Introdução aos microcontroladores
Prof. João Carlos ETEC - 2012
Aplicações
Características principais de um microcontrolador • • • • •
Programável Pequeno Baixo custo em relação a outras lógicas Baixo consumo de energia Demanda a construção de um circuito que dê suporte a sensores e atuadores (entradas e saídas). Placa de circuito impresso. Isso implica em projeto eletrônico. • Demanda conhecimento em linguagem de programação de baixo nível (ling. C ou Assembly, PBASIC), embora já haja linguagens mais fáceis, com quantidade considerável de recursos.
Caracteristicas Basicas
Microcontroladores comuns Microchip Technology • PIC de instruções de 12 bits • PIC de instruções de 14 bits - PIC16F628 - PIC16F84 - PIC16F677 - PIC16F877 • PIC de instruções de 16 bits PIC18F452
Caract. gerais da familias 16Fxx e 18Fxx
Caract. gerais da famĂlias 16Fxx e 18Fxx
Caracteristicas Basicas Um microcontrolador dispõe normalmente dos seguintes elementos: processador
ou CPU memória de dados (RAM) memória de programa (ROM/PROM/EPROM/EEPROM) linhas de entrada/saída (E/S) programáveis
Caracteristicas Basicas módulos
de controle de periféricos (ports série, paralelo,USB,I2C,etc.) Gerador de clock temporizadores watchdog (cão-de-guarda) conversores A/D e D/A comparadores analógicos
Microprocessador vs. Microcontrolador
X
microprocessador vs. microcontrolador o
microprocessador é um sistema aberto constrói-se um computador com as características desejadas juntando os módulos necessários o microcontrolador é um sistema fechado contem um computador completo e as suas prestações limitadas não podem ser modificadas
Estrutura de um microprocessador bus de endereços P
bus de dados bus de controle
Memória
controlador 1 controlador 2 periféricos
periféricos
Arquitectura “von Neumann” ou “Princeton”
Arquitetura interna de um microcontrolador
Memória
bus de endereços de instruções 10
UCP
bus de endereços de dados 9
de
de Instruções
Memória
14 bus de instruções
Arquitetura “Harvard”
8 bus de dados
dados
Arquitetura interna de um microcontrolador RISC
- Reduced Instruction Set Computer (35 no 16F84) versus CISC
- Complex Instruction Set Computer (+150 no 8086)
Microcontroller x Microprocessor
15
Arquitetura interna de um microcontrolador Memória de Programa Tipologia PROM (Programmable Read Only Memory) EPROM (Electrically PROM) OTP (One Time Programmable) EEPROM (Electrically Erasable PROM) FLASH
Arquitetura interna de um microcontrolador Memória de Dados
SRAM (Static RAM) EEPROM
Arquitetura interna de um microcontrolador Programação linguagem
assembly linguagens HLL (High Level Language): Pascal, PBasic, JAL, C Compiladores
vs. Interpretadores
Exemplo de aplicação do Microcontrolador PIC
Exemplo de programa • Projetar um Semáforo de duas fases, levando em consideração um delay entre o vermelho do semáforo 1 e o amarelo do semáforo 2 (na troca do amarelo para o vermelho). O sistema inicia-se automaticamente sem a necessidade do botão de start, portanto, após o acionamento inicial, ele irá repetir a seqüência programada até o seu desligamento final.
Comandos que serão utilizados nesse programa • • • • • •
Symbol – atribui um novo nome simbólico High – coloca em nível alto uma saída Low - coloca em nível baixo uma saída Wait – causa um atraso (em segundos) Pause – causa uma atraso (em milessegundos) Goto – salto incondicional
Software utilizado para edição • Programming Editor PICAXE • Revolution Education
– Hardware de aplicação do projeto – PICmicro 16F677
Seqüência de operação • Tempo 1 – Semáforo 1 • Vermelho on
– Semáforo 2 • Verde on
Seqüência de operação • Tempo 2 – Semáforo 1 • Vermelho on
– Semáforo 2 • Amarelo on
Seqüência de operação • Tempo 3 – Semáforo 1 • amarelo on
– Semáforo 2 • amarelo on
Seqüência de operação • Tempo 4 – Semáforo 1 • Verde on
– Semáforo 2 • Vermelho on
Seqüência de operação
Circuito simplificado
CONTROLE DA TEMP. DE ESTUFA (ON–OFF) CONTROLE DIGITAL
TERMOSTATO T2
TERMOSTATO T1
AQUECEDOR A
RESFRIADOR R
Controle de Temperatura ON-OFF de uma Estufa • Funcionamento: – Uma estufa deve manter a temperatura interna sempre na faixa entre 45ºC e 60ºC. Para isso foram instalados internamente na estufa dois sensores de temperatura (termostatos). O sistema será automático e não terá botão de power on-off. O funcionamento dos termostatos é o seguinte:
A l贸gica de controle para que a temperatura interna fique dentro da faixa de trabalho acionando um Aquecedor A ou um Resfriador R.
