Jiøí Hrbáèek MIKROØADIÈE PIC16CXX a vývojový kit PICSTART

Kniha poskytuje ètenáøi základní informace o mikroøadièích øady PIC 16CXX, jejich vlastnostech a použití tak, aby je mohl využít pøi vlastních konstrukcích zaøízení Jiøí Hrbáèek MIKROØADIÈE PIC16CXX Bez pøedchozího písemného svolení nakladatelství nesmí být kterákoli èást kopírována nebo rozmnožována jakoukoli formou (tisk, fotokopie, mikrofilm nebo jiný postup), zadána do informaèního systému nebo pøenášena v jiné formì èi jinými prostøedky Autor a nakladatelství nepøebírají záruku za správnost tištìných materiálù Pøedkládaná zapojení jsou zveøejnìna bez ohledu na pøípadné patenty tøetích osob Nároky na odškodnìní na základì zmìn, chyb nebo vynechání jsou zásadnì vylouèeny Všechny registrované nebo jiné obchodní známky použité v této knize jsou majetkem jejich vlastníkù Uvedením nejsou zpochybnìna z toho vyplývající vlastnická práva Veškerá práva vyhrazena Ing Jiøí Hrbáèek, Praha 1995 1997 Nakladatelství BEN - technická literatura, Vìšínova 5, Praha 10 Jiøí Hrbáèek: MIKROØADIÈE PIC16CXX BEN - technická literatura, Praha 1998 dotisk 4 vydání ISBN 80-901984-0-6

OBSAH ÚVOD 5 1 MIKROØADIÈE PIC16C5X 7 1 1 MIKROØADIÈ Z POHLEDU KONSTRUKTÉRA ELEKTRONIKA 7 1 1 1 Vstupy/výstupy 7 1 1 2 Vývod RTCC - vstup hodin do èítaèe/èasovaèe RTCC 9 1 1 3 Vývod - MCLR master clear - hlavní nulování 10 1 1 4 Vývod OSC1 oscillator - oscilátor, vývod OSC2/CLKOUT oscillator/clock out - oscilátor/výstup hodin 12 1 1 4 1 Oscilátory krystalové a s keramickým filtrem 12 1 1 4 2 RC oscilátor 12 1 1 4 3 Použití externího oscilátoru 14 1 1 5 Vývody napájecího napìtí a nepoužité vývody 14 1 1 6 Modifikace mikroøadièù PIC16C5X 14 1 1 6 1 Rozlišení podle vnitøní konfigurace 14 1 1 6 1 Rozlišení podle parametru napájení a obvodù oscilátoru 15 1 1 6 3 Rozsah pracovních teplot 16 1 1 6 4 Typ pouzdra 16 1 1 7 Jak si zvolíme mikroøadiè 16 1 1 8 Mezní parametry mikroøadièe 17 1 2 MIKROØADIÈ Z POHLEDU PROGRAMÁTORA 19 1 2 1 Pamì programu (Program Memory) 20 1 2 2 Aritmeticko-logická jednotka ALU (Arithmetic/Logic Unit) 21 1 1 3 Working Register (W) - pracovní registr 21 1 2 4 Pole datových registrù (Data Register File) 22 1 2 4 1 Univerzální registry 22 1 2 4 2 f0 Registr nepøímého adresování dat 23 1 2 4 3 f1 Real Time Clock/Counter Register (RTCC) - hodiny/èítaè reálného èasu 23 1 2 4 3 1 Pravidla pøi použití RTCC s externími hodinami 24 1 2 4 3 2 Zpoždìní hrany externích hodin 24 1 2 4 3 3 OPTION registr 24 1 2 4 4 f2 - èítaè programu (dolních 8 bitù èítaèe PC) 26 1 2 4 4 1 STACK 27 1 2 4 5 f3 Status Word Register (SWR) - registr stavového slova 28 1 2 4 6 f4 File Select Register (FSR) - registr výbìru registru z pole registrù 30 1 2 4 7 f5, f6 a f7 I/O Registers (PORTs) - vstupnì výstupní registry - I/O porty 30 1 2 4 7 1 Øídící registry portù TRISA, TRISB a TRISC 31 1 2 5 Programování vstupù a výstupù 32 1 2 5 1 Obousmìrné I/O porty 32 1 2 5 2 Po sobì jdoucí operace na I/O portech 33 Jiøí Hrbáèek: Mikroøadièe PIC16CXX - BEN technická literatura 1

