PIC16F876A conversión analógica digital + UART (Ensamblador)
Note: This post is available in Spanish only. Please use a software
translator.
He dejado de usar microcontroladores PIC por los motivos explicados
aquí, pero voy a
dedicar este post para escribir y explicar un programa sencillo escrito en
ensamblador para el PIC16F876A.
El objetivo es el siguiente:
Se pretende usar el microcontrolador para llevar a cabo la conversión
analógica-digital de una tensión variable (un LDR o un potenciómetro por
ejemplo) y transmitir el resultado usando la UART. Además debe ser posible
recibir por la UART un byte que debe alterar la configuración del Conversor
Análogo Digital (DAC) interno del microcontrolador para, por ejemplo, cambiar el
canal de entrada de la señal analógica o modificar la velocidad del reloj de
conversión.
El código ha sido ensamblado con el “ensamblador de GNU” (gpasm) del juego de
herramientas gputils, pero debería ser
perfectamente compatible con las herramientas MPLAB de Microchip. En cualquier
caso, la explicación y el 99% del código debería ser útil sin modificación
alguna.
Este post se debería leer en paralelo junto con el datasheet del
microcontrolador en cuestión PIC16F876A que se puede encontrar aquí:
http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/39582C.pdf
El código completo se encuentra
aquí.
Declaración de registros y variables
Empezamos examinando y explicando el código:
list p=16f876A
La primera linea le dirá al ensamblador los mapas de memoria que el enlazador
deberá usar.
; Declaración de direcciones de memoria
; Datasheet pagina 17, figura 2-3
PORTA EQU 0x05
PORTB EQU 0x06
TRISA EQU H'85'
TRISB EQU H'86'
TRISC EQU H'87'
RP0 EQU H'05'
RP1 EQU H'06'
STATUS EQU H'03'
DATO EQU H'21'
ADCON0 EQU H'1F'
ADCON1 EQU H'9F'
PIR1 EQU H'0C'
INTCON EQU H'0B'
PIE1 EQU H'8C'
ADRESH EQU H'1E'
ADRESL EQU H'9E'
SPBRG EQU H'99'
TXSTA EQU H'98'
RCSTA EQU H'18'
TXREG EQU H'19'
RCREG EQU H'1A'
OPTION_REG EQU H'81'
IRP EQU H'07'
En el datasheet, pagina 17, figura 2-3 se puede encontrar el mapa completo de
memoria del microcontrolador. En estas lineas declaramos los nombres y
direcciones (en hexadecimal) de los mismos, para usarlos en el código con más
facilidad. El mnemónico EQU asigna el nombre de la izquierda al valor de la
derecha. Para declarar un valor hexadecimal se usa el prefijo 0x.
Inicialización y configuración
INIT
org 0
; Selección BANCO 1
; Datasheet pagina 16, sección 2.2
BSF STATUS,RP0
BCF STATUS,RP1
el mnemónico INIT es la declaración de una etiqueta (la misma que se puede
cambiar por cualquier palabra que se desee), es el nombre con el cual nos vamos
a referir a esta sección de código desde otras partes del programa.
La directiva org 0 indica al enlazador que el código a continuación deberá ser
colocado desde la dirección 0 de la memoria de programa.
Las instrucciones BSF STATUS,RP0 y BCF STATUS,RP1 hacen un cambio al banco
de memoria 1. La memoria del microcontrolador está dividida en bancos y es
necesario cambiarnos al banco donde reside el registro que queremos modificar
en cada momento.
Configuración de los puertos de entrada/salida
;;; Configuración de puertos IO
;;; Datasheet pagina 41
; El puerto A es de entrada
MOVLW B'00111111'
MOVWF TRISA
; El puerto B es de salida
MOVLW B'00000000'
MOVWF TRISB
; Puerto C: pin TX es salida, pin RX es entrada
MOVLW B'10001111'
MOVWF TRISC
La instrucción MOVLW se usa para mover un valor literal al registro de trabajo
W.
La instrucción MOVWF se usa para mover el valor que se encuentra en el
registro de trabajo W a un registro.
De esta forma, para colocar un valor arbitrario en un registro es necesario
colocarlo primero en el registro de trabajo W usando la instrucción MOVLW
y luego moverlo al registro deseado con la instrucción MOVWF.
Para indicar que el valor usado es binario se usa como prefijo una B.
