DESCRIPCIÓN DE PINES

La mayoría de los pines del microcontrolador PIC16F887 son multipropósito como se muestra en la figura anterior. Por ejemplo, la asignación RA3/AN3/Vref+/C1IN+ para el quinto pin del microcontrolador indica que éste dispone de las siguientes funciones:

• RA3 Tercera entrada/salida digital del puerto A
• AN3 Tercera entrada analógica
• Vref+ Referencia positiva de voltaje
• C1IN+ Entrada positiva del comparador C1

La funcionalidad de los pines presentados anteriormente es muy útil puesto que permite un mejor aprovechamiento de los recursos del microcontrolador sin afectar a su funcionamiento. Estas funciones de los pines no se pueden utilizar simultáneamente, sin embargo se pueden cambiar en cualquier instante durante el funcionamiento. Las siguientes tablas se refieren al microcontrolador DIP de 40 pines.

UNIDAD CENTRAL DE PROCESAMIENTO (CPU)

Con el propósito de explicar en forma clara y concisa, sin describir profundamente el funcionamiento de la CPU, vamos a hacer constar que la CPU está fabricada con la tecnología RISC ya que esto es un factor importante al decidir qué microcontrolador utilizar. RISC es un acrónimo derivado del inglés Reduced Instruction Set Computer, lo que proporciona al PIC16F887 dos grandes ventajas:

• La CPU cuenta con sólo 35 instrucciones simples. Cabe decir que para poder programar otros microcontroladores en lenguaje ensamblador es necesario saber más de 200 instrucciones
• El tiempo de ejecución es igual para casi todas las instrucciones y tarda 4 ciclos de reloj. La frecuencia del oscilador se estabiliza por un cristal de cuarzo. Las instrucciones de salto y de ramificación tardan ocho ciclos de reloj en ejecutarse. Esto significa que si la velocidad de operación del microcontrolador es 20 MHz, el tiempo de ejecución de cada instrucción será 200nS, o sea, ¡el programa ejecutará 5millones de instrucciones por segundo!

MEMORIA

El PIC16F887 tiene tres tipos de memoria: ROM, RAM y EEPROM. Como cada una tiene las funciones, características y organización específicas, vamos a presentarlas por separado.

MEMORIA ROM

La memoria ROM se utiliza para guardar permanente el programa que se está ejecutando. Es la razón por la que es frecuentemente llamada “memoria de programa”. El PIC16F887 tiene 8Kb de memoria ROM (en total 8192 localidades). Como la memoria ROM está fabricada con tecnología FLASH, su contenido se puede cambiar al proporcionarle un voltaje de programación especial (13V). No obstante, no es necesario explicarlo en detalles puesto que se realiza automáticamente por un programa especial en la PC y un simple dispositivo electrónico denominado programador.

MEMORIA EEPROM

Similar a la memoria de programa, el contenido de memoria EEPROM está permanentemente guardado al apagar la fuente de alimentación. Sin embargo, a diferencia de la ROM, el contenido de la EEPROM se puede cambiar durante el funcionamiento del microcontrolador. Es la razón por la que esta memoria (256 localidades) es perfecta para guardar permanentemente algunos resultados creados y utilizados durante la ejecución del programa.

MEMORIA RAM

Es la tercera y la más compleja parte de la memoria del microcontrolador. En este caso consiste en dos partes: en registros de propósito general y en los registros de funciones especiales (SFR). Todos estos registros se dividen en cuatro bancos de memoria de los que vamos a hablar más tarde en este capítulo. A unque los dos grupos de registros se ponen a cero al apagar la fuente de alimentación, además están fabricados de la misma forma y se comportan de la manera similar, sus funciones no tienen muchas cosas en común.

REGISTROS DE PROPÓSITO GENERAL

Los registros de propósito general se utilizan para almacenar los datos temporales y los resultados creados durante el funcionamiento. Por ejemplo, si el programa realiza el conteo (de los productos en una cadena de montaje), es necesario tener un registro que representa lo que en la vida cotidiana llamamos “suma”. Como el microcontrolador no es nada creativo, es necesario especificar la dirección de un registro de propósito general y asignarle esa función. Se debe crear un programa simple para incrementar el valor de este registro por 1, después de que cada producto haya pasado por el sensor. Ahora el microcontrolador puede ejecutar el programa ya que sabe qué es y dónde está la suma que se va a incrementar. De manera similar, a cada variable de programa se le debe pre-asignar alguno de los registros de propósito general.