1 2 5 3 Operace v rušeném prostøedí 34 1 2 6 Obvody resetu a WDT 34 1 2 6 1 OST (Oscilátor Startup Timer) - oscilátor a èasovaè pro rozbìh 35 1 2 6 2 Pøeddìlièka (Prescaler) 36 1 2 6 3 WDT Watch dog timer - hlídací èasovaè 38 1 2 7 Konfiguraèní pojistky 39 1 3 Instrukèní soubor mikroøadièù PIC16C5X 40 1 3 1 Instrukce provádìjící aritmetické a logické operace 40 1 3 2 Instrukce nulování a nastavení 45 1 3 3 Instrukce pøenosu dat 46 1 3 4 Instrukce pro práci s podprogramy 48 1 3 5 Instrukce skokù v programu 48 1 3 6 Zvláštní instrukce 50 2 MIKROØADIÈ PIC16C71 51 2 1 MIKROØADIÈ Z POHLEDU KONSTRUKTÉRA ELEKTRONIKA 51 2 1 1 Vstupy/výstupy 51 2 1 1 1 Obousmìrné porty 51 2 1 1 2 Vstup A/D pøevodníku 52 2 1 1 3 Vstup hodin do èítaèe/èasovaèe RTCC 53 2 1 2 Vývod - MCLR master clear - ovládání nulování 54 2 1 3 Vývod OSC1 oscillator - oscilátor Vývod OSC2/CLKOUT oscillator/clock out - oscilátor/výstup hodin 55 2 1 3 1 Oscilátory s krystaly a keramickými filtry 55 2 1 3 2 RC oscilátor 56 2 1 3 3 Použití externího oscilátoru 56 2 1 4 Vývody napájecího napìtí 57 2 1 5 Modifikace mikroøadièù PIC16C71 57 2 1 6 Mezní parametry mikroøadièe 58 2 2 MIKROØADIÈ Z POHLEDU PROGRAMÁTORA 59 2 2 1 Provádìní instrukcí 59 2 2 2 Pamì programu (Program Memory) 61 2 2 3 Aritmeticko-logická jednotka ALU (Arithmetic/Logic Unit) 61 2 2 4 Working Register (W) - pracovní registr 62 2 2 5 Pøeddìlièka (Prescaler) 62 2 2 6 WDT Watch dog timer - hlídací èasovaè 62 2 2 7 Pole datových registrù (Data Register File) 62 2 2 7 1 Univerzální registry 63 2 2 7 2 Speciální registry 63 2 2 7 2 1 f0 (f80) Indirect addressing - Registr nepøímého adresování dat 64 2 2 7 2 2 f1 Real Time Clock/Counter Register (RTCC) - hodiny/èítaè reálného èasu 64 2 2 7 2 3 f2 (f82) Program Counter Low (PCL) - èítaè programu (dolních 8 bitù), f0a (f8a) Program Counter LATch High (PCLATH) - záchytný registr horní èásti èítaèe programu a STACK 64 2 2 7 2 4 f81 OPTION registr 65 2 Jiøí Hrbáèek: Mikroøadièe PIC16CXX - BEN technická literatura

2 2 7 2 5 f3 (f83) Status Word Register (SWR) - registr stavového slova 66 2 2 7 2 6 f4 (f84) File Select Register (FSR) - registr výbìru registru z pole registrù 67 2 2 7 2 7 f5 I/O Register A (I/O port A) - vstupnì / výstupní brána A 67 2 2 7 2 8 f85 I/O øídicí registr portu A (TRISA) 67 2 2 7 2 9 A/D pøevodník 68 2 2 7 2 10 f8 A/D CONtrol and status register (ADCON0) - øídicí a stavový registr A/D pøevodníku 70 2 2 7 2 11 f88 A/D CONTrol register 1 (ADCON1) - Øídicí registr A/D pøevodníku 70 2 2 7 2 12 f6 I/O Register B (I/O port B) - vstupní/výstupní brána B, f86 I/O øídicí registr portu B (TRISB) 71 2 2 8 Systém pøerušení 72 2 2 8 1 f0b (f8b) INTerrupt CONtrol register (INTCON) - registr øízení pøerušení 73 2 2 8 2 Pøerušení pøes vstup RB0/INT 73 2 2 8 3 Pøerušení od pøeteèení RTCC 74 2 2 8 4 Pøerušení od zmìny na vstupech RB7/4 75 2 2 8 5 Pøerušení vyvolané ukonèením pøevodu A/D pøevodníku 75 2 2 9 Systém RESETu 75 2 2 10 Power Down mode (SLEEP) 78 2 2 10 1 Mikroøadiè ve stavu spánku 78 2 2 10 