace. sPlan è dotato di molte funzioni tra le quali: numerazione automatica di componenti, scaling e preview dei componenti, gestione delle librerie di simboli, modifica di ogni singolo elemento sullo schermo, griglia di posizionamento, connessioni automatiche, e molto altro ancora. La libreria di simboli contiene moltissime parti pronte all’uso, inoltre le funzioni di editing dei simboli consentono la creazione di nuovi molto velocemente. SPlan implementa anche un potente motore di stampa e la possibilità di esportare i disegni in diversi formati, anche grafici. € 39,00 (+Iva)

7 9 0 6 5 2

Front Designer

P I M e c i d o C

I tempi sono cambiati ed il vostro progetto elettronico non ha più motivo di essere incluso in un vecchio pacchetto di sigari. Oggi molti rivenditori offrono contenitori adatti a tutti i tipi di circuiti immaginabili, ma spesso i dispositivi autocostruiti restano incompleti per la mancanza delle indicazioni sul pannello frontale. Front Designer offre la possibilità di creare pannelli frontali veramente professionali. € 39,00 (+Iva)

Puoi ordinare Sprint-Layout , sPlan e Front Designer sul sito Internet www.ieshop.it/abacom oppure telefonando allo 02.66504755


32/80

5/17/2018


Quarta parte

MHZ

RISORSE

{ Pwm_Change_Duty(onda[j&0x0F]); j++;

visibile la variazione di luminosità.

TMR0 = 192; // reset timer

GENERAZIONE DI SEGNALI ANALOGICI

a i r o e T

PRATICA


due estremi (0 o 255) l'aggiornamento viene arrestato (run=0). Il ritardo di 20ms serve per evitare fenomeni di rimbalzo e per rendere più

98

SPECIALE

La tecnica PWM può essere utilizzata per generare segnali analogici. Per fare questo è sufficiente aggiornare il duty cycle dell'onda PWM a intervalli regolari, con i campioni del segnale analogico da riprodurre. La frequenza di riproduzione dei campioni può essere al massimo pari a quella dell'onda PWM, e quindi la massima frequenza analogica riproducibile risulta metà di questa frequenza. In realtà per evitare distorsioni è bene fare in modo che ogni campione della forma d'onda analogica sia mantenuto per diversi cicli dell'onda PWM. Il codice seguente mostra la generazione di una sinusoide utilizzando la tecnica descritta, ed il circuito di Figura 5. unsigned char j; const unsigned char onda[16]={128,176,218,246, 255,246,218,176, 128, 79, 37, 10, 0, 10, 37, 79}; void main() { // Inizializz. porte e regs PORTC = 0;

INTCON = 0x20;

// reset flag IRQ

}

I 16 campioni della sinusoide sono memorizzati in un array, che ad ogni interruzione viene letto per assegnare al duty cycle il valore del campione corrente (puntato dall'indice j). La frequenza dell'onda generata sarà data da quella di over flow del TMR0 (Fclk/4 diviso 256-192=64), diviso 16 campioni per periodo. Partendo da un clock di 8MHz si ottiene una sinusoide della frequenza di circa 300Hz. Per aumentare la frequenza della sinusoide occorre caricare in TMR0 un valore maggiore, in modo da aumentare la frequenza con cui vengono generate le interruzioni, ma occorre mantenersi sotto la frequenza dell'onda PWM, che è stata scelta pari a 31248Hz. Per ottenere un segnale analogico pulito (poco distorto) si dovrebbe fare in modo da mantenere la frequenza del segnale generato abbastanza più bassa di quella di campionamento, o in caso contrario utilizzare un filtro passa basso abbastanza ripido la cui frequenza di taglio può essere più vicina a quella di campionamento. Nel circuito di Figura 5 è stato utilizzato un semplice circuito RC come filtro passa-basso, la cui frequenza di taglio è circa 1500Hz. Va ricordato che in questo caso il carico deve avere un'impedenza sufficientemente alta (almeno qualche Kohm), in modo da non variare la costante di tempo de circuito.

TRISC = 0; OPTION_REG


GENERAZIONE DI SUONI ED EFFETTI

= 0x80;

TMR0

= 192;

INTCON

= 0xA0;

// Init. modulo PWM Pwm_Init(31248);

// Freq. PWM = 31KHz

Pwm_Start();

// Start PWM

// Loop infinito while(1) {} } void interrupt()

Apparentemente l'argomento potrebbe sembrare poco correlato con la generazione di segnali PWM, invece proprio i componenti del PIC che generano i segnali PWM possono essere utilizzati anche per generare suoni, note musicali ed effetti sonori. Agendo sui rispettivi registri infatti è possibile modulare sia l'ampiezza (attraverso il duty cycle) che la frequenza del segnale generato. Una volta inizializzato ed avviato il modulo PWM è possibile variare il duty cycle agendo sul registro CCPR1L, e la frequenza, agendo sul regi-


33/80

5/17/2018


stro PR2. Il primo determina il valore del contatore TMR2 superato il quale l'uscita si porta a livello basso, mentre il secondo determina il valore per cui il timer viene resettato (più piccolo sarà questo valore, più frequente sarà l'overflow). Se vogliamo usare il modulo PWM per generare suoni dobbiamo soltanto tenere presente due cose: 1) il prescaler di TMR2 (bit 0 e 1 del registro T2CON) deve essere impostato in modo che la frequenza ottenuta risulti udibile; 2) Il valore di duty cycle deve essere inferiore al limite di conteggio, altrimenti non ci saranno variazioni nel segnale d'uscita. Maggiori dettagli possono essere trovati nel datasheet del PIC. Nell'esempio seguente è stato utilizzato un PIC16F876 con clock ad 8MHz (stesso schema di Figura 5), il prescaler è stato impostato a 1:16, ottenendo frequenze che coprono un range che va da circa 100Hz a circa 1KHz. Il programma assegna dei valori crescenti e poi decrescenti al registro PR2, ad intervalli di 100ms, ottenendo un effetto sonoro tipo scala ascendente e discendente (o "sirena", se riprodotto più velocemente). E' possibile anche calcolare i valori per PR2 in modo da ottenere le note musicali,una chemelodia suonate in sequenza possono produrre vera e propria. Invece assegnando a PR2 una sequenza veloce di valori "arbitrari" si possono ottenere degli interessanti effetti sonori (molto simili a quelli dei vecchi videogame!). Com'è facile immaginare anche in questo caso l'aggiornamento dei valori può essere fatto all'in-

terno di una routine d'interruzione, in modo da lasciare spazio ad altre routine all'interno del loop principale. void main() { unsigned char j; // Init. porte PORTC = 0; TRISC = 0; Pwm_Init(1000); Pwm_Change_Duty(128); Pwm_Start(); T2CON=0x07;

// Init. prescaler

// Loop infinito

99

while(1) { for(j=70; j<255; j+=5) { PR2=j; Delay_ms(100);

T e o r i a

} for(j=255; j>70; j-=5) { PR2=j; Delay_ms(100); }

}

}

CONCLUSIONI

Gli esempi visti in queste quattro puntate dovrebbero avere fornito un'idea relativamente chiara di come si possano scrivere dei semplici programmi in C per i microcontrollori PIC. Nella prossima puntata verrà utilizzato quanto visto fino ad ora per realizzare un'applicazione completa e leggermente più complessa di quelle viste fino ad ora: un utilissimo timer digitale programmabile. Questa applicazione ci darà l'opportunità si studiare come strutturare in C un programma più complesso e come fare interagire le sue parti nel modo più corretto. Verranno presentati come al solito gli schemi ed il codice completo.

Figura 5 Schema per la generazione di un segnale analogico


Codice MIP256092


34/80

5/17/2018


MHZ

RISORSE

SPECIALE

PRATICA

Quarta parte n° 256 - Ottobre 2006

Generazione di segnali PWM Quinta parte n° 257 - Novembre 2006

MikroC

Realizzazione di un timer digitale programmabile Sesta parte n° 258 - Dicembre 2006

Uso delle interfacce seriali

by Example:

I

In questa puntata considereremo un progetto

possibile impostare: giorno della settimana, ora di inizio, e durata. Se non si specifica un giorno preciso, l’evento verrà attuato con frequenza giornaliera. I dati e le impostazioni sono visualizzate su un display LCD 16x2, e la programmazione avviene utilizzando 4 pulsanti: “Adjust”, “Select”, “-” e “+”. In base alla modalità selezionata i tasti possono avere diverse funzionalità. In genere Il primo serve per entrare nella modalità di modifica dei dati, il secondo per cambiare modalità (visualizzazione ora / visualizzazione eventi) o per spostare il cursore in campi successivi. Gli ultimi due servono invece per impostare i valori voluti o per scorrere i dati. Nella modalità di visualizzazione dell’ora viene appunto mostrata l’ora attuale (ore, minuti, secondi), il giorno

relativamente più complesso di quelli visti fino ad ora, un esempio di applicazione completa scritta interamente in C. Questo permetterà di analizzare le tecniche e le soluzioni adottate e la struttura del codice di un’applicazione reale, tra l’altro abbastanza utile in pratica. Nonostante l’applicazione non sia eccessivamente complessa, essa presenta alcuni aspetti non proprio intuitivi, che devono essere risolti in modo adeguato (ad esempio la gestione dell’interfaccia utente). Per questioni di spazio non è possibile riportare l’intero codice qui (è lungo più di 660 linee!), ne verrà però descritta la struttura, il funzionamento, e mostrate le routine principali. Il codice completo può comunque essere scaricato dal sito di Fare Elettronica. Prima di passare alla descrizione del codice e delle tecniche implementative utilizzate però è il caso di descrivere in dettaglio le specifiche dell’applicazione che ci proponiamo di realizzare. Il timer che vogliamo implementare deve essere

della settimana e lo stato dell’uscita. La pressione di “Adjust” permette di modificare i valori correnti, la pressione di “Select” permette invece di visualizzare gli eventi. Premendo “+” e “-” si può attivare o disattivare manualmente l’uscita. Nella modalità di visualizzazione degli eventi è possibile visualizzare, attivare ed impostare i valori di ciascuno di essi, in modo simile a quanto visto prima. Dettagli più precisi possono essere dedotti dal codice stesso e dal diagramma di stato riportato di seguito. Lo schema elettrico del circuito che implementa il timer è riportato in Figura 1, e come si può vedere è relativamente semplice. E’ stato utilizzato un PIC16F876 funzionante a 8MHz, un display LCD “intelligente” 16x2 e pochi altri componenti passivi. Si sarebbe potuto utilizzare un micro più piccolo, ma si è preferito puntare sul 16F876 perché avendo a disposizione diverse porte libere, permette di aggiungere e sperimentare funzioni aggiuntive (si veda in seguito).

n questa puntata verrà utilizzato quanto visto negli

scorsi numeri per realizzare un'applicazione completa: un 86

a i r o e T

timer settimanale programmabile. Verranno illustrati i dettagli del codice C, le tecniche utilizzate e lo schema elettrico.

SPECIFICHE DEL TIMER

6 0 0 2 E R B M E V O N A C I N O R T T E L E E R A F

capace di memorizzare l’ora corrente ed il giorno della settimana, e di gestire un certo numero di eventi che controllano quando l’uscita (ossia un relè a cui può essere collegato un carico arbitrario) deve essere attivata. Per ciascun evento è

STRUTTURA DEL CODICE

Il programma è costituito da un unico modulo (Timer.c) e dal suo header (Timer.h). Nel primo è contenuto il corpo di tutte le funzioni (compreso


35/80

5/17/2018


Realizzazione di un timer digitale programmabile


il main), mentre nel secondo sono presenti le dichiarazioni di macro, costanti, tipi, variabili globali ed i prototipi delle funzioni. Questa suddivisione, come sarà più chiaro in seguito, è utile per consentire di modificare alcuni parametri senza bisogno di modificare il codice. Nel listato 1 è riportato il contenuto in Timer.h ed è utile per iniziare a comprendere la struttura dell’intero programma. In generale le funzioni del timer sono gestire da due entità: la macchina a stati principale, che si occupa in pratica di gestire l’interfaccia utente, e la routine d’interruzione, che invece provvede ad aggiornare l’ora corrente e ad eseguire la lettura dello stato dei pulsanti con la funzione anti-rimbalzo. Questa suddivisione è stata scelta dal momento che l’aggiornamento dell’ora

Routine d’interruzione

e lo stato dei pulsanti sono prioritari, e in qualche caso determinano la visualizzazione dei dati ed il comportamento del circuito.

le impostazioni del TMR0 nella routine Init), i secondi verranno incrementati quando il contatore raggiunge 125 (valore di TCK_SEC).

Le interruzioni sono generate dal timer TMR0 del PIC, e servono per cadenzare il funzionamento dell’intero circuito. Il codice della routine d’interruzione, contenuta nel modulo Timer.c è riportato nel listato 2. L’aggiornamento dell’ora avviene incrementando i campi dell’apposita struttura, e considerando i rispettivi valori di overflow (60 per secondi e minuti, 24 per le ore, 7 per i giorni). Dal momento che non è possibile dividere la frequenza del timer TMR0 del PIC per un fattore tale da avere a disposizione un interrupt ogni secondo (o sue frazioni decimali), è necessario utilizzare un contatore (il campo tck) per ottenere l’incremento dei secondo con la giusta cadenza. In particolare, dal momento che l’interruzione avviene ogni 1/125 secondi (si vedano

Figura 1 Schema del timer


87 T e o r i a

F A R E E L E T T R O N I C A N O V E M B R E 2 0 0 6

36/80

5/17/2018


MHZ

RISORSE

SPECIALE

PRATICA

Quinta parte MikroC by Example: Realizzazione di un timer digitale programmabile

[Listato 1]

char *blank=””;

/*** Timer.h ***/

// - Variabili di stato e temporanee -

// *** Costanti ***

enum stati {S_VIS_ORA, S_SET_ORA,

// Tick per secondo

S_VIS_EVENTI, S_SET_EVENTI} stato;

#define TCK_SEC 125 // Valore di reset del TMR0 #define TMR0_RESET 131 // Valore di reset anti-rimbalzo #define P_RESET 15 #define P_SOGLIA 20

// Ora e giorno corrente // Array eventi

#define N_EVENTI 8 // Valore posrta stato ON #define USCITA_ON

// *** Prototipi ***

0x80

// Valore posrta stato OFF

typedef struct { unsigned char hr;

// Ora

unsigned char min;

// Minuti

unsigned char sec;

// Secondi

unsigned char grn;

// Giorno

unsigned int

// Clock Tick

} tempo;

//

0=pulsnate non premuto,

//

1=pulsante premuto

//

(il contatore viene resettato)

char PTest(char i); // Stato visualizzazione ora void Vis_Ora(void);

// - Tipo evento typedef struct { unsigned char hr;

void Init(void);

// Test pressione pulsanti // Restituisce:

// - Tipo tempo -

tck;

// Inizializza registri e // variabili all’avvio

// *** Definizione tipi ***

N O R T T E L E E R A F

start_stop, uscita;

evento eventi[N_EVENTI];

// N. eventi gestiti

#define USCITA_OFF 0x00

6 0 0 2 E R B M E V O N A C I

tdmin[4], tnev[4]; unsigned char Pcnt[4], secondo,

tempo ora;

// Soglia ripetizione #define P_RIPETIZ 0

a i r o e T

char thr[5], tmin[5], tsec[4], tdhr[5],

unsigned char pos, nevento;

// Soglia anti-rimbalzo

88

char *onoff[2]={“Off”, “On “};

// Stato modifica ora // Ora

unsigned char min;

// Minuti

unsigned char sec;

// Secondi

unsigned char grn;

// Gionro

unsigned char d_hr;

// Durata ore

unsigned char d_min;

// Durata minuti

unsigned char attivo;

// On/Off

} evento; // *** Variabili globali *** // - Stringhechar *nomegrn[8]={“Lun”, “Mar”, “Mer”, “Gio”, “Ven”, “Sab”, “Dom”, “—-”};

void Set_Ora(void); // Stato visualizza eventi void Vis_Evento(void); // Stato modifica eventi void Set_Evento(void); // Testa gli eventi e aggiorna l’uscita void Test_Eventi(void); // Funzioni di visualizzazione void Display_Ora(char edit); void Display_Eventi(char edit); void Cursore(char n);


37/80

5/17/2018


Gestione dei pulsanti

I pulsanti sono gestiti con la tecnica descritta nel numero 255 di FE: ad ogni pulsante è associato un contatore (Pcnt[…]) che viene incrementato ad ogni interruzione se il pulsante risulta premuto, o viene resettato se questo viene rilasciato. Se il contatore raggiunge il valore scelto come soglia significa che è stato premuto per un intervallo sufficientemente lungo (precisamente (2015)/125s = 4ms). Questo evita che i rimbalzi dei

tasti possano essere percepiti come pressioni. La funzione che verifica se la soglia di un dato pulsante è stata superata è PTest: char PTest(char i) { if (Pcnt[i]==P_SOGLIA) { Pcnt[i]=P_RIPETIZ; return 1; } else { return 0;

[Listato 2]

void interrupt()

} }

{ if (start_stop) ora.tck++; TMR0 = TMR0_RESET;

// reset timer

// Aggiornamento ora if (ora.tck==TCK_SEC) { ora.tck=0; ora.sec++; secondo=1; if (ora.sec==60) {

Se è stato raggiunto il valore di soglia la funzione restituisce 1, e resetta il contatore, in modo da consentire la successiva rilevazione. Va notato che il valore di reset è diverso rispetto al coso di rilascio del pulsante (in questo caso la soglia è raggiunta in 20/250s = 160ms). Questo permette di differenziare tra ritardo anti-rimbalzo o ritardo di ripetizione se il tasto è continuamente premuto.

