Corso di PICmicro™

Sapete cos'è questo mostro a sinistra? Beh, forse se state leggendo queste righe non lo sapete ma vi interessa.. Lo scopo di questo articolo è infatti introdurre a tutti, anche ai nuovi arrivati, l'utilizzo dei PICmicro. Questo articolo spiega come partire da 0 nella creazione del programmatore, come programmare un chip, come compilare il codice e come scrivere questo "codice" da inserire dentro il PIC. Questo va visto infatti come una macchina che esegue delle istruzioni sequenzialmente e tali istruzioni risiedono nel suo interno. Vi assicuro che nell'arco di una settimana sarete degli abili programmatori.. è molto semplice. Ringrazio il corso sull'assembly per pic di Tanzilli (al quale rimando come referenza sulla programmazione e dal quale ho preso qualche immagine :). Vi consiglio di scaricarvi subito il datasheet del PIC18f84 dal sito della della Microchip, come consigliato in seguito.. prima cel'avete e prima si inizia... ^_^
I PIC MicroChip sono una famiglia di integrati molto versatili: il 12c508 è utilizzato ad esempio per la modifica alla playstation, il 16f84 è utilizzatissimo e sta avendo un successone dato che molti lo usano per vedere il satellite 'a sbafo'! Noi è proprio di quest'ultimo che ci occuperemo, indicando caratteristiche, come programmare il chip, come scrivere i programmi e come farlo funzionare.
Nota x i più esperti: quando avrete imparato ad utilizzarli, li userete al posto di un 555, al posto di una not, per fare giochi di luce (es. supercar), insomma, potete programmarli come volete e farvi da voi i vostri integrati!




Caratteristiche di rilievo dell'integrato:
  • Alimentazione: 2V < Vcc < 6V
  • 13 pin di i/o (configurabili via software come i/o singolarmente) su 18 piedini!
  • Frequenza: 0 < 16f84/04 < 4MHz oppure 0 < 16f84/20 < 20MHz (Oscillatore anche con RC)
  • Memoria: programma 1K flash, ram 68 bytes, eeprom 64bytes interna(!)
  • Output 20ma a livello alto e 25ma a livello basso (ottimo per pilotare direttamente LED)
  • Interrupts, timers, 15uA consumo a 2V (con 2 batterie vai avanti anni!), sleep mode, watchdog, ...
  • Architettura RISC a 35 istruzioni (una decina le più usate)

    Piedinatura e descrizione linee:
    rA0 -> rA4: 5linee di i/o
    rB0 -> rB7: 8linee di i/o
    Vss: Massa
    Vcc: +V (da 2 a 6V)
    MCLR: reset. di default a Vcc con una resistenza (10k). Aggiungere un tasto a massa x il reset manuale.
    OSC1/OSC2: oscillatori.


    Ci sono 4 possibili modi per fornire un clock all'integrato:
  • il più semplice (modo 'RS') consiste nel mettere dal piedino 16 una resistenza a Vcc ed un condesatore a massa. (con R=4.7K e C=20pF si ottiene circa un MHz)
  • poi (modo 'XT') si può utilizzare un oscillatore al quarzo. In tal caso il quarzo verrà collegato tra i piedini 15 e 16. Sempre su questi piedini si collegano 'dietro' il quarzo 2 condensatori da 22pF con il 2° pin dei condensatori in comune a massa.
  • Esistono altri modi, ma non li analizziamo. Aggiungo solo che si può dare un clock esterno al PIC con un tasto o con un 555 o con un gdf.. basta collegarsi solo al pin 16.

    Riepilogo: per fare 'girare' il programma in un pic, è necessario: collegare vcc e massa, collegare una res tra mclr e vcc, aggiungere la coppia rc sul 16 o il quarzo. La prima basetta la montate in 2 minuti.
     Nota: per visualizzare lo stato di una uscita ra o rb, porre in serie un led con resistenza a massa. Suggerisco R=280Ohm collegata al piedino, e al diodo led con catodo (taglietto) a massa.