2 Probuzení ze SLEEP 78 2 2 11 Configuration fuses - konfiguraèní pamì a pamì identifikaèního kódu 80 2 3 Instrukèní soubor mikroøadièù PIC16C71 81 2 3 1 Instrukce provádìjící aritmetické a logické operace 81 2 3 2 Instrukce nulování a nastavení 84 2 3 3 Instrukce pøesunu dat 85 2 3 4 Instrukce pro práci s podprogramy a pøerušením 86 2 4 5 Instrukce skokù v programu 87 2 3 6 Zvláštní instrukce 88 2 4 Rozdíly oproti mikroøadièùm PIC16C5X 90 3 MIKROØADIÈ PIC16C84 91 3 1 MIKROØADIÈ Z POHLEDU KONSTRUKTÉRA ELEKTRONIKA 91 3 1 1 Vstupy/výstupy, obousmìrné porty 91 3 1 2 Vývody OSC1 a OSC2 91 3 1 2 1 Oscilátory s krystaly a keramickým filtrem 92 3 1 2 2 RC oscilátor 92 3 1 2 3 Použití externího oscilátoru 93 3 1 3 Vývody napájecího napìtí 93 3 1 2 Modifikace mikroøadièù 94 3 1 3 Mezní parametry mikroøadièe 94 3 2 Mikroøadiè z pohledu programátora 95 3 2 1 Datová pamì EEPROM 96 3 2 1 1 Ètení dat z EEPROM 96 3 2 1 2 Zápis dat do EEPROM 96 Jiøí Hrbáèek: Mikroøadièe PIC16CXX - BEN technická literatura 3

3 2 2 f88 a f89 Registry EECON1 a EECON2 (EEPROM control register) 97 3 2 3 Systém pøerušení 97 3 3 Instrukèní soubor 98 4 PROGRAMOVÁNÍ MIKROØADIÈÙ 99 4 1 Zadání úkolu 99 4 2 Psaní vlastního programu 99 4 2 1 Direktivy assembleru 100 4 2 1 1 Definice symbolù 100 4 2 1 2 Definice místa pamìti programu, kam ukládat program, nebo jeho èást 103 4 2 1 3 Ukonèení programu 103 4 2 2 Pøíkazový øádek programu 103 4 2 2 1 Návìští programu 103 4 2 2 2 Instrukce a pseudoinstrukce assembleru MPALC 104 4 2 2 3 Komentáø programu 105 4 3 Pøeklad programu pomocí pøekladaèe 105 4 4 Odladìní programu 106 4 4 1 Simulace 106 4 4 2 Simulátor MPSIM 107 4 4 2 1 Spuštìní simulátoru 107 4 4 2 2 Popis pøíkazù simulátoru 108 4 4 2 2 1 Nastavení simulátoru 108 4 4 2 2 2 Nastavení VIEW SCREEN (trvalé monitorování) 109 4 4 2 2 3 Práce s daty 109 4 4 2 2 4 Pøíkazy pro trasování a využívání breakpointù (bodù pøerušení simulace) programu 111 4 4 2 2 5 Spuštìní simulace 112 4 4 2 2 6 Ukonèení práce simulátoru 112 4 4 2 3 Simulace krok po kroku 112 4 4 2 4 Použití breakpointù 113 4 4 2 5 Trasování 113 4 5 Programování procesorù programátorem PICSTART 114 4 5 1 Ovládání programu 114 4 5 2 Pøíklad postupu pøi programování 115 4 6 Pøíklad simulace instrukcí procesoru 116 4 7 Pøíklad vytvoøení programu a jeho simulace krok po kroku 117 Použité znaèky, zkratky a vyskytující se anglické názvy 122 ZÁVÌR 128 ELEKTRONIC Obecnice - Programátory pamìtí a mikroprocesorù firmy ATMEL 129 ASIX s r o - prodej souèástek a literatury firmy MICROCHIP 132 Knihy nakladatelství BEN - technická literatura 134 Kde najdete prodejny firmy BEN - technická literatura 141 4 Jiøí Hrbáèek: Mikroøadièe PIC16CXX - BEN technická literatura