89 T e o r i a

Funzione main

ora.sec=0; ora.min++; if (ora.min==60) { ora.min=0; ora.hr++; if (ora.hr==24) { ora.hr=0; ora.grn++; if (ora.grn==7) ora.grn=0; } } } } // Stato pulsanti if ((PORTC&0x01)&&(Pcnt[0]
La funzione main, come si può vedere dal codice, è piuttosto snella ed implementa soltanto il loop principale del programma che contiene la macchina a stati che gestisce l’interfaccia utente. Questa struttura è stata utilizzata dal momento che le funzioni dei tasti ed i dati visualizzati sul display variano a seconda del contesto e delle azioni che si sono compiute in precedenza. Occorre quindi considerare lo stato in cui ci si trova e aggiornarlo in base alle azioni dell’utente. La variabile “stato”, di tipo enumerativo, svolge questo compito. Il diagramma degli stati è mostrato in Figura 2, il codice che li implementa invece è mostrato nel listato 3. In pratica lo stato attuale determina quale delle 4 funzioni è eseguita ad ogni iterazione del loop. Ciascuna funzione conterrà il codice necessario per svolgere i compiti associati, e cambiare stato in funzione dei tasti premuti. Si può notare che prima di entrare nel loop principale, viene richiamata la funzione “Init” che inizializza tutte le porte, i registri e le variabili utilizzate. Funzioni di gestione degli stati

INTCON = 0x20; }

Le funzioni richiamate dai vari stati sono Vis_Ora, Vis_Evento, Set_Ora e Set_Evento. Le



38/80

5/17/2018


MHZ

RISORSE

SPECIALE

PRATICA


[Listato 3]

void main() { Init(); while(1) { switch (stato) { case S_VIS_ORA: Vis_Ora(); break; case S_SET_ORA: Set_Ora(); break; case S_VIS_EVENTI:

90

Vis_Evento(); break;

a i r o e T

case S_SET_EVENTI: Set_Evento(); break; }

Funzione di visualizzazione

Le funzioni utilizzate per la visualizzazione sono tre: Display_Ora(), Display_Eventi() e Cursore(). Le prime due visualizzano l’ora attuale e la lista di eventi rispettivamente. Esse prendono in ingresso un parametro che può valere 0 nel caso della visualizzazione normale, o 1 nel caso si voglia fare apparire il cursore sul valore da modificare. Il posizionamento e la visualizzazione del cursore in base al parametro da modificare sono gestiti dalla funzione Cursore(). A scopo di esempio, la funzione Display_Ora(), è riportata nel listato 6. Come si può vedere sono state utilizzate le funzioni di libreria del MikroC per convertire i valori numerici in stringhe e per visualizzarli sull’LCD (funzione Lcd_Out). MODIFICHE E MIGLIORAMENTI

Modificando il valore delle macro presenti nel file Timer.h è possibile personalizzare le caratteristiche del timer in base alle proprie

} }


prime due gestiscono gli stati in cui sono visualizzati l’ora corrente o gli eventi, mentre gli altri gestiscono la fase di modifica dei valori in questi stati. Ciascuna di queste funzioni è composta da una parte che si occupa della visualizzazione (richiamando una funzione apposita), e da una serie controlli sulla pressione dei pulsanti, che generano il cambiamento di stato o del valore di alcune variabili. A titolo di esempio nel listato 4 è riportato il codice della funzione Vis_Ora. Allo scadere di ogni secondo, la variabile “secondo” viene impostata ad 1 dalla routine d’interruzione. In questo caso viene richiamata la funzione di visualizzazione dell’ora Display_Ora (per aggiornare il display) e quella che controlla la scadenza degli eventi, che determina se l’uscita deve essere attivata o disattivata. Il codice di questa funzione, chiamata Test_Eventi, è riportato nel listato 5. In questa routine viene verificato, per ciascun evento, l’ora di attivazione coincide con l’ora attuale, se o se è trascorso l’intervallo di attivazione associato a ciascun evento. In base a questo controllo viene aggiornata la variabile “uscita”, che poi viene assegnata alla porta C del PIC.

[Listato 4]

void Vis_Ora(void) { if (secondo) { Display_Ora(0); Test_Eventi(); secondo=0; } // Pulsante + if (PTest(0)) { uscita = USCITA_ON; } // Pulsante if (PTest(1)) { uscita = USCITA_OFF; } // Select if (PTest(2)) { stato=S_VIS_EVENTI; Display_Eventi(0); Delay_ms(250); } // Adjust if (PTest(3)) { Display_Ora(1); stato=S_SET_ORA; start_stop=0; Delay_ms(250); } }


39/80

5/17/2018


esigenze. Ad esempio se si utilizza un quarzo di frequenza diversa è sufficiente cambiare i valori di TCK_SEC e TMR0_RESET per ottenere la giusta frequenza. E’ possibile aumentare o diminuire il numero degli eventi gestiti modificando il valore di N_EVENTI, e si può anche variare il piedino di uscita e la sua polarità modificando USCITA_ON e USCITA_OFF. Modificando il codice possono essere aggiunte in maniera semplice ulteriori caratteristiche interessanti, ad esempio la gestione di più uscite indipendenti o l’utilizzo di segnali esterni per condizionare determinati eventi. In particolare, si può utilizzare la porta A per

Figura 2 Diagramma degli stati del timer

91 T e o r i a


Code Editor

✔

Code Explorer

✔

Debugger

✔

Statistiche

Tutto in un ambiente Windows facile ed i ntuitivo





40/80

5/17/2018


MHZ

RISORSE

SPECIALE

PRATICA


[Listato 6]

[Listato 5]

void Test_Eventi(void)

void Display_Ora(char edit)

{

{

char i, ora_fine, min_fine, grn_fine;

Lcd_Cmd(LCD_CURSOR_OFF); ByteToStr(ora.hr, thr);

for(i=0; i
ByteToStr(ora.min, tmin);

min_fine=eventi[i].min+eventi[i].d_min;

ByteToStr(ora.sec, tsec);

ora_fine=eventi[i].hr+eventi[i].d_hr;

if (thr[1]==’ ‘) thr[1]=’0’;

grn_fine=eventi[i].grn;

if (tmin[1]==’ ‘) tmin[1]=’0’;

if (min_fine>59) {

if (tsec[1]==’ ‘) tsec[1]=’0’;

min_fine=min_fine-60;

thr[3]=’:’;

ora_fine++;

tmin[3]=’:’; Lcd_Out(1,1,nomegrn[ora.grn]);

} ora_fine=ora_fine-24;

Lcd_Out(2,1,(thr+1)); Lcd_Out(2,4,(tmin+1));

if (grn_fine!=7) {

Lcd_Out(2,7,(tsec+1));

if (ora_fine>23) {

92

a i r o e T

if (uscita)

grn_fine++;

Lcd_out(2, 14, onoff[1]);

if (grn_fine==7) grn_fine=0;

else

}

Lcd_out(2, 14, onoff[0]);

}

if (edit) {

if((ora.grn==grn_fine)||

Cursore(pos+1);

(eventi[i].grn==7)) {

} else {

if (ora.hr==ora_fine) {

Lcd_Cmd(LCD_CURSOR_OFF); if (ora.min==min_fine) { if (eventi[i].attivo) uscita = USCITA_OFF;

} }

} } }

acquisire segnali digitali o analogici esterni da utilizzare come abilitazione per alcuni eventi.

// - Attiva uscita -

CONCLUSIONI

if((eventi[i].grn==ora.grn)|| (eventi[i].grn==7)) { if (eventi[i].hr==ora.hr) { if (eventi[i].min==ora.min) { if (eventi[i].sec==ora.sec) { if (eventi[i].attivo) uscita = USCITA_ON; }


} } } } PORTC = uscita; }

In conclusione ricordo che l’intero codice dell’applicazione è scaricabile dal sito di Fare Elettronica (www.farelettronica.com). Il codice può essere compilato senza alcuna modifica con MikroC e dovrebbe funzionare immediatamente se si utilizza lo schema riportato prima (che può essere facilmente riprodotto con la scheda EasyPIC3). Con piccole modifiche è possibile adattare il programma ad altri modelli di PIC. La descrizione fornita qui è sufficientemente dettagliata da consentirne a chiunque la comprensione, l’utilizzo, e la modi fica del programma. Prima di utilizzare il codice in applicazioni reali, è consigliabile accertarsi di avere compreso bene le particolarità ed il comportamento del programma in tutte le condizioni (diverse caratteristiche minori per brevità non sono state descritte).


Codice MIP 257086 41/80

5/17/2018


MHZ

RISORSE

SPECIALE

PRATICA

Quinta parte n° 257 - Novembre 2006

Realizzazione di un timer digitale programmabile Sesta parte n° 258 - Dicembre 2006

MikroC

Uso delle interfacce seriali Settima parte n° 259 - Gennaio 2007

Interfacce SPI, I2C e 1-Wire

by Example

U

no dei metodi più utilizzati e versatili per collegare sistemi embedded a computer host consiste nell’utilizzo

84

a i r o e T

dell’interfaccia RS-232. L’utilizzo di questo collegamento seriale, per scambiare dati e comandi in maniera molto semplice e robusta, sarà l’oggetto di questa puntata. Verranno presentati diversi esempi e mostrato come implementare un semplice collegamento tra un PIC e un PC utilizzando le librerie del MikroC.

molto semplice per collegare un microcontrollore ad un PC al fine di scambiare dati e comandi. Questa possibilità è utile nei casi in cui il microcontrollore è collocato in una posizione remota (e quindi può eseguire delle operazioni in un luogo distante dal PC), oppure per eseguire parte delle elaborazioni sul PC e scambiare i risultati o dei comandi. Negli esempi che verranno presentati di seguito sarà utilizzato lo schema riportato in Figura 1. Come si può vedere è stato utilizzato un PIC16F876 ed un MAX232, un classico componente che svolge la funzione di traslare i livelli da quelli compresi tra 0 e 5V del PIC a quelli previsti dallo standard RS-232, che sono ben più alti. In alcuni degli esempi presentati i pin della porta semplici I/O digitali,B insaranno altri saràutilizzati collegatocome ad essi un display LCD intelligente 16x2 . SEGNALAZIONE DI EVENTI

6 0 0 2 E R B M E C I D A C I N O R T T E L E E R A F

L’interfaccia seriale RS-232 è uno standard estremamente diffuso. Nonostante le basse velocità gestibili, essa infatti risulta adeguata alla maggior parte delle esigenze tipiche dell’automazione e del controllo industriale, o del debug o programmazione dei sistemi embedded. Essa ha inoltre il vantaggio di essere molto semplice ed economica e di garantire un’ottima immunità al rumore ed ai disturbi, grazie all’impiego di tensioni di segnalazione piuttosto alte (circa 12V). Nella versione più semplice, l’interfaccia è costituita da soli tre fili: TX (trasmissione), RX (ricezione) e massa. I dati sono trasmessi serialmente in maniera asincrona, cioè senza l’uso di un clock. rendereed possibile questo èutilizzinecessario che ilPer ricevitore il trasmettitore no lo stesso formato di dati (velocità di trasmissione, numero e tipologia di bit). L’interfaccia RS-232 costituisce un metodo

Il primo esempio mostra come instaurare una semplice comunicazione seriale tra il PIC ed il PC. In particolare il programma mostrato nel listato 1 invia al PC lo stato della porta B (in cui tutti i pin sono configurati come ingressi) ogni volta che rivela una variazione: Listato 1

void main() { char pb, mpb; PORTB=0; TRISB=0xFF;

// PORTB[0-7]: ingressi

// Inizializzazione Usart_Init(2400); pb=0; mpb=0; while(1) { pb=PORTB; if (pb!=mpb)


42/80

5/17/2018


Uso dell’interfaccia seriale


85 T e o r i a

Figura 1 Schema utilizzato negli esempi

Come si può vedere, grazie alle librerie del MikroC la gestione dell’interfaccia è estremamente semplice. È stata utilizzata la funzione Usart_Init() per inizializzare la porta, specificando la velocità desiderata in baud. In questo caso la velocità scelta è di 2400 bit al secondo (con 8 bit di dati 1 bit di start, 1 bit di stop e nessuna parità). Queste stesse impostazioni dovranno essere utilizzate per la porta del PC. La funzione

Va notato che le funzioni della libreria USART, come suggerisce il nome, utilizzano la periferica USART presente in alcuni modelli di PIC per gestire la ricezione e la trasmissione seriale full duplex. Questo implica che i pin destinati alla comunicazione seriale sono quelli predisposti per tale funzione (RC6 ed RC7 sul PIC utilizzato), e che non è possibile utilizzare PIC privi di questa periferica con queste funzioni. Questa limitazione può essere superata comunque, come verrà mostrato di seguito. Per ricevere e trasmettere i dati seriali sul PC è necessario utilizzare un programma “terminale” apposito. Tra i tanti disponibili (tra cui anche l’HyperTerminal di Windows) risulta molto

Usart_Write() per trasmettere byte. In praticaè il utilizzata ciclo principale controlla seun ci sono cambiamenti dello stato della porta B, ed in tal caso invia il nuovo valore al PC sotto forma di byte. La frequenza del ciclo è di circa 10ms.

comodo L’USART Terminal attivabile incluso nell’ambiente di sviluppo del MikroC, dal menu Tools. In Figura 2 è visibile la finestra del programma con le impostazioni da utilizzare. Come si può vedere, oltre ai parametri di

Usart_Write(pb); Delay_ms(10); mpb=pb; } }


F A R E E L E T T R O N I C A D I C E M B R E 2 0 0 6

43/80

5/17/2018


Sesta parte

MHZ

questo caso l’impostazione scelta è Hex, in modo da potere leggere il valore binario inviato. Negli altri esempi sarà utilizzata la modalità ASCII, dal momento che sarà scambiato del testo. CIFRATURA REMOTA

a i r o e T

SPECIALE

PRATICA

MikroC by Example: Uso dell’interfaccia seriale

connessione, nella finestra sono presenti altre opzioni, tra cui quella che permette di selezionare la modalità di visualizzazione dei dati ricevuti. In

86

RISORSE

Per mostrare come la comunicazione possa avvenire anche nell’altra direzione, e si possa istaurare un primo esempio di colloquio tra il PC ed il PIC, è riportato nel listato 2 il codice di un programma che riceve un testo dal PC e lo cifra secondo il codice ROT13, utilizzato spesso su Internet come semplice forma di cifratura del testo. Il codice consiste in pratica nel ruotare l’alfabeto anglosassone (26 lettere) di 13 posti, in questo modo A diventa N, la Z la M e così via. L’algoritmo è reversibile, e quindi quando viene applicato ad un testo già cifrato, lo riporta in chiaro.

e lo memorizza in un buffer interno). Quando è stato ricevuto un carattere la funzione restituisce un valore diverso da zero (che equivale ad una condizione vera). Una volta letto il carattere (con la funzione Usart_Read), questo viene elaborato secondo l’algoritmo descritto prima (controllando che si tratti effettivamente di una lettera dell’alfabeto maiuscola o minuscola, grazie alle funzione isupper e islower della libreria standard ctype.h), ed inviato di nuovo al PC. Il risultato sarà che se inviamo la parola “Ciao”, otterremo come risposta “Pvnb”. Se re-inviamo quest’ultima otterremo di nuovo la versione in chiaro. Come si può notare già da questo esempio, la comunicazione tramite RS-232 è orientata e ordinata a singoli byte. Per scambiare messaggi più complessi è necessario ideare o usare dei protocolli che definiscano la struttura dei messaggi, come mostrato di seguito. CONTROLLO DI UN DISPLAY DA PC

