Manual Pic Simulator IDE

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ENTORNO DE DESARROLLO
PIC
SIMULATOR
IDE
PRIMERA PARTE
INTRODUCCIÓN:
Este documento es un intento de explicar el funcionamiento de una de
las herramientas de desarrollo (a mi entender) mas interesantes para
el aficionado a la programación de PICs.
Se trata de un entorno de programación integrado, que además de
permitir la creación de programas en lenguaje assembler incorpora un
muy completo BASIC, con soporte para dispositivos 1-wire, LCD,
RS-232 y muchos mas.
Otro aspecto destacable es la inclusión de una gran cantidad de
módulos de E/S que simulan exactamente lo que esta pasando en
nuestro programa, incluidos un modulo LCD, teclado, osciloscopio,
displays de 7 segmentos entre otros.
La guía o curso se encuentra dividida en aproximadamente 40
capítulos, y se pueden ver en www.ucontrol.com.ar . Cada PDF
como este comprende 10 capítulos.
El autor del programa es Vladimir Soso, y la web oficial del PIC SIMULATOR IDE es www.oshonsoft.com ,
desde donde puede bajarse una versión demo, mas que suficiente para realizar las practicas propuestas en
este "curso". Además, el autor ha desarrollado entornos de programación similares para micros AVR, PIC18,
PIC10F, Z80, etc.
INDICE:
> Capitulo
> Capitulo
> Capitulo
> Capitulo
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> Capitulo
> Capitulo
> Capitulo
> Capitulo
01
02
03
04
05
06
07
08
09
10
-
La interfaz
El menú principal
Tools (Primera parte)
Tools (Segunda parte)
Sistemas de numeración
Variables
Operaciones Lógicas y Matemáticas
Mi primer programa: Un led parpadeante
Mi segundo programa: Usando un pulsador
IF - THEN - ELSE - ENDIF
> Capitulo 01 - La interfaz:
Debido a que se trata de un software concebido desde el vamos como un entorno, la integración entre los
diferentes módulos que lo componen es completa y sin problemas.
Una vez instalado el programa, el icono que lo representa aparecerá en nuestro escritorio, y haciendo doble
clic sobre el se abrirá la pantalla principal del programa, que al menos hasta la versión sobre la que se
desarrolla este tutorial (la 5.91) esta en ingles:
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Antes de ver en que consiste cada opción del menú principal, vamos a analizar rápidamente cada sección de
esta pantalla:
En la parte superior, y justo debajo de la barra de menú tenemos tres cuadros de texto que nos muestran la
ruta completa hacia el programa que tenemos cargado en el simulador (Program Location), el
microcontrolador que hemos seleccionado para nuestro proyecto (Microcontroller) y la frecuencia de clock
elegida (Clock Frequency).
Todos estos valores pueden ser cambiados, como veremos en el segundo capitulo, desde la barra de menú.
El recuadro que esta inmediatamente debajo del anterior nos muestra (cuando estamos corriendo una
simulación de nuestro programa) cual es la instrucción assembler en curso (Last Instruction) y cual será la
siguiente a ejecutar (Next Instruction):
Luego tenemos un cuadro con información relativa a la ejecución del programa, en la que vemos instrucción a
instrucción durante todo el tiempo en que estemos corriendo la simulación, el valor que va tomando el
contador de programa (PC o Program Counter), el registro de trabajo (W Register, por "working") y sobre
la derecha la cantidad de instrucciones simuladas (Instructions Counter), la cantidad de ciclos de reloj
transcurridos (Clock Cycles Counter) y el tiempo de ejecución que llevaría en realidad dicho programa (Real
Time Duration). Cabe aclarar, que como en todo simulador, la relación entre el tiempo real y el tiempo de
simulación varia dependiendo de los recursos de nuestro ordenador, y en general los programas simulados
demoran mucho mas tiempo que el real en ejecutarse.
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A continuación, sobre la izquierda, vemos una lista de desplazamiento que contiene el valor de todos los
registros especiales con los que cuenta el microcontrolador elegido. Esta lista varia, por supuesto, con cada
microcontrolador, y en el momento de correr la simulación va reflejando instrucción a instrucción el valor de
cada timer, puerto, registro de estado, interrupciones, etc. Los valores se muestran en hexadecimal (Hex
Value) y en binario (Binary Value). Cada registro se identifica mediante su dirección (Address) y también
por el nombre con el que figura en la hoja de datos (Name).
Por ultimo, y a la derecha del cuadro anterior, tenemos el valor de todos los registros de propósito general
(GPRs, o general purpose register). La lista tiene dos columnas, cada una indicando la dirección del registro
(Addr.) y su valor en hexadecimal (Hex. Value):
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> Capitulo 02 - El menú principal:
La mayoría de las funciones de las que dispone esta herramienta están agrupadas dentro del menú principal de
la aplicación. Es de destacar que todos los módulos que se pueden invocar desde aquí se abren en ventanas
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separadas, y pueden ser configuradas (como veremos) para que se sitúen permanentemente delante de las
demás ventanas, de manera que no las perdamos de vista. Este es el menú principal:
Como es costumbre en toda aplicación de windows, la opción File es la primera del menú. Contiene solo dos
comandos: Clear Memory (Limpiar memoria) que se encarga de eliminar de la memoria del simulador el
programa que estuviese cargado, que puede ser invocada mediante las teclas CTRL+R; y Load Program
(Cargar Programa), que nos lleva a un cuadro de dialogo típico que nos permite seleccionar el archivo HEX que
queremos simular. Esta función puede invocarse con CTRL+L.