El puerto A contiene los pines del conversor ADC, por lo que se configuran
como entradas. El puerto B se configura como salida para, opcionalmente,
colocar LEDs que sirvan como indicadores visuales. El puerto C contiene los
pines TX y RX usados para la comunicación UART, de forma que se configuran
para salida y entrada respectivamente.
Configuración del conversor ADC
;;; Configuración de puerto ADC
; Todas las entradas son analógicas
; Datasheet pagina 128
MOVLW B'10000000'
MOVWF ADCON1
La configuración del conversor ADC será recibida usando la comunicación UART,
sin embargo, es necesario configurar de antemano qué pines serán analógicos y
qué pines serán digitales. No usaremos pines digitales en este puerto, así que
se configuran todos como analógicos según la tabla de la pagina 128 del
datasheet.
Configuración de la UART
La comunicación serial UART puede usarse para comunicar el microcontrolador con
una computadora u otro dispositivo que a su vez se puede usar para comunicar con
un teléfono inteligente. El dispositivo con el que se comunique es irrelevante
para este post y el código es el mismo en cualquier caso.
Nótese que los registros que se configuran se encuentran en bancos distintos con
lo cual es necesario hacer el cambio de banco en cada paso.
;;; Configuración UART
; Banco 1
BSF STATUS,RP0
BCF STATUS,RP1
; 19200 Baudios
; Datasheet pagina 114, tabla 10-4
MOVLW .12
MOVWF SPBRG
El registro SPBRG o “Generador de baudios” recibe un valor (listado en la
tabla) dependiendo de la velocidad a la cual nos queremos comunicar, de la
frecuencia a la que se use el microcontrolador y el porcentaje de error que
estamos dispuestos a tolerar en la comunicación. Dada la frecuencia de un reloj
de 4Mhz usado y la necesidad de una comunicación a 19200 Baudios, la tabla
indica usar un valor decimal de 12. Para indicar que el valor usado es decimal
se usa como prefijo un punto ..
; Registro de transmisión
MOVLW B'10100100'
MOVWF TXSTA
El registro TXSTA de la pagina 111 se configura con los valores adecuados para
configurar una comunicación de 8 bits de alta velocidad, asíncrona y para
activar los mecanismos de transmisión.
; Banco 0
BCF STATUS,RP0
BCF STATUS,RP1
; Registro de recepción
MOVLW B'10010000'
MOVWF RCSTA
BSF RCSTA,4
El registro RCSTA (en el banco 0) de la pagina 112 se configura para una
comunicación de 8 bits, asíncrona y se activan los mecanismos de recepción.
Programa principal
El programa principal deberá esperar a que un byte para configurar el conversor
ADC llegue por la UART, tomar un valor de tensión y llevar a cabo la conversión
para finalmente transmitir el resultado por la UART, enviando primero el byte
bajo ADRESL y luego el byte alto ADRESH.
Configuración
;;; Esperar primer byte de configuración
ESPERAR_CONFIG
BTFSS PIR1,5
GOTO ESPERAR_CONFIG
El pin numero 5 del registro PIR1 indicará que un dato ha llegado por la
UART.
La instrucción BTFSS verificará el bit numero 5 del registro PIR1 y se
saltará la siguiente instrucción si el bit es igual a 1. De esta forma
mientras no llegue el dato necesario la instrucción GOTO se ejecuta y el
microcontrolador se queda en un bucle, pero cuando un dato es recibido la
instrucción GOTO es saltada y el programa puede continuar.
; Colocar byte recibido en la configuración ADCON0 del conversor ADC
BCF STATUS,RP0
BCF STATUS,RP1
MOVF RCREG,W
MOVWF ADCON0
; Vaciar el bit de recepción
BCF PIR1,6
El registro RCREG contiene el dato recibido por la UART, el cual se coloca en
el registro de trabajo W para luego llevarse al registro de configuración
ADCON0 del conversor ADC. Así el conversor quedará configurado con el canal y
velocidad que se haya indicado en el dato que recibió y se puede proceder a la
conversión. Usando la instrucción BCF se vacía el contenido del bit numero 6
del registro PIR1 para indicar que hemos leído el dato recibido.