Listato 2

/* ROT13 remoto */ void main() { unsigned short i; Usart_Init(2400); while (1) { // Se riceve un carattere if (Usart_Data_Ready()) { // Legge il dato ricevuto i = Usart_Read(); // Rotazione maiuscole if (isupper(i)) i=((i-’A’)+13)%26+’A’;

Supponiamo di volere inviare da PC il testo da visualizzare su un display LCD. Il testo potrebbe essere da un soltanto appositocome software oppure generato essere utilizzato messaggio remoto. L’utilizzo della porta RS-232 costituisce una buona soluzione. Utilizzando lo schema di Figura 1, ed il programma mostrato nel listato 3 è possibile ottenere in maniera molto semplice quanto detto. In pratica il programma consente di inviare dei comandi e delle stringhe al display in modo da controllare il testo visualizzato. Inviando la stringa “C” è possibile cancellare il testo visualizzato, inviando la stringa “T x Abcd” è possibile scrivere la stringa “Abcd” nella riga x (che

// Rotazione minuscole if (islower(i)) 6 0 0 2 E R B M E C I D A C I N O R T T E L E E R A F

i=((i-’a’)+13)%26+’a’; // Invio risultato Usart_Write(i); } } }

A differenza di prima è stata utilizzata la funzione Usart_Data_Ready() per controllare se è stato ricevuto un carattere (la periferica USART lo riceve indipendentemente dal programma,

Figura 2 L’USART Terminal del MikroC con i parametri di collegamento


44/80

5/17/2018


può essere 1 o 2). Inviando la stringa “S x” è possibile spegnere o accendere il cursore e cambiarne la forma (0=spento, 1=linea,

Lcd_Init(&PORTB);

2=quadratino lampeggiante). Ogni stringa deve terminare con un “a capo” (codici ASCII 0x0D e 0x0A). Questo serve al programma per individuare la fine della stringa e per iniziarne l’elaborazione (ricordarsi di abilitare le opzioni Append CR ed LF nel Terminal).

stringa=0; i=0;

// Init. variabili

for(j=0; j<32; j++) buf[0]; while(1) { // Attesa ricezione stringa

Listato 3

if ((Usart_Data_Ready())&&(!stringa)) {

/* Controllo display remoto

buf[i] = Usart_Read();

via seriale */ void SendString(char *);

if (buf[i]==’\n’) {

void main() {

}

stringa=1; i++;

char buf[32], i, j, stringa; } PORTB=0;

// Elaborazione stringa

TRISB=0;

87 T e o r i a

if (stringa) { switch(buf[0]) {

Usart_Init(2400);

Scheda easyPIC4 La rivoluzionaria scheda di sviluppo per PICmicro ✔

Programmatore USB2.0 on-board con ICD

✔

Tastiera a 32 tasti

✔ ✔

32 LED per il monitoraggio degli I/O 4 cifre LED a 7 segmenti

✔

Predisposizione per moduli LCD alfanumerici

✔

Predisposizione per moduli LCD grafici

✔

Predisposizione per comunicazione RS232

✔

Predisposizione per tastiera PS2

✔

Predisposizione per sensore di temperatura DS1820

✔

Supporto per tutte le famiglie PIC (anche PIC10F)*

✔

Codice MIP 258087

Predisposizione per comunicazione USB

✔

Alimentazione esterna o via USB

✔ ✔

Fornita con 16F877 Disponibile con o senza display




45/80

5/17/2018


Sesta parte

MHZ

Lcd_Cmd(LCD_CLEAR); SendString(“Ok\r\n”); break; case ‘T’: buf[20]=’\0’; buf[i-2]=’\0’; if (buf[2]==’1’) Lcd_Out(1, 1, (buf+4)); else Lcd_Out(2, 1, (buf+4)); SendString(“Ok\r\n”); break; case ‘S’: if (buf[2]==’0’)

a i r o e T

Lcd_Cmd(LCD_CURSOR_OFF); if (buf[2]==’1’) Lcd_Cmd(LCD_UNDERLINE_ON); if (buf[2]==’2’) Lcd_Cmd(LCD_BLINK_CURSOR_ON); SendString(“Ok\r\n”); break; default: SendString(“?!?\r\n”); } for(j=0; j<32; j++) buf[0]; stringa=0; i=0; } } } void SendString(char *str) {

PRATICA

suo interno si possono distinguere due parti: una destinata alla ricezione delle stringhe, e l’altra alla loro elaborazione. La prima attende l’arrivo di nuovi caratteri, li riceve e li accoda nel buffer apposito del programma (buf[…]). Quando viene rilevato un carattere di “a capo” la stringa è completa, e per indicarlo viene portata a 1 la variabile “stringa”. In questa situazione verrà eseguita la seconda parte del programma, e non più la prima. Qui viene controllato se il primo carattere è un comando valido (cioè una “C”, una “T” o una “S”), ed eseguite le relative funzioni. Va notato che il testo inviato si trova nell’array buf[…], nell’ordine in cui è stato inviato, è possibile quindi estrarne i vari campi ed utilizzarli. Ogni volte che viene eseguita una delle funzioni previste viene inviato al PC un “Ok” come conferma. Se non viene riconosciuto un comando valido viene inviato un “?!?”. Per inviare queste stringhe è stata scritta una funzione apposita che non fa altro che inviare sequenzialmente tutti i byte che compongono la stringa, con la funzione Usart_Write(). Notare che la scansione della stringa si arresta in corrispondenza del terminatore, cioè il valore binario 0x00. RICEZIONE CON INTERRUZIONI

In molti casi può essere utile rendere la ricezione delle stringhe seriali asincrona ed indipendente dal flusso principale del programma. Questo soprattutto perché la comunicazione via RS232 è per sua natura asincrona ed imprevedibile, ed una gestione non immediata potrebbe portare alla perdita di dati. Si può ottenere quanto detto utilizzando le funzioni di libreria del MikroC, con qualche piccolo accorgimento. Nel listato 4 è mostrato come svolgere la funzione di ricezione delle stringhe nella routine d’interruzione.

int n;

6 0 0 2 E R B M E C I D A C I N O R T T E L E E R A F

SPECIALE

MikroC by Example: Uso dell’interfaccia seriale

case ‘C’:

88

RISORSE

Listato 4

n=0; while(str[n]) { Usart_Write(str[n]);

/* Controllo seriale remoto UART HW con int. */ #define MAX_LEN 32

n++; }

}

Dopo una prima inizializzazione della UART, del display e delle variabili, inizia il loop principale. Al

char stringa, bpnt; char buf[MAX_LEN]; void SendString(char *); char Hex2Dec(char *);


46/80

5/17/2018


void Dec2Hex(char, char *); ... void main() { … Usart_Init(2400); // Set RCIE PIE1|=0x20;

funzioni disponibili sono quasi le stesse, anche il loro uso richiede una più accurata pianificazione dei tempi del programma (che deve fermarsi ad attendere l’arrivo dei caratteri, e non può gestire la comunicazione in full duplex). Nel listato 5 è mostrato un esempio implementato in versione “software”:

// Set GIE e PEIE Listato 5

INTCON|=0xC0; …

/* ROT13 remoto con while(1) {

UART software */ void main() {

if (stringa) {

unsigned short ro = 0, *recOK, i;

switch(buf[0]) {

recOK = &ro;

case ‘W’:

Soft_Uart_Init(PORTA, 0, 1, 2400, 0);

} }

while(1) {

…

do {

}

i = Soft_Uart_Read(recOK);

89 T e o r i a

} while (*recOK); interrupt() {

if (isupper(i)) if (!stringa) {

i=((i-’A’)+13)%26+’A’;

buf[bpnt] = Usart_Read(); if ((buf[bpnt]==’\n’)||

if (islower(i)) i=((i-’a’)+13)%26+’a’;

(bpnt==MAX_LEN-1)) {

Soft_Uart_Write(i);

stringa=1; }

} }

bpnt++; } }

Notare che i piedini di comunicazione specificati sono RA0 ed RA1 invece di RC6 ed RC7, questo rende possibile riscrivere i programmi presentati prima anche per PIC privi di UART, quale il 16F84.

In pratica il codice è rimasto quasi invariato, tranne per il fatto che sono state attivate le interruzioni associate alla ricezione dei singoli caratteri, e la funzione di ricezione stringhe è CONCLUSIONI stata confinata nella routine d’interruzione. Si Va ricordato che le routine mostrate possono può notare anche che la comunicazione tra le essere provate anche su PC privi di porta seriadue routine avviene ancora tramite la variabile le, utilizzando un adattatore USB-RS232 “stringa”, che questa volta però è stata dichia- (ricordarsi di settare il numero corretto di rata come globale. porta COM). Nella prossima puntata si continuerà a parlare di protocolli seriali, in particoSOFTWARE UART lare di SPI, I2C e 1-Wire, utilizzati per comuniSe il PIC utilizzato non dispone di una UART care con dispositivi quali memorie EEPROM, integrata è comunque possibile implementare timer,mostrato sensori di temperatura, e tanto una comunicazione seriale. Questo grazie alle Verrà come usare le routine di altro. libreroutine della libreria Software_Uart del ria e come comunicare con questi dispositivi. MikroC, che emulano il dispositivo via software utilizzando due qualsiasi piedini di I/O. Le Codice MIP 258084 http://slidepdf.com/reader/full/fare-elettronica-mikroc-by-example


47/80

5/17/2018


Sesta parte n° 258 - Dicembre 2006

Uso delle interfacce seriali Settima parte n° 259 - Gennaio 2007

MHZ

RISORSE

SPECIALE

PRATICA

MikroC

Interfacce SPI, I2C e 1-Wire Ottava parte n° 260 - Febbraio 2007

Uso del convertitore A/D

by Example

Il bus I2C (Inter-Integrated Circuit bus) è stato ideato da Philips per permettere, come suggerisce lo stesso nome, la comunicazione tra diversi circuiti integrati in maniera semplice ed economica.

di pull-up. I vari dispositivi comunicano portando le linee a livello basso tramite delle porte di tipo “open drain” o “open collector”. Il protocollo (che è abbastanza articolato, e la cui documentazione è disponibile sul sito di Philips Semiconductors, ora NXP) prevede la possibilità di avere uno o più dispositivi master, e uno o più dispositivi slave. Ciascuna comunicazione è iniziata da parte di un master imponendo sul bus uno stato di Start (SDA va basso mentre SCL è alto), e termina con uno di Stop (SDA va alto mentre SCL è alto). Ad ogni scambio di dati tra master è slave il ricevente può rispondere con un bit aggiuntivo di Acknowledge. Sul mercato sono disponibili moltissimi dispositivi che utilizzano il protocollo I2C, tra questi: sensori, porte di espansione di I/O

Esso un utilizza protocollo di comunicazione serialeconsiste sincronoinche soltanto due fili per la comunicazione. Le due linee, chiamate SDA (linea dati bidirezionale) ed SCL (clock, fornito dal master), sono condivise tra tutte le periferiche e mantenute ad una tensione positiva da resistenze

(GPIO), convertitori A/D e D/A, memorie e diverse periferiche dedicate. Per collegare un dispositivo I2C ad un PIC è possibile utilizzare la periferica MSSP integrata, quando disponibile, o gestire la comunicazione via software utilizzando un paio qualsiasi di piedini di

I

n questa puntata scopriremo

come utilizzare le interfacce I2C, SPI e 1-Wire con il MikroC e come interfacciare al PIC una varietà di dispositivi esterni quali

76

a i r o e T

memorie e sensori di temperatura.

INTERFACCIA I2C

7 0 0 2 O I A N N E G A C I O N R T T E L E E R A F

Figura 1 Collegamento della EEPROM al PIC


48/80

5/17/2018


Interfacce I2C, SPI e 1-Wire I/O. Il MikroC mette a disposizione due librerie dedicate alla gestione dell’interfaccia I2C che permettono di sfruttare entrambe le possibilità. Le funzioni delle due librerie sono quasi identiche, quindi risulta molto semplice passare da un’implementazione hardware ad una software e viceversa. Per mostrare in dettaglio l’utilizzo delle funzioni di libreria verrà utilizzato il circuito di Figura 1, in cui una memoria EEPROM 24LC02 (2Kbit, organizzata in 256 parole da 8bit) è collegata al PIC, e verrà utilizzata per memorizzare i pattern da visualizzare sui LED. I dati e le temporizzazioni da inviare alla memoria per effettuare le operazioni di lettura e scrittura sono riportate in Figura 2. Nel listato 1 è invece riportato il codice che mostra come leggere e scrivere singoli byte.


sul bus. Come si può vedere dal codice delle funzioni EEPROM_Rd e EEPROM_Wr le operazioni eseguite per la lettura e scrittura della memoria sono esattamente quelle riportate in Figura 2. Il programma memorizza alcune configurazioni nella EEPROM in indirizzi successivi, e poi li legge sequenzialmente (e ciclicamente) riportandoli sui LED collegati alla porta B. Per mostrare l’impiego della libreria “Soft I2C”, ricorreremo allo schema riportato in Figura 3. Il circuito utilizza questa volta un PIC 16F84 (che non dispone di una periferica MSSP) e consente di copiare il contenuto di una EEPROM in un’altra. Come si può vedere entrambe le memorie sono poste sullo stesso bus, ma hanno un indirizzo diverso grazie al diverso livello applicato ai piedini

77 T e o r i a

Il Listato mostra il codice che effettua la copiatura della2memoria. L’interfaccia I2C deve essere inizializzata richia- A0. mando la funzione I2C_Init, in cui viene specifica- Il codice è abbastanza semplice: per ciascun indita la velocità di comunicazione (frequenza del rizzo (da 0 a 255) il dato viene letto dalla EEPROM clock seriale). È quindi possibile utilizzare le altre 0 e scritto sulla EEPROM 1. L’indirizzo della funzioni, che eseguono le operazioni elementari EEPROM da utilizzare è passato come parametro

Figura 2 Temporizzazioni relative alla scrittura ed alla lettura di un byte


F A R E E L E T T R O N I C A G E N N A I O 2 0 0 7

49/80

5/17/2018


MHZ

RISORSE

SPECIALE

PRATICA

Settima parte MikroC by Example: Interfacce I2C, SPI e 1-Wire

[Listato 2]

[Listato 1] void EEPROM_Wr(char addr, char data); char EEPROM_Rd(char);

void EEPROM_Wr(char addr, char data, char d); char EEPROM_Rd(char addr, char d);

void main() { char i;

void main() { char i, addr, dato;

PORTB=0; TRISB=0;

PORTA=0; TRISA=0;

// Inizializzazione I2C_Init(400000); // Scrittura EEPROM_Wr(0, EEPROM_Wr(1, EEPROM_Wr(2, EEPROM_Wr(3,

78

a i r o e T

dati 0x00); 0x81); 0xC3); 0xE7);

// Inizializzazione Soft_I2C_Config(PORTB,0,1); // // // //

———— *———* **——** ***—***

Delay_ms(100); PORTA=0x01; for(i=0; i<256; i++) { dato=EEPROM_Rd(i, 0); EEPROM_Rw(i, dato, 1); } PORTA=0x02;

Delay_ms(500); i=0; While(1) { PORTB=EEPROM_Rd(i&0x03); i++;

While(1) {};

Delay_ms(500); }

}

} void EEPROM_Wr(char addr, char data) { I2C_Start(); // Invia Start I2C_Wr(0xA0); // Invia commando I2C_Wr(addr); // Invia indirizzo I2C_Wr(data); // invia dato I2C_Stop(); // Invia Stop }

char EEPROM_Rd(char addr, char d) { char k;

char EEPROM_Rd(char addr) { char k; 7 0 0 2 O I A N N E G A C I O N R T T E L E E R A F

I2C_Start(); I2C_Wr(0xA0); I2C_Wr(addr); I2C_Repeated_Start(); I2C_Wr(0xA1); k = I2C_Rd(0); I2C_Stop();

void EEPROM_Wr(char addr, char data, char d) { d<<=1; Soft_I2C_Start(); Soft_I2C_Write(0xA0|d); Soft_I2C_Write(addr); Soft_I2C_Write(data); Soft_I2C_Stop(); }

// // // // // // //

d<<=1; Soft_I2C_Start(); Soft_I2C_Write(0xA0|d); Soft_I2C_Write(addr); Soft_I2C_Start(); Soft_I2C_Write(0xA1); k = Soft_I2C_Read(0); Soft_I2C_Stop();