    Esistono diversi tipi di programmatori, e se andate a comprarli nei negozi, i più miseri costano più di 200K£; questo scoraggia molto. Esistono però molti programmatori 'alternativi' come il ludipipo o il JDM. Il primo è il più usato perchè composto da 4 resistenze, 1 condensatore e 2 diodi!!

    MultiPippo:
    Il multipippo al quale faccio riferimento è un programmatore creato da ooz e bubz (due nomi storici per le pay tv italiane :) sulla base del ludipipo originale di Ludwig cattas. Il LudiPipo è compatibile con tantissimo software freeware: pic.exe, picprog, icprog, ponyprog, k-burner (l'ho fatto io!!), etc.. e supporta 16c84, 16f84, tutte le eeprom 24cxx (04,16,32,64,..), il 12c508 (modifica psx!), e tanti altri, è indispensabile e costa come un paio di caffè!

    MultiPippo schematics:
    Se andate sui link che vi propongo alla fine, trovate tanti programmatori del genere, io mi limito a farvi lo schema, visto che nel sito sono presenti solo i pcb per le basette fatte con l'acido!
    PCB lato componenti
    PCB lato rame
    Schema ricavato dai pcb qui sopra
    Si nota che negli schemi appaiono gli 8 contatti per lo zoccolino 4+4 che dovrà ospitare le eeprom 24cxx. E' molto utile e vi consiglio di montare pure quello, vedrete che a breve potrebbe servirvi.. altrimenti montate lo schema che ho disegnato qui sora. In pratica la linea 3 viene mandata a +10V e questo consente di mandare il chip in modalità programmazione e inoltre di fornirgli, tramite un circuito di adattamento i 5V, necessari per il funzionamento. I pin 4 e 8 servono rispettivamente per scrivere/leggere dalla linea rB7 del PIC. Infine la linea 7 serve solmente per dare il clock in fase di programmazione.

    Lista materiali:
    tutte le resistenze sono da 1/4 di watt. I diodi da 1/2.
    R1 2200 Ohm R2 2200 Ohm R3 10 KOhm
    R4 22 KOhm C1 10uF elettrolitico D1 1N4148
    DZ1 ZENER 5,6 Volts Z1 Zoccolino 8 (4+4) pins Z1 Zoccolino 18 (9+9) pins
    CON1 Connettore seriale femmina 90° a saldare (da millefori)  

    Riepilogo: correte a comprare il materiale se non lo avete in casa e vedrete che in 5 minuti al massimo montate lo schemino che vi ho riportato.. 4res, 2diodi, 2c.. Montate tutto su millefori (consiglio componenti stagnati su millefori e collegamenti fatti sotto con filo), vi basteranno 5x4cm al massimo, vedrete che ne vale la pena...





    Costruito il programmatore? Se si continua a leggere, se no, fallo lo stesso, così vedi quanto è facile programmare un pic! Io consiglio di usare il 'pic.exe' (anche 'pic24c13.exe' reperibile in giro per la rete) che però può dare problemi se usato da windows, quindi al riavvio del PC, shift+F5 e siete al prompt, così lanciate pic.exe senza problemi. Anche ICprog x Win9x è buono, ma di win mi fido sempre poco :-). NB attualmente ICprog è alla versione 1.2, mentre quello nella foto è il 0.9e..
    pic.exe (1.10)
    ICprog (0.9e)
    Prima di programmare il PIC che andrà inserito nello zoccolo del programmatore (collegato al pc tramite una prolunga seriale) è necessario settare i parametri di comunicazione. La comport dove è 'appeso' il programmatore (1 o 2 se avete il mouse su com1). Se avete il modem su com2 e il mouse su com1 staccate il modem quando programmate e usate la com2. Successivamente settiamo il programmatore come 'LudiPipo' o 'JDM' se il primo è assente. Infine settiamo il tipo di PIC da programmare come 16f84. Attenzione! il pic 16f84A potrebbe dare problemi di programmazione su computer che hanno schede madri scadenti. Ora che sono stati settati i parametri di comunicazione è necessario caricare l'hex e settare i fuses.