Conversión
;;; Esperar tiempo de adquisición e iniciar conversión
CONVERTIR
; Instrucciones de espera
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
Antes de realizar la conversión es necesario esperar un tiempo para que el
microcontrolador pueda recoger el valor de tensión en el pin, acorde a la pagina
129 del datasheet. Se puede lograr esto usando la instrucción NOP, aunque
sería más adecuado usar un bucle que espere un tiempo más prudente, pero se
mantiene de esta forma por simplicidad.
; Activar conversor
BSF ADCON0,2
Activando el bit numero 2 del registro ADCON0 usando la instrucción BSF
inicia la conversión.
ESPERAR_CONVERSION
BTFSS PIR1,6
GOTO ESPERAR_CONVERSION
BCF PIR1,6
La conversión toma tiempo, por lo que se entra en un bucle hasta que el bit
numero 6 del registro PIR1 indique que se ha finalizado.
Transmitir el resultado
; Transmitir el resultado mediante la UART
TRANSMITIR_RESULTADO
BSF STATUS,RP0
BCF STATUS,RP1
; Transmitir byte bajo del resultado (ADRESL)
MOVF ADRESL,W
BCF STATUS,RP0
BCF STATUS,RP1
MOVWF TXREG
BSF STATUS,RP0
BCF STATUS,RP1
El resultado de la conversión se encuentra repartido en dos bytes: ADRESL y
ADRESH.
Colocamos el byte ADRESL en el registro de trabajo W para luego colocarlo en
el registro TXREG, lo cual causará que sea transmitido usando al UART.
; Esperar que el primer byte se transmita
ESPERAR_1
BTFSS TXSTA,1
GOTO ESPERAR_1
BCF STATUS,RP0
BCF STATUS,RP1
; Transmitir byte alto del resultado (ADRESH)
MOVF ADRESH,W
MOVWF TXREG
BSF STATUS,RP0
BCF STATUS,RP1
; Esperar que el segundo byte se transmita
ESPERAR_2
BTFSS TXSTA,1
GOTO ESPERAR_2
BCF TXSTA,1
El bit numero 1 del registro TXSTA indica que el dato se ha transmitido.
Esperamos en un bucle hasta que el byte bajo termine de ser transmitido y
podemos repetirlo para el byte alto.
GOTO CONVERTIR
END
Finalmente se salta a la etiqueta CONVERTIR para convertir y transmitir datos
infinitamente. El programa se termina con la directiva END.
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He dejado de usar microcontroladores PIC por los motivos explicados aquí, pero voy a dedicar este post para escribir y explicar un programa sencillo escrito en ensamblador para el PIC16F876A.
El objetivo es el siguiente:
Se pretende usar el microcontrolador para llevar a cabo la conversión analógica-digital de una tensión variable (un LDR o un potenciómetro por ejemplo) y transmitir el resultado usando la UART. Además debe ser posible recibir por la UART un byte que debe alterar la configuración del Conversor Análogo Digital (DAC) interno del microcontrolador para, por ejemplo, cambiar el canal de entrada de la señal analógica o modificar la velocidad del reloj de conversión.
El código ha sido ensamblado con el “ensamblador de GNU” (gpasm) del juego de herramientas gputils, pero debería ser perfectamente compatible con las herramientas MPLAB de Microchip. En cualquier caso, la explicación y el 99% del código debería ser útil sin modificación alguna.
Este post se debería leer en paralelo junto con el datasheet del microcontrolador en cuestión PIC16F876A que se puede encontrar aquí: http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/39582C.pdf
El código completo se encuentra aquí.
Declaración de registros y variables
Empezamos examinando y explicando el código:
list p=16f876ALa primera linea le dirá al ensamblador los mapas de memoria que el enlazador deberá usar.
; Declaración de direcciones de memoria
; Datasheet pagina 17, figura 2-3
PORTA EQU 0x05
PORTB EQU 0x06
TRISA EQU H'85'
TRISB EQU H'86'
TRISC EQU H'87'
RP0 EQU H'05'
RP1 EQU H'06'
STATUS EQU H'03'
DATO EQU H'21'
ADCON0 EQU H'1F'
ADCON1 EQU H'9F'
PIR1 EQU H'0C'
INTCON EQU H'0B'
PIE1 EQU H'8C'
ADRESH EQU H'1E'
ADRESL EQU H'9E'
SPBRG EQU H'99'
TXSTA EQU H'98'
RCSTA EQU H'18'
TXREG EQU H'19'
RCREG EQU H'1A'
OPTION_REG EQU H'81'
IRP EQU H'07'En el datasheet, pagina 17, figura 2-3 se puede encontrar el mapa completo de
memoria del microcontrolador. En estas lineas declaramos los nombres y
direcciones (en hexadecimal) de los mismos, para usarlos en el código con más
facilidad. El mnemónico EQU asigna el nombre de la izquierda al valor de la
derecha. Para declarar un valor hexadecimal se usa el prefijo 0x.
