PICAXE AULA INTRODUÇÃO

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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

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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.


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