PDF de programación - Tutorial microcontroladores PIC - Oniciación rápida

TUTORIAL MICROCONTROLADORES PIC

— INICIACI ÓN R ÁPIDA —

MIGUEL TORRES TORRITI

Contenidos

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Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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1. Microcontroladores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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1.1.
Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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1.2. Características de los Microcontroladores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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1.3. Proceso de Desarrollo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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2. PIC16F84 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7
2.1.
Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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2.2. Desarollo de Software para el PIC16F84 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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2.3. Programación del µC PIC16F84 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.4. Circuito Base para Operación Regular
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.5. Técnicas Avanzadas: Programación Mediante Bootloaders . . . . . . . . . . . . 14
3. Ejemplo 1: Programación en JAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.1. Descripción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.2. Paso 1: Instalación y Configuración del Compilador JAL . . . . . . . . . . . . . 15
3.3. Paso 2: Creación del Programa en JAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.4. Paso 3: Compilación del Programa en JAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
3.5. Paso 4: Programación del µC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
3.6. Circuito del Ejemplo 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
4. Ejemplo 2: Programación en PICC Lite
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
4.1. Descripción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
4.2. Paso 1: Instalación y Configuración del Compilador PICC Lite
. . . . . . . . . 17
4.3. Paso 2: Creación del Proyecto en MPLAB IDE . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
4.4. Paso 3: Compilación del Proyecto con PICC Lite . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
4.5. Paso 4: Programación del µC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
4.6. Circuito del Ejemplo 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

Version 1.0 – 26 Abril 2007 – http://www.ing.puc.cl/

∼

mtorrest/publicaciones.htm.

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5. Desarrollos más allá de este Documento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
5.1. PIC16F87x . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
5.2. Freescale MC68HC08 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Agradecimientos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Apéndice A. Lista de Componentes del Programador
. . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Apéndice B. Lista de Componentes para los Ejemplos . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Apéndice C. Configuración del PROG84 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

Objetivos

Mediante explicaciones paso a paso, este documento busca iniciar rápida y económicamente
al lector en el desarrollo de circuitos basados en microcontroladores. Para dicho propósito se
empleará el popular microcontrolador PIC16F84, el cual por su simplicidad permite imple-
mentar circuitos con componentes de bajo costo disponibles comercialmente, y sin requerir de
instrumentación de laboratorio complejo. También las herramientas de software de desarrollo
que se presentan son de libre distribución y pueden conseguirse fácilmente sin costo.
Los pasos que deberá completar en este tutorial para desarrollar una aplicación basada en
microcontroladores se resumen en:

(1) Selección del microcontrolador: En este tutorial se utilizaré el PIC16F84x por simpli-
cidad y costo. Para aplicaciones más avanzadas se recomiendan el PIC16F87x o el
PIC18F452.

(2) Selección/Instalación del compilador/ensamblador: Se empleará el compilador PICC
Lite de la empresa HI-TECH Software LLC. [3], junto con el software de desarrollo
MPLAB IDE de Microchip Technology Inc. [1]. Obtenga estos software de los sitios
webs que se indican en las referencias e instálelos.

(3) Selección/Instalación del software programador: En este tutorial se utilizará el soft-
ware programador PROG84. Obtenga el software programador PROG84 de las ref-
erencias que se indican en la sección 2.3 o 2.3.1. Para aplicaciones más avanzadas se
recomiendan el IC-Prog o el WinPIC.

(4) Construcción del circuito programador: En este tutorial se empleará el circuito progra-
mador JDM PIC Programmer 2 (JDM2). La construcción del circuito programador
JDM2 se explica en la sección 2.3.2 o en las referencias de la sección 2.3. El JDM2 es
un programador simple y versátil para aplicaciones avanzadas. Alternativamente, se
recomiendan el Multi PIC Programmer 5 Ver. 2 o el Progrmador PIC Pablin II. Si está
iniciándose en la programación de microcontroladores y necesita desarrollar una apli-
cación rápidamente, tal vez sea recomendable que invierta en un programador de PIC
comercial como los de Olimex, que son una alternativa económica a los programadores
PICStart Plus de Microchip.