    A) caricamento dell'hex. Tale file non è altro che la mappa della memoria programma del pic, che durante la programmazione sarà copiata all'interno del pic.I file hex sono il risultato creato dalla compilazione di un file asm. Tale file contiene le istruzioni che il pic dovrà eseguire. Un apposito programma converte le istruzioni in numeri e genera il file 'nome.hex' che andrà inserito nel pic. Se usate pic.exe i file hex vanno copiati nella cartella del pic (consiglio c:\pic) così state presto ad entrarci da dos. Andate in 'loal hex' dal menu file e apritene uno. Analoga procedura per i programmi da windows, che però consentono di spostarsi tra le cartelle.

    B) settaggio dei 'fuses'. I fuses sono delle celle di memoria che vengono programmate sul pic alla fine della scrittura del codice. Servono per indicare la modalità di funzionamento. Sono 4:
  • CodeProtect: Default[NO] Indica se il codice del pic deve essere protetto da lettura. Utile per evitare spinaggio industriale, ma inutile per noi, dato che dopo il pic non sarà più scrivibile!
  • PowerUpTimer: Default[YES] Attende 50mSec prima di iniziare l'esecuzione del programma, in modo che l'alimentazione si stabilizzi.
  • WatchDogDimer: Default[NO] Inutile a noi, serve per evitare che il programma si pianti. Se il programma non dà segnale di vita entro un certo tempo, viene resettato il pic. Controproducente.
  • Oscillator: Default[XT o RS] Setta il tipo di oscillatore: XT = quarzo o esterno RS = rc LP,HS non utilizzati da noi.
    Perchè il pic funzioni correttamente è importante il settaggio dei fuses; di solito NO,YES,NO,RS.

    Ora è possibile programmare il pic cliccando su program. Se avete seguito le istruzioni alla lettera entro breve la barretta arriverà al 100% segnando la fine della programmazione. Vedrete che dalla seconda programmazione in poi, farete tutto in 10 secondi!

    Riepologo: Per programmare inserire il pic e collegare la seriale al pc. Copiare l'hex nella cartella del pic.exe, lanciarlo, caricare l'hex, settare i fuses (se non sono gia corretti nell'hex caricato), programmare e se volete per sicurezza controllate la scrittura ('compare'). Siete pronti per mettere il pic sulla sua basetta e godervi il frutto delle vostre fatiche!!





    A questo punto dovreste almeno essere in grado di discernere un pic da un'aspirapolvere, riuscure ad inserirlo nel programmatore (dove stavate cercando di inserire la coda del gatto) e programmarlo con un file hex (se durante la programmazione si illumina + di una lampadina da 100W e fa + fumo dei fumogeni da disco, allora non dovevate collegarlo al 220!). Ok, ora arriva la parte software che inizialmente può essere un po difficile da comprendere, ma alla fine vedrete che risulta naturale, dato che si utilizzano al massimo una ventina di istruzioni diverse (su 35 che il pic ci mette a disposizione).

