Riassunto Laboratorio Avanzato di Programmazione 1, prof. Santoro

Sintesi delle slide di C.S. del prof. Mario Cianciolo

Università di Catania - Laurea in Informatica A.A. 2015-2016

Per comodità, le entità sono contrassegnate: SFR (corsivo, grassetto e blu), flag/bit (corsivo), pin (corsivo, grassetto e rosso).

Indice

• Microcontrollori
• Periferica I/O digitale
• Gestione di eventi sincroni e asincroni
• Timer
• PWM
• Interrupt
• Convertitore A/D
• UART
• Circuito CCP (Capture-Compare-PWM)
• Interfaccia bus I2C
• Appendice A – Elenco SFR utili
• Appendice B – Piedinatura PIC18F25K22
• Appendice C – Esempi operativi: I/O e interrupt (codice C)
• Appendice C – Esempi operativi: Timer (codice C)
• Appendice C – Esempi operativi: CCP e PWM (codice C)
• Appendice C – Esempi operativi: UART (codice C)

Microcontrollori

• Definizione e componenti (CPU, RAM, memoria flash, periferiche interne, periferiche I/O, BUS interno)
• Periferiche I/O: corrispondono ai pin del MCU (nei MCU il bus è interno e non esterno); tipiche periferiche I/O
• SFR (definizione) – accessibili tramite puntatori C (a locazioni hardcoded in base al device)

Periferica I/O digitale

• Definizione (livelli 1 e 0, configurazione come input o come output)
• Digital input
  • Floating input: input non collegato, il suo valore non può essere determinato
  • Collegare un interruttore ad un pin I/O: pull-up resistor (evita floating input); condensatore in parallelo (evita il bouncing)
  • Collegare un sensore industriale (12/24V) ad un pin I/O (partitore di tensione)
• Digital output
  • Uso di un LED (current source o current sink, calcolo del resistore per il LED)
  • Porte del PIC18F25K22 (PORTA...PORTE)
  • SFR per le porte: TRISx, PORTx, LATx – varianti struct (TRISxbits, PORTxbits, LATxbits)

Gestione di eventi sincroni e asincroni

• Busy waits e come evitarle – CHECK_FOR_PRESS e CHECK_FOR_RELEASE
• Paradigma FSM (macchina a stati finiti) – int state; switch per compiere azioni in base allo stato; tali azioni cambiano lo stato

Timer

• Definizione e componenti di un timer (clock source, prescaler, SFR)
• SFR condivisi da tutti i timer:
  • TMRx: valore del timer. A 16 bit, i registri sono due: TMRxH/TMRxL, XC8 fornisce una variabile unica TMRx a 16 bit
• Timer0: 8/16 bit, clock source selezionabile, prescaler 1/2/4/.../256
  • SFR: T0CON (TIMER0 Control)
  • TMR0ON (TIMER0 On): avvia (1) e interrompe (0) il timer
  • T08BIT (TIMER0 8 bit): 1=8 bit, 0=16 bit
  • T0CS (TIMER0 Clock Source): 0=interno: F/4 (16MHz); 1=esterno: pin T0CKIosc
  • T0SE (TIMER0 Source Edge): controlla il fronte di T0CKI da cui prendere il clock se T0CS=1
  • PSA (Prescaler Active): se 0, attiva il prescaler
  • T0PS (TIMER0 Prescaler): 3 bit, se PSA=0 divide la frequenza per 2^(T0PS+1)
  • Timer overflow (se T08BIT=0, vantaggio a controllare l'overflow rispetto al valore del timer), flag INTCONbits.T0IF
• Timer2/4/6: 8 bit; clock source sempre interno (Fosc/4=16 Mhz); prescaler 1/4/16
  • SFR
    • TxCON (TIMERx Control)
    • TMRxON (TIMERx On): avvia (1) e interrompe (0) il timer
    • TxOUTPS (TIMERx Out Postscaler): valore numerico (4 bit) del postscaler (0-15)
    • TxCKPS (Timerx Clock Prescaler): valore del prescaler: 00=1:1, 01=1:4, 1x=1:16
    • PRx (Period register): quando TMRx=PRx viene generato un evento EQ, e TMRx viene resettato
    • Evento EQ: incrementa il postscaler; dopo n incrementi (TxOUTPS) attiva flag interrupt TMRxIF
    • TMR2IF => PIR1, TMR4IF => PIR5, TMR6IF => PIR5
• Timer1/3/5: 16 bit, clock source selezionabile, prescaler 1/2/4/8, gated
  • Timer gated: può essere attivato anche da un segnale esterno (pin TxG) o da altri eventi generati dalle periferiche
  • SFR:
    • TxCON (TIMERx Control)
    • TMRxON (TIMERx On): avvia (1) e interrompe (0) il timer
    • TMRxCS (TIMERx Clock Source): 00=F/4; 01=F, 10=esterno: pin TxCKI o cristallo esternoosc osc
    • TxCKPS (TIMERx Clock Prescaler): valore del prescaler: 00=1:1, 01=1:/2, 10=1:4, 11=1:8
    • TxRD16 (TIMERx 16bit RW): Una sola lettura/scrittura a 16 bit del valore del timer, invece che due a 8 bit
    • TxGCON (TIMERx Gate Control)
    • TMRxGE (TIMERx Gate Enable): 0: gate disattivato, 1: gate attivato (gestito da flag opportuni)
  • Bit di interrupt dei timer:
    • TMR1IF => PIR1, TMR3IF => PIR2, TMR5IF => PIR5