Dentro de la segunda opción, Simulation, tenemos tres opciones que se encargan de manejar la simulación
en curso: Start, Step y Stop. La primera de ellas arranca la simulación, la segunda se encarga de avanzar
una instrucción (solo esta habilitada cuando en Rate hemos seleccionado el modo paso a paso) y la tercera
detiene la simulación. Es muy practico utilizar F1, F2 y F3 para invocar estas opciones.
Rate es el submenú que determina el modo de ejecución de la simulación, brindando 6 posibilidades:
Estas son: Step By Step (paso a paso), Slow (Lenta), Normal (Normal), Fast (Rápida), Extremely Fast
(muy rápida) y Ultimate (No Refresh) que es la mas rápida de todas, pero que no actualiza la pantalla
principal del simulador. Esta opción resulta muy útil para "adelantar" partes del programa que sabemos que no
tienen problemas. Todas pueden ser invocadas con CTRL+F1 a CTRL+F6, tal como se ve en la figura anterior.
Tools es el submenú encargado de invocar a cada uno de los módulos que integran el simulador, y que
veremos en detalle en capítulos siguientes. Tal como se ve en la figura, la mayoría de ellos se pueden activar
mediante la combinación de la tecla CTRL y alguna mas.
Desde Options (Opciones) tenemos acceso a un conjunto de alternativas de configuración. Dedicaremos
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bastante espacio a cada una de ellas en los capítulos correspondientes, pero podemos adelantar que las mas
importantes y que debemos revisar en cada proyecto son Select Microcontroler (seleccionar
microcontrolador) que nos permite elegir el modelo concreto de PIC a utilizar; Change Clock Frecuency
(cambiar frecuencia de clock) y Configuration Bits (bits de configuración) desde la que se puede elegir la
función de algunos pines (Reset o I/O, etc), el tipo de oscilador a usar, etc. La ultima opción de este submenú
permite cambiar los colores de la interfaz (Change Color Theme).
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> Capitulo 03 - Herramientas (primera parte):
PIC SIMULATOR IDE posee una nutrida caja de herramientas. Estas se encuentran agrupadas en la opción
Tools del menú principal, y a continuación veremos en que consiste cada una de ellas.
La primera es el visor de la memoria de programa (Program Memory Viewer), modulo que podemos invocar
presionando CTRL-M en cualquier momento. Se lista la memoria completa, cuya extensión dependerá del
microcontrolador que tengamos seleccionado, y se pueden ver tres columnas: dirección (Address), valor en
hexadecimal de esa dirección (Hex. Value) y el valor en binario (Binary Value). Al igual que las demás
herramientas, existe un check box que permite poner la ventana correspondiente siempre al frente (Always
On Top).
La segunde herramienta disponible recibe el nombre de EEPROM Memory Editor, y como su nombre indica,
nos permite modificar los valores almacenados en la memoria EEPROM del microcontrolador. El contenido de la
EEPROM se lista en 16 columnas numeradas del 0 al 15, y por supuesto, su extensión depende del micro
seleccionado. Haciendo click sobre cualquiera de los valores se puede cambiar su contenido, que se encuentra
en formato hexadecimal.
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Hardware Stack Viewer nos permite conocer el valor de cada uno de los niveles del stack (generalmente
llamado pila en español). Esto puede resultar útil para depurar los programas que tienen muchas subrutinas
anidadas o cuando sospechamos que hay desbordamientos del stack. Además de ver el nivel de stack (Stack
Level), el contenido en hexadecimal (Hex Value) y en binario (Binary Value), en la parte inferior de la
ventana una etiqueta nos informa de cual es el nivel apuntado en cada paso de la simulación.
La herramienta Microcontroller View es una de las mas útiles, ya que en una ventana separada (y que como
las demás se puede poner en frente de todas) nos muestra un esquema del micro elegido, con el rotulo
correspondiente a cada pin, y lo mas importante, el estado en cada momento de la simulación de cada uno. En
caso de ser un pin E/S nos muestra el estado (ON/OFF) que presenta, y si se trata de una referencia de voltaje
muestra el valor asignado. Además, en cada pin hay un botón que permite cambiar el estado presente en el
(T, supongo que por "toggle", que significa "cambiar"), y los resultados se toman como entradas para la
simulación.
Existe también una vista alternativa del estado de los registros especiales, que pude resultar mas cómoda en
algunos casos. Es la correspondiente a la opción Alternative SFR Viewer, y muestra en columnas la dirección
en hexa del registro, el nombre "de pila" del mismo (TMR0, PCL, STATUS, etc), y el valor del mismo, en
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hexadecimal y en binario.
PIC Disassembler es ni mas ni menos que un desensamblador, que nos brinda un texto con el contenido en
assembler del programa cargado en la memoria del PIC SIMULATOR IDE. Este listado se genera
independientemente del origen del programa, es decir, podemos obtener el código a partir de un archivo ya
compilado con cualquier compilador (con extensión .HEX) o a partir de un .HEX generado con el compilador
BASIC incluido en el paquete. Se muestra, por cada instrucción, la dirección (Address), el opcode y la
instrucción (instruction). Ideal para aprender assembler a partir de instrucciones BASIC, por ejemplo.
El manejador de "puntos de inspección" o Breakpoint Manager es una herramienta que permite definir hasta
10 puntos en los que la simulación se interrumpirá (luego podremos reanudar la ejecución desde ese punto)
para analizar con tranquilidad el estado de los registros, los puertos, etc. Hay un par de opciones adicionales,
como el botón que permite eliminar todos los breakpoints definidos (Clear All Breakpoints) o mantener
siempre en foco el contador de programa (PC o Program Counter). El contenido de la ventana es el código
assembler en el mismo formato que comentamos en la herramienta anterior.