Inicialización y configuración
INIT
org 0
; Selección BANCO 1
; Datasheet pagina 16, sección 2.2
BSF STATUS,RP0
BCF STATUS,RP1el mnemónico INIT es la declaración de una etiqueta (la misma que se puede
cambiar por cualquier palabra que se desee), es el nombre con el cual nos vamos
a referir a esta sección de código desde otras partes del programa.
La directiva org 0 indica al enlazador que el código a continuación deberá ser
colocado desde la dirección 0 de la memoria de programa.
Las instrucciones BSF STATUS,RP0 y BCF STATUS,RP1 hacen un cambio al banco
de memoria 1. La memoria del microcontrolador está dividida en bancos y es
necesario cambiarnos al banco donde reside el registro que queremos modificar
en cada momento.
Configuración de los puertos de entrada/salida
;;; Configuración de puertos IO
;;; Datasheet pagina 41
; El puerto A es de entrada
MOVLW B'00111111'
MOVWF TRISA
; El puerto B es de salida
MOVLW B'00000000'
MOVWF TRISB
; Puerto C: pin TX es salida, pin RX es entrada
MOVLW B'10001111'
MOVWF TRISCLa instrucción MOVLW se usa para mover un valor literal al registro de trabajo
W.
La instrucción MOVWF se usa para mover el valor que se encuentra en el
registro de trabajo W a un registro.
De esta forma, para colocar un valor arbitrario en un registro es necesario
colocarlo primero en el registro de trabajo W usando la instrucción MOVLW
y luego moverlo al registro deseado con la instrucción MOVWF.
Para indicar que el valor usado es binario se usa como prefijo una B.
El puerto A contiene los pines del conversor ADC, por lo que se configuran
como entradas. El puerto B se configura como salida para, opcionalmente,
colocar LEDs que sirvan como indicadores visuales. El puerto C contiene los
pines TX y RX usados para la comunicación UART, de forma que se configuran
para salida y entrada respectivamente.
Configuración del conversor ADC
;;; Configuración de puerto ADC
; Todas las entradas son analógicas
; Datasheet pagina 128
MOVLW B'10000000'
MOVWF ADCON1La configuración del conversor ADC será recibida usando la comunicación UART, sin embargo, es necesario configurar de antemano qué pines serán analógicos y qué pines serán digitales. No usaremos pines digitales en este puerto, así que se configuran todos como analógicos según la tabla de la pagina 128 del datasheet.
Configuración de la UART
La comunicación serial UART puede usarse para comunicar el microcontrolador con una computadora u otro dispositivo que a su vez se puede usar para comunicar con un teléfono inteligente. El dispositivo con el que se comunique es irrelevante para este post y el código es el mismo en cualquier caso.
Nótese que los registros que se configuran se encuentran en bancos distintos con lo cual es necesario hacer el cambio de banco en cada paso.
;;; Configuración UART
; Banco 1
BSF STATUS,RP0
BCF STATUS,RP1
; 19200 Baudios
; Datasheet pagina 114, tabla 10-4
MOVLW .12
MOVWF SPBRGEl registro SPBRG o “Generador de baudios” recibe un valor (listado en la
tabla) dependiendo de la velocidad a la cual nos queremos comunicar, de la
frecuencia a la que se use el microcontrolador y el porcentaje de error que
estamos dispuestos a tolerar en la comunicación. Dada la frecuencia de un reloj
de 4Mhz usado y la necesidad de una comunicación a 19200 Baudios, la tabla
indica usar un valor decimal de 12. Para indicar que el valor usado es decimal
se usa como prefijo un punto ..
; Registro de transmisión
MOVLW B'10100100'
MOVWF TXSTAEl registro TXSTA de la pagina 111 se configura con los valores adecuados para
configurar una comunicación de 8 bits de alta velocidad, asíncrona y para
activar los mecanismos de transmisión.
