I Microcontrollori

I PICmicro chips

PIC

Il nome (Peripheral Controllore della

Interface Controller=

Interfaccia della periferica) si riferisce ad una piccola branca

del gruppo dei Microcontrollori.

Un Microcontrollore è un piccolo dispositivo che controlla altri

dispositivi elettronici.

Questo dispositivo è composto da 4 fondamentali parti:

CPU ( = unità centrale di processo)

Central Processing unit

- Memoria

- Porte di ingresso

- Porte di uscita

- Menù Avanti

Il Microcontrollore

Questo è lo schema a blocchi di un generico

Microcontrollore:

Memoria Memoria

Dati programmi

Porte Porte

CPU

di ingresso di uscita

Clock

Dispositivi di Dispositivi di

Ingresso Uscita

Torna Avanti

all’inizio

Segnali digitali e segnali analogici

DATI ANALOGICI DATI DIGITALI

Questo tipo di segnali possono Questo tipo di segnale può

assumere infiniti valori all’in- assumere solo determinati

terno di un possibile range valori all’interno di un range

di valori. di valori.

I segnali analogici sono forniti I segnali digitali invece ci

per esempio da trasduttori, vengono forniti da circuiti

elettronici digitali, dai computer,

generatori etc… dai modem digitali etc...

Menù

Al centro di tutta la struttura c’è il “cervello”, ovvero la CPU, il quale

elabora segnali digitali, esegue operazioni logiche, calcoli

matematici, etc…

Come fa la CPU a sapere cosa eseguire?

Essa è “monitorato” da una seria di istruzioni sotto forma di

programmi. Questi ultimi sono memorizzati nella memoria dei

programmi (Program Memory).

Per eseguire i programmi però la CPU a volte ha bisogno di dati, i quali

sono salvati nella memoria dei dati (Data Memory).

Ogni attività svolta dalla CPU è scandita dal ritmo del Clock, una

sequenza di impulsi di tensione. Una buona CPU lavora alla velocità

di clock di circa 20 MHz.

Per comunicare con il mondo esterno la CPU si serve di “porte” distinte

in porte di Input e porte di Output.

Le prime servono per ricevere informazioni e dati dai dispositivi

provenienti dal mondo esterno.

Le seconde invece servono per inviare ai dispositivi collegati alla CPU

istruzioni, dati o informazioni.

Entrambe possono ricevere/mandare informazioni sia di tipo digitale

che analogico. Torna

all’inizio

Ingressi e uscite del PIC

Come già detto il PIC può

ricevere/inviare dati sia analogici che

digitali.

Il programmatore può decidere se alcuni

pin del PICmicro dovrebbero essere

utilizzati come ingressi analogici,

ingressi digitali o uscite digitali.

Ad esempio nel chip 16F877A(mostrato

affianco) il pin 2 è contrassegnato

come 'RA0/AN0'.

Ciò significa che il pin 2 può essere

usato come bit 0 della porta A

(Registro A bit 0) o come ingresso

analogico 0. Menù Avanti

La funzione di ogni pin viene determinata definendo il contenuto dei registri interni del

PIC.

Il PIC 16F877A è dotato di 5 porte per collegarsi con il mondo esterno, esse sono

denominate come A,B,C,D,E.

Il porto A presenta 6 pin, i porti B,C,D ne presentano 8, ed infine il porto E ne ha solo 3.

I segnali analogici acquisibili dai vari pin delle porte devono avere valori compresi tra

V e V (tra 5V e massa).

DD SS

La maggior parte dei pin hanno funzioni molteplici, cioè possono avere più funzionalità,

diverse tra loro, contemporaneamente.

Per poter utilizzare i pin di una porta come uscite bisogna pianificare il modo in cui

devono essere collegati i dispositivi a tali pin.

Ci sono dei limiti di corrente da tener conto: infatti il PIC micro può gestire, in uscita, al

massimo 25 mA per pin, ma la corrente massima per l’intera porta è di 100 mA.

Si deduce che non tutti i pin possono gestire contemporaneamente 25 mA l’uno: Per poter

funzionare tutti i pin, entro il limite di 100 mA; Ogni pin può avere al massimo una

corrente di 12,5 mA. Torna Menù

all’inizio

Memoria ROM

Le memorie ROM sono di sola lettura

e si dividono in:

PROM

- EPROM

- EEPROM

-

Memoria PROM (Programmable ROM):

Memoria su cui l’utente può scrivere ma una sola volta! Infatti non si può

più cancellare il contenuto una volta scritto.

Memoria EPROM (Erase Programmable ROM):

A differenza della prima una volta scritti i dati, l’utente può cancellarli e

riscriverci nuovamente. Questo grazie ad una finestra sul chip, il quale

se irradiato con raggi ultravioletti, cancella il contenuto della memoria.