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Además de los diez puntos de parada anteriores, se pueden definir cinco puntos especiales, mediante la
herramienta Special Breakpoints. La diferencia entre esta y la anterior herramienta (y lo que la hace tan
especial) es que en este caso los puntos de inspección se fijan mediante una condición (Break Condition) o
por el estado de algún registro (Register Address). Los botones SET y DEL permiten habilitar y deshabilitar
individualmente cada una de las condiciones.
La herramienta assembler tendrá su capitulo propio, por que es aquí donde se escribe el código en dicho
lenguaje para luego compilarlo.
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Al igual que el editor de assembler, el BASIC tendrá varios capítulos dedicados a el, ya que estudiaremos cada
una de las instrucciones disponibles. Podemos adelantar que se trata de un editor bastante decente, con
verificación de sintaxis y coloreado de palabras reservadas y comentarios, y que la sintaxis del BASIC es
compatible en un 90% con otros BASICs mas populares, como PBP o PROTON. Desde aquí podemos compilar y
cargar en la memoria del simulador el archivo HEX resultante en un solo paso.
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> Capitulo 04 - Herramientas (Segunda parte):
Las herramientas siguientes son las que podemos usar como "periféricos" del microcontrolador, para simular
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las E/S, o analizar su estado. La primera de este grupo es la llamada 8xLED Board que es ni mas ni menos
que un grupo de 8 LEDs virtuales, a los que podemos asignar un puerto y un bit dentro de el, de manera que
se enciendan o apaguen en tiempo real de acuerdo al estado de dichos pines al ejecutar la simulación.
El Keypad Matrix es ni mas ni menos que un teclado matricial de 4 filas y cuatro columnas que podemos
configurar con total flexibilidad para utilizarlo en nuestros proyectos simulados. Se puede elegir el pin de cada
fila y columna, y dinámicamente, durante la simulación, el estado de cada tecla. En los ejemplos de los
capítulos dedicados a la programación usaremos esta herramienta a menudo.
El LCD Module es la versión virtual del típico display LCD con controlador Hitachi que usamos en todos
nuestros proyectos. Es posible configurar completamente su funcionamiento, mediante el botón Setup. Al
presionarlo, la ventana aumenta su tamaño y aparecen una serie de cuadros de selección desde donde
podremos elegir el numero de filas y columnas del display, el color del mismo, a que puerto están conectadas
las líneas de datos y si son 4 u 8, y donde están conectadas (puerto y pin) las líneas RS, R/W y E. También se
pueden configurar los tiempos de delay del display, para que su simulación sea lo mas fiel posible a la realidad.
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Graphical 128x64 LCD Module es el equivalente de la herramienta anterior, pero para simular LCDs gráficos
de 128x64 pixeles. Las opciones de configuración también se esconden detrás del botón Setup, y son muy
similares a las ya vistas, incorporándose la posibilidad de configurar el puerto y pin de las líneas CS1 y CS2.
Mediante las herramientas Hardware UART Simulation Interface, Software UART Simulation Interface
y PC's Serial Port Terminal podremos simular una comunicación vía RS-232. Se trata de herramientas muy
completas que tendrán su propio capitulo, por lo que momentáneamente nos limitamos a mencionarlas.
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Otras dos herramientas sumamente útiles para comprender que esta haciendo en cada momento el
microcontrolador son el osciloscopio (Oscilloscope) de cuatro canales, con posibilidad total de configuración
de cada uno de ellos, y el Signal Generator (generador de señales) también de cuatro canales y con
posibilidad de generar pulsos de periodo y relación cíclica ajustable. Por supuesto, habrá capítulos en que
haremos uso de ellas.
No podía faltar el modulo con los displays LED de 7 segmentos, presentes en una gran cantidad de proyectos.
En este caso, la herramienta 7-Segment LED Display Panel nos proporciona 4 dígitos completamente
configurables (nuevamente mediante el botón Setup presente en cada uno de ellos), y podemos elegir el pin
al que esta conectada cada uno de los segmentos, si son de ánodo o cátodo común, etc.
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La ultima herramienta es una útil lista con el valor de cada una de las variables presentes en nuestro
programa. Recibe el nombre de Watch Variables (ver variables) y es una lista de texto donde en una
columna aparece el nombre de la variable en cuestión y en otra su valor. Esta lista se actualiza
constantemente durante la simulación.
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> Capitulo 05 - Sistemas de numeración:
Existen muchas maneras de representar un numero. De hecho, en teoría es posible hacerlo de infinitas
maneras, ya que podemos elegir como base cualquier numero entero. Generalmente, los mas usados en el
mundo de la programación son el sistema decimal, que utiliza como base el numero 10; el sistema binario, que
utiliza como base el numero 2; y el hexadecimal, que utiliza el numero 16 como base.
Sistema Decimal:
Como su nombre lo indica, el sistema decimal toma como base para construir los números potencias sucesivas
del numero 10. Se utilizan los símbolos del "0" al "9", y el peso de cada cifra esta dado por su posición, dado
que se multiplica por 10 elevado a la posición en que se encuentra el digito menos uno. Como en todos los
sistemas de numeración, el digito de menos "peso" es el que esta mas a la derecha, y el de mas "peso" el que
se encuentra mas a la izquierda.
Potencia de 10: 10^7
Valor:
10^6
10^5
10^4
10^3 10^2 10^1 10^0
10000000 1000000 100000 10000 1000
100
10
1
Dado que este sistema es el que usamos todo el tiempo, no nos detenemos a pensar en como se construye
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cada numero, pero cuando leemos el numero "123" en realidad esta "construido" de la siguiente manera:
(1 * 10^2) + (2 * 10^1) + (3 * 10^0) =
(1 * 100) + (2 * 10) + (3 * 1) =
100 + 20 + 3 =
123
Sistema binario:
El sistema binario, el ideal para usar en electrónica debido a que solo posee dos símbolos, el 0 y el 1, que
pueden ser codificados como presencia o ausencia de tensión, utiliza como base el numero 2 en lugar del 10.