Comandos que serão utilizados nesse programa • • • • •
Symbol – atribui um novo nome simbólico High – coloca em nível alto uma saída Low - coloca em nível baixo uma saída Pause – causa uma atraso (em milessegundos) Goto – salto incondicional
• If...Then – compara e efetua salto condicional para uma nova posição no programa.
Diagrama de hardware simplificado
Referências Bibliograficas • Introdução a microntroladores PICAXE, João Carlos Lazaro, 2010
• Introdução a microcontroladores Basic Stamp, Darli Luis Angnes, 1999 • Programação em algoritimos, SENAI FIERGS, 2005
jc.lazaro@gmail.com.br ”
FIM “Deus é minha Luz e Salvação, não vou temer às adversidades”
FIM
AUTOMAÇÃO FORMAS DE AUTOMAÇÃO
• Automação dedicada com lógica de reles; • Placa de circuito lógico dedicado; • Placa programável com uso de microprocessador; • Placa programável com uso de microcontrolador; • PC dedicado; • PLCs (ou CLPs).
Automação dedicada com lógica de reles • É feita através da ligação das entradas e saídas de elementos eletromecânicos, temporizadores, de retardo, etc...
• Vantagem: Ideal para circuitos extremamente simples. Fácil manutenção. Seguro e estável.
• Desvantagens: Não flexível (difícil de mudar a lógica do funcionamento ou criar novas regras de funcionamento depois da implantação), custo alto, consumo alto e dimensões elevadas quando sistema não é simples.
Placa de circuito lógico dedicado • Usando-se componentes simples ou circuitos integrados não programáveis, implementa-se uma lógica estática em uma placa de circuito impresso.
• Vantagem: Reduz tamanho em relação à lógica de relés. Fácil manutenção. Custo baixo. Seguro e com baixo consumo de energia.
• Desvantagem: Não flexível por ser dedicada e não programável. Manutenção simples mas demanda mais conhecimentos que a lógica de relés. Demanda tempo no projeto e construção da placa de circuito impresso.
Placa programável com uso de microprocessador • Através de um microprocessador em uma placa de circuito impresso, juntamente com outros componentes (RAM, ROM, periféricos ....) realiza-se a automação dedicada, mas que pode ter seu programa modificado. • Vantagem: Flexível, com baixo consumo de energia. • Desvantagem: Depende de software. Manutenção um pouco mais complexa. Demanda tempo para projeto e construção da placa de circuito impresso.
Diferente de computadores de propósito geral (PC) • Um sistema embarcado realiza um conjunto de tarefas pré-definidas, geralmente com requisitos específicos. Já que o sistema é dedicado à tarefas específicas, através de engenharia pode-se otimizar o projeto reduzindo tamanho, recursos computacionais e custo do produto.
O que é um sistema embarcado ? • Segundo a Wikipédia, em janeiro de 2010, “Um sistema embarcado, ou sistema embutido, é um sistema microprocessado no qual o computador é completamente encapsulado ou dedicado ao dispositivo ou sistema que ele controla”.
Placa programável com uso de microcontrolador • Usando-se um microcontrolador, pode se obter uma redução significativa no tamanho da placa de circuito impresso utilizada na automação, uma vez que o microcontrolador já integra RAM, ROM e grande parte dos periféricos.
• Vantagens: Baixo custo, baixo consumo de energia, flexibilidade. • Desvantagens: Manutenção mais complexa, demanda tempo e conhecimento para desenvolvimento da aplicação.
PC dedicado • Usa-se um computador pessoal (ou um computador modificado com características de computador pessoal) para a automação. Ideal quando se objetiva padronização, poder de processamento e conectividade.
• Vantagens: Componentes facilmente encontrados, e com custo relativamente baixo. Fácil manutenção e excelente performance. Boa conectividade. • Desvantagens: Tamanho, consumo de energia acima do necessário, custo pode ficar mais elevado que solução com microcontrolador.
PLCs (ou CLPs) • São pequenas “caixas programáveis”, geralmente de linguagem simples e pouco complexas.
• Vantagens: Padronização industrial, robustez para aplicação industrial, fácil manutenção, fácil programação. • Desvantagens: Custo elevado, tamanho, consumo de energia elétrica mais alto que microcontrolador, menos flexível que microcontrolador.
Qual a mais indicada para cada uma das situações abaixo ? ( ) Automação com restrição a custo e tamanho. Exemplo: Controlador de elevador de 10 andares. Placa programável com uso de microcontrolador ( ) Automação industrial padronizada, implantação rápida e fácil manutenção, baixa restrição a custo. Ex: Automação de uma dobradeira de tubos. PLCs (ou CLPs)
Qual a mais indicada para cada uma das situações abaixo ? ( ) Automação industrial com lógica muito simples. Ex: Elevador de 2 andares. ( ) Automação com restrição a tamanho, que necessita de alta performance. Ex: Controle de injeção eletrônica veicular. ( ) Automação com restrição a custo e tamanho. Exemplo: Controlador de elevador de 10 andares. ( ) Automação industrial padronizada, implantação rápida e fácil manutenção, baixa restrição a custo. Ex: Automação de uma dobradeira de tubos.