/* En esta secuencia, la variable en el registro sum se aumenta cada vez que se
lleve un uno (1) lógico en el pin de entrada RB0. */

...
if (PORTB.0 = 1) // Comprobar si el pin RB0 está a uno
sum++ ;          // Si está, el valor de la variable se aumenta por 1
...              // Si no está, el programa sale de la sentencia if
...

REGISTROS DE FUNCIONES ESPECIALES (SFR)

Los registros de funciones especiales son también parte de la memoria RAM. A diferencia de los registros de propósito general, su propósito es predeterminado durante el proceso de fabricación y no se pueden cambiar. Como los bits están conectados a los circuitos particulares en el chip (convertidor A/D, módulo de comunicación serial, etc), cualquier cambio de su contenido afecta directamente al funcionamiento del microcontrolador o de alguno de los circuitos. Por ejemplo, el registro ADCON0 controla el funcionamiento del convertidor A/D. Al cambiar los bits se determina qué pin del puerto se configurará como la entrada del convertidor, el momento del inicio de la conversión así como la velocidad de la conversión. Otra característica de estas localidades de memoria es que tienen nombres (tanto los registros como sus bits), lo que simplifica considerablemente el proceso de escribir un programa. Como el lenguaje de programación de alto nivel puede utilizar la lista de todos los registros con sus direcciones exactas, basta con especificar el nombre de registro para leer o cambiar su contenido.

// En esta secuencia, el contenido de los registros TRISC y PORTC será modificado

...
TRISC = 0x00        // un cero lógico (0) se escribe en el registro TRISC (todos
                    // los pines del puerto PORTC se configuran como salidas)
PORTC = 0b01100011  // cambio de estado lógico de todos los pines del puerto PORTC
...

BANCOS DE LA MEMORIA RAM

La memoria RAM está dividida en cuatro bancos. Antes de acceder a un registro al escribir un programa (para leer o cambiar su contenido), es necesario seleccionar el banco que contiene ese registro. Más tarde vamos a tratar dos bits del registro STATUS utilizados para selección del banco. Para simplificar el funcionamiento, los SFR utilizados con más frecuencia tienen la misma dirección en todos los bancos, lo que permite accederlos con facilidad. Trabajar con bancos puede ser difícil sólo si se escribe un programa en lenguaje ensamblador. Al utilizar el lenguaje de programación de alto nivel como es C y el compilador como es mikroC PRO for PIC, basta con escribir el nombre del registro. A partir de esa información, el compilador selecciona el banco necesario. Las instrucciones apropiadas para la selección del banco serán incorporadas en el código durante el proceso de la compilación. Hasta ahora usted ha utilizado sólo el lenguaje ensamblador y esta es la primera vez que utiliza el compilador C, verdad? Es una noticia maravillosa, no lo cree?

PILA

Una parte de la RAM utilizada como pila consiste de ocho registros de 13 bits. Antes de que el microcontrolador se ponga a ejecutar una subrutina (instrucción CALL) o al ocurrir una interrupción, la dirección de la primera siguiente instrucción en ser ejecutada se coloca en la pila (se apila), o sea, en uno de los registros. Gracias a eso, después de ejecutarse una subrutina o una interrupción, el microcontrolador “sabe” dónde continuar con la ejecución de programa. Esta dirección se borra (se desapila) después de volver al programa, ya que no es necesario guardarla, disponiendo automáticamente esas localidades de la pila para un uso futuro. Cabe tener en mente que el dato se apila circularmente. Esto significa que después de que se apile ocho veces, la novena vez se sobrescribe el valor que se almacenó al apilar el dato por primera vez. La décima vez que se apile, se sobrescribe el valor que se almacenó al apilar el dato por segunda vez etc. Datos sobrescritos de esta manera no se pueden recuperar. Además, el programador no puede acceder a estos registros para hacer escritura/lectura. No hay ningún bit de estado para indicar el estado de desbordamiento o subdesbordamiento de pila. Por esta razón hay que tener un especial cuidado al escribir un programa. Vamos a hacerlo en mikroC...