Start Invia commando Invia indirizzo Start ripetuto Invia commando Lettura (no ack) Stop

return k; }

return k; }


50/80

5/17/2018


79 T e o r i a Figura 3 Schema usato per la copiatura di dati tra due EEPROM

Compilatore MikroC Un potente compilatore C per PICmicro 

Code Editor



Code Explorer



Debugger



Statistiche






51/80

5/17/2018


MHZ

RISORSE

SPECIALE

PRATICA


[Listato 3] void main() { char lsb, *buf[6]; int temp; PORTA

= 0xFF;

TRISA

= 0xFF;

PORTB

= 0;

TRISB

= 0;

sarebbe risultato meno chiaro). In generale, utilizzando le funzioni della libreria I2C viste qui è possibile comunicare con qualsiasi dispositivo (anche diverso dalle EEPROM), basta utilizzare la sequenza di dati e operazioni indicate negli specifici data sheet. INTERFACCIA 1-WIRE

// Inizializzaione LCD Lcd_Init(&PORTB); Lcd_Cmd(Lcd_CURSOR_OFF); Lcd_Out(1, 1, “Temperatura: “);

80

a i r o e T

while(1) { Ow_Reset(&PORTA,0);

// Reset

Ow_Write(&PORTA,0,0xCC);

// Comando SKIP_ROM

Ow_Write(&PORTA,0,0x44);

// Comando CONVERT_T

Delay_us(120); Ow_Reset(&PORTA,0); Ow_Write(&PORTA,0,0xCC);

// Comando SKIP_ROM

Ow_Write(&PORTA,0,0xBE);

// Comando READ_SCRATCHPA

L’interfaccia 1-Wire è utilizzata da diversi dispositivi (prodotti principalmente da Dallas/Maxim). Essa consiste in un’interfaccia seriale asincrona che impiega soltanto un filo per lo scambio di dati tra un master e uno o più slave. La comunicazione avviene a bassa velocità (alcuni Kbps) ed è half duplex, però in compenso risulta abbastanza robusta ed economica, soprattutto quando è utilizzata per gestire molti sensori. Il master può indirizzare i vari

Delay_ms(400);


dispositivi un indirizzo a 64bit, utilizzando oppure può inviare comandi a tutti i dispositivi conlsb = Ow_Read(&PORTA,0); // Lettura temp. LSB temporaneamente. La comunicatemp = Ow_Read(&PORTA,0); // Lettura temp. LSB zione avviene a pacchetti, e viene utilizzato un CRC in coda per temp = (temp << 8) + lsb; controllare la correttezza dei dati temp = temp/2; ricevuti. Anche per questo tipo di interfaccia il MikroC mette a IntToStr(temp, buf); // Converte in stringa disposizione delle routine di libreLcd_Out(2, 1, buf); // Visualizza ria che ne facilitano molto l’utilizDelay_ms(500); zo. Per vederne un’applicazione pratica, si consideri il circuito di Figura 4, in cui un PIC 16F84 è } collegato ad un sensore di temperatura Dallas DS1820, che è in } grado di rilevare la temperatura alle funzioni e viene inglobato nel primo coman- dell’ambiente, di convertirla in un valore digitale do inviato. Per segnalare l’inizio e la fine delle ope- a 9 bit (risoluzione di 0.5°C), e di comunicarla su razioni vengono utilizzati due LED collegati alla richiesta al master. Il valore letto in questo caso porta A. Va notato che le EEPROM seriali permet- viene visualizzato su un display LCD 16x2 ad terebbero scrivere dati, senzadila leggere necessitàe di inviaresequenzialmente nuovamente l’in-i dirizzo. Utilizzando questa modalità di accesso si sarebbe potuto ottenere una copiatura notevolmente più veloce ed efficiente (l’esempio però

intervalli di ècirca un secondo. codice relativo all’esempio riportato nel ListatoIl 3. Le funzioni disponibili per gestire l’interfaccia permettono di iniziare la comunicazione (Ow_Reset), scrivere (Ow_Write) e leggere (Ow_Read) un dato


52/80

5/17/2018


81 T e o r i a Figura 4 Schema del termometro digitale con DS1820

Scheda easyPIC4 La rivoluzionaria scheda di sviluppo per PICmicro 




Tastiera a 32 tasti



32 LED per il monitoraggio degli I/O



4 cifre LED a 7 segmenti



























Codice MIP 259081







53/80

5/17/2018


MHZ

RISORSE

SPECIALE

PRATICA


82

a i r o e T

dal dispositivo. Ciascuna di queste funzioni prende in ingresso un puntatore alla porta a cui è collegato il dispositivo, il numero del piedino (in que-

ste in un bus seriale sincrono, che utilizza 4 fili (3 in alcuni casi): uno è associato al clock seriale, comandato dal master, due sono utilizzati rispet-

sto RA0), lae l’eventuale datotemperatura da trasmettere. Per caso eseguire lettura della dal DS1820 è necessario iniziare la comunicazione con un reset, specificare se si vuole indirizzare un particolare dispositivo o meno (codice “skip ROM”, 0xCC), comandare un inizio di conversione della temperatura (codice 0x44), e successivamente leggere il valore (codice 0xBE). Alla richiesta di lettura il DS1820 risponde inviando l’intero contenuto della memoria locale, seguito dal CRC. In questo caso vengono letti soltanto i primi due byte, che sono quelli relativi alla temperatura (rispettivamente l’LSB e l’MSB del valore a 9 bit con segno). Per visualizzare sul display il valore è stato prima di tutto ricomposto il valore intero (utilizzando una variabile a 16 bit), poi è stata eseguita una divisione per 2, in modo da eliminare il bit relativo ai 0.5°C. In questo modo il valore binario ottenuto corrisponde al valore della temperatura in gradi centigradi. Questo valore binario è convertito in stringa utilizzando la funzione di

tivamente per i dati in ingresso e per quelli in uscita, ed il quarto, non sempre presente svolge la funzione di Chip Select, cioè abilita o meno un particolare slave a ricevere i comandi. L’interfaccia SPI è utilizzata in maniera simile (o a volte in luogo) dell’interfaccia I2C, e quindi i dispositivi che la utilizzano sono anche in questo caso molti e molto vari. Vista la similitudine utilizzeremo lo stesso esempio visti prima per l’interfaccia I2C, utilizzando però una memoria EEPROM seriale SPI, in particolare la 25LC020, che è funzionalmente simile alla 24LC02 vista in precedenza. Le temporizzazioni dei segnali richiesti per la lettura e scrittura dei dati sono mostrate in Figura 5. Lo schema utilizzato è quello visto in Figura 1, in cui però la EEPROM I2C è sostituita da quella SPI (i collegamenti sono mostrati in Figura 6). Il codice per leggere e scrivere la memoria è riportato nel Listato 4. La struttura e le funzioni del codice sono identiche a quelle viste nel caso dell’interfaccia I2C, in que-

libreria delLcd_Out. MikroC, e visualizzato con la consuetaIntToStr funzione

sto si puòdinotare certa semplificazione nellecaso funzioni letturauna e scrittura data dal fatto che non è necessario gestire le condizioni di start e stop. Una differenza importante rispetto a quanto visto in precedenza consiste nel fatto che in

INTERFACCIA SPI

L’interfaccia SPI (Serial Peripheral Interface) consi-


Figura 5 Temporizzazioni di lettura e scrittura della EEPROM SPI


54/80

5/17/2018


LA SOLUZIONE per il disegno tecnico

Sprint-Layout sPrint-Layout è il compagno ideale di sPlan anche se può lavorare in modo del tutto indipendente. Il programma è studiato appositamente per la realizzazione di circuiti stampati, il quale, oltre le funzioni standard necessarie alla creazione di circuiti stampati, offre anche funzioni professionali quali: esportazione in formato GERBER ed EXCELLON. Tra le numerose ed innovative caratteristiche ne troviamo una studiata appositamente per gli hobbisti, infatti, è possibile scannerizzare un circuito stampato da una rivista o un qualsiasi supporto cartaceo ed importarlo per facilitarne il disegno o la modifica. La funzione di “photoview” mostra il circuito stampato così come apparirebbe una volta prodotto (funzione che utilizziamo per la rivista Fare Elettronica). Un libreria di componenti, facilmente creabili o modificabili, completa la ricca dotazione del programma. I disegni di Fare Elettronica sono realizzati con Sprint-Layout, da oggi potrai scaricarli dal sito e modificarli direttamente. € 39,00 (+Iva)

sPlan Splan è un cad appositamente realizzato per la stesura di schemi elettrici che implementa tutti gli strumenti necessari allo svolgimento del lavoro in modo semplice ed efficace. sPlan è dotato di molte funzioni tra le quali: numerazione automatica di componenti, scaling e preview dei componenti, gestione delle librerie di simboli, modifica di ogni singolo elemento sullo schermo, griglia di posizionamento, connessioni automatiche, e molto altro ancora. La libreria di simboli contiene moltissime parti pronte all’uso, inoltre le funzioni di editing dei simboli consentono la creazione di nuovi molto velocemente. SPlan implementa anche un potente motore di stampa e la possibilità di esportare i disegni in diversi formati, anche grafici. € 39,00 (+Iva)

3 8 0 9 5 2

Front Designer

P I M e c i d o C

I tempi sono cambiati ed il vostro progetto elettronico non ha più motivo di essere incluso in un vecchio pacchetto di sigari. Oggi molti rivenditori offrono contenitori adatti a tutti i tipi di circuiti immaginabili, ma spesso i dispositivi autocostruiti restano incompleti per la mancanza delle indicazioni sul pannello frontale. Front Designer offre la possibilità di creare pannelli frontali veramente professionali. € 39,00 (+Iva)

Puoi ordinare Sprint-Layout , sPlan e Front Designer sul sito Internet www.ieshop.it/abacom oppure telefonando allo 02.66504755


55/80

5/17/2018


MHZ

RISORSE

SPECIALE

PRATICA


[Listato 4] void SPI_EEPROM_Wr(char addr, char data); char SPI_EEPROM_Rd(char); void main() { char i; PORTB=0; TRISB=0; PORTC=0xFF; TRISC=0; // Inizializzazione Spi_Init(); Figura 6 Collegamento della EEPROM SPI al PIC

// Scrittura dati PORTC=PORTC^1;

84 a i r o e T

questo caso la periferica non viene selezionata attraverso un indirizzo, ma piuttosto portando basso il rispettivo segnale CS. Questo è fatto gestendo lo stato del pin RC0 (in questo caso negando il bit in questione con un XOR). Se è necessario collegare più dispositivi allo stesso bus, ciascuno deve avere una linea separata per il proprio segnale di selezione, che deve essere gestita esplicitamente (gli altri tre segnali possono essere collegati in comune). Se ad esempio volessimo leggere da una memoria il cui CS è collegato a RC0 e scrivere in un’altra il cui CS è collegato a RC1 dovremo scrivere:

SPI_EEPROM_Wr(0, 0x00); // ———— SPI_EEPROM_Wr(1, 0x81); // *———* SPI_EEPROM_Wr(2, 0xC3); // **——** SPI_EEPROM_Wr(3, 0xE7); // ***—*** PORTC=PORTC^1; Delay_ms(500); i=0; While(1) { PORTC=PORTC^1; PORTB=SPI_EEPROM_Rd(i&0x03); PORTC=PORTC^1; i++; Delay_ms(500); } } void SPI_EEPROM_Wr(char addr, char data)

PORTC=PORTC^1;

{

dato=SPI_EEPROM_Rd(addr);

Spi_Write(2);

PORTC=PORTC^1;

Spi_Write(addr); Spi_Write(data);

PORTC=PORTC^2;

}

PORTB=SPI_EEPROM_Rd(i&0x03); PORTC=PORTC^2;

char SPI_EEPROM_Rd(char addr) { char k, b=0;

7 0 0 2 O I A N N E G A I C N O R T T E L E E R A F

Va ricordato infine che anche per l’interfaccia SPI il MikroC dispone di una libreria di emulazione software che possiede le stesse funzioni di quella utilizzata in precedenza (rispettivamente Soft_Spi_Config, Sort_Spi_Read e Soft_Spi_Write). E’ possibile in questo modo gestire dispositivi SPI anche con PIC che non dispongono della periferica MSSP. CONCLUSIONI

Una volta compreso come utilizzare queste funzioni sarà possibile sfruttarle per gestire i tanti ed utilissimi dispositivi che si basano sulle

Spi_Write(3); Spi_Write(addr); k=Spi_Read(b); }

interfacce trattate. Questo consente di espanderne notevolmente le funzionalità dei propri progetti in maniera molto semplice. Nella prossima puntata vedremo come utilizzare il convertitore Analogico/Digitale dei PIC e la memoria EEPROM interna.


Codice MIP259076 56/80

5/17/2018


TEORIA

MHZ

RISORSE

SPECIALE

PRATICA

Settima parte n° 259 - Gennaio 2007

Interfacce SPI, I2C e 1-Wire Ottava parte n° 260 - Febbraio 2007

MikroC

Uso del convertitore A/D Nona parte n° 261 - Marzo 2007

Realizzazione di un dataloger (Iª parte)

by Example

I

In molte applicazione è necessario acquisire il valore di tensioni analogiche. Questo può essere fatto utilizzando il convertitore

I/O dedicati. In particolare è possibile utilizzare alcuni di essi come ingressi analogici o per impostare il valore inferiore e superiore della tensione da convertire. Il fatto di disporre di più ingressi analogici rende possibile l’acquisizione di segnali analogici provenienti da diverse sergenti. Utilizzare il convertitore AD per acquisire dei segnali analogici con il MikroC è molto semplice, è sufficiente infatti utilizzare la funzione di libreria Adc_Read. Un primo esempio di utilizzo di questa funzione è mostrato nel Listato 1. Il circuito utilizzato per testare il programma è quello visibile in Figura 1. Il segnale analogico da convertire, applicato alla porta RA2 può variare tra 0V e la tensione di alimentazio-

Analogico/Digitale (A/D) integrato nella maggior parte dei microcontrollori PIC. Il convertitore in questo caso ha una risoluzione minima di 10 bit ed una frequenza di campionamento massima di alcuni KHz. La gestione dei segnali analogici avviene utilizzando dei piedini di

ne positiva (che in questo caso è 5V) ed è prelevato da un trimmer utilizzato come partitore. Il codice esegue la conversione, legge il valore a 10 bit fornito dal convertitore e visualizza gli 8 bit più significativi sui LED collegati alla porta B.

n questa puntata scopriremo come gestire il convertitore

analogico/digitale dei PIC con il MikroC e come utilizzarlo per 80

realizzare delle interessanti applicazioni.

a i r o e T

INTRODUZIONE

7 0 0 2 O I A R B B E F A C I N O R T T E L E E R A F

Figura 1 Circuito per il test dell’ADC


57/80

5/17/2018


Uso del Convertitore A/D [Listato 1] // *** VU meter semplice *** unsigned int dato; void main() { ADCON1 = 0x80; TRISA = 0xFF; TRISB

= 0x00;

PORTB

= 0x00;

// Conf. Ingr. Analog. // PORTA = input

while(1) { dato

= Adc_Read(2);

PORTB = dato>>2; Delay_ms(20); }; }

La funzione Adc_Read prende come parametro il numero di canale analogico che si intende leggere (cioè quale pin della porta si intende usare come ingresso), esegue la conversione, e soltanto quando questa è terminata restituisce il valore convertito. Dal momento che il dato sarà a 10 bit


senza segno è stata utilizzata una variabile a 16 bit per contenerlo. Il valore numerico ottenuto sarà proporzionale alla tensione presente all’ingresso, in particolare si otterrà il valore massimo (1023, cioè 210-1) quando la tensione è pari a quella di alimentazione (5V), eunità 0 quando tensione sarà pari a 0V. Ciascuna quindi la corrisponde ad una tensione di 5/1024=4.8mV. Per conoscere i valore della tensione a partire dal valore numerico letto è sufficiente quindi moltiplicarlo questa costante. Nell’esempio, così come in molte applicazioni comuni, una risoluzione di 10 bit risulta eccessiva, per cui si è scelto di eliminare (con uno scorrimento a destra) i due bit meno significativi, ottenendo così un valore ad 8 bit (risoluzione di 19mV). Il valore binario risultante è riportato sui

81 T e o r i a

LED in modo da potere essere visualizzato.