    Iniziamo a descrivere il processo di compilazione, ovvero di creazione di un .hex a partire da un .asm. Tale operazione viene eseguita dall' MPASM, il compilatore free che la microchip mette a disposizione aggratis. Dal sito www.microchip.com scaricatevi l'ultima versione dell'MPLAB (attuale 5.11.03), il software che vi permette di scrivere il programma per pic, compilarlo e vedere se presenta errori. In caso contrario produrrà il file hex relarivo al programma.
    Come si vede dal disegno qui sotto, per programmare un pic bisogna seguire le seguenti fasi:
  • Con un editor (Notepad, edit, o direttamente l'MPLAB che consiglio) si scrive il programma come una serie di istruzioni e direttive una sotto l'altra.
  • Il compilatore MPASM (se usate l'MPLAB c'è il tasto verde per lanciarlo direttamente) prende il file asm scritto da voi e eventuali files di include .inc per dare in uscita 4 files che hanno lo stesso nome dell'asm, ma estensione divesa.
  • Nel caso non ci siamo errori, l'hex è buono e possiamo scriverlo sul pic, altrimenti nell'err (o nella schermata di errore dell'MPLAB) trovate la descrizione degli errori.
    Quanto detto risulta molto più semplice a farsi che a dirsi. Cmq voi prelevate il programma, installatelo e vedrete che è semplicissimo da usare. L'importante è all'inizio creare un project e dargli un nome. Con quello stesso nome dovrete creare il file asm, tornare nel progetto, fare 'add node' e specificare il file asm creato. Una volta fatto ciò non avrete più problemi di compilazione!
    Finora vi ho dato gli stumenti per creare un programma partendo da un testo, e metterlo all'interno della flash del pic. Ora però vi serve per forza una mini guida su come programmare. Esiste 'Pic by Example', una guida in italiano di Sergio Tanzilli, disponibile su www.tanzilli.com che insegna partendo da zero l'assembly per pic. L'ho utilizzata io agli inizi, e vi assicuro che in un giorno se gia sapete qualcosa, guardando gli esempi diverrete degli abilissimi programmatori.

    Riepilogo: Scaricare ed installare l'MPLAB. Creare un nuovo pregetto con con pic 16f84. Creare un file asm (inizialmente vuoto) e salvarlo con nome nomeprogetto.asm. Andare in Edit Project ->add node, specificare il file asm e dare ok. Scrivete il programma nella finestra dell'asm, compilate per vedere se ci sono errori. Se no, verrà creato il file .hex che tratterete come già descritto.