Memoria EEPROM ( Electically Eraseble Programmable ROM):

Simile alla EEPROM, ma la cancellazione dei dati avviene tramite una

sequenza di impulsi elettrici su determinati pin.

Torna

all’inizio La memoria

Il microcontrollore per eseguire programmi ha bisogno di istruzioni e di dati....

Questi ultimi vengono memorizzati nella memoria interna del PIC.

capacità di un dispositivo di memorizzare

Quindi con memoria intendiamo la

dati.

La memoria è formata da un certo numero di locazioni, dove in ognuna di essa

viene memorizzato un dato che servirà poi alla CPU per lavorare.

Ogni locazione presenta un indirizzo univoco, ovvero un numero che identifica

la sua posizione nella memoria.

Un buon microcontrollore presenta anche una elevata memoria, nella quale ogni

locazione può contenere perfino 32 bit!

Ci sono diversi tipi di memorie, che possono essere distinte in:

Menù Memoria RAM

La Memoria RAM (Random Access Memory) è una

memoria volatile!

Infatti se non è più alimentata, i dati contenuti in essa

vengono persi.

Una eccezione di questa famiglia di memorie è la

NVRAM (Non Volatile RAM), in cui al suo interno ci

può essere una batteria che mantiene i dati salvati.

A volte può contenere anche una EEPROM che mantiene

i dati nel caso di perdita di potenza.

Torna

all’inizio

Come è organizzata la memoria?

Per farci un’idea di come è

organizzata la memoria in un Program Memory

microcontrollore, prenderemo come Memoria Flash:

esempio il PIC 16F84 a 16 pin. Memoria programmi

con 1024 locazioni

La Memoria Programmi (EEPROM) è

quasi sempre di tipo FLASH, cioè

può essere programmato e

cancellato molte volte. Data Memory

Memoria Memoria

La Memoria Dati, in parte usa la RAM: EEPROM:

RAM ed in parte la EEPROM. 68 locazioni di 64 locazioni di

La seconda ci consente di mantenere memoria dei memoria dei

salvati i dati importanti anche dati dati

quando l’alimentazione è spenta. Menù

Cos’è il Formula Flow Code?

Questo è il

Il Formula Flowcode è un Formula Flowcode

su cui sto

microcontrollore ( in questo svolgendo il

caso può anche essere definito progetto.

Cliccare

robot) capace di eseguire l’immagine per le

svariate azioni. caratteristiche

principali

Per esempio è capace di seguire la

luce, reagire ai suoni, seguire un

percorso (cioè una linea), e

molto altro ancora.

Questo grazie ai sui sensori che

vengono poi gestiti dalla CPU

dello stesso.

Il Microchip montato su di esso è

il PIC18F4455-I/P Visione dall’alto del Formula Flowcode.

Per vedere meglio i componenti cliccare

sull’immagine

Menù Avanti

Caratteristiche del PIC F184455

Tipo di Memoria: Flash

 Memoria di Programma: 24 KByte

 Velocità della CPU: 12 MIPS (Milioni di Istruzioni Per

 Secondo)

Memoria della Ram: 2048 Byte

 Memoria della EEPROM: 256 Byte

 Temporizzazione: 1* 8 bit, 3*16 bit

 Caratteristiche dell’ADC e bit di lavoro: 13 canali 10 bit

 Numero di comparatori: 2

 Temperatura di lavoro: -40° ÷ 85°

 Tensioni di lavoro: 2V ÷ 5,5 V

 Numero di pin: 40

 Porte USB: 1, Full Speed, USB 2.0

 Pinout

Torna Menù F184455

all’inizio Altoparlante Sensore di distanza

PIC 18F4455: la CPU Diodi LED

Connettore

USB per PC Pulsante di reset

della memoria

Interruttore per Programmi

l’alimentazione Microfono

Interruttore per l’esecuzione

dei programmi

CLOSE Sensore di luminosità

Pinout del PIC F184455

CLOSE

Caratteristiche del Formula Flowcode

Per quanto riguarda il Formula Flowcode in se

per sé, esso presenta le seguenti caratteristiche:

- Velocità massima di movimento: 20cm/s

- Dimensioni: 130 x 80 x 37 cm

- Motore: MRM-GM03 con cambio

- Alimentazione: 4 pile alcaline AA da 1,5V

Nella confezione fornitomi dal docente di

sistemi vi erano contenute queste cose:

Formula Flowcode già montato;

- CD-ROM contenente il driver per

-

l’installazione;

Manuale riguardante gli “e-blocks”;

- Un foglio con disegnata una pista che il

-

robot dovrà seguire (con l’utilizzo

dell’apposito programma). CLOSE

Il linguaggio dei flowcode….