PWM

• Definizione (onda quadra, duty cycle)
• Usi (trasmissioni analogiche in digitale, modulare un sistema on/off, controllare apparati di potenza come DC motors)
• I MCU spesso hanno periferiche apposite per PWM, ma basta un timer appositamente configurato

Interrupt

• Eventi che generano interrupt: overflow di un timer, ricezione di un byte da UART, fine della conversione ADC, etc.
• Sorgente dell'interrupt: periferica che lo genera
• ISR = Interrupt Service Routine, eseguita ad ogni interrupt, al suo termine si riprende l'esecuzione normale
  • Definire una funzione void interrupt nome()
  • All'interno controllare lo stato dei vari xxxIF, effettuare le opportune operazioni e resettare xxxIF
• Flag per gli interrupt
  • Praticamente ogni sorgente di interrupt ha:
    • xxxIF (Interrupt Flag): “set by hardware, reset by software” – resettare manualmente, in main o in ISR
    • xxxIE (Interrupt Enable): se 1, dopo aver impostato xxxIF=1, viene generato un interrupt hardware (ed eseguita ISR)
    • xxxIP (Interrupt Priority): se 1, l'interrupt ad alta priorità (la priorità ha senso solo se RCONbits.IPEN=1)
  • Flag globali:
    • RCONbits.IPEN (Interrupt Priorities Enable): se 1, divide gli interrupt in due classi (bassa priorità e alta priorità)
    • Se IPEN=0: modalità “compatibilità” con altri PIC, ignora i flag di priorità xxxIP – noi useremo questa modalità
    • INTCONbits.GIE (Global Interrupt Enable): attiva gli interrupt, switch globale
    • INTCONbits.PEIE (Peripheral Interrupt Enable): attiva gli interrupt dalle periferiche (richiede GIE=1)
    • Se IPEN=1: gestisce le priorità. Invece dei due bit precedenti, usare i seguenti:
      • INTCONbits.GIEH, INTCONbits.GIEL: attiva soltanto gli interrupt a priorità alta (H) o bassa (L)
    • Workflow:
      • Programmare la periferica secondo le necessità
      • xxxIF=0, xxxIE=1 (se IPEN=1, decidere xxxIP)
      • GIE=1, PEIE=1 (oppure, se IPEN=1 decidere GIEH e GIEL)
    • Questi SFR contengono gran parte degli interrupt:
      • PIRx: Interrupt flag (es. PIR1bits.TMR1IF)
      • PIEx: Interrupt enable (es. PIE1bits.TMR1IE)
      • IPRx: Interrupt priority (es. IPR1bits.TMR1IP)

Convertitore A/D

• Circuito sequenziale che ottiene una variabile a 10 bit da un segnale di tensione analogico tramite approssimazioni successive.
• Caratteristiche di un ADC: range (tipici range: 0-5V o 0-3.3V) e risoluzione (10 bit nel nostro caso)
• Sample and hold: condensatore caricato per un istante dal pin. Un flag segnala la fine della conversione.
• Workflow: Configurare il convertitore, attivarlo con ADON=1, e avviare l'acquisizione con GO/DONE=1. Fissato il clocksource (ADCS), la fase di acquisizione dura ACQT cicli di clock, in cui il condensatore si carica dall'input. Subito dopo il condensatore è isolato, e inizia la fase di conversione che dura 12 cicli (valore fisso). Al termine GO/DONE=0 e viene generato l'interrupt ADIF (se attivo). Il risultato è posto in ADRESH/ADRESL.
• SFR
  • ANSELA...ANSELE (Analogic Select A...E): configura ogni input analogico (1) o digitale (0). Stessa sintassi di TRISx
  • ADCON0 (A/D Control – parte 0)
    • CHS (Channel Select): seleziona il canale (pin di input) da usare per la conversione, da 0 (AN0) a 19 (AN19)
    • GO/DONE: se 1, avvia la conversione. Torna a 0 automaticamente al termine della conversione
    • ADON (A/D On): accende (1) e spegne (0) il convertitore A/D
  • ADCON1 (A/D Control – parte 1)
    • PVCFG (Positive Voltage Config): riferimento di tensione positivo (00: V_ref+, 01: pin V_dd, …)
    • NVCFG (Negative Voltage Config): riferimento di tensione negativo (00: V_ref-, 01: pin V_ss, ...)
  • ADCON2 (A/D Control – parte 2)
    • ADFM (A/D Format): allineamento risultante della conversione