REGOLAZIONE DI LUMINOSITÀ Nell’esempio riportato di seguito utilizzeremo il valore analogico letto dal convertitore A/D per regolare la luminosità di una lampadina (o di un LED). Per fare questo verrà generato un segnale

Figura 2 Circuito per la regolazione della luminosità


F A R E E L E T T R O N I C A F E B B R A I O 2 0 0 7

58/80

5/17/2018


TEORIA

MHZ

RISORSE

SPECIALE

PRATICA

Ottava parte MikroC by Example: Uso del convertitore A/D

PWM il cui duty cycle sarà determinato in base al valore analogico letto. Il segnale analogico che verrà utilizzato per comandare la regolazio-

realizzare un semplice VU meter, cioè un misuratore del livello di un segnale audio. Il circuito utilizzato è uguale a quello mostrato in Figura 1,

ne di luminosità potrà essere prelevato da un potenziometro, come mostrato in Figura 2, o da un fotodiodo, in modo da realizzare un interruttore crepuscolare (che cioè aumenta la luminosità della sorgente quanto maggiore è il buio). Il codice che implementa l’applicazione è riportato nel Listato 2.

con l’unica differenza che il segnale audio viene accoppiato all’ingresso analogico del PIC utilizzando la rete mostrata in Figura 3 invece del semplice trimmer. Se il segnale audio utilizzato ha un’impedenza sufficientemente bassa ed un’ampiezza di alcuni Vpp attorno a 0V, il segnale ottenuto all’ingresso analogico avrà come valore medio 2.5V, e rientrerà completamente nella gamma dinamica del convertitore (cioè tra 0 e 5V). Il programma visualizza l’ampiezza dei campioni acquisiti accendendo un numero di LED proporzionale. In più, dal momento che le variazioni d’ampiezza del segnale sono molto veloci, è stato implementato un meccanismo per rendere più visibile il livello più alto raggiunto. In pratica l’informazione visualizzata non è direttamente l’ampiezza del segnale, ma una variabile che viene aggiornata con il massimo livello raggiunto, e che viene decrementata gradualmente (in pratica è una specie di rivelatore di picco). Il pro-

[Listato 2] // *** Regolazione luminosità *** void main() { unsigned int level;

82 TRISC = 0;

a i r o e T

PORTC = 0; Pwm_Init(1000);

// Init. PWM

Pwm_Start();

// Start PWM

// Loop infinito while(1) { level = Adc_Read(2);

gramma è visibile nel Listato 3. [Listato 3]

level=level >> 2; //level = 255-level;

// *** Versione con memorizzazione massimo

Pwm_Change_Duty(level); Delay_ms(20); }

unsigned int dato, maxi; char dis[9]={0,1,3,7,15,31,63,127,255};

} void main() {


La generazione del segnale PWM è ottenuta con la funzioni di libreria del MikroC già descritte nel numero 256 di Fare Elettronica, che utilizzano il modulo PWM hardware del PIC. Il valore del duty cycle è determinato direttamente dal valore letto dall’ADC (dagli 8 bit più significativi), oppure dal suo complemento nel caso si intenda utilizzare il circuito come crepuscolare (i sensori di luminosità in genere forniscono una tensione più alta quanto maggiore è il flusso che li investe).

ADCON1 = 0x80;

// Configure analog

inputs and Vref TRISA

= 0xFF;

TRISB

= 0x00;

PORTB

= 0x00;

// PORTA is input

while(1) { dato

= Adc_Read(2);

if (dato>maxi) maxi=dato; PORTB = dis[((maxi+16)>>7)]; if (maxi>dato) maxi—;

VU METER Il segnale analogico campionato negli esempi precedenti è praticamente una tensione continua. E’ possibile comunque acquisire segnali variabili nel tempo (tensioni alternate). Questa capacità è utilizzata nell’esempio seguente per

Delay_ms(1); }; }

Come si può vedere, una volta acquisito il dato, viene aggiornata la variabile con il valore massi-


59/80

5/17/2018


mo, che è utilizzata per calcolare il valore da

logiche utilizzando il multiplexer analogico interno. Per fare questo è sufficiente selezionare in sequenza i differenti ingressi e campionarne il

visualizzare. Più in dettaglio, dal valore ad 8 bit della variabile se ne ottiene uno a 3 bit (tramite uno shift a Figura 3 Circuito di accoppiamento per il destra), che è segnale audio utilizzato come indice di un’array che contiene le 8 configurazioni dei LED da visualizzare (LED progressivamente accesi). Per sfruttare tutti i 9 valori, prima della divisione viene effettuato un arrotondamento del dato, sommando un piccolo offset.

valore. La frequenza di campionamento ottenibile su ciascun canale è circa pari a quella massima diviso il numero di canali campionati. Utilizzando la funzione Adc_Read risulta molto semplice eseguire la conversione su più canali, come mostrato nell’esempio seguente. Il programma riportato nel Listato 4 campiona tutti i 5 ingressi analogici presenti sul PIC 16F876 e visualizza il loro valore su un display LCD. Il circuito è quello mostrato in Figura 4. La lettura dei diversi ingessi è eseguita sequenzialmente con un ciclo for. In questo caso il valore non è conservato, ma utilizzato subito per la visualizzazione. La conversione da intero a stringa è eseguita con la funzione WordToStr.

CONVERSIONE DI PIÙ CANALI

USO DELLE INTERRUZIONI

Come già anticipato, nonostante il convertitore AD integrato del PIC sia uno solo, è possibile comunque acquisire il valore di più tensioni ana-

Si può notare che l’algoritmo utilizzato nel precedente esempio, sebbene adeguato all’applicazione, non è molto efficiente, in quanto le

83 T e o r i a


Code Editor

✔

Code Explorer

✔

Debugger

✔

Statistiche






60/80

5/17/2018


TEORIA

MHZ

RISORSE

SPECIALE

PRATICA


[Listato 4] // *** Conversione AD multicanale *** unsigned int data; char i, buf[8]; void main() { ADCON1 = 0x80;

// Config. input

TRISA

= 0xFF;

// PORTA = input

TRISB

= 0x00;

PORTB

= 0x00;

// Init. Display Lcd_Init(&PORTB); Lcd_Cmd(Lcd_CLEAR); Lcd_Cmd(Lcd_CURSOR_OFF); Lcd_Out(1, 1, “CH

84 a i r o e T

= “);

while(1) { for(i=0; i<5; i++) { data = Adc_Read(i); WordToStr(data, buf); Lcd_Chr(1, 3, ‘0’+i); Lcd_Out(1, 7, buf); Delay_ms(1000); }

}

}

operazioni di conversione ed “elaborazione” dei dati sono gestite in modo del tutto sequenziale: la funzione Adc_Read infatti attende la fine della conversione prima di restituire un valore e quin-

di il controllo alla restante parte del codice. Nei casi in cui siano presenti dei requisiti di tempo o di elaborazione più stringenti, è conveniente sfruttare il tempo richiesto per effettuare la conversione per eseguire del codice. Organizzando opportunamente le varie parti del programma è possibile in qualche modo parallelizzare le due operazioni. Per fare questo però è necessario comandare manualmente il convertitore e gestire le interruzioni, come mostrato nell’esempio seguente. Il Listato 5 implementa una versione modificata del VU meter visto prima, che impiega la tecnica appena descritta. A differenza di quanto visto nel Listato 3 in questo caso sono state abilitate le interruzioni associate al convertitore A/D (registri PIR1, PIE1 e INTCON), e la funzione Adc_Read è utilizzata una sola volta per avviare la prima conversione e per impostare i restanti registri. Il loop principale ha il solo compito di aggiornare la variabile che memorizza il massimo e di visualizzare il risultato sui LED. Questi compiti vengono ripetuti in continuazione. Contemporaneamente l’ADC esegue una conversione, e al suo termine genera un’interruzione. La routine d’interruzione legge il dato convertito, lo memorizza nella variabile “dato” cancella il flag di interruzione del convertitore e riavvia una nuova conversione. Al suo termine la routine sarà nuovamente richiamata, e riavvierà una nuova conversione, come in un loop infinito, parallelo a quello principale. L’effetto complessivo sarà che il codice


Figura 4 Campionamento multicanale e visualizzazione su LCD


61/80

5/17/2018


presente nel loop principale verrà eseguito in continuazione e la variabile “dato” verrà aggiornata automaticamente ogni volta che una con-

versione sarà completata. La frequenza di campionamento però non è stabilita in modo preciso, essa infatti, dipende dal

[Listato 5] // *** Gestione AD con interruzioni *** unsigned int dato, maxi; char dis[9]={0,1,3,7,15,31,63,127,255}; void main() { ADCON0 = 0x91; // Config. input ADCON1 = 0x80; // Config. input TRISA = 0xFF; // PORTA = input

while(1) { if (dato>maxi) maxi=dato; PORTB = dis[((maxi+16)>>7)]; if (maxi>dato) maxi—; Delay_ms(1); }; }

TRISB

= 0x00;

void interrupt()

PORTB

= 0x00;

{ dato=(ADRESH<<8)+ADRESL;

// Abilitazione interruzioni PIR1=0x00;

// ADIF

PIE1=0x40;

// ADIE

// Reset ADIF Flag PIR1=0x00;

INTCON = 0xC0; // GIE + PEIE dato = 0;

// Avvio nuova conversione

maxi = 0;

85 T e o r i a

ADCON0=ADCON0|0x04;

// Avvio prima conversione }

ADCON0=ADCON0|0x04;



✔

Tastiera a 32 tasti

✔ ✔

32 LED per il monitoraggio degli I/O 4 cifre LED a 7 segmenti

✔


✔


✔


✔


✔


✔


✔

Codice MIP 260085

Ordinala subito su


✔


✔ ✔


www.farelettronica.com

oppure telefona allo 02.66504755



62/80

5/17/2018


TEORIA

MHZ

RISORSE

SPECIALE

PRATICA


tempo impiegato per completare la conversione e dal codice eseguito. In molti casi invece è utile campionare dei segnali con una frequenza ben

Grazie all’impiego del Timer TMR0 si ottiene una frequenza di campionamento di 1KHz esatto. Come si può vedere dal codice sono state abili-

definita e costante. Per fare questo occorre utilizzare il timer, come mostrato nel Listato 6.

tate le interruzioni relative al timer e al convertitore AD, quindi la routine d’interruzione verrà richiamata sia all’overflow del timer, sia al completamento di ogni conversione. All’interno della routine pertanto è necessario distinguere quale delle due periferiche ha generato l’interruzione (controllando lo stato dei flag). Se l’interruzione è stata generata dal timer, viene avviato il convertitore e resettato il timer. Se l’interruzione è stata generata dal convertitore, viene salvato il dato convertito e resettato il flag. In questo modo la frequenza di campionamento è stabilita dal timer, e l’aggiornamento della variabile avviene solo quando il convertitore ha completato il suo lavoro, tutto questo senza interferire sensibilmente con l’esecuzione della routine contenuta nel loop principale.

[Listato 6] // *** Campionamento a 1KHz *** unsigned int dato, maxi; char dis[9]={0,1,3,7,15,31,63,127,255}; void main() {

86

ADCON0 = 0x91;

// Config. input

ADCON1 = 0x80;

// Config. input

TRISA

= 0xFF;

// PORTA = input

TRISB PORTB

= 0x00; = 0x00;

// Inizializz. Registri OPTION_REG

a i r o e T

= 0x82; // CLK/4/8

TMR0

= 5;

// 250 cicli

// Abilitazione interruzioni PIR1=0x00;

// ADIF

PIE1=0x40;

// ADIE

INTCON = 0xE0; // GIE + PEIE + TMRIE dato = 0; maxi = 0; // Avvio prima conversione ADCON0=ADCON0|0x04; while(1) { if (dato>maxi) maxi=dato; PORTB = dis[((maxi+16)>>7)]; if (maxi>dato) maxi—; Delay_ms(1); }; } void interrupt() {

// Interrupt timer: // avvio conversione e reset rimer if (INTCON&0x04) { ADCON0=ADCON0|0x04;


TMR0 = 5;

// reset timer

INTCON = 0x20;

// cancella flag Timer

} // Interrupt ADC: // lettura dato, reset flag if (PIR1&0x40) { dato=(ADRESH<<8)+ADRESL; PIR1=0x00; } }

// cancella flag ADIF

CONCLUSIONI Prima di concludere è il caso di puntualizzare alcuni dettagli riguardanti il convertitore AD ed il suo utilizzo. Innanzi tutto ricordo che maggiori dettagli sui registri utilizzati e sulla loro funzione possono essere trovati sul datasheet del PIC 16F876. Va notato anche che negli esempi si è tralasciata l’attesa del “tempo di acquisizione” precedente ad ogni conversione. Questo tempo è necessario per caricare le capacità interne del convertitore AD. Se si suppone che l’impedenza dei segnali utilizzati è sufficientemente bassa, il tempo richiesto è dell’ordine di pochi cicli macchina, e quindi può in effetti essere trascurato. Infine va ricordato che per campionare un segnale analogico, e poterlo ricostruire senza perdite, è necessario utilizzare una frequenza di campionamento almeno doppia rispetto alla banda del segnale (teorema di Nyquist). Negli esempi relativi al VU meter non si è tenuto conto di questo vincolo, perché l’obiettivo non era la ricostruzione del segnale. Il convertitore AD e tutte le altre periferiche utilizzate negli scorsi numeri saranno utilizzati nelle prossime puntate per realizzare un progetto piuttosto complesso, ma diutilizzato sicuro interesse: un datalogger che può essere per acquisire e memorizzare dati con continuità e trasferirli al PC su richiesta.


Codice MIP 260080 63/80

5/17/2018

FareElettronica-MikroCbyExample-slidepdf.com TEOR IA

MHZ

RISORSE

SPECIALE

PRATICA

Ottava parte n° 260 - Febbraio 2007

Uso del convertitore A/D Nona parte n° 261 - Marzo 2007

Realizzazione di un dataloger (Iª parte)

MikroC

Decima parte n° 262 - Aprile 2007

Realizzazione di un dataloger (IIª parte)

by Example

I

n questa puntata e nella prossima verrà mostrata la realizzazione di un datalogger programmabile, capace di 84

a i r o e T

registrare segnali analogici e digitali per un intervallo esteso di tempo e di scaricarli su PC al termine dell’acquisizione. Verranno descritti gli schemi elettrici ed il firmware realizzato con il MikroC.

essere impiegato in una moltitudine applicazioni, quali il monitoraggio ambientale, la rilevazione di dati meteorologici, la misurazione del consumo di potenza in utenze domestiche, la registrazione di dati relativi a esperimenti o all’evoluzione di sistemi naturali, etc. In questa puntata verranno descritti i criteri di progetto dell’hardware e del firmware e alcune delle routine utilizzate. Nella successiva verrà completata la descrizione del firmware e verranno considerati alcuni miglioramenti e l’implementazione di funzioni aggiuntive. SPECIFICHE

Il datalogger che si vuole realizzare è dotato delle seguenti caratteristiche: • Possibilità campionare ingressi analogici (0-5V) condirisoluzione di 84bit, 8 ingressi digi-

INTRODUZIONE

7 0 0 2 O Z R A M A C I N O R T T E L E E R A F

Nelle scorse puntate è stato mostrato come implementare alcuni algoritmi utili e come gestire diverse periferiche interne al PIC o esterne, utilizzando il linguaggio C ed in particolare le librerie messe a disposizione dal MikroC. In questa puntata e nella prossima verrà presentato un progetto completo e piuttosto complesso che mette assieme la maggior parte degli elementi visti in precedenza. Verrà infatti descritta la realizzazione di un datalogger, cioè un sistema capace di campionare e di registrare con continuità su un intervallo di tempo piuttosto lungo dei valori analogici e digitali provenienti da sensori o apparati esterni. I datalogger sono utilizzati per tenere sotto controllo sistemi o apparati di vario genere, che necessitano un monitoraggio continuo. I dati registrati durante l’intero intervallo di osservazione possono essere successivamente scaricati su PC per essere visualizzati ed analizzati meglio con software dedicati. Il progetto qui presentato ha delle caratteristiche abbastanza interessanti e può

tali TTL e la temperatura ambiente con la precisione di circa 1°C. • La frequenza di campionamento è selezionabile tra 1 campione al secondo e 1 campione ogni 255 minuti (circa 4 ore). • È possibile memorizzare 2000 campioni per ciascun segnale. • È possibile impostare la registrazione continua (i dati più vecchi vengono sovrascritti da quelli nuovi, quindi nella memoria saranno presenti solo i 2000 campioni più recenti). • L’interfacciamento con un PC avviene via RS232 per la configurazione tramite comandi testuali ed il download dei dati. • È possibile selezionare se campionare 4 ingressi analogici oppure 2 analogici, uno digitale ed uno relativo alla temperatura. • L’avvio e l’arresto del campionamento avvengono tramite un pulsante o un comando • Un seriale. LED rosso lampeggiante indica che il cam-

pionamento è attivo, un LED verde invece la fine del campionamento (se nessun LED è acceso significa che il campionamento non è


64/80

5/17/2018


Realizzazione di un datalogger iniziato e quindi non ci sono dati validi in memoria).