En todo lo demás, es exactamente igual al decimal. Si nos parece mas complicado, es solamente por que no
tenemos la suficiente practica con el.
Un numero binario esta construido mediante una secuencia de dígitos binarios (que para abreviar llamamos
"bits"). Muchas veces, se agrupan de diferentes maneras para poder trabajarlos mas cómodamente, y a esas
agrupaciones de les da un nombre, siendo los mas utilizados los siguientes:
Nombre Tamaño (bits) Ejemplo
Bit
1
1
Nibble
4
0101
Byte
8
00000101
Word
16
0000000000000101
Como en cualquier sistema de numeración, los ceros a la izquierda no modifican el valor del numero
representado. Es muy común en el sistema binario agregar ceros a la izquierda para completar un agrupación
de las anteriores. Por ejemplo, si tenemos el numero binario "101" lo podemos escribir de algunas de las
siguientes maneras:
Nibble
0101
Byte
00000101
Word 0000000000000101
Dentro de un byte (la agrupación de bits mas común) se numeran los bits que lo componen de acuerdo a la
siguiente convención:
1) El bit ubicado mas a la derecha es el bit "cero".
2) Cada bit ubicado a su izquierda recibe el numero siguiente
7 6 5 4 3 2 1 0
El bit cero recibe generalmente el nombre de LSB (least significant bit o "bit menos significativo"). De la
misma manera, al ubicado mas a la izquierda se lo llama MSB (most significant bit o "bit mas significativo"). Y
nos referimos a los demás bits intermedios por su numero de bit correspondiente: bit 2, bit 3, etc.
De todo esto podemos deducir que el tipo de dato mas pequeño que podemos manejar es el bit, que solo
puede tener dos valores: 1 o 0. Estos dos estados representan generalmente "encendido" o "apagado",
"verdadero" o "falso", "si" o "no", etc.
Como podemos ver en la tabla de mas arriba, el nibble es la unión de cuatro bits. Dado que 2x2x2x2 = 16,
este es el numero de valores posibles que puede tomar un nibble.
La estructura mas utilizada es el byte, que agrupa 8 bits (o dos nibbles), y que puede tomar valores entre 0 y
255 (2^8 valores posibles). Si tomamos dos bytes y los "pegamos" uno detrás del otro, obtenemos una
palabra (word), que permite 65536 (2^16) valores diferentes.
Sistema hexadecimal:
Si tomamos 16 símbolos para representar los números (en lugar de dos o diez), obtenemos un sistema que se
llama hexadecimal. A los símbolos 0..9 se agregan las letras A, B, C, D, E y F, y es un sistema de numeración
muy utilizado en programación. Algunas de sus ventajas son que cada digito de un numero hexadecimal es
exactamente un nibble, o que cada dos dígitos hexadecimales son un byte. Esto proporciona una forma muy
compacta de representar valores.
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Decimal Binario
Hexadecinal
1
0000 0001
1
10
0000 1010
A
233
11101001
E9
255
1111 1111
FF
15280 0011 1011 1011 0000
3BB0
Algunos ejemplos.
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> Capitulo 06 - Variables:
Vamos a comenzar a ver algo de la programación en el BASIC incluido en el entorno PIC SIMULATOR IDE, al
que en adelante nos referiremos como "BASIC", a secas.
La programación seria prácticamente imposible sin el uso de variables. Podemos hacernos una imagen mental
de las variables consistente en una caja en la que podemos guardar algo. Esa caja es una de las muchas que
disponemos, y tiene en su frente pegada una etiqueta con su nombre. Estas cajas tienen ciertas
particularidades, que hace que solo se puedan guardar en ellas determinados tipos de objetos.
En esta analogía, cada caja es una variable, su contenido es el valor que adopta, y la etiqueta es el nombre de
la variable. Como su nombre lo indica, y como veremos mas adelante, el contenido de una variable puede ser
modificado a lo largo del programa.
El BASIC tenemos distintos tipos de variable, según el dato que puedan almacenar:
-
Bit (un bit de longitud, almacena 0 o 1 únicamente)
Byte (un byte de longitud, almacena números enteros entre 0 y 255)
Word (dos bytes de longitud, almacena números enteros entre 0 y 65,535)
Long (cuatro dos bytes de longitud, almacena números enteros entre 0 y 4,294,967,295)
El tipo "Long" solo esta disponible mediante un modulo opcional al PIC SIMULATOR IDE.
A diferencia de otros BASIC, la declaración de variables puede ser hecha en cualquier parte del programa, y
todas son consideradas globales, es decir, su valor es accesible desde todas las subrutinas y zonas del
programa. El numero de variables esta lógicamente limitado al monto de memoria RAM disponible en cada
microcontrolador. Las variables las declaramos utilizando la instrucción DIM, como se muestra en los
siguientes ejemplos:
DIM
DIM
DIM
DIM
A
B
X
Y
AS
AS
AS
AS
BIT
BYTE
WORD
LONG
También es posible utilizar vectores, que son una matriz de dimensiones 1xN . Por ejemplo, la sentencia
siguiente:
DIM A(10) AS BYTE
declara un vector (al que nos referiremos algunas veces como "array") de diez elementos del tipo BYTE, que
serán accedidos mediante el uso de subíndice (entre paréntesis) del 0 al 9.