/* Al entrar o al salir de la instrucción en ensamblador del programa, el compilador
no va a guardar los datos en el banco de la RAM actualmente activo. Esto significa
que en esta sección de programa la selección de banco depende de los registros SFR
utilizados. Al volver a la sección de programa escrito en C, los bits de control
RP0 y RP1 deben devolver el estado que tenían antes de la ejecución del código en
lenguaje ensamblador. En este ejemplo, el problema se soluciona al utilizar la
variable auxiliar saveBank que guarda el estado de estos dos bits*/

saveBank = STATUS & 0b01100000; // Guardar el estado de los bits RP0 y RP1
                      // (bits 5 y 6 del registro STATUS)
asm {                 // Inicio de la secuencia en ensamblador
...
...                   // Código ensamblador
...
}                     // Final de la secuencia en ensamblador
STATUS &= 0b10011111; // Bits RP0 y RP1 devuelven su estado original
STATUS |= saveBank;
...
...

SISTEMA DE INTERRUPCIONES

Al aparecer una petición de interrupción lo primero que hace el microcontrolador es ejecutar la instrucción actual después de que se detiene el proceso de ejecución de programa. Como resultado, la dirección de memoria de programa actual se apila automáticamente y la dirección por defecto (predefinida por el fabricante) se escribe en el contador de programa. La localidad en la que el programa continúa con la ejecución se le denomina vector de interrupción. En el caso del microcontrolador PIC16F887 esta dirección es 0x0004h. Como se muestra en la siguiente figura la localidad que contiene el vector de interrupción se omite durante la ejecución de programa regular. Una parte de programa que se ejecutará al hacer una petición de interrupción se le denomina rutina de interrupción. Su primera instrucción se encuentra en el vector de interrupción. Cuánto tiempo tardará en ejecutar esta subrutina y cómo será depende de la destreza del programador así como de la fuente de interrupción. Algunos microcontroladores tienen más de un vector de interrupción (cada petición de interrupción tiene su vector), pero en este caso sólo hay uno. En consecuencia, la primera parte da la rutina de interrupción consiste en detectar la fuente de interrupción. Por fin, al reconocer la fuente de interrupción y al terminar de ejecutar la rutina de interrupción el microcontrolador alcanza la instrucciónRETFIE, toma la dirección de la pila y continúa con la ejecución de programa desde donde se interrumpió. mikroC reconoce una rutina de interrupción que se ejecutará como la función void interrupt(). El cuerpo de la función, o sea, rutina de interrupción, debe ser escrito por el usuario.

void interrupt() { // Interrupt routine
    cnt++ ;        // Interrupt causes variable cnt to be incremented by 1
}

Cómo utilizar los registros SFR

Supongamos que usted ha comprado ya un microcontrolador y que tiene una buena idea de cómo utilizarlo... La lista de los registros SFR así como de sus bits es muy larga. Cada uno controla algún proceso. En general, parece como una gran tabla de control con un gran número de instrumentos e interruptores. ¿Ahora está preocupado de cómo conseguir aprender acerca de todos ellos? Es poco probable, pero no se preocupe, ¡Usted no tiene que hacerlo! Los microcontroladores son tan potentes que se parecen a los supermercados: ofrecen tantas cosas a bajos precios y a usted solo le toca elegir las que necesita. Por eso, seleccione el campo en que está interesado y examine sólo lo que necesita. Cuando entienda completamente el funcionamiento de hardware, examine los registros SFR encargados de controlarlo (normalmente son unos pocos). Como todos los dispositivos tienen un tipo de sistema de control el microcontrolador tiene sus "palancas" con las que usted debe estar familiarizado para ser capaz de utilizarlos correctamente. Por supuesto, estamos hablando de los registros SFR desde los que el proceso de programación se inicia y en los que el mismo termina.