Lo schema elettrico utilizzato per il datalogger è riportato in Figura 1. Il cuore del circuito è un comune PIC16F876, che viene fatto funzionare a 8MHz. Questo PIC è dotato di un convertitore A/D a 10 bit e di 5 ingressi analogici, e può

guate. Si è scelto di utilizzare una EEPROM seriale I2C da 64Kbit per via delle ridotte dimensioni del suo package, della semplicità di utilizzo e per il fatto che il suo interfacciamento richiede soltanto due piedini. Per rilevare la temperatura si è scelto di collegare un sensore digitale del tipo DS1820 al piedino RA5. Il sensore della Dallas fornisce direttamente la temperatura in formato digitale con una buona accuratezza, utilizzando l’interfaccia 1-Wire, che richiede soltanto un collegamento. Dal momento che il pin RA5 è anche un ingresso analogico, non è comunque difficile sostituire questo componente con un sensore di temperatura analogico come l’LM35 se desiderato, ed utilizzare il convertitore interno per campio-

quindi soddisfare le specifiche. Gliporta 8 ingressi digitali possono essere ricavati dalla B. Per memorizzare i dati è necessaria una memoria non volatile, ma non è possibile utilizzare la EEPROM del PIC per via delle sue ridotte dimensioni. E’ necessario pertanto collegare una memoria non volatile esterna di dimensioni ade-

nare il dato. La comunicazione con il PC avviene utilizzando la periferica UART integrata nel PIC. È necessario però utilizzare un MAX232 per adattare i livelli di segnalazione a quelli dello standard RS232. I due LED che segnalano lo stato di campionamento in corso/completato sono collegati

Da queste specifiche risulta che il datalogger è in grado di campionare ininterrottamente i dati per un intervallo di tempo compreso tra circa 33 minuti e quasi un anno, ed è abbastanza versatile da potere essere utilizzato in una grande varietà di applicazioni! SCHEMA ELETTRICO

Figura 1 Schema complessivo del datalogger


85

T e o r i a

F A R E E L E T T R O N I C A M A R Z O 2 0 0 7

65/80

5/17/2018


Nona parte

86

a i r o e T

7 0 0 2 O Z R A M A C I N O R T T E L E E R A F

MHZ

RISORSE

SPECIALE

PRATICA

MikroC by Example: Reallizazione di un datalogger (Iª parte)

ai pin RC0 ed RC1, mentre il pulsante di avvio/arresto è collegato alla porta RC5. In pratica sono utilizzati quasi tutti i pin del PIC!

• Misurare intervalli di tempo. • Campionare i dati. • Memorizzare i dati sulla EEPROM.

Tuttavia è ancora possibile aggiungere periferiche, se necessario, utilizzando l’interfaccia I2C o 1-Wire. I campioni verranno memorizzati nella EEPROM esterna sequenzialmente e a gruppi di 4 byte. Infatti secondo le specifiche possono essere campionati e memorizzati o i 4 ingressi analogici, o soltanto due di questi, più lo stato degli ingressi digitali (che coincide con il valore letto sulla porta B), e la temperatura. Tutte queste grandezze sono ad 8 bit e possono essere memorizzate singolarmente in ciascuna locazione della memoria (che è organizzata proprio ad 8 bit). Sarà inoltre necessario memorizzare sempre nella EEPROM esterna il puntatore all’indirizzo dell’ultimo dato memorizzato (utile nel caso di memorizzazione continua) ed il numero complessivo di campioni. Queste informazioni saranno utili quando occorrerà scaricare i dati su PC. Dal momento che la EEPROM scelta può contenere 8KB, ed in ciascuna registrazione

• Comunicare il PC per ricevere la configurazione e percon scaricare i dati.

Si può notare che questi compiti non sono svolti continuamente, ma sono attivati da due eventi: l’overflow del timer e la ricezione dei caratteri dalla seriale. Per questo motivo è conveniente strutturare il programma in base a questa considerazione. La struttura del software è visibile in Figura 2. Come si può vedere sono presenti due parti ben distinte: il loop principale e la routine d’interruzione. Quest’ultima è richiamata dagli eventi a cui si è fatto riferimento prima. Al verificarsi di questi eventi il codice presente nella routine sarà eseguito e genererà dei segnali di controllo per attivare le altre funzioni. Queste

vengono memorizzati di dati, possibile memorizzare 20484 byte campioni persarà ciascuno dei 4 dati. Considerando che i dati da memorizzare sono solo 2000, gli indirizzi più alti della EEPROM saranno liberi per memorizzare le informazioni di servizio descritte prima. Come visto nelle specifiche il datalogger ha una serie di parametri configurabili, come la velocità di campionamento, la scelta dei dati da memorizzare e la modalità di memorizzazione (singola o in continua). Queste informazioni vengono impostate dal PC tramite RS-232 e devono essere memorizzate in maniera non volatile (in modo tale da permettere lo spegnimento del dispositivo dopo la configurazione). Anche in questo caso è utilizzata la EEPROM esterna. STRUTTURA DEL FIRMWARE

Dal momento che il progetto che vogliamo realizzare è relativamente più complesso di quelli visti fino ad ora, è utile discutere l’organizzazione ed il funzionamento del firmware prima di considerare l’implementazione vera e propria (il codice). I compiti che il datalogger deve svolgere sono in sintesi i seguenti:

Figura 2 Struttura del firmware del datalogger


66/80

5/17/2018


funzioni sono gestite dal loop principale, e vengono eseguite solo se prima sono stati attivati i rispettivi segnali di controllo. Ovviamente i

mento eseguito), le due variabili vengono riportate al valore 0, in attesa di un nuovo evento.

segnali di cui si e che consentonoedlail comunicazione traparla, la routine d’interruzione loop principale, non sono altro che delle variabili globali, settate da una routine e resettate dall’altra. Più in dettaglio i compiti da gestire sono due: il campionamento più la memorizzazione dei dati, e la decodifica dei comandi inviati dal PC, usati per impostare la configurazione e richiedere l’invio dei dati memorizzati. Anche le variabili di segnalazione sono due, chiamate “stringa” e “trig”. La prima viene impostata ad 1 dalla routine d’interruzione quando è stata ricevuta e memorizzata (in un apposito buffer) una stringa completa (terminata da un “a capo”). Il secondo segnale viene generato quando il timer raggiunge l’intervallo di tempo di campionamento prefissato. Una volta che i due compiti sono stati espletati (la stringa decodificata o il campiona-

Comandi, decodifica e configurazione

I comandi gestiti dal datalogger sono i seguenti: • Axxx: imposta l’intervallo di campionamento a xxx minuti. Il valore di xxx può variare da 0 a 255, se viene specificato 0 i dati vengono campionati ogni secondo. • Bx: imposta se campionare i 4 canali analogici (x=0) o due analogici, 8 digitali (porta B) e uno di temperatura (x=1). • Cx: se x=0 vengono registrati soltanto 2000 campioni, se x=1 la registrazione è continua, i dati vengono sovrascritti in continuazione ed in memoria sono presenti sempre gli ultimi 2000. • D: mostra la configurazione attuale. • L: attiva o disattiva la modalità “monitor” (i dati campionati sono anche inviati alla porta seriale, e quindi visualizzati sul PC in tempo reale).

87

T e o r i a


Code Editor

✔

Code Explorer

✔

Debugger

✔

Statistiche






67/80

5/17/2018


Nona parte

MHZ

a i r o e T

PRATICA

quenza di 1KHz esatto (periodo di 1ms). Questa frequenza viene utilizzata per incrementare una serie di variabili che contano i

ed i minuti. Ogni volta Tutti i comandi inviati devono terminare con millisecondi, che il valore dii secondi tempo coincide con quello proun carattere di “a capo”, codice ASCII 10. grammato, viene posta ad 1 la variabile “trig”, Questo carattere infatti viene utilizzato per e quindi avviato il campionamento e la memoindividuare il termine della stringa, e quindi rizzazione dei 4 dati. per iniziarne la decodifica. La routine d’interruzione infatti riceve i singoli caratteri e li accu- IL CODICE mula in un buffer temporaneo ricostruendo la Nel Listato 1 sono riportate alcune parti del stringa, fino a quando il carattere di “a capo” codice, in particolare quelle relative alle non è stato ricevuto, a quel punto la variabile dichiarazioni, alla routine d’interruzione ed di segnalazione “stringa” è posta ad 1, e il alla gestione dei comandi. Il resto del codice, comando può essere decodificato. La decodifi- cioè quello relativo al campionamento ed alla ca viene fatta semplicemente leggendo il memorizzazione, sarà discusso nella prossima. primo carattere e gli eventuali parametri (con- All’inizio de programma vengono definite vertiti da testo a intero). In base a questi dati delle costanti, alcune come macro (riferite alla viene eseguita l’operazione corrispondente. La lunghezza del buffer dei comandi ed al numemaggior parte dei comandi va a modificare la ro di campioni da memorizzare), altre grazie configurazione e/o lo stato del sistema, che è al qualificatore “const”. Queste ultime sono rappresentato dai seguenti parametri, rag- delle stringhe che vengono utilizzate nella gruppati nella struttura “config”: comunicazione seriale. Dichiarare le stringhe in questo modo fa si che esse vengono memostruct cnf { char periodo; char canali; char loop; char logging; char monitor; unsigned data_ptr; unsigned n_campioni; } config;

Oltre alle impostazioni già viste sono presenti il puntatore all’indirizzo della memoria EEPROM riferito al dato attuale, ed il numero di campioni memorizzati. Misura del tempo 7 0 0 2 O Z R A M A C I N O R T T E L E E R A F

SPECIALE

MikroC by Example: Reallizazione di un datalogger (Iª parte)

• E: avvia o ferma il campionamento. • S: scarica i dati contenuti in memoria sul PC. • M: nostra il menu (i comandi).

88

RISORSE

Per misurare gli intervalli di tempo viene utilizzato il timer hardware del PIC (il TMR0), più alcune variabili e contatori. Il TMR0 è stato programmato per contare ad una frequenza pari a quella dei cicli macchina diviso 16. Partendo dalla frequenza di 8MHz, diviso 4 cicli di clock per ciclo macchina, e ancora diviso 16, si ottiene una frequenza di 125KHz. Se si imposta un valore di reset tale da avere un overflow dopo 125 cicli, si ottiene una fre-

rizzate invece che nellacontenute RAM del PICa (dove nella non flash potrebbero essere causa della ridotta dimensione di questa). Successivamente vengono dichiarate le variabili globali utilizzate per condividere dati e scambiare informazioni tra le routine. In particolare le variabili “stringa” e “trig” sono le variabili di segnalazione descritte prima. La variabile “buf” (un array) è usata come buffer per memorizzare le stringhe passate dalla seriale, “msec”, “sec” e “mins” sono usate per tenere il tempo, mentre “pulsante” è un contatore usato per l’antirimbalzo del pulsante di start/stop. La struttura “config” contiene la configurazione e lo stato attuale, come descritto prima. Tra le funzioni presenti alcune sono utilizzate per visualizzare le stringhe. In particolare risulta interessante SendFlashString, che trasmette alla seriale una delle stringhe memorizzate nella flash, usando la funzione Flash_Read del MikroC. La funzione funzioni main è molto semplice: richiama serieil di di inizializzazione, e poiuna avvia loop principale, che contiene la funzione “Comandi” usata per la decodifica dei comandi inviati via RS-232. Essa non fa altro che veri-


68/80

5/17/2018


ficare se la variabile “stringa” vale 1 (stringa pronta da decodificare) e distinguere il comando inviato in base alla prima lettera,

CONCLUSIONI

usando un costrutto swirch-case. Ciascuna sezione non fa altro che impostare un valore della configurazione oppure visualizzare determinate informazioni. La routine d’interruzione esegue i due compiti descritti prima. Il riconoscimento della sorgente d’interruzione (timer o UART) è fatta controllando i rispettivi flag d’interruzione. Nella sezione che riguarda il timer, e che viene richiamata ogni millisecondo, vengono aggiornate le variabili per il conteggio del tempo, e verificato se il tempo trascorso coincide con quello impostato per il campionamento. Inoltre viene gestita anche la pressione del pulsante di start/stop, con un conteggio che serve sia come anti-rimbalzo che per ritardare l’esecuzione del comando di circa un secondo (per evitare di attivare o fermare accidentalmente il campionamento).

sentirne la comprensione del funzionamento. Nella prossima puntata verranno analizzate anche le restanti routine dedicate al campionamento e memorizzazione dei dati, ed al download sul PC. Saranno anche presentati alcuni possibili miglioramenti sia all’hardware che al software. Il codice completo sarà anche scaricabile dal sito di Fare Elettronica.

Nonostante il codice presentato non sia ancora completo, è sufficientemente intuitivo da con-

Codice MIP 261084

NON DIMENTICARE Se rinnovi in anticipo il tuo abbonamento non perdi alcun numero: il nuovo abbonamento va in coda e ti garantisci la continuità e il risparmio!

89 T e o r i a



✔

Tastiera a 32 tasti

✔

32 LED per il monitoraggio degli I/O

✔

4 cifre LED a 7 segmenti

✔


✔


✔


✔


✔


✔


✔


✔

Codice MIP

261089


✔

Fornita con 16F877

✔

Disponibile con o senza display




69/80

5/17/2018


Ottava parte: Febbraio 2007 Uso del convertitore A/D Nona parte: Marzo 2007 Realizzazione di un datalogger (Iª parte) Decima parte: Aprile 2007 Realizzazione di un datalogger (IIª parte)

MikroC by Example

Undicesima parte: Maggio 2007 Utilizzo dell’interfaccia Ethernet

Nella scorsa puntata è stato descritto l’hardware e la struttura del software del datalogger e sono state mostrate alcune routine. In questa verranno 106 A I R O E T

analizzate con maggiore dettaglio le restanti funzioni, e verranno indicate alcune possibili ottimizzazioni.

O R T T E L E E R A F

Listato 1

// *** Definizioni *** #define MAX_BUF_LEN 32 #define N_SAMP

2000

#define ADDR_INFO

8100

#define ADDR_END

7999

Breve riepilogo Il datalogger presentato nella scorsa puntata svolge la funzione di campionare e memorizzare ad intervalli regolari e su un tempo piuttosto lungo 4 segnali analogici, oppure 2 segnali analogici, 8 segnali digitali e la temperatura ambiente. Lo strumento è costituito da un PIC 16F876, da una EEPROM seriale I2C da 64Kbit, da un sensore di temperatura One-Wire DS1820. Il sistema viene collegato ad un PC via RS-232 per essere programmato o per scaricare i dati. Una volta impostati i parametri (intervallo di campionamento, configurazione dei canali, etc.) il sistema può comunque funzionare autonomamente, e deve essere nuovamente collegato al PC solo per scaricare i dati acquisiti. Come visto nella scorsa puntata il pro-

7 0 0 2 E L I R P A A C I N

possono essere notate già nel codice riportato nel Listato 1, in cui è visibile la parte iniziale, che comprende le dichiarazioni (la tabella delle stringhe non è riportata per intero per brevità), i prototipi e la funzione main.

gramma è guidato da due eventi: gli intervalli di campionamento e l’arrivo di una stringa di testo dal PC (che deve essere decodificata, e gestita opportunamente). Questi due eventi sono gestiti dalla routine d’interruzione, che provvede a segnalare alle funzioni presenti nel loop principale (tramite alcune variabili globali) l’azione da compiere. Per maggiori dettagli sul funzionamento del software e sull’hardware si rimanda al numero precedente di FE, in cui sono anche state introdotte alcune delle routine impiegate.

