PDF de programación - Unidad IV: Programación de microcontroladores

Unidad IV: Programación de microcontroladores

El microcontrolador ejecuta el programa cargado en la memoria Flash. Esto se

denomina el código ejecutable y está compuesto por una serie de ceros y unos,

aparentemente

sin

significado. Dependiendo de

la arquitectura del

microcontrolador, el código binario está compuesto por palabras de 12, 14 o 16

bits de anchura. Cada palabra se interpreta por la CPU como una instrucción a ser

ejecutada durante el funcionamiento del microcontrolador. Todas las instrucciones

que el microcontrolador puede reconocer y ejecutar se

les denominan

colectivamente Conjunto de instrucciones. Como es más fácil trabajar con el

sistema de numeración hexadecimal, el código ejecutable se representa con

frecuencia como una serie de los números hexadecimales denominada código

Hex. En los microcontroladores PIC con las palabras de programa de 14 bits de
anchura, el conjunto de instrucciones tiene 35 instrucciones diferentes.



4.1 Modelo de programación



„



 Funciones de un programa de control de procesos:

 „ Adquisición y acondicionamiento de datos

 „ Control digital directo

 „ Supervisión del sistema

 „ Control de secuencias



 „ Modelos a estudiar

 „ Organigramas (diagramas de flujo)

 „ Maquinas de estado finita (Finite State Machine--FSM)

 Organigramas

 Suelen utilizarse en aplicaciones sencillas o en la planificación de rutinas en

las que se divide una aplicación más compleja.

Máquina de estados finita (FSM)



 Estados: Son las diferentes situaciones en las que puede encontrarse el

sistema.

 Entradas

(señales de

transición de estados): Constituyen

los

acontecimientos que producen los cambios de estado.

 Salidas: Respuesta del sistema ante los cambios en las entradas.

 Funciones de transición de estado: Descripción detallada, para cada

estado, de cuál es el siguiente estado y la salida del sistema, cuando se

producen las distintas entradas.

La forma en que los representan son:

 Diagrama de grafo de estado

 Tabla de transiciones



4.2 Estructura de los registros del CPU



Los programas de los microcontroladores suelen dividirse en dos grandes grupos:

 La estructura de interrupciones, formada por las rutinas de servicio a las

mismas.

 El programa principal, que consta de dos partes: La rutina de

inicialización del sistema y Un lazo de ejecución perpetua, en donde n

perpetua, en donde se ejecutan todas se ejecutan todas aquellas tareas

que no estén ligadas a la estructura de n ligadas a la estructura de

interrupciones: máquina de estados principal, rutinas no quina de estados

principal, rutinas no críticas, inicialización del circuito de vigilancia



4.3 Modos de direccionamiento

 Modos de direccionamiento 8051



Dir

En el direccionamiento directo, se indica la dirección a operar de forma absoluta.

Para la familia de microcontroladores 8051 se dispone de 256 direcciones

directas, correspondientes a (Ram interna + Registros SFR).

El OpCode va seguido de un byte que representa la dirección.

MOV A,30H ; A<-(30H), El contenido de la dirección 30H se mueve al acumulador

ADD A,31H ; A<-(A)+(31H), Se suma el contenido de acumulador con el de la

dirección

31H

; el resultado se deposita en el acumulador



Por registro (Rn)

Rn. Para el direccionamiento por registro el código de la instrucción (OpCode)

contiene la información del registro a operar, del banco de registros seleccionado.

MOV R1,A ; R1<-(A), El contenido del acumulador se mueve al registro R1

OpCode de (MOV Rn,A) es F8H, en binario:

1 1 1 1 1 0 0 1
Los tres últimos bits identifican el registro sobre el cual se opera.



Indirecto (@)

@. Se especifica un registro que contiene la dirección del dato a operar.

R0, R1 cuando se accede a la memoria interna de direccionamiento indirecto 256

Bytes.

DPTR para el acceso a la memoria externa 64K Bytes.

MOV R0,#30H ; RO<-30H, mover al registro 0 el dato inmediato 30H (constante)

MOV A,@R0 ; A<-((R0)), mueve el contenido de la posición de memoria indicada

en R0 al Acc.

Implícito

La instrucción indica implícitamente el registro sobre el que se ha de operar.

INC A ; A<-(A)+1, incrementar el acumulador

CPL A ; A<-(Ã), complementa el acumulador

Inmediato (#)

#. El OpCode está seguido de una constante que representa el valor con el que se

operará.

MOV A,#0 ; A<-0, poner cero en el Acc

MOV R1,#123 ; R1<-123, poner el valor 123 (decimal) en el registro uno

Indexado

Se utilizan dos registros para apuntar a la dirección que contiene el dato. La suma

del contenido del DPTR más el acumulador determina la dirección a operar.

Este direccionamiento esta limitado a dos únicas instrucciones que mueven datos

de la ROM al acumulador.

MOVC A,@A+DPTR ; A<-((DPTR+A)), el contenido de la posición que apunta el

DPTR+A se deposita en el Acc



4.4 Conjunto de instrucciones



Un conjunto

de

instrucciones o repertorio

de

instrucciones, juego

de

instrucciones o ISA (del

inglés Instruction Set Architecture, Arquitectura

del

Conjunto de Instrucciones) es una especificación que detalla las instrucciones que

una CPU de un ordenador puede entender y ejecutar, o el conjunto de todos los

comandos implementados por un diseño particular de una CPU. El término

describe los aspectos del procesador generalmente visibles a un programador,

incluyendo los tipos de datos nativos, las instrucciones, los registros, la

arquitectura de memoria y las interrupciones, entre otros aspectos.



4.5 Lenguajes ensambladores



Ventajas:

 Permite desarrollar programas muy eficientes:

 Uso eficiente de recursos

 Código compacto

 Control

total sobre el

tiempo de ejecución de

las

instrucciones

especialmente importante en aplicaciones en tiempo real

Desventajas:



„ Programación costosa y difícil de modificar



4.6 Codificación


A menudo gastamos una gran cantidad de energía diseñando un circuito elegante,

bien diseñado y robusto. Hoy día, el cerebro de muchos de estos circuitos es un

microcontrolador que necesita un software para funcionar. ¿No es razonable

entonces esperar un programa bien diseñado y escrito adecuadamente que se

complemente con la calidad del trabajo del circuito? Aparentemente así es.

Hablemos de la cualidad del software.Es un hecho muy bien conocido: los errores

matan a gente y los errores de programación no son una excepción. Todos los

años muere gente debido a errores de programas. Algunos accidentes fatales de

avión, helicóptero y coches pueden ser atribuidos a problemas en el software. El

mal funcionamiento del ‘firmware’ interno de los dispositivos médicos crea víctimas

de manera regular. Los edificios se convierten en humo debido a errores de

programa, y algunas personas son asesinadas a machetazos. El software erróneo

puede incluso hundir barcos. Creedme, he visto que eso sucede.