LA sentencia RESERVE le permite al programador reservar un numero de posiciones de la RAM para su uso en
rutinas en assembler o para el In-Circuit Debugger de MPLAB. Simplemente, si queremos reservar 20 bytes de
RAM, escribimos:
RESERVE 20
Las variables tipo Word, como vimos, están compuestas por dos bytes. el primero de ellos es llamado byte
"alto" y el otro "bajo", dado que el primero contiene los 8 bits mas significativos. En BASIC podemos acceder
individualmente a cada uno de los bytes que componen un Word mediante las extensiones ".HB" (High byte, o
byte alto) y ".LB" (Low Byte o byte bajo) . Veamos un ejemplo:
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DIM A AS BYTE
DIM B AS WORD
A = B.HB
A = B.LB 'Esto es lo mismo que A = B
B.HB = A
B.LB = A
B = A 'Esto también borra el byte alto de la variable B
Los bits individuales de cada variable pueden ser accedidos individualmente también, simplemente poniendo
como extensión ".n" donde "n" es el numero de bit (1,2, 3, etc. )
DIM
DIM
B =
B =
A.0
A AS BYTE
B AS BIT
A.1
A.7
= A.5
Todos los registros del microcontrolador esta disponibles para usar en los programas BASIC, como si se tratase
de variables del tipo BYTE con el nombre del registro utilizado en las datasheet (PORTA, PORTB, TRISA, etc.).
Por supuesto, se puede acceder a bits individuales de los registros con la técnica vista párrafos atrás. Algunos
ejemplos:
TRISA.1 = 0
TRISB = 0
PORTA.1 = 1
PORTB = 255
STATUS.RP0 = 1
INTCON.INTF = 0
Existe una "forma corta" de acceder a los bits individuales de cada port, simplemente usando las variables
BASIC tipo byte RA, RB, RC, RD, RE o bien las tipo bit RA0, RA1, RA2, ..., RE6, RE7
RA = 0xFF
RB0 = 1
En BASIC también podemos usar punteros. En realidad, cualquier variable definida como tipo BYTE o WORD
pude ser usada como un putero de memoria, usándola como argumento de la función POINTER. El valor
contenido por la variable debe tener un valor comprendido entre 0 y 511. Ejemplos:
DIM X AS WORD
DIM Y AS BYTE
X = 0x3F
Y = POINTER(X)
Y = Y + 0x55
X = X - 1
POINTER(X) = Y
Y = 0xAA
X = X - 1
POINTER(X) = Y
Una forma de escribir programas que nos resulten mucho mas fáciles de entender es el uso de nombres
simbólicos, o SYMBOL. Un "symbol" es una cadena que contiene código, asignado a un nombre. Al momento
de compilar, PIC BASIC hace la "búsqueda y reemplazo" de nuestros símbolos y luego genera el código ASM y
el HEX. Supongamos que tenemos un LED conectado al bit cero del puerto B. Mediante SYMBOL podemos
hacer:
SYMBOL LED1 = PORTB.0
Luego, si queremos encender el LED, en lugar de
PORTB.0 = 1
podemos hacer
LED1 = 1
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que es mucho mas claro y fácil de leer.
Las constantes (valores que usamos en nuestro programa, y que, por ejemplo, asignamos a las variables)
pueden ser escritas en decimal (directamente el valor), en hexadecimal (anteponiendo "0x" o posponiendo "H"
al valor) o en binario (anteponiendo "%" al valor). Por ejemplo:
DIM
DIM
A =
B =
B =
A AS BIT
B AS BYTE
TRUE
0x55
%01010101
Por supuesto, se pueden asignar nombres a las constantes, usando la instrucción CONST:
DIM A AS WORD
CONST PI = 314
A = PI
Hay tres instrucciones para el manejo individual de bits, que si bien no hacen nada que no se puede resolver
con otras instrucciones o símbolos, ayudan mucho en la lectura del código. Se tratan de HIGH, LOW y
TOGGLE, que ponen el bit en alto, bajo o lo invierten, respectivamente.
Importante: Si el bit implicado como argumento de una de estas instrucciones es un bit de un PORT, el mismo
bit en el TRIS correspondiente es puesto en cero, y dicho pin queda configurado como salida. Algunos
ejemplos:
HIGH PORTB.0
LOW ADCON0.ADON
TOGGLE OPTION_REG.INTEDG
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> Capitulo 07 - Operaciones Lógicas y Matemáticas:
PIC SIMULATOR IDE dispone de cinco operaciones matemáticas básicas, disponibles para las variables tipo
Byte y Word. Estas son la suma (operador +), la sustracción (operador -), el producto (operador *), el
cociente (operador /) y el módulo (operador MOD) .Por supuesto, el compilador es capaz de combinarlas para
obtener operaciones matemáticas mas complejas.
DIM
DIM
DIM
A =
B =
X =
X =
A AS WORD
B AS WORD
X AS WORD
123
A * 234
2
(12345 - B * X) / (A + B)
Es posible calcular raíces cuadradas (aunque el resultado debe ser entero) con la función SQR:
DIM A AS WORD
A = 3600
A = SQR(A)
Para las variables de tipo Bit existen siete operaciones lógicas disponibles. Solo es posible efectuar una
operación lógica por instrucción (aunque es muy posible que próximas versiones permitan mas flexibilidad.
Este al tanto de las novedades!). Estas operaciones también están disponibles para variables tipo Word o Byte.
Veamos algunos ejemplos:
DIM
DIM
DIM
X =
X =
X =
X =
X =
A AS BIT
B AS BIT
X AS BIT
NOT A
A AND B
A OR B
A XOR B
A NAND B
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X = A NOR B
X = A NXOR B
DIM A
DIM B
A = A
PORTB
AS WORD
AS WORD
OR B
= PORTC AND %11110000
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> Capitulo 08 - Mi primer programa: Un LED parpadeando
Luego de todos estos capítulos de introducción, puramente teóricos, vamos a encarar nuestro primer
programa. A diferencia de un programa de ordenador, donde uno escribe el programa, lo compila, lo ejecuta y
ya, en el mundo de los microcontroladores hay que, previamente, definir el tipo de microcontrolador que se va
a utilizar, cual va a ser su frecuencia de clock, como va a ser el circuito en que se va a utilizar el mismo, etc.