// *** Tabella stringhe *** const char *str_intro=”*** DataLogger v1.0 ***\r\n”; const char *str_menu1=”—-

Comandi

—-

\r\n”; … // *** Variagili globali *** struct cnf { char periodo; char canali

:1;

char loop

:1;

char logging

:1;

char monitor

:1;

unsigned data_ptr; unsigned n_campioni; } config; char stringa, bpnt; char buf[MAX_BUF_LEN]; unsigned i, n; unsigned msec, pulsante; unsigned char secs, mins, trig, dato[4]; // *** Prototipi *** void Init(void); void Comandi(void);

Dichiarazioni e main

void Campiona(void);

La versione completa del programma, rispetto a quella introdotta nell’articolo precedente, presenta alcune funzioni ed accorgimenti aggiuntivi, che

void Memorizza(void); void Config_Store(void); void Config_Load(void);


70/80

5/17/2018


Realizzazione di un datalogger di Antonio Di Stefano

void EEPROM_Wr(unsigned addr, char data); char EEPROM_Rd(unsigned addr); void SendString(char *); void SendFlashString(unsigned); void Show_Menu(void); void Show_Config(void); void Download(void); void Print_data(unsigned m, char a, char b, char c, char d); // *** Main *** void main() { Init();

dati relativi alla configurazione (nella memoria non volatile), e l’indirizzo finale della memoria riservata ai dati. Si può notare che il tipo strutturato che memorizza la configurazione è stato definito in maniera un po’ diversa rispetto a quello presentato nella scorsa puntata: dal momento che alcuni campi assumono soltanto due valori durante il funzionamento (in particolare 0 o 1), si è specificato “:1” accanto al loro nome. Questa particolare notazione (prevista dal C standard), consente di specificare proprio il numero di bit da utilizzare, limitando così le richieste di memoria (più campi saranno “impacchettati” in un unico byte).

107 T E O R I A

SendFlashString(str_intro); Show_Menu(); while(1) { if (trig) { Campiona(); Memorizza(); if (config.monitor) Print_data(secs, dato[0], dato[1], dato[2], dato[3]); trig=0;

La funzione main ed il loop principale in essa contenuto è, come si può vedere, molto semplice. Dopo avere richiamato le funzioni di inizializzazione, nel loop vengono eseguite soltanto le funzioni di campionamento, memorizzazione e decodifica dei comandi. Le prime sono eseguite solo quando la variabile “trig” è posta ad 1 dalla routine d’interruzione. La seconda invece controlla, come spiegato nello scorso articolo, che la variabile “stringa” valga 1 (stringa completa ricevuta dal PC) prima di eseguire la decodifica.

} else { if (config.n_campioni==N_SAMP) {

Descrizione delle funzioni

PORTC|=0x02;

Alcune funzioni, come quella d’interruzione o

Delay_ms(20); PORTC&=0xFD;

quella di decodifica dei comandi, sono state presentate già nella precedente puntata, le altre verranno descritte di seguito. Queste funzioni si occupano essenzialmente del campionamento dei dati, della scrittura e lettura dei dati e della con figurazione nella EEPROM, e l’invio dei dati al PC.

Delay_ms(900); } } Comandi(); } }

Si può notare che sono state definite alcune costanti come Questese facilitano la personalizzazione delmacro. programma si intende utilizzare memorie di dimensioni diverse. Le costanti specificano in particolare il numero massimo di campioni da memorizzare, l’indirizzo di inizio dei

Funzione di campionamento La funzione che acquisisce i dati è riportata nel Listato 2. Il funzionamento è molto semplice: a seconda della configurazione scelta per i canali vengono letti i valori analogici relativi ai primi 4 canali, oppure soltanto due di questi, il valore della porta B (che comprende lo stato digitale di ciascuna delle sue 8 linee), ed il valore della temperatura, letto dal sensore DS1820. Per eseguire tutte queste opera-


F A R E E L E T T R O N I C A A P R I L E 2 0 0 7

71/80

5/17/2018


zioni vengono utilizzate le funzioni Adc_Read(), e quelle della libreria One-Wire del MikroC, già discusse ed utilizzate nelle scorse puntate. La ruotine di lettura della temperatura è esattamente uguale a quella utilizzata nel numero 259 di FE. Listato 2

void Campiona(void) {

numero 259. In questo caso però la EEPROM impiegata, una 24LC64, richiede due byte per l’indirizzamento, ed è quindi necessario ricavare la parte alta (MSB) e quella bassa (LSB) dell’indirizzo. Queste due funzioni sono richiamate da tutte le altre che necessitano di accedere alla EEPROM. Questo significa che modificandole è possibile impiegare tipi di memoria diversi (ad esempio la EEPROM interna al PIC, o una flash seriale esterna).

int tt; Listato 3

if (!config.canali) { // Modalità

AAAA

void EEPROM_Wr(unsigned addr, char data)

dato[0] = (char)(Adc_Read(0)>>2);

{

dato[1] = (char)(Adc_Read(1)>>2);

// Issue I2C start signal

dato[2] = (char)(Adc_Read(2)>>2); dato[3] = (char)(Adc_Read(3)>>2); } else { // Modalità

108 A I R O E T

AABT

I2C_Start(); // Send byte via I2C

I2C_Wr(0xA0); // Send byte (MSB address)

dato[0] = (char)(Adc_Read(0)>>2); dato[1] = (char)(Adc_Read(1)>>2);

(command to 24LC64)

I2C_Wr((addr>>8)&0xFF); // Send byte (LSB address)

dato[2] = PORTB;

I2C_Wr(addr&0xFF); // Send data (data to be written)

// Configura porta A come I/O digitale

I2C_Wr(data);

ADCON1 = 0xFF; PORTA

= 0xFF;

TRISA

= 0xFF;

I2C_Stop(); } char EEPROM_Rd(unsigned addr)

Delay_us(120);

{

Ow_Reset(&PORTA,5);

char k;

// Comando SKIP_ROM Ow_Write(&PORTA,5,0xCC);


// Comando CONVERT_T Ow_Write(&PORTA,5,0x44);

I2C_Start(); // Send byte via I2C

Delay_us(120); Ow_Reset(&PORTA,5);

// Send byte (MSB address)

// Comando SKIP_ROM Ow_Write(&PORTA,5,0xCC);

I2C_Wr((addr>>8)&0xFF); // Send byte (LSB address)

// Comando READ_SCRATCHPAD

I2C_Wr(addr&0xFF);

Ow_Write(&PORTA,5,0xBE);


Delay_ms(1); // Lettura LSB

I2C_Repeated_Start(); // Send byte (device address + R)

tt = Ow_Read(&PORTA,5); // Lettura MSB

7 0 0 2 E L I R P A A C I N O R T T E L E E R A F

(device address + W)

I2C_Wr(0xA0);

I2C_Wr(0xA1); // Read the data (NO acknowledge)

tt = tt+(Ow_Read(&PORTA,5)<<8);

k = I2C_Rd(0);

dato[3] = (char) tt/2;

I2C_Stop();

ADCON1=0x82;

return k;

PORTA=0;

}

TRISA=0xFF; }

Memorizzazione dei dati

}

Scrittura e lettura dalla EEPROM Anche in questo caso le routine utilizzate (visibili nel Listato 3) sono simili a quella descritte nel

La funzione memorizzazione, scrive i 4provdati acquisiti sulladimemoria (sequenzialmente), vedendo anche ad aggiornare il puntatore all’ultimo dato scritto, ed il numero complessivo dei campioni (questa caratteristica è utile per recu-


72/80

5/17/2018


perare correttamente i dati, anche se il datalogger viene spento). Essa è responsabile inoltre dell’arresto del campionamento, quando viene raggiunto il numero di campioni prestabilito, o l’indirizzo finale della zona riservata ai dati. Il codice della funzione è riportato nel Listato 4.

EEPROM_Wr(ADDR_INFO+4, (config.data_ptr)&0xFF); EEPROM_Wr(ADDR_INFO+5, (config.data_ptr>>8)&0xFF); // Controllo fine memoria if ((config.n_campioni==N_SAMP)|| (config.data_ptr>ADDR_END)) { if (config.loop) {

Listato 4

void Memorizza(void) {

config.data_ptr=0; } else {

// Memorizza campioni EEPROM_Wr(config.data_ptr, dato[0]);

config.logging=0; }

config.data_ptr++; EEPROM_Wr(config.data_ptr, dato[1]);

}

config.data_ptr++; EEPROM_Wr(config.data_ptr, dato[2]);

}

config.data_ptr++; EEPROM_Wr(config.data_ptr, dato[3]); config.data_ptr++; config.n_campioni++; // Memorizza puntatore e num. campioni EEPROM_Wr(ADDR_INFO+2, (config.n_campioni)&0xFF); EEPROM_Wr(ADDR_INFO+3, (config.n_campioni>>8)&0xFF);

Memorizzazione configurazione Anche i parametri relativi alla configurazione attuale sono memorizzati nella EEPROM per consentire di separare la fase di programmazione (che necessita di un PC), dall’effettivo impiego per il campionamento, che può avvenire anche in maniera autonoma. I parametri della configurazione sono memorizzati in due byte: il primo contiene il periodo di campionamento, mentre il

109 T E O R I A


Code Editor

✔

Code Explorer

✔

Debugger

✔

Statistiche


Un set di strumenti veramente indispensabili per sviluppare applicazioni con i PICmicro

Codice MIP 262109



F A R E E L E T T R O N I C A A P R I L E 2 0 0 7

73/80

5/17/2018


secondo gli altri parametri ad 1 bit accorpati assieme. La funzione di lettura (Config_Load) legge ed aggiorna anche il valore del puntatore e del numero di campioni memorizzati nella EEPROM (che occupano i 4 byte successivi alle altre informazioni). Il codice delle funzioni è mostrato nel Listato 5.

Listato 6

void Download(void) { static unsigned addr, k; static char a, b, c, d; addr=0; k=config.n_campioni;

Listato 5

if (config.loop) addr=config.data_ptr; if (config.n_campioni>N_SAMP) k=N_SAMP;

void Config_Store(void) {

for(i=0; i
unsigned char x;

a=EEPROM_Rd(addr); addr++;

EEPROM_Wr(ADDR_INFO, config.periodo);

b=EEPROM_Rd(addr);

110 A I R O E T

x=config.canali<<2;

addr++;

x|=config.loop<<1;

c=EEPROM_Rd(addr);

x|=config.monitor; EEPROM_Wr(ADDR_INFO+1, x);

addr++; d=EEPROM_Rd(addr); addr++;

}

if (addr>ADDR_END) addr=0; Print_data(i, a, b, c, d); }

void Config_Load(void) {

Config_Store();

unsigned char x; } config.periodo=EEPROM_Rd(ADDR_INFO); x=EEPROM_Rd(ADDR_INFO+1); config.canali=(x>>2)&0x01; config.loop=(x>>1)&0x01; config.monitor=x&0x01; config.n_campioni=EEPROM_Rd(ADDR_INFO+2)+ (EEPROM_Rd(ADDR_INFO+3)<<8); config.data_ptr=EEPROM_Rd(ADDR_INFO+4)+ (EEPROM_Rd(ADDR_INFO+5)<<8); }

Download dei dati

7 0 0 2 E L I R P A A C I N O R T T E L E E R A F

Una volta completata l’acquisizione è possibile scaricare i dati memorizzati inviando il comando “S” via seriale. Questo comando richiama la funzione riportata nel Listato 6, che legge sequenzialmente i dati dalla EEPROM e li trasmette al PC. Se era stata imposta una registrazione singola, i dati vengono letti a partire dall’inizio della memoria. Se è stata effettuata una registrazione continua, viene controllato il numero dei dati registrati, se questo è inferiore alla capacità di memorizzazione, i dati vengono letti a partire dall’inizio e finoche al numero registrato. Se è superiore, significa i dati più vecchi presenti in memoria inizieranno dalla locazione successiva a all’ultima impiegata, e dovranno essere letti in maniera circolare.

Conclusioni Per questioni di spazio non è possibile riportare il codice completo, che può comunque essere scaricato dal sito di Fare Elettronica (www.farelettronica.com) nella sezione “rivista”. I frammenti di codice riportati dovrebbero essere comunque sufficientemente rappresentativi dell’intero firmware e delle tecniche adottate per il suo sviluppo. Una volta compreso il suo funzionamento è possibile apportare diverse modifiche per migliorare l’efficienza e la flessibilità del programma. Una delle più interessanti consiste ad esempio nell’impiegare un Real Time Clock I2C esterno (come il MAX1307) per fornire sia un riferimento temporale più preciso, sia per attivare periodicamente (ad esempio ogni secondo) il PIC, permettendogli di entrare nello stato di sleep durante i periodi di inattività. Questo permette di ridurre significativamente i consumi del sistema, e quindi di assicurarne una maggiore autonomia se si usa un’alimentazione a batteria.

Codice MIP 262106 www.farelettronica.com/mip


74/80

5/17/2018


Ottava parte: Febbraio 2007 Uso del convertitore A/D

Nona parte: Marzo 2007 Realizzazione di un datalogger (Iª parte)

Decima parte: Aprile 2007 Realizzazione di un datalogger (IIª parte)

Undicesima parte: Maggio 2007

MikroC by Example

Utilizzo dell’interfaccia Ethernet

In questa puntata conclusiva della serie dedicata al MikroC verrà presentata una delle più interessanti e promettenti possibilità offerte da questo compilatore 102 A I R O E T

e dagli strumenti di sviluppo forniti dalla Mikroelektronika: l’interfacciamento di un PIC con una rete Ethernet.

L’enorme diffusione che si è avuta negli ultimi anni delle reti locali e di Internet, rende possibile realizzare applicazioni capaci di scambiare dati e comandi con dispositivi dislocati praticamente in qualsiasi parte del pianeta. Questo è reso più semplice dal fatto anche gli standard ed i protocolli utilizzati sono sostanzialmente uniformi. In particolare uno dei livelli fisici più diffusi ed efficienti nel campo delle reti locali è Ethernet (IEEE 802.3). Ethernet rappresenta quindi un punto d’accesso, non solo per comunicare con i dispositivi collegati nella stessa rete locale, ma anche per comunicare con dispositivi remoti appartenenti ad altre reti, ma collegate ad Internet (in pratica le diverse reti locali possono comunicare tra loro

7 0 0 2 O I G G A M A C I N R O T T E L E E R A F

utilizzando Internet). Per fare questo, oltre all’interfacciamento “fisico” è necessario utilizzare anche protocolli appositi, quali il TCP/IP o l’UDP. I protocolli stabiliscono l’organizzazione dei dati nei pacchetti, e le regole di comunicazione tra i dispositivi. Fino a qualche tempo fa l’interfacciamento fisico di un microcontrollore a reti Ethernet risultava piuttosto complesso o laborioso, e richiedeva in molti casi microcontrollori dedicati. Recentemente, con l’introduzione da parte della Microchip dell’integrato chiamato ENC28J60, questa operazione risulta enormemente più semplice. Il 28J60 infatti è una vera e propria “scheda di rete” Ethernet, che comunica con il microcontrollore attraverso una semplice interfaccia SPI.

Con pochissimi componenti è quindi possibile interfacciare un PIC a Ethernet. Occorre però implementare il firmare la gestione dei protocolli: questa operazione può essere più o meno complessa a seconda delle funzionalità che si desidera ottenere. Come mostrato nei prossimi paragrafi, anche inverrà questo caso il MikroC permette di semplificare molto il lavoro necessario per realizzare un’applicazione dotata di connettività di rete, grazie alla disponibilità di funzioni di libreria apposite. Per semplificare ulteriormente la prototipizzazione e la sperimentazione, la Mikroelektronika ha realizzato una piccola scheda, dotata del 28J60, pensata per essere connessa direttamente alle schede di sviluppo EasyPIC3/4 (Figura 1). La scheda deve essere connessa al connettore della EasyPIC che fa riferimento alla porta C dei PIC (sulla quale si trova la periferica MSSP, che gestisce l’interfaccia SPI), come mostrato in Figura 2. La scheda viene alimentata direttamente dal connettore, e non richiede quindi ulteriori collegamenti per funzionare, tranne quello ad un cavo di rete Ethernet, che avviene attraverso il

Figura 1 L’Ethernet board di Mikroelektronika


75/80

5/17/2018


Utilizzo dell’interfaccia Ethernet


con eventuali byte di riempimento per raggiungere la lunghezza minima di 64 byte totali. È possibile reperire maggiori informazioni sui protocolli e sul significato dei vari campi su Internet (ad esempio su Wikipedia). Come verrà mostrato non di è necessaseguito comunque rio conoscerli in dettaglio, dal momento che molte funzioni vengono svolte dalle librerie. Figura 2 Collegamento tra la scheda Ethernet e la EasyPIC3

tipico connettore RJ-45. Una volta inizializzato il 28J60, il componente gestisce completamente le funzionalità del livello fisico e MAC (filtraggio dei pacchetti in base al loro indirizzo, ritrasmissione in caso di errore, controllo della correttezza dei pacchetti ricevuti, etc), mostrando al PIC soltanto i registri di configurazione ed un buffer da 8KB che contiene sia i pacchetti ricevuti, che quelli che si intende trasmettere. La scrittura e la lettura dei pacchetti dal buffer avviene in modo simile a quanto visto a proposito delle EEPROM seriali (si veda FE n.259). Una tipica applicazione quin-

103 T E O R I A

La libreria SPI-Ethernet La libreria che il MikroC mette a disposizione per la gestione del 28J60 si chiama SPI-Ethernet. Essa comprende diverse funzioni, tra N.