ÚVOD Jistì každý ví, že programátoøi píší programy pro poèítaèe, aby se tyto staly užiteènými pro uživatele Technici dovedou porouchaný poèítaè opravit Co ale dìlají systémoví programátoøi a vývojoví pracovníci elektronických systémù? Pro názornost si vysvìtlíme všechny tyto pojmy Uživatelé tvoøí nejvìtší skupinu Uživatelem by se mìl stát prakticky každý èlovìk Znalost obsluhy poèítaèe se stává v dnešní dobì otázkou druhé gramotnosti Tak, jako každý èlovìk dovede používat tøeba vysavaè, praèku èi televizor, stejnì tak by mìl umìt využívat služeb poèítaèe Na programátorech je, aby se ovládání programù pro uživatele stávalo èím dál víc radostí a zábavou a ne strašákem a mùrou probdìlých nocí Programátor musí dokonale znát èinnost, na kterou píše program, vìdìt, jak je uživatel zvyklý tuto èinnost vykonávat Jak mají vypadat všechna vstupní data i výstupní sestavy Program se z hlediska vstupù i výstupù musí chovat tak, jak je uživatel zvyklý a jak je mu to nejpøirozenìjší Pak mu opravdu poèítaè poskytne maximální usnadnìní práce a neocenitelnou pomoc Systémový programátor je èlovìk, který musí dokonale znát poèítaè, pro který má psát programy Musí být tedy nejenom výborným programátorem, ale i technikem Musí pøesnì vìdìt, jak pracuje procesor i podrobnì znát funkci jednotlivých zaøízení z hlediska jejich programové obsluhy Systémoví programátoøi píší operaèní systémy a programy pro ovládání speciálních zaøízení Systémový programátor se co nejvíce pøizpùsobuje z jedné strany poèítaèi a jeho technickému øešení a na stranì druhé zpùsobu ovládání daného programu programem jiným Toto ovládání by mìlo být standardní, aby se dalo používat co nejvíce programù i jiných výrobcù, které by mohly zaøízení poèítaèe využívat Jen z mála lidí se proto mohou stát vynikající systémoví programátoøi Mezi amatéry je v této oblasti mezera Amatéøi se zabývají buï programováním, nebo elektronikou Jen málokdo tyto dvì vìci spojuje Navíc z toho, co jsme si øekli o pro-gramátorech systémových, je jasné, že ne každý, by i vynikající programátor, se mùže stát vynikajícím systémovým programátorem To však platí i naopak Ne každý systémový programátor musí být výborným programátorem uživatelským Každá z tìchto odborností totiž vyžaduje u èlovìka trochu jiné vlastnosti Vývojoví pracovníci pro vývoj elektronických systémù dnes již nepracují pouze s tranzistory, jak tomu bylo døíve Používají nejen bìžné integrované obvody Pracují také s programovatelnými logickými obvody a jednoèipovými mikropoèítaèi, kterým se øíká mikroøadièe Mikroøadièe se stále více využívají v našem bìžném životì Dnes je najdeme v moderních holicích strojcích, mixérech, videorekordérech, televizorech, automobilech, klávesnicích poèítaèù i psacích strojích, v robotech a mnoha dalších pøístrojích i vìcech denní potøeby Pro elektronika využívání programovatelných logických obvodù a mikroøadièù skýtá velice zajímavá a efektivní øešení problémù, které by se standardními obvody øešily velice tìžko a složitì Vytváøení jednoduchých aplikací s jednoèipovými mikropoèítaèi je, podle mého názoru, také nejlepší zpùsob, jak si osahat systémaøinu a tak vyhledat ty, ze kterých se po èase mohou stát vynikající systémoví programátoøi èi konstruktéøi a programátoøi robotù a systémù s mikroøadièi Jiøí Hrbáèek: Mikroøadièe PIC16CXX - BEN technická literatura 5