Molti microcontrollori vengono programmati dall’uomo

utilizzando il linguaggio dei FlowCode (Diagrammi di

Flusso o logica a blocchi), al posto di usare il linguaggio

Assembly o C++ e via dicendo.

Questo tipo di linguaggio utilizza una serie di blocchi,

collegati l’un l’altro, che descrivono le azioni che il

microcontrollore deve eseguire.

Naturalmente quando viene poi salvato nel

microcontrollore , esso viene convertito

automaticamente in linguaggio macchina.

Menù Avanti

Vediamo nel dettaglio come è fatto il

linguaggio dei Flow-Code

Un programma che viene scritto con l’uso dei flowcode, non è

nient’altro che una serie di blocchi elementari

opportunamente collegati tra loro per realizzare un

determinato lavoro.

Vi sono 5 blocchi elementari con cui costruire un programma e

sono:

Blocco di inizio

 Blocco di lettura/scrittura Cliccare su uno

 Blocco di azione dei link per la

 Blocco di controllo spiegazione.

 Blocco di fine

 Torna Menù

all’inizio

BLOCCO DI INIZIO

Questo è un blocco essenziale

per lo svolgimento di un

programma. INIZIO

SEMPRE!

Deve esserci

Indica l’inizio del programma

che si sta realizzando. CLOSE

BLOCCO DI LETTURA/SCRITTURA

Questo è un blocco di

lettura o scrittura. LETTURA/

Consente di mandare SCRITTURA

dati su una periferica

o riceverne da

quest’ultima. CLOSE

BLOCCO DI AZIONE

Questo blocco rappresenta

un azione che il

microcontrollore o il

sistema deve eseguire. AZIONE

Solitamente serve per

richiamare una macro ad

un componente, cioè per

far svolgere ad esso una

determinata cosa. CLOSE

BLOCCO DI CONTROLLO

Questo blocco serve per dare

una condizione ( es. è attivo

il sensore di luminosità?)

Se tale condizione risulta

essere vera allora il CONDI- FALSA

programma esegue ZIONE

determinate azioni (es: segui

la luce rilevata) VERA

Altrimenti il programma

esegue altre azioni (es:

accendi i sensori) CLOSE

BLOCCO DI FINE

Questo blocco, assieme a quello

di inizio, è essenziale per lo

svolgimento di un programma.

Anch’esso deve esserci FINE

SEMPRE!

Indica la fine del programma

che si sta realizzando. CLOSE

Il programma: Flowcode V3

Il Software che ci consente di

creare i programmi e poi di

trasferirli sul Formula Flow

Code si chiama:

Flowcode V3.

All’inizio può sembrare al quanto

complicato, ma lavorandoci un

po’ si è capaci di realizzare

subito semplici programmi.

Menù Avanti

Una volta aperto il programma la

schermata ci appare come si

può vedere dall’immagine

affianco.

A Sinistra abbiamo tutte le icone,

come per esempio quelle per

inserire blocchi nel flowchart, o

quello per visualizzare il

componente.

Sopra ci sono pulsanti utilissimi.

Primo tra tutti quello per

compilare il programma nel

formula flowcode. Menù Avanti CLOSE

Le principali icone in dettaglio...

Inserisce un blocco di lettura da una periferica;

Inserisce un blocco di scrittura su una periferica;

Inserisce un blocco che esegue un ciclo che si ferma solo

se si verifica una certa condizione;

Inserisce un blocco che dà un ritardo;

Inserisce un blocco di decisione ( o di controllo);

Inserisce un blocco che esegue un calcolo;

Inserisce un blocco di gestione di una stringa;

Inserisce un blocco di interrupt;

Inserisce un blocco che richiama una macro;

Inserisce un blocco di richiamo macro ad un componente;

Ci fa visualizzare il Formula Flow-Code Menù

Programmare il Formula Flowcode

Per programmare il Formula Flowcode bisogna

fare quanto segue:

Creare il Flowchart del programma voluto;

 Una volta finito salvare;

 Questo video mostra come passare

il programma creato con

Cliccare su Componente;

 Flowcode V3 sul robot. Per

semplificare le cose ho deciso di

Cliccare su Compila nel Componente;

 utilizzare un programma già

realizzato.

Si aprirà una finestra, e quando compare un

 Per vedere il video cliccare il

messaggio, connettere il robot con il cavo pulsante sotto.

USB al PC, accenderlo e premere il pulsante

di reset;

Una volta finito di inviare il programma,

 spegnere il robot e scollegarlo;