Para estas practicas, utilizaremos un PIC16F628A, uno de los mas difundidos y que mas o menos viene a
reemplazar al viejo y popular PIC16F84, ya obsoleto. El diagrama circuital que utilizaremos para las primeras
practicas es el siguiente:
Si bien se supone que quien esta leyendo este tutorial tiene una buena idea sobre electrónica y
microcontroladores, igualmente vamos a hacer una muy breve descripción del circuito.
En primer lugar, vamos a aprovechar el oscilador interno del 16F628A y nos evitaremos el xtal y
condensadores asociados. El puerto B del micro (pines 6 al 13) esta conectado a 8 LEDs mediante 8
resistencias de 220ohms, que tienen como función limitar la corriente que circula por los LEDS. Estos serán
nuestras "salidas". Los pines 17 y 18, correspondientes al PORTA.0 y PORTA.1 están conectados a sendos
pulsadores, que al ser presionados conducen 5V (un "1") al pin respectivo. Cuando están en reposo, las
resistencias R1 y R2 se encargan de mantener el pin en "0". Por ultimo, el pin 1 (PORTA.2) comanda un
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parlante mediante un transistor, para hacer alguna prueba con sonidos.
El circuito debe alimentarse con 5v bien filtrados y regulados. Si no sabes como construir una fuente, puedes
leer algo sobre el tema aquí.
Volviendo a nuestro programa, vamos a escribir el "hola mundo" de los microcontroladores: encender un LED.
El primer paso es, desde el menú "Opciones" -> "Select Microcontroller", elegir el PIC16F628A.
Luego, debemos configurar los bits correspondientes:
Lo destacable por ahora de esta configuración es que estamos dejando la memoria (FLASH y EEPROM) sin
protección, que el pin RESET se va a comportar como I/O y que usaremos como oscilador el oscilador interno
INTRC.
Una vez hecho esto, arrancamos el edito de BASIC (presionando CTRL-C, por ejemplo), y escribimos el
siguiente código:
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Vamos a analizarlo línea por línea para entender su funcionamiento:
La línea 001 utiliza la sentencia AllDigital para convertir todos los pines del micro en pines de E/S. Esto
equivale a deshabilitar los comparadores, conversores A/D y todos los módulos que pudiese tener nuestro
microcontrolador. No es la única manera de hacer esto, pero si la mas sencilla desde el punto de vista del
programador BASIC.
Las líneas 003 y 004 convierten todos los pines del puerto A en entradas ( TRISA = %11111111 ) y los del
puerto B en salidas ( TRISB = %00000000 ). El "%" indica que el numero que viene a continuación esta en
binario. Se podría haber escrito, por ejemplo TRISB = 0 y hubiera sido lo mismo. Personalmente me gusta
esta manera, ya que "veo" el estado de cada pin. Por supuesto, es valido activar como entrada algunos pines,
y como salidas otros, haciendo algo parecido a TRISB = %11000111 .
En la línea 006 encontramos una "etiqueta" ( loop: ). Esta no hace nada, solo sirve como referencia para
enviar el flujo del programa a esa línea desde otro lugar, mediante la sentencia "Goto".
La línea 007 pone en "1" el pin correspondiente a PORTB.0, de manera que en el pin 6 del microcontrolador
habrá 5V. Esta tensión hará que circule una corriente a través de la resistencia limitadora y el LED1, haciendo
que este se encienda, ya que el cátodo se encuentra conectado a 0V.
En 008 tenemos la sentencia WaitMs 500 . WaitMs se encarga de hacer una pausa en milisegundos. La
duración de la pausa esta dada por el numero que sigue a la instrucción, en este caso 500 milisegundos, o
medio segundo.
Luego, en 009, otra vez se vuelve a poner en 0 el pin 6, mediante PORTB.0 = 0 , lo que provoca que ese pin
se ponga a 0V, y no haya mas circulación de corriente a través de la resistencia y del LED, con lo que este se
apaga.
En 010 se hace nuevamente una pausa de medio segundo, y por ultimo, la línea Goto Loop hace que el
programa continúe en la línea 006 (que es donde esta la etiqueta Loop).
El programa se repite indefinidamente, encendiendo el LED medio segundo, apagándolo otro medio segundo.
Si presionamos F9 o vamos al menú que vemos a continuación
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PIC SIMULATOR IDE compilara el programa, y cargara el HEX resultante en el simulador. Aparecerá el
cuadro de dialogo siguiente, en donde se nos informa entre otras cosas que no han ocurrido errores, el tamaño
del programa (69 words), y la ruta a donde se ubicaron los archivos generados.
Si volvemos a la ventana principal del PIC SIMULATOR IDE, y desde "Tools" -> "Microcontroller View"
abrimos la vista del microntrolador, al darle "Start" a la simulación tendremos algo parecido a lo que sigue:
En la captura se puede apreciar que el pin 6, correspondiente a RB0 esta en "ON". Si esperamos lo suficiente,
veremos como pasa a "OFF", y mas tarde vuelve a "ON", etc. Si queremos esperar menos tiempo, y esto lo
debemos tomar como una regla general al correr simulaciones, podemos disminuir el tiempo indicado en las
instrucciones "WaitMS" a valores iguales a 1, de esta manera la simulación será mucho mas ágil. Por supuesto,
al momento de llevar el HEX a nuestro microcontrolador en el circuito "real", debemos cambiar a los tiempos
originales y volver a compilar. Caso contrario, el LED permanecería encendido solo una milésima de segundo,
luego apagado el mismo tiempo, etc., por lo que nuestro ojo lo percibiría como encendido a medias, incapaz de
discriminar su verdadero estado.