Nestaèí, aby se studenti s tìmito moderními technologiemi setkali až na vysoké škole Je tøeba již na základní škole v zájmových kroužcích podchytit dìti, které mají zájem a vlohy pro tuto èinnost a vìnovat se jim Zaèít nejdøíve se stavbou kybernetických modelù Pak, podle schopností dítìte, pøecházet k vlastním návrhùm jednoduchých kybernetických hraèek Na støedních školách se pak již více klonit ke konstrukcím a programování systémù s mikroøadièi, popøípadì již pomalu zaèít s velice jednoduchými systémovými aplikacemi Studenti støedních škol již musí odcházet ze školy zcela profilovaní Z vìtšiny se stanou uživatelé Nìkteøí však již pùjdou cestou uživatelských programátorù, systémových programátorù nebo konstruktérù elektronických systémù Cílem této publikace je seznámení s mikroøadièi øady PIC16CXX a vývojovým systémem PICSTART Tento se skládá z programátoru mikroøadièù, který se pøipojuje pøes rozhraní RS232 k poèítaèi IBM PC, programu MPSTART pro ovládání programátoru, pøekladaèe assembleru MPALC a simulátoru MPSIM Mikroøadièe fy Microchip jsou velice výkonné mikroøadièe a pro svoje vlastnosti vhodné pro použití nejen ve velkém množství profesionálních aplikací, ale i ve školství pro výuku práce s mikroøadièi Navíc jejich cena i cena jednoduchého programátoru vèetnì makroassembleru a simulátoru je natolik nízká, že si jej mùže poøídit snadno každá škola nebo i soukromá osoba èi malý kroužek Podmínkou však je mít písíèko Zaèátek textu je vìnován popisu mikroøadièù PIC16C54, 55, 56, 57, 71 a 84 Další kapitoly podávají základní informace o assembleru MPALC, simulátoru MPSIM a programování pomocí programátoru PICSTART Informace jsou zde pøedkládány ve formì návodù Výklad není doplòován teoretickými odvozeními a dùkazy Na tento text bude navazovat i publikace, vìnující se programování uvedených mikroøadièù s velkým množstvím pøíkladù V celé publikaci bylo na žádost redaktora zamìnìno slovo mikrokontrolér za slovo mikroøadiè, slovo kontrolér za slovo øadiè a slovo pin za slovo vývod Rád bych podìkoval Doc Ing Jiøímu Strachovi, CSc RNDr Jiøímu Pošovi a PaedDr Otto Kryzanovi za cenné pøipomínky a rady pøi psaní tohoto textu Poznámka k druhému a tøetímu vydání Toto doplnìné vydání je upraveno podle nejnovìjšího katalogu firmy Microchip: PIC16/17 Microcontroller Data Book - the Emergining World Standard TM 1995/1996 Pùvodní publikace byla psána podle katalogu z roku 1993 Nedošlo ke zmìnám funkce mikroøadièù Došlo však ke zmìnám v názvosloví (kvùli kompatibilitì pojmù s novými mikroøadièi) a ke zlepšení technických parametrù (zdokonalením technologie) V novém katalogu je nahrazen pojem èítaè/ èasovaè reálného èasu - RTCC (real time clock counter) pojmem èasovaè 0 - TMR0 (timer 0) Stejnì tak oznaèení bitù RTIE za T0IE, RTIF za T0IF, RTS za T0CS, RTE za T0SE a oznaèení vstupu RTCC za T0CKI Zmìny v parametrech jsou smìrem k lepšímu, proto nemùže dojít k poškození mikroøadièe pøi použití pùvodnì publikovaných parametrù 6 Jiøí Hrbáèek: Mikroøadièe PIC16CXX - BEN technická literatura