(5) Desarrollo del software y programación: Para escribir el programa que se incorporará
al microcontrolador se empleará el ambiente de desarrollo MPLAB IDE. Es posible
prescindir de este ambiente y escribir el código en un procesador de textos simple. Sin

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embargo, la MPLAB IDE provee una serie de herramientas que facilitan el desarrollo
y la administración del código.

(6) Construcción del circuito base de la aplicación. Los circuitos bases de la aplicación se

presentan en en los ejemplos de este documento.

Al completar este tutorial, usted debería ser capaz de aplicar los pasos anteriores al desarrollo
de aplicaciones basadas en otros microcontroladores además del PIC16F84.

1. Microcontroladores

1.1. Introducción.
Los micrconctoladores son computadores digitales integrados en un chip que cuentan con un
microprocesador o unidad de procesamiento central (CPU), una memoria para almacenar el
programa, una memoria para almacenar datos y puertos de entrada salida. A diferencia de
los microprocesadores de propósito general, como los que se usan en los computadores PC,
los microcontroladores son unidades autosuficientes y más económicas.
El funcionamiento de los microcontroladores está determinado por el programa almacenado
en su memoria. Este puede escribirse en distintos leguajes de programación. Además, la
mayoría de los microcontroladores actuales pueden reprogramarse repetidas veces.
Por las características mencionadas y su alta flexibilidad, los microcontroladores son amplia-
mente utilizados como el cerebro de una gran variedad de sistemas embebidos que controlan
máquinas, componentes de sistemas complejos, como aplicaciones industriales de automati-
zación y robótica, domótica, equipos médicos, sistemas aeroespaciales, e incluso dispositivos
de la vida diaria como automóviles, hornos de microondas, teléfonos y televisores.
Frecuentemente se emplea la notación µC o las siglas MCU (por microcontroller unit para
referirse a los microcontroladores. De ahora en adelante, los microcontroladores serán referidos
en este documento por µC.

1.2. Características de los Microcontroladores.
Las principales características de los µC son:

• Unidad de Procesamiento Central (CPU): Típicamente de 8 bits, pero también
las hay de 4, 32 y hasta 64 bits con arquitectura Harvard, con memoria/bus de datos
separada de la memoria/bus de instrucciones de programa, o arquitectura de von Neu-
mann, también llamada arquitectura Princeton, con memoria/bus de datos y memo-
ria/bus de programa compartidas.
• Memoria de Programa: Es una memoria ROM (Read-Only Memory), EPROM
(Electrically Programable ROM), EEPROM (Electrically Erasable/Programable ROM)
o Flash que almacena el código del programa que típicamente puede ser de 1 kilobyte
a varios megabytes.
• Memoria de Datos: Es una memoria RAM (Random Access Memory) que típicamente
puede ser de 1, 2 4, 8, 16, 32 kilobytes.
• Generador del Reloj: Usualmente un cristal de cuarzo de frecuencias que genera
una señal oscilatoria de entre 1 a 40 MHz, o también resonadores o circuitos RC.
• Interfaz de Entrada/Salida: Puertos paralelos, seriales (UARTs, Universal Asyn-
chronous Receiver/Transmitter), I2C (Inter-Integrated Circuit), Interfaces de Periféricos

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Seriales (SPIs, Serial Peripheral Interfaces), Red de Area de Controladores (CAN,
Controller Area Network), USB (Universal Serial Bus).
• Otras opciones:

– Conversores Análogo-Digitales (A/D, analog-to-digital) para convertir un nivel
de voltaje en un cierto pin a un valor digital manipulable por el programa del
microcontrolador.

– Moduladores por Ancho de Pulso (PWM, Pulse-Width Modulation) para generar

ondas cuadradas de frecuencia fija pero con ancho de pulso modificable.

La alta integración de subsistemas que componen un µC reduce el número de chips, la cantidad
de pistas y espacio que se requeriría en un circuito impreso si se implementase un sistema
equivalente usando chips separados.
Un aspecto de especial interés para el desarrollador de circuitos basados en microcontroladores
son las interfaces de entrada/salida. A través de los pines del chip asociados a las interaces
de entrada/salida el µC puede interactuar con otros circuitos externos enviandoles señales de
comando o recibiendo estímulos correspondientes a variables externas. Por lo general varios
pines de datos son bidireccionales, es decir pueden configurarse como entradas o salidas.
Cuando son entradas