Se podría haber utilizado la instrucción SYMBOL para hacer mas claro el programa. En el siguiente ejemplo,
hemos hecho algunos cambio y obtenido un programa que hace exactamente lo mismo que el anterior, pero
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que resulta mas claro de entender, ya que se aproxima algo mas al "lenguaje natural":
El programa BASIC puede descargarse desde [aquí], y el correspondiente archivo HEX desde [aquí] .
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> Capitulo 09 - Mi segundo programa: Usando un pulsador
En la segunda practica del lenguaje BASIC veremos como leer una entrada del PIC. Utilizaremos el mismo
esquema que vimos antes, y el programa que mostramos a continuación:
Como resulta evidente a simple vista, el programa ejemplo2.bas es muy similar al ejemplo1.bas que vimos en
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el capitulo anterior. Las diferencias están dentro del bucle. La instrucción de la línea 007 ( PORTB.0 = PORTA.0
) hace que el valor del bit 0 del PORTB tome el valor del bit 0 del PORTA. Que ambos bits sean el cero es solo
una coincidencia, se podrían haber elegido otros valores.
Al ejecutarse el programa, cada vez que se accione el pulsador conectado a PORTA.0, ese pin se pondrá a
estado alto, ya que la corriente circulara desde +V al pin 17 del PIC por medio del pulsador. Ese "estado alto"
se interpreta dentro del PIC como un "1", y es el valor que se le asigna a PORTB.0 , con lo que el también
pasara a estado alto. Eso provocara que el led conectado en ese pin se ilumine.
Cuando soltamos el pulsador, PORTA.0 vuelve a estado bajo, ya que se pone a masa a través de la resistencia
de 10K, y PORTB.0 hará lo propio, apagando el LED.
Nuestro sencillo (sencillísimo!) programa todo lo que hace es "copiar" en el LED el estado del pulsador.
Si presionamos F9 o vamos al menú que vemos a continuación
PIC SIMULATOR IDE compilara el programa, y cargara el HEX resultante en el simulador. Aparecerá el
cuadro de dialogo que nos informa que no han ocurrido errores y que el tamaño del programa esta vez es de
20 words.
Si volvemos a la ventana principal del PIC SIMULATOR IDE, y desde "Tools" -> "Microcontroller View"
abrimos la vista del microntrolador, al darle "Start" a la simulación tendremos algo parecido a lo que sigue:
El pin 6, correspondiente a RB0 esta en "OFF" por que el pulsador del pin 17 (RA0) esta en OFF. Si con el
mouse hacemos un click sobre la "T" que esta al lado del pin 17, la vista del microcontrolador pasara al estado
que muestra la imagen siguiente:
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Recordemos que el botón "T" significa "cambio" (Toggle) por lo que el estado del pin 17 permanecerá en alto
hasta que lo pulsemos otra vez, y el estado del microcontrolador volverá a ser el inicial. Como en cualquier
curso, conviene realizar estas practicas, que aunque puedan parecer muy sencillas nos ayudaran a conocer las
herramientas disponibles y "tomar confianza" al programa. También es interesante el realizar cambios en el
programa BASIC, recompilar y analizar los resultados.
El programa BASIC de este capitulo puede descargarse desde [aquí], y el correspondiente archivo HEX desde
[aquí] .
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> Capitulo 10 - IF - THEN - ELSE - ENDIF
En cualquier programa medianamente complejo que queramos realizar, seguramente necesitaremos en algún
punto tomar alguna decisión basándonos en el estado de una entrada o en el valor de una variable. PIC
BASIC incorpora instrucciones que nos permiten este tipo de comportamiento, siendo la mas sencilla y
frecuentemente utilizada la sentencia IF - THEN - ELSE - ENDIF.
Existen varias formas de utilizar esta instrucción. Comenzaremos con los casos mas sencillos y a lo largo de
este capitulo iremos agregando complejidad hasta ver todas las posibilidades.
CASO 1: El caso mas simple es el siguiente:
IF condición THEN instrucción
"IF" significa "SI....", y "THEN" significa "LUEGO" o "ENTONCES". El caso anterior puede leerse como "SI se
cumple la condición, entonces ejecuto la instrucción"
La "condición" es una expresión lógica que puede ser verdadera o falsa. En caso de ser verdadera, la
instrucción a continuación del THEN será ejecutada. En caso de la condición sea falsa, el programa seguirá su
ejecución con la instrucción siguiente al "IF - THEN".
Veamos un ejemplo. Supongamos el siguiente programa:
ALLDIGITAL 'Voy a usar todos los pines como E/S.
TRISA = %11111111 'Todo el PORTA como entradas
DIM A AS BYTE 'Declaro la variable "A" como BYTE
DIM TOTAL AS BYTE 'Declaro la variable "TOTAL" como BYTE
TOTAL = 10 'Le asigno el valor 10 a la variable "TOTAL"
A = 2 'Le asigno el valor 2 a la variable "A"
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IF PORTA.4 = 1 THEN A = 4
TOTAL = TOTAL + A 'Sumo a "TOTAL" el valor de "A"
Cundo comienza el programa, se declaran dos variables tipo BYTE (que pueden almacenar valores entre 0 y
255), y a TOTAL se le asigna el valor "0" y a "A" el valor "2". Hasta aquí, no hay nada que no hayamos visto
antes.