; Banco 0
BCF STATUS,RP0
BCF STATUS,RP1
; Registro de recepción
MOVLW B'10010000'
MOVWF RCSTA
BSF RCSTA,4El registro RCSTA (en el banco 0) de la pagina 112 se configura para una
comunicación de 8 bits, asíncrona y se activan los mecanismos de recepción.
Programa principal
El programa principal deberá esperar a que un byte para configurar el conversor
ADC llegue por la UART, tomar un valor de tensión y llevar a cabo la conversión
para finalmente transmitir el resultado por la UART, enviando primero el byte
bajo ADRESL y luego el byte alto ADRESH.
Configuración
;;; Esperar primer byte de configuración
ESPERAR_CONFIG
BTFSS PIR1,5
GOTO ESPERAR_CONFIGEl pin numero 5 del registro PIR1 indicará que un dato ha llegado por la
UART.
La instrucción BTFSS verificará el bit numero 5 del registro PIR1 y se
saltará la siguiente instrucción si el bit es igual a 1. De esta forma
mientras no llegue el dato necesario la instrucción GOTO se ejecuta y el
microcontrolador se queda en un bucle, pero cuando un dato es recibido la
instrucción GOTO es saltada y el programa puede continuar.
; Colocar byte recibido en la configuración ADCON0 del conversor ADC
BCF STATUS,RP0
BCF STATUS,RP1
MOVF RCREG,W
MOVWF ADCON0
; Vaciar el bit de recepción
BCF PIR1,6El registro RCREG contiene el dato recibido por la UART, el cual se coloca en
el registro de trabajo W para luego llevarse al registro de configuración
ADCON0 del conversor ADC. Así el conversor quedará configurado con el canal y
velocidad que se haya indicado en el dato que recibió y se puede proceder a la
conversión. Usando la instrucción BCF se vacía el contenido del bit numero 6
del registro PIR1 para indicar que hemos leído el dato recibido.
Conversión
;;; Esperar tiempo de adquisición e iniciar conversión
CONVERTIR
; Instrucciones de espera
NOP
NOP
NOP
NOP
NOPAntes de realizar la conversión es necesario esperar un tiempo para que el
microcontrolador pueda recoger el valor de tensión en el pin, acorde a la pagina
129 del datasheet. Se puede lograr esto usando la instrucción NOP, aunque
sería más adecuado usar un bucle que espere un tiempo más prudente, pero se
mantiene de esta forma por simplicidad.
; Activar conversor
BSF ADCON0,2Activando el bit numero 2 del registro ADCON0 usando la instrucción BSF
inicia la conversión.
ESPERAR_CONVERSION
BTFSS PIR1,6
GOTO ESPERAR_CONVERSION
BCF PIR1,6La conversión toma tiempo, por lo que se entra en un bucle hasta que el bit
numero 6 del registro PIR1 indique que se ha finalizado.
Transmitir el resultado
; Transmitir el resultado mediante la UART
TRANSMITIR_RESULTADO
BSF STATUS,RP0
BCF STATUS,RP1
; Transmitir byte bajo del resultado (ADRESL)
MOVF ADRESL,W
BCF STATUS,RP0
BCF STATUS,RP1
MOVWF TXREG
BSF STATUS,RP0
BCF STATUS,RP1El resultado de la conversión se encuentra repartido en dos bytes: ADRESL y
ADRESH.
Colocamos el byte ADRESL en el registro de trabajo W para luego colocarlo en
el registro TXREG, lo cual causará que sea transmitido usando al UART.
; Esperar que el primer byte se transmita
ESPERAR_1
BTFSS TXSTA,1
GOTO ESPERAR_1
BCF STATUS,RP0
BCF STATUS,RP1
; Transmitir byte alto del resultado (ADRESH)
MOVF ADRESH,W
MOVWF TXREG
BSF STATUS,RP0
BCF STATUS,RP1
; Esperar que el segundo byte se transmita
ESPERAR_2
BTFSS TXSTA,1
GOTO ESPERAR_2
BCF TXSTA,1El bit numero 1 del registro TXSTA indica que el dato se ha transmitido.
Esperamos en un bucle hasta que el byte bajo termine de ser transmitido y podemos repetirlo para el byte alto.
GOTO CONVERTIR
ENDFinalmente se salta a la etiqueta CONVERTIR para convertir y transmitir datos
infinitamente. El programa se termina con la directiva END.