    Primo esempio: effetto SuperCar con 12 LED!
    Spero che prima di arrivare qui abbiate gia guardato il corso di Tanzilli xè la descrizione che qui darò dei comandi sarà molto sinetica. Riporto di seguito il codice dell'ASM in questione (lo faccio al momento, ma dovrebbe essere esatto) commentandolo ove si presenti la necessità.
    Per realizzare un effetto supercar, possiamo utilizzare le porte di i/o del pic settate come uscita. Ma poichè rA4 è open-collector (non da in uscita il livello alto), evitiamo di usarlo. Utilizzeremo quindi rB0-rB7 e rA0-rA3. 12 linee che saranno collegate tramite altrettante resistenze ad una fila di led con il catodo (il taglietto) a massa. Per Settare dei valori alti/bassi, è sufficiente scrivere sulla porta (a o b). Ovviamente possiamo anche compiere rotazioni, e facendolo sulla porta otteniamo lo scorrimento di un led. Ma come passare da rb7 a ra0 e viceversa? il concetto è semplice. Ruotando, si spostano tutti i bit a destra o sinistra di uno, il bit che entra proviene dal carry (che noi metteremo a zero per far entrare uno zero) e quello che esce va a finire nel carry. Va da se che ruotando a sinistra la porta B, il bit che esce andrà in carry e ruotando a sinistra la porta A, otterremo il passaggio del bit uscito da rb7 a rA0. Useremo inoltre due routines, una che fa salire il bit e una che lo fa scendere, con un controllo alla fine per invertire il senso di marcia dei bit. Infine ci sarà una routine di delay che ci permetterà di vedere l'effetto supercar, che, se non ci fosse il ritardo via software si tramuterebbe in una riga di led sempre accesi. Analizziamo dunque il sorgente
        PROCESSOR       16F84
    RADIX           DEC
    INCLUDE         "P16F84.INC"
  • Direttiva PROCESOR: dice al programma che stiamo utilizzando il PIC 16f84
  • Direttiva RADIX: specifica che i numeri sono in formato decimale. Cioè se scrivo 10 significa il numero decimale 10, diverso da 0x10 (esadecimale del numero 16) e 00000010B (binario di 2)
  • Direttiva INCLUDE: specifica al compilatore di caricare quel file, che include le definizioni di alcuni parametri standard. Vedremo meglio più avanti
        __CONFIG        3FF3H
  • Direttiva CONFIG: setta i fuses del pic. 3FF3 significa NO,YES,NO,RS. Vedere la sezione 'burning'. La si mette solo per evitare di inserirli manualmente 
        ORG     0CH
    Count   RES     2
    Direz   RES     1
  • Direttiva ORG 0Ch: Dice al compilatore che cio che segue fa parte della ram. Segue la:
  • Direttiva RES: Riserva 'n' bytes di memoria per la variabile (2 bytes per Count e 1 per Direz) 
        ORG     00H
  • Direttiva ORG 00H: Dice al compilatore che da qui in poi inizia il programma vero e proprio. In caso di reset del pic, si riparte da qui. 
        bsf     STATUS,RP0
     movlw   00000000B
     movwf   TRISA
     movlw   00000000B
     movwf   TRISB
    bcf     STATUS,RP0
  • Instruzione BSF: mette a 1 il bit specificato (RP0) nel registro specificato (STATUS). In realtà RP0 e STATUS sono dei numeri e sono definiti in quel file .inc che abbiamo incluso sopra. Ovviamente RP0 sarà un numero che va da 0 a 7 dato che ogni registro o cella di ram ha 8 bit. Ad esempio:
    bsf PORTB,4 -> alza il 5° piedino (rB4) della porta B, ponendolo a livello alto.
  • Istruzione MOVLW: carica nell'accumulatore (indicato con 'W' nei PIC) una costante. Nel caso 0.
  • Istruzione MOVWF: Mette l'accumulatore nel registro specificato (TrisA)
  • Istruzione BCF: contrario di BSF, mette a 0 il bit.
    Significato di questo blocco: TRISA e TRISB sono i registri (8 cellette di memoria) che specificano se le porte A e B sono di ingresso o uscita. 0 significa uscita, 1 ingresso. Caricando 0 in a e in B, otteniamo la configurazione delle 2 porte come porte di uscita. Per andare a modificare questi 2 registri dobbiamo prima mettere a 1 RPO. Alla fine lo rimettiamo a 0. Una istruzione tipo:
    bsf TRISB,3 -> non fà nulla se RP0 è basso, mentre se viene eseguita prima che venga abbassato RP0, setta la 4a linea della porta A come ingresso.
        movlw   00000001B
    movwf   PORTB
    clrf    PORTA
    clrf    Direz
    clrf    Count
    clrf    Count+1
    bcf     STATUS,C
  • Istruzione CLRF: mette a 0 una variabile o registro.
    Significato del blocco. PORTB è la porta B; scrivendo su questa si vanno a cambiare gli stati delle linee della porta B. In pratica; della porta B viene attivata solo la prima linea (bit 0) le altre tutte basse. Tutte basse anche quelle della porta A. Mettiamo a 0 la variabile Direzione (0 = salita 1 = discesa), la Count e la Count+1 (che non ha nome, ma per count avevamo riservato 2 bytes). Notare che Count+2 corrisponderebbe a Direz. Infine viene pulito il bit CARRY che si trova nel registro STATUS, dove avevamo incontrato anche RP0.
    Ora arriva il programma principale:
    MainLoop
    call    Delay
    btfss   Direz,0
    goto    Sali
  • Istruzione CALL: chiama una subroutine. In questo caso lancia la funzione 'delay'.
  • Istruzione BTFSS Direz,0: Controlla il bit '0' della variabile 'Direz' e salta l'istruzione successiva se il bit è uno, mentre l'eseguirà se il bit è zero.
    In questo blocco, dopo avere ritardato di un po' l'esecuzione con la funzione delay, si controlla se stiamo salendo o scendendo. Nel primo caso il bit 0 di direz è a 0, per cui salterà alla funzione 'Sali', mentre se fosse a 1 continuerebbe l'esecuzione saltando il 'goto Sali'. Ovviamente laddove salterà ci sarà la funzione scendi. 
    Scendi
    rrf     PORTA,F
    rrf     PORTB,F
    btfsc   PORTB,0
    bcf     Direz,0
    goto    MainLoop
  • Istruzione RRF: ruota a destra una variabile, inserendo come nuovo bit il carry e ponendo quello che esce nel carry.
    Come spiegato in precendenza, faccio scorrere verso giu il bit ruotando a destra dalla porta A alla porta B. Successivamente controllo se sono a fine discesa (cioè ho l'1 nel bit 0 della PORTB). Se no, continua daccapo, altrimenti cambia direzione (da 1 a 0) e riparti daccapo.
    Sali
    rlf     PORTB,F
    rlf     PORTA,F
    btfsc   PORTA,3
    bsf     Direz,0
    goto    MainLoop
    Come la precedente scendi. Viene chiamata si il bit 0 di 'Direz' vale '0'. Ruota a sinistra finchè non raggiungiamo il 4° bit della porta A, a quel punto.. si scende!
    Delay
    movlw   40
    movwf   Count+1
DelayLoop
     decfsz  Count,F
     goto    DelayLoop
    decfsz  Count+1,F
    goto    DelayLoop
    return
  • Istruzione DECFSZ: Decrementa una variabile e salta l'istruzione successiva se vale zero. Per fare un delay, l'istruzione successiva sarà un goto a questa istruzione, di modo che decrementi ciclicamente la variabile e quando vale 0, esca dal ciclo.
  • Istruzione RETURN: termina una call, tornando al programma principale dove era stata chiamata la funzione.
    In questo blocco, settiamo a 40 il valore di Count+1. Poi c'è un ciclo interno che ripete 256 volte il decremento di Count e la goto, e un ciclo più esterno che ripeterà 40 volte il ciclo interno. Per ottenere un ritardo accettabile insomma, dobbiamo fare circa ventimila operazioni per niente!!
        END
    Finalmente l'ultima direttiva: END chissà a che serve...