La línea siguiente realiza la siguiente tarea: evalúa si la condición PORTA.4 = 1 es cierta. En caso de que
efectivamente el valor presente en el bit 4 del PORTA sea "1", se ejecuta la instrucción a continuación del
THEN, la variable "A" toma el valor "4", y se pasa a la instrucción de abajo. Si PORTA es igual a "0", se pasa a la
instrucción siguiente sin mas.
El valor final de la variable "TOTAL" depende entonces de cual sea el estado de PORTA.4 al momento de hacer
la evaluación. Si es igual a "1", "TOTAL" tendrá un valor de 14 (10 + 4). Si PORTA.4 = 0, "TOTAL" tendrá un
valor de 12 (10 + 2).
Veamos algunos ejemplos validos de este caso:
IF
IF
IF
IF
IF
A = B THEN PORTA.0 = 1
B > A THEN A = B
B = 5 THEN A = 0
(A = 0) OR (B = 5) THEN C = 2
PORTA.0 THEN PORTB.3 = 0
En el ultimo ejemplo la condición PORTA.0 equivale a PORTA.0 = 1.
CASO 2: Muchas veces, luego de evaluar la condición necesitamos ejecutar mas de una instrucción. En los
ejemplos vistos en el CASO 1 siempre se ejecutaba una sola instrucción cuando la condición era cierta. La
manera de ejecutar múltiples sentencias dentro de una estructura IF-THEN implica emplear el ENDIF:
IF condición THEN
instrucción 1
instrucción 2
...
instrucción n
ENDIF
No varia prácticamente nada respecto del primer caso, solo que esta vez se van a ejecutar todas las
instrucciones que se encuentren entre el THEN y el ENDIF cada vez que condición sea verdadera.
Veamos un ejemplo. Supongamos el siguiente programa:
DIM
DIM
DIM
DIM
DIM
A AS BYTE 'Declaro la variable "A"
B AS BYTE 'Declaro la variable "B"
C AS BYTE 'Declaro la variable "C"
D AS BYTE 'Declaro la variable "D"
TOTAL AS BYTE 'Declaro la variable
TOTAL
A = 2
B = 5
C = 1
D = 0
= 0
'Le
'Le
'Le
'Le
'Le asigno el valor
asigno el valor 2 a
asigno el valor 5 a
asigno el valor 1 a
asigno el valor 0 a
IF A = 2 THEN
A = B + (C * D)
TOTAL = A * B
ENDIF
como BYTE
como BYTE
como BYTE
como BYTE
"TOTAL" como BYTE
0 a la variable "TOTAL"
la variable "A"
la variable "B"
la variable "C"
la variable "D"
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El ejemplo anterior, la condición A = 2 es verdadera (puesto que ese es el valor que le asignamos a "A" mas
arriba), por lo que las dos instrucciones dentro del THEN-ENDIF se ejecutaran. Esto hace que TOTAL tome el
valor de 10 (hagan las cuentitas!). Si "A" hubiese tenido otro valor, esas dos sentencias no se ejecutarían y
TOTAL seguiría valiendo "0" al terminar el programa.
CASO 3: Hay veces que de acuerdo a la condición, queremos ejecutar un grupo u otro de instrucciones. Para
eso, utilizamos el ELSE:
IF condición THEN
instrucciónv 1
instrucciónv 2
...
instrucciónv n
ELSE
instrucciónf 1
instrucciónf 2
...
instrucciónf n
ENDIF
Es decir, si la condición es verdadera, se ejecutan las sentencias entre THEN y ELSE. Y si la condición es falsa,
las que estén entre ELSE y ENDIF. "ELSE" puede ser traducido como "en otro caso" o "si no...".
Veamos un ejemplo. Supongamos el siguiente programa:
ALLDIGITAL 'Voy a usar todos los pines como E/S.
TRISA = %11111111 'Todo el PORTA como entradas
DIM A AS BYTE 'Declaro la variable "A" como BYTE
DIM TOTAL AS BYTE 'Declaro la variable "TOTAL" como BYTE
TOTAL = 10 'Le asigno el valor 10 a la variable "TOTAL"
A = 2 'Le asigno el valor 2 a la variable "A"
IF PORTA.4 = 1 THEN
A = 4
TOTAL = TOTAL + 5
ELSE
A = 0
TOTAL = TOTAL + 15
ENDIF
El ejemplo anterior, la condición PORTA.4 = 1 determina que bloque de instrucciones se ejecutan. Si es
verdadera, A = 4 y TOTAL = TOTAL + 5 son usadas. Caso contrario se ejecutan A = 0 y TOTAL = TOTAL +
15. Luego, independientemente de cual haya sido el caso, el programa sigue con la sentencia que se encuentre
a continuación del ENDIF.
Por ultimo, tenemos que saber que es posible "anidar" instrucciones IF-THEN-ELSE-ENDIF, con lo que se
pueden tomar decisiones verdaderamente complejas. Por supuesto, tenemos que ser cautos en el uso de esta
característica ya que debido a limitaciones en el tamaño de la pila y cantidad de memoria disponible del PIC
podemos ocasionar un desborde y el programa colapsara. Este seria un ejemplo de un anidamiento:
IF PORTB.1 = 1 THEN
IF A = 2 THEN
A = B + (C * D)
TOTAL = A * B
ELSE
A = 0
ENDIF
ELSE
A = 19
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ENDIF
Las sentencias en color rojo corresponden a una estructura IF-THEN-ELSE-ENDIF y las que están en azul a la
otra, que se encuentra dentro ("anidada" en) de la primera.
Para descargar los ejemplos en BASIC o los archivos HEX ya compilados pueden
dirigirse a www.ucontrol.com.ar
www.ucontrol.com.ar | Desarrollo de sistemas de automatización y control | Pehuajó - Buenos Aires - Argentina
e-mail: [email protected]