BYTE

CONTENUTO

6

Indirizzo MAC desinazione

6

Indirizzo MAC sorgente

2

Tipo Ethernet (0x8000)

1

Versione e lunghezza (0x45)

1

Tipo di Servizio (0x00)

2

Lunghezza totale

2

Identificativo pacchetto

2

Flag e offset frammento

di non deve fare altro che leggere i pacchetti che vengono ricevuti, decodificarli e generare gli eventuali pacchetti di risposta. Le ultime due operazioni dipendono dal protocollo utilizzato. La struttura di un pacchetto Ethernet che impiega il protocollo UDP/IP (il più diffuso su Internet per applicazioni proprietarie, e per lo streaming multimediale), è mostrata in Tabella 1. Come si può vedere, ciascun livello aggiunge un suo header al pacchetto, così si ha un header MAC (in verde), che contiene per intero il pacchetto e che com-

1

Time to live (0xFF)

1

Protocollo (0x06=TCP, 0x11=UDP)

2

Checksum

prende un campo fineche percomprende il controllo gli di errore, un header IP (inalla rosa), indirizzi IP delle unità che si scambiano il pacchetto ed informazioni sul protocollo usato all’interno, un header UDP (in celeste), ed i dati veri e propri,

4

Indirizzo IP sorgente

4

Indirizzo IP destinazione

2

Porta sorgente

2

Porta destinazione

2

Lunghezza

2

Checksum

n

Dati

? 4

Eventuali byte di riempimento CRC32

Tabella 1 Struttura di un pacchetto UDP/IP su Ethernet


F A R E E L E T T R O N I C A M A G G I O 2 0 0 7

76/80

5/17/2018


cui quelle più utili sono le seguenti: void SPI_Ethernet_Init( unsigned char *resetPort, unsigned char resetBit,

lizzate, e la lunghezza dei dati. Le funzioni devono restituire la lunghezza dell’eventuale risposta generata, oppure 0. Per leggere e scrivere i dati dal buffer del 28J60 si usano le due funzioni seguenti:

unsigned char *CSportPtr, unsigned char CSbit,

void SPI_Ethernet_putByte(unsigned char v);

unsigned char *mac, unsigned char *ip,

unsigned char SPI_Ethernet_getByte();

unsigned char fullDuplex);

Il suo scopo è quello di inizializzare il 28J60 e le porte del PIC, la funzione andrà quindi invocata prima di utilizzare le altre. I parametri sono rispettivamente: la porta e il bit usato per resettare il componente, la porta ed il bit usati come CS (segnale di selezione per i dispositivi SPI), i puntatori agli array da 6 e 4 byte relativi all’indirizzo

104 A I R O E T

MAC ed IP sedalaassegnare e unè flag che indica linea che alsi dispositivo, sta utilizzando fullduplex o half-duplex. La funzione deve essere richiamata dopo avere richiamato la funzione SPI_Init, che inizializza l’interfaccia SPI del PIC.

I dati vengono letti o scritti sequenzialmente nel buffer. L’indirizzo di inizio è quello relativo all’inizio del campo dati del pacchetto (sia in lettura che scrittura). Nel caso della scrittura del pacchetto, le routine provvederanno ad aggiungere gli header ed a trasmettere il tutto. Nella libreria sono disponibili anche altre funzioni utili, che però non sono pubbliche. Queste possono comunque essere richiamate includendo il file “enc28j60_libprivate.h”, intestazioni. Tra queste funzioni che sonocontiene presenti le quelle per leggere e scrivere i registri del 28J60 o copiare blocchi di memoria. Esempi

void SPI_Ethernet_doPacket();

Questa funzione deve essere richiamata ciclicamente (anche con una certa priorità) nel loop principale del programma. La sua funzione è quella di controllare se sono stati ricevuti dei pacchetti, decodificarli, e trasmettere quelli accodati. Alcuni tipi di pacchetti sono gestiti automaticamente dalla funzione, che provvede a generare e trasmettere le risposte. Tra questi vanno citati le richieste di ARP e di eco ICMP (ping). Se sono stati ricevuti pacchetti UDP o TCP viene automaticamente richiamata una delle due funzioni seguenti (che devono essere sempre presenti nel programma, eventualmente lasciate vuote):

Risposta al ping

Il codice minimo che è possibile realizzare usando le funzioni di libreria è quello che si limita a rispondere al ping (pacchetti ICMP Echo Request), e alle richieste di ARP (un protocollo che serve per richiedere l’indirizzo MAC di un’unità conoscendo il suo indirizzo IP). Queste due funzioni sono svolte automaticamente dalla funzione SPI_Ethernet_doPacket, e consentono di far riconoscere alla rete la presenza del dispositivo. Il codice è mostrato nel Listato 1. Il programma può essere eseguito su qualsiasi PIC dotato di interfaccia SPI e almeno 4K di memoria programma (ad esempio 16F876 o 16F877). #define SPI_Eth_HALFDUPLEX 0 #define SPI_Eth_FULLDUPLEX 1

unsigned int SPI_Ethernet_UserTCP( unsigned char *remoteHost, unsigned int remotePort,

// Indirizzo MAC unsigned char myMacAddr[6] =

unsigned int localPort,

{0x00, 0x14, 0xA5, 0x76, 0x19, 0x3f};

unsigned int reqLength);

// Indirizzo IP unsigned char myIpAddr[4] =

7 0 0 2 O I G G A M A C I N R O T T E L E E R A F

unsigned int SPI_Ethernet_UserUDP(

{10, 0, 0, 10};

unsigned char *remoteHost, unsigned int remotePort,

unsigned int SPI_Ethernet_UserTCP(

unsigned int destPort,

unsigned char *remoteHost,

unsigned int reqLength);

unsigned int remotePort, unsigned int localPort, unsigned int reqLength)

Queste funzioni devono essere richiamate dal programma, manon vengono richiamate automaticamente dalla funzione vista prima, e con i parametri già impostati. In questo modo è possibile conoscere subito gli indirizzi del mittente o le porte uti-

{ return 0; }


77/80

5/17/2018


unsigned int SPI_Ethernet_UserUDP( unsigned char *remoteHost, unsigned int remotePort, unsigned int destPort, unsigned int reqLength) { return 0; }

Uscita su Display LCD

Per mostrare come può essere gestito un pacchetto UDP che trasporta dati utili, è possibile modificare il contenuto della funzione SPI_Ethernet_UserUDP nel codice visto prima, inserendo le righe riportate nel Listato 2. In questo caso i dati trasportati da ogni pacchetto UDP vengono estratti e visualizzati su un display LCD. Va ricordato che occorrerà inserire nel main, prima del loop principale, le seguenti righe per inizializzare il display LCD:

// main entry void main()

Lcd_Init(&PORTB);

{

Lcd_Cmd(LCD_CLEAR); Spi_Init();

Lcd_Cmd(LCD_CURSOR_OFF);

SPI_Ethernet_Init( &PORTC, 0, &PORTC, 1,

Il display andrà collegato alla porta B del PIC come mostrato nei precedenti articoli di questa serie.

myMacAddr, myIpAddr, SPI_Eth_FULLDUPLEX);

unsigned int SPI_Ethernet_UserUDP( unsigned char *remoteHost, unsigned int remotePort, unsigned int destPort,

while(1) { SPI_Ethernet_doPacket(); }

unsigned int reqLength) {

}

unsigned char len = 0;

Come si può vedere il programma è estremamente semplice, e apparentemente “vuoto”, nel senso che non si vede esplicitamente la gestione dei pacchetti. In realtà questa è effettuata dalla funzione SPI_Ethernet_doPacket, richiamata ciclicamente nel loop principale. Si può notare che le funzioni SPI_Ethernet_UserTCP e SPI_Ethernet_UserUDP sono presenti, ma non contengono codice (restituiscono semplicemente 0). La loro presenza è necessaria perché in caso di ricezione di pacchetti TCP o UDP esse verranno comunque richiamate dalla funzione SPI_Ethernet_doPacket. La periferica Ethernet seriale è inizializzata indicando l’uso della porta C e dei pin 1 e 0 per il reset ed il CS, passando

Il contenuto del pacchetto UDP (il solo campo dati) viene letto byte a byte con la funzione SPI_Ethernet_getByte e memorizzato in un array, che viene terminato inserendo lo zero alla fine, e che viene inviato al display sfruttando la funzione

gli indirizzi MAC ed IP ed il parametro che indica un funzionamento full duplex. Gli indirizzi sono stati scelti in maniera arbitraria, e seguono determinate convenzioni. L’indirizzo MAC può essere lasciato inalterato, o modificato leggermente nelle cifre finali (l’indirizzo dovrebbe essere unico!), l’IP è stato scelto in uno dei range tipici usati per le reti locali, e risulta statico (chiaramente anche in questo caso deve essere unico e nel formato utilizzato nella rete locale). Per testare il programma occorre

di libreria LCD_Out. Si può notare che il valore restituito dalla funzione questa volta è proprio la lunghezza dei dati ricevuti. Questo ha come effetto l’invio dello stesso pacchetto UDP (che si trova ancora nel buffer del 28J60) al PC. Questa possibilità, chiamata “echo”, può essere utile per accertarsi che il pacchetto sia stato ricevuto correttamente dalla scheda. Dal momento che il protocollo UDP non prevede meccanismi per garantire il recapito dei pacchetti, può essere utile adottare tecniche di questo tipo.

collegare la scheda anche ad uno un switch router, a cuiil è stato collegato PC.o Lanciando comando “ping 10.0.0.10” dalla linea di comando, si dovrebbe ottenere la risposta da parte della scheda.

Chiaramente i dati prelevati dal pacchetto possono essere utilizzati in modo arbitrario: ad esempio è possibile includere comandi e dati per modificare lo stato delle porte di I/O.

105 T E O R I A

Lcd_Cmd(LCD_CLEAR); while(reqLength—) txt[len++]=SPI_Ethernet_getByte(); txt[len]=0; LCD_Out(2, 1, txt); return(len); }



78/80

5/17/2018


Accesso diretto ai dati In qualche caso potrebbe essere utile accedere direttamente ai registri ed al buffer del 28J60. Questo permette di sfruttare caratteristiche non gestibili attraverso le librerie o di crearne di nuove (ad esempio in diverse occasioni potrebbe essere utile spostare arbitrariamente il puntatore di lettura o scrittura del buffer). Per fare questo è sufficiente inviare gli appropriati comandi di lettura e scrittura via SPI. Un elenco completo dei comandi e dei registri dell’ENC28J60 può essere trovato nel datasheet. Nel Listato 3 è mostrato un esempio di questo approccio, che sfrutta la funzione di libreria soltanto per l’inzializzazione del componente, ma esegue le restanti operazioni manualmente. Il programma consente di leggere il numero di pacchetti ricevuti (premendo un pulsante collegato a RB0), e di inviarli singolarmente via seriale al PC.

&PORTC, 1, myMacAddr, myIpAddr, 1) ; while(1) { if (PORTB&0x01) { // Sel Bank 1 par=Reg_Read(0x1F); par=(par&0xFC)|0x01; Reg_Write(0x5F, par); // Numero di pacchetti pktcnt=Reg_Read(0x19); Dec2Hex(pktcnt, temp); SendString(temp); SendString(“\r\n”); Delay_ms(1000);

// Indirizzo MAC ed IP

106 A I R O E T

unsigned char myMacAddr[6]= };

{0x00, 0x14, 0xA5, 0x76, 0x19, 0x3f}; unsigned char myIpAddr[4]=

if (PORTB&0x02) {

{10, 0, 0, 10};

pktcnt=Reg_Read(0x19);

unsigned pktcnt;

if (pktcnt) { PORTC=PORTC&0xFD; void SendString(char *str);

// “Read buffer”

void Dec2Hex(char n, char *str);

Spi_Write(0x3A);

char Reg_Read(char addr);

for(i=0; i<6; i++) { buf[i]=Spi_Read(temp);

void Reg_Write(char addr, char val);

Dec2Hex(buf[i], temp); SendString(temp);

// *** main entry *** void main()

}

{

len=buf[2]; int i;

len=len|(buf[3]<<8);

unsigned len;

for(i=0; i
char par, buf[32], temp[5];

Dec2Hex(buf[6], temp); SendString(temp);

// Init. porte ADCON1 |= 0x0F;

}

PORTA = 0; TRISA = 0x00;

if (len&0x01) Spi_Read(temp); PORTC=PORTC|0x02;

PORTB = 0; // Dec Pktcnt

TRISB = 0x0F; 7 0 0 2 O I G G A M A C I N R O T T E L E E R A F

Reg_Write(0x9E, 0x40); i=0;

}

temp[2]=’ ‘;

SendString(“\n\r”); Delay_ms(1000);

temp[3]=’ ‘; };

temp[4]=0; } } Usart_Init(9600); Spi_Init(); SPI_Ethernet_Init( &PORTC, 0,

void SendString(char *str) {


79/80

5/17/2018


Figura 3 Dump di un pacchetto UDP. I colori si riferiscono alle sezioni mostrate in Tabella 1, la parte gialla è quella aggiunta dal 28J60

int n; n=0; while(str[n]) { Usart_Write(str[n]); n++; } } void Dec2Hex(char n, char *str) {

char c; c=(n&0xF0)>>4; if (c<10) c=c+’0’; else c=c+’A’-10; str[0]=c; c=n&0x0F; if (c<10) c=c+’0’; else

Il programma inizializza il 28J60 e attende la pressione di uno dei due pulsanti (RB0 o RB1). Nel frattempo il componente riceve e memorizza nel suo buffer tutti i pacchetti indirizzati al suo indirizzo MAC o all’indirizzo di broadcast (FF:FF:FF:FF:FF:FF). Alla pressione del pulsante RB0 viene letto il numero di pacchetti ricevuti che viene inviato alla UART. Premendo il pulsante RB1 viene letto il contenuto del buffer dall’indirizzo relativo al primo pacchetto ricevuto. I primi 6 byte sono inseriti dall’ENC28J60 e contengono informazioni sul pacchetto: 2 byte costituiscono il puntatore al pacchetto successivo, 2 contengono la sua lunghezza, e gli altri 2 che forniscono informazioni sullo stato e sugli eventuali errori. Letti i primi 6 byte, viene estratta l‘informazione sulla lunghezza, ed utilizzata per leggere l’esatto numero di byte, che sono inviati alla UART, dopo essere stati convertiti in esadecimale e ASCII. Se il numero di byte è dispari occorre fare una lettura aggiuntiva in modo che il puntatore si trovi ad un indirizzo pari (che sarà quello di inizio del prossimo pacchetto). Il contenuto di uno dei pacchetti ricevuti è visibile in Figura 3.

107 T E O R I A

c=c+’A’-10; str[1]=c; } void Reg_Write(char addr, char val) { PORTC=PORTC&0xFD; Spi_Write(addr); Spi_Write(val); PORTC=PORTC|0x02; } char Reg_Read(char addr) { char k=0; PORTC=PORTC&0xFD; Spi_Write(addr); k=Spi_Read(&k);

Conclusioni Va ricordato che il MikroC ha un utile “UDP Terminal” che può essere richiamato dal menu Tools. Questo programma permette di inviare pacchetti UDP dal contenuto arbitrario e di riceverli, può essere quindi utilizzato per provare i programmi descritti. Occorre tenere presente inoltre che potrebbe essere necessario modificare l’indirizzo IP usato nei programmi in base all’intervallo utilizzato nella propria rete locale. Un intervallo alternativo a quello riportato, utilizzato da molti router, è {192, 168, 20, x}, dove x è un indirizzo unico assegnato al dispositivo. Si conclude con questa puntata la serie di articoli dedicati al MikroC. Mi auguro che gli argomenti trattati abbiano suscitato la curiosità dei lettori verso questo ambiente di sviluppo e possano avere fornito un utile introduzione alla programmazione in C dei microcontrollori.

PORTC=PORTC|0x02; return k; }

Codice MIP 263102 www.farelettronica.com/mip



80/80

Fare Elettronica - MikroC by Example

Recommend Documents