    Riepilogo: Per assemblare il codice e fare l'hex ricopiare il programma in un .asm e compilarlo con l'MPLAB come descritto nel 3° capitolo. In seguito mettetelo nel pic, create il circuito base come descritto nel punto uno, stagnate i led in fila con il meno a massa e le resistenze in ordine da rB0 a rA4. Alimentate con una pila da 4,5 o 6 volt e il gioco è fatto!





    Prima di terminare, un paio di links che potrebbero tornarvi utili...

    www.tanzilli.com     -ha una guida fantastica che descrive la parte software in modo egregio !
    come.to/thepicarchive -infinite informazioni sui pic e molti source code da scaricare!!
    www.picpoint.com -una sessantina di progetti per pic in continuo aumento.. www.bobblick.com/bob/projects/mclock/index.html -un progetto fantastico!
    it.hobby.elettronica -il posto giusto dove fare domande se vi serve aiuto di qualche genere. x chi non sapesse cos'è un newsgroup, andate a vedervi le faq del vostro provider internet.

    Concludo con un saluto a tutti coloro che stanno leggendo e prego voi all'ascolto di mailarmi opinioni e domande al seguente indirizzo: koral_sea@katamail.com. Ora che avete imparato ad usare i pic potrei portarvi qualche bel circuito di esempio nel prossimo numero. Ad esempio: lettore/scrittore di tessere magnetiche con visualizzazione e modifica su display, display grafico su martice 10x7led del segnale 'wave' audio (grande effettone), scritte a scansione con 7 led e il nuovo orologio da parete a 12 led con sveglia 'universitaria' differenziata in base al giorno, oppure il nuovissimo combinatore telefonico con generazione di toni DTMF da abbinare ad antifurti, allarmi automatici, etc... ^_^ !!! Ripeto: se vi interessa qualcuno di questi, se avete domande o dubbi non esitate a scrivermi... risposta assicurata!
      